自動控制在污水處理中的應(yīng)用研究

惠州市惠城區(qū)環(huán)境技術(shù)中心 彭旭倩

水是非常珍貴的資源，它屬于不可再生資源，同時，水又是我們?nèi)祟愘囈陨婧桶l(fā)展的重要資源之一資源，是維持人們生命活動、生存經(jīng)營的必不可少的一個關(guān)鍵性因素。按理說人們應(yīng)該格外重視水資源的利用和維護，但隨著國家整體經(jīng)濟的發(fā)展，很多企業(yè)都將發(fā)展重點放在創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益上，對于技術(shù)創(chuàng)新方面卻沒有給予高度重視，從而導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水沒有辦法及時進行處理，進而讓污水成為限制企業(yè)發(fā)展的最大障礙。因此需要各企業(yè)重視污水處理技術(shù)的創(chuàng)新，相比于傳統(tǒng)處理方法，自動控制技術(shù)具有很多傳統(tǒng)技術(shù)手段所不具備的優(yōu)勢，自動控制技術(shù)不僅能夠在污水處理過程中減少能源消耗，而且還能夠改善工作環(huán)境，保證操作的安全，提升處理效果。

一、水處理的主要特點

（一）周期長

在常規(guī)的污水處理工作中，處理工作的周期是由處理工藝決定的，通?？煞譃槿齻€等級。其中，一級處理為機械處理；二級處理為生物處理；三級處理為深度處理。在此過程中，處理工藝不能夠一成不變，要根據(jù)處理環(huán)境的變化而進行進一步的優(yōu)化和改善[1]。

（二）參數(shù)有較大的離散型

在水處理的工作中，參數(shù)的主要內(nèi)容包含溶解氧、溫度以及酸堿值。這些參數(shù)會隨著現(xiàn)場工作情況的變化而發(fā)生變化，而且很難和實際工作的狀況相匹配，從而完全和系統(tǒng)形成線性的關(guān)系。

（三）難以采用自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守

就目前的實際工作情況分析可知，污水處理的效果主要還是憑借工作人員的工作經(jīng)驗，同時還需要消耗更多的資金和資源，同時還有較大的時間成本，從而導(dǎo)致自動控制難以充分發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

二、自動控制技術(shù)在污水處理中應(yīng)用的必然性

傳統(tǒng)模式的污水處理的方法一般是人工控制和半自動控制兩種方式，這兩種方法有很大的不足。隨著近年來高科技的飛速發(fā)展，污水處理的自動化水平逐漸提高。自動化控制就是指不需要人力參與，通過設(shè)備或裝置，使機器設(shè)備按照設(shè)計的運行規(guī)律進行工作。使用人工控制的方法處理污水時，會出現(xiàn)由于工作人員的勞動強度大，監(jiān)測的數(shù)據(jù)指標(biāo)可能會因為工作人員疲勞而產(chǎn)生數(shù)據(jù)又偏差并且不能及時糾正的現(xiàn)象，工作人員的主管理解也會影響污水處理的控制過程。所以進行人工控制處理污水無法做到快速并且有效，容易發(fā)生水的質(zhì)量不穩(wěn)定的情況，自動控制系統(tǒng)是指一部分進行機器設(shè)備操作；另一部分由工作人員現(xiàn)場操控，這樣的踩空方式會出現(xiàn)無法對整個生產(chǎn)過程進行集中控制的情況，并且自動化的程度很低。所以需要通過自動控制技術(shù)進行高效、低能的處理污水，自動控制技術(shù)的控制生產(chǎn)過程能力非常強，可以更好地使處理完的水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，同時也可以減少勞動成本并且提高工作效率，可以彌補人工操作和半自動控制這兩種方式的不足之處，自動化控制技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用一定是未來的發(fā)展趨勢。

三、污水處理中應(yīng)用的自動控制系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)

結(jié)合目前自動控制系統(tǒng)的實際工作情況來看，完備的自動控制系統(tǒng)具有一定標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議和開放式系統(tǒng)，在憑借不同性質(zhì)的管理程序以及檢測系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定情況下，在實際的工作中發(fā)揮出不同的功能和效果，在此過程中還能夠保證整個系統(tǒng)在運行過程中的穩(wěn)定性，從而確保系統(tǒng)的運行安全性[2]。在針對各種不同級別的污水處理時，自動控制系統(tǒng)主要的組成結(jié)構(gòu)分為以下幾個單位，首先是現(xiàn)場的控制基站，主要作用就是完成采集政策、執(zhí)行各種控制信號；其次是中央控制操作室，它主要就是對自動控制系統(tǒng)的所有操作權(quán)限進行限制，并為整個自動控制系統(tǒng)提高各種所需要的服務(wù)；然后就是工程師站，主要是完成系統(tǒng)配置、實現(xiàn)控制回路組態(tài)等作用；最后就是現(xiàn)場操作箱，這個單元的主要作用就是為了實現(xiàn)人機交互，完成操作人員下發(fā)的各種指令，同時還能夠起到報警等多個功能，這個單元在系統(tǒng)的正常運行過程中占據(jù)著非常重要的地位。

