淺談污水處理過程的監(jiān)控

摘要：介紹了污水處理的工藝流程；闡述了污水處理過程的監(jiān)控。

關鍵詞：工藝 分布式控制系統(tǒng)（DCS） 監(jiān)控

水是人類生產、生活中的重要資源。我國是水資源匱乏的國家，隨著工業(yè)生產、化工生產中及人們生活中產生的污水不斷增加，一部分未經處理的污水即排入河流中，使河流受到了嚴重的污染，人們的生活受到了危脅。

隨著我國人民對環(huán)保意識的整體提高，政府對污水處理方面的投資也在逐漸增加。但是，由于有些中小企業(yè)建廠時間較早并且經費投入不足，污水處理過程仍沒有采用控制系統(tǒng)，同時采用的設備和技術參差不齊，這種生產運行嚴重影響出水水質，使水質達不到國家標準。因此建議采用新的自動控制技術，對污水處理廠自動控制系統(tǒng)進行改造、改建、甚至重建，以滿足污水處理廠生產運行的需要，使處理后的水質達到國家標準。

1 污水處理的工藝流程

目前，國內污水處理工藝可分為三類，即一級處理，二級處理，三級處理。根據污水水質情況，大多采用一級和二級處理方式。對于城市污水處理，我們采用一級與二級處理方式串聯(lián)的模式對污水進行處理。其工藝過程主要分為污水的引入處理、氧化溝生物反應池處理、沉淀池處理、污泥處理、過濾器及超濾處理等。

1.1 一級處理即物理法處理：工業(yè)污水經企業(yè)自行處理達標后，與生活污水一起，經過污水管網集中匯集到集水池，經過一組水泵提升到前池；弧形格柵清除體積較大的污物和漂浮物；在沉砂池中，通過壓縮空氣，分離出的泥砂，由吸砂泵吸出；