四、自動控制技術(shù)在污水處理中應(yīng)用的必然性

此前的自動控制技術(shù)還沒有得到有效的創(chuàng)新和升級，傳統(tǒng)的污水處理方法一般由人工控制或者后期出現(xiàn)的半自動控制形式，這兩種形式的污水處理方式在實際工作中會存在較大的弊端，首先在工作過程中會消耗大量的人力和物力，同時還沒有辦法保證污水處理工作的效果，而后期的半自動控制方式雖然對于純?nèi)斯?zhí)行方式有所升級，但依舊無法達到人們的工作預(yù)期。而隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)不斷完善，很多互聯(lián)網(wǎng)自動化技術(shù)出現(xiàn)在人們的生活和工作中，污水處理的自動化水平也隨之有了顯著提升。我們上文所提到的自動化控制其實就是不需要人工直接參與的情況下，通過外部設(shè)備以及裝置，讓機器、設(shè)備以及生產(chǎn)過程中的某個環(huán)節(jié)或者參數(shù)自動地按照人們事先設(shè)置的好程序進行運作[3]。在傳統(tǒng)的污水處理工作中，需要得到大量的人力支持，這種工作方式也會導(dǎo)致檢測結(jié)果缺乏及時性和準(zhǔn)確性，在控制過程中容易出現(xiàn)停滯的情況，而且在人工工作的過程中，會受到一定程度上的主觀影響。所以傳統(tǒng)的人工控制方式很難實現(xiàn)高效及時的實時控制，經(jīng)常會出現(xiàn)水的質(zhì)量達不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4]。到了后期的半自動控制形式下，雖然已經(jīng)利用了一部分科學(xué)技術(shù)手段，但是依舊還存在一大部分的人工直接參與工作活動的情況，這種操作方式還是沒有辦法解決集中控制檢測的問題，其自動化程度也相對較低。如何科學(xué)有效地處理污水成為自動控制技術(shù)產(chǎn)生的核心條件。自動控制技術(shù)的控制效果良好，可以更好地處理污水，同時還能夠減小人工勞動力，有效避免人工操作或者半自動控制方式所帶來的問題，自動控制技術(shù)也必將會成為日后污水處理控制方式的一個必然趨勢。

五、污水處理自動控制系統(tǒng)研究

（一）污水處理工藝流程

在進行污水處理時，會根據(jù)污水的水量、水的品質(zhì)、污水可回收的價值、污水排放的標(biāo)準(zhǔn)，最終選擇使用的工藝流程。通常使用的污水處理工藝流程為：被污染的廢水通過進入到粗格柵欄然后過濾出比較大的廢渣，再進入到污水泵站提升污水的高度，之后再進入到細格柵欄過濾出比較小的廢渣，然后污水再進入沉砂池，將相對來說較大的無機顆粒分離出，之后再到生化反應(yīng)池中進行反應(yīng)，除去BOD.5等氮或者磷相關(guān)的物質(zhì)，接下來進入終沉池排除污泥，最后就是進入到消毒池，按照一定的量進行排放[5]。

（二）自動控制技術(shù)涉及應(yīng)用研究

1.格柵單元自動控制系統(tǒng)的設(shè)計分析

使用格柵單元的主要目的是去除污水中的雜物，也是為了后續(xù)處理提供保障的預(yù)處理方案。再進行污水處理的過程中，格柵單元這個環(huán)節(jié)主要就是控制水泵的運輸水的速度，進一步把控整個污水被處理的質(zhì)量。在格柵的前后再把水位差測量儀進行按章，然后就可以依據(jù)液位差來體現(xiàn)堵塞的具體情況，在PLC系統(tǒng)接收到這些信息后，就會進行自動計算分析，如果查過了設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)就會根據(jù)整個軟件設(shè)置的程序自動進行垃圾清除，這樣就可以使污水正常的流動，同時也可以降低機器設(shè)備的損耗[6]。關(guān)于水位差設(shè)定值格具體需要運行的時間、以及運行的周期階段都是可以在后期進行調(diào)整的。

2.水泵系統(tǒng)的單元控制設(shè)計分析

水泵系統(tǒng)的單元控制設(shè)計是整個系統(tǒng)中最重要的部分，在進行設(shè)計時需要實現(xiàn)以下的目標(biāo)：第一，不允許水泵高頻率的啟動；第二，需要對水泵進行均衡使用；第三，盡可能地將水泵的工作效率提高。

使用的自動控制系統(tǒng)主要是通過依據(jù)現(xiàn)場的液位處于不同的階段來分段進行使用，判斷液位情況，根據(jù)不同的液位情況選擇不同數(shù)量的水泵進行工作，也可以提前設(shè)計好水泵的開泵順序。當(dāng)一臺水泵無法支持完成工作時，就要用另一臺水泵進行及時啟動，以避免在液位值較低時水泵發(fā)生頻繁的啟動和停止的情況，與此同時，也可以保障整個過程中水泵的運行速度和效率[7]，這樣可以通過設(shè)計程序來進一步設(shè)定水泵的工作運轉(zhuǎn)情況，當(dāng)達到一個程序設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)的時候就可以使水泵自動開啟工作。如果在整個系統(tǒng)發(fā)生錯誤的情況，也可以進行自動的恢復(fù)，并且恢復(fù)的同時也開始自動報警，這樣就可以提示工作人員及時對出現(xiàn)的問題進行調(diào)差分析，并且及時將問題解決，保障安全作業(yè)。

3.SBR池控制系統(tǒng)設(shè)計分析

SBR池控制系統(tǒng)設(shè)計的部分設(shè)備還是比較多的，并且對于控制的要求也比較多，操作起來相對來說也是比較復(fù)雜的，所以在進行設(shè)計時一定要盡可能地使用全自動控制方式。通常情況下使用PLC自動控制系統(tǒng)對SBR池進行控制，也要依據(jù)不同的需求對整個過程進行編制，也可以在進行作業(yè)的同時及時地根據(jù)作業(yè)狀態(tài)進行調(diào)整[8]。例如進水不規(guī)律等等的特殊情況，通過使用自動控制的方式就可以調(diào)整到最佳的處理效果。

4.加氯間單位元控制系統(tǒng)設(shè)計分析

加氯間單位元控制系統(tǒng)主要使用的控制方式是需要采用一定順序，通過控制增壓泵啟動二氧化氯發(fā)生器，通過使用負壓的原理達到最佳的消毒處理的效果，如果要停止系統(tǒng)時，就要使用相反的順序。如果是出現(xiàn)了故障問題，就需要及時停止作業(yè)并且立刻發(fā)出警報提醒。

5.脫水機房系統(tǒng)單元設(shè)計

脫水機房是通過對脫水一體機和清洗泵等相關(guān)設(shè)備共同使用，最終使水質(zhì)優(yōu)化。進行控制的具體過程如下：首先脫水機房系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的順序進行啟動，然后通過控制，最終會實現(xiàn)清晰泵和輸送機以及攪拌池的工作。與此同時，在這個系統(tǒng)工作過程中，需要監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時進行調(diào)整，也可以進行人工監(jiān)測，收集數(shù)據(jù)進行分析，脫水機房系統(tǒng)還需要有人工調(diào)整參數(shù)的功能。

六、自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化措施

（一）完善系統(tǒng)運行

在之前的自動控制模式下的系統(tǒng)還是有很多不足之處的，所以想要進一步提高對于污水處理的效果，就需要對自動系統(tǒng)進行調(diào)整改進。根據(jù)現(xiàn)階段收集到的數(shù)據(jù)信息，主要包括脈沖量、開關(guān)量以及模擬量，但是這對于預(yù)期的污水處理效果和未來的發(fā)展來說還是遠遠達不到目標(biāo)的，所以還需要對于系統(tǒng)進行調(diào)整和優(yōu)化，進一步完成對于圖片、音樂以及視頻等數(shù)據(jù)的收集和輸出工作。與此同時，對于系統(tǒng)內(nèi)的功能還需要進一步拓展，需要對信息的具體邏輯處理功能進行調(diào)整；也需要對二進制、整數(shù)等信息數(shù)據(jù)具體的運算方式和功能進行完善，進一步實現(xiàn)對于系統(tǒng)的延時功能和定時功能進行有效的控制。除此之外，還需要在系統(tǒng)原有的基礎(chǔ)上將高速計數(shù)的頻率進一步提升，這樣才可以保證系統(tǒng)的輸入過程和輸出過程的反應(yīng)速度以及精細化程度。同時，還需要對系統(tǒng)的存儲容量進行拓寬，進一步保證數(shù)據(jù)可以順利生成，并且數(shù)據(jù)生成的安全性也需要得到保障，應(yīng)對開放式網(wǎng)絡(luò)通信模塊的功能作出調(diào)整并進一步完善，這樣有利于保證遠程控制的穩(wěn)定性。

（二）擺脫限制因素

根據(jù)目前整體的發(fā)展趨勢，應(yīng)對污水處理技術(shù)不斷地進行創(chuàng)新，并逐步提高自動化控制效果，才可以進一步提高污水處理水平。因為我國關(guān)于自動化技術(shù)的研究起步時間相對較晚，所以在污水處理中的自動控制系統(tǒng)的功能上面有待進一步提高。這樣也會使我國在處理污水的一些技術(shù)上面易被限制，甚至有的污水處理的設(shè)備目前無法自主生產(chǎn)，只能引進。

一般來說，引進購買的污水處理設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及維修保養(yǎng)工作都比較復(fù)雜，如果污水處理設(shè)備發(fā)生問題我國的相關(guān)技術(shù)人員無法及時進行處理修復(fù)，就很容易對污水處理工作造成非常嚴(yán)重的阻礙。所以，我國對于污水處理一定需要加強對自動化技術(shù)的研究，這樣才能將自動化技術(shù)引入到污水處理中，減少因為技術(shù)問題給發(fā)展帶來的限制。與此同時，一些自主研發(fā)的設(shè)備在使用的過程中越便利，對于設(shè)備維修也能夠簡單易懂，這樣才會對整體的污水處理發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。

（三）打造高素質(zhì)人才隊伍

專業(yè)的人才儲備是保證工作質(zhì)量的重點，同時也是推進項目執(zhí)行的關(guān)鍵動力，在污水處理方面也是如此，只有具備專業(yè)的人才隊伍作為企業(yè)執(zhí)行污水處理的核心，才能夠保證污水處理工作的正常執(zhí)行。實際上，污水處理工作執(zhí)行中所涉及的環(huán)節(jié)非常多，需要很多專業(yè)技術(shù)人才為工作中的各環(huán)節(jié)做技術(shù)支持，其中還包括了污水處理設(shè)備操作工作人員以及自動化的控制人才等等。所以為了能夠進一步強化污水處理的效果，需要相關(guān)企業(yè)或者單位強化人才方面的培養(yǎng)，采取有效的措施提高人才的知識儲備，在技能方面可以通過組織專業(yè)知識學(xué)習(xí)交流講座，也可以通過和其他企業(yè)的相關(guān)工作人員進行技術(shù)交流，從而實現(xiàn)共贏。相關(guān)技術(shù)人才通過豐富自身的技術(shù)能力，能夠發(fā)揮人才對于在污水處理方面的作用，同時也能夠為污水處理行業(yè)的發(fā)展提供更加全面的技術(shù)支持，進而更好地為城市建設(shè)和發(fā)展貢獻更多力量。此外，對于人才的培養(yǎng)還需要重視自動化相關(guān)知識以及污水處理工程方面的知識，不斷提升相關(guān)工作人員的實操能力。

七、結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)階段水資源的嚴(yán)重污染已經(jīng)成為一個不爭的事實，而現(xiàn)在我們唯一能做的就是通過有效的方式減少水資源的污染，同時做好水資源的循環(huán)利用。而時代的發(fā)展離不開工業(yè)生產(chǎn)和建筑行業(yè)的進步，這樣就不可避免地會造成一定的水污染，而這種不可避免的情況下，就要求相關(guān)企業(yè)做好污水的后期處理工作，通過完善和優(yōu)化污水處理技術(shù)，從而將污水處理效果提高到最佳程度。自動化控制技術(shù)憑借著自身在污水處理方面的優(yōu)勢獲得了廣大企業(yè)的青睞，同時也被廣泛應(yīng)用。通過自動化控制技術(shù)能讓水污染情況得到有效改善，這對于企業(yè)未來的發(fā)展起到了一定的促進作用，能提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。而自動控制技術(shù)隨著時代的發(fā)展一定會有所改進，這也將成為未來發(fā)展的新趨勢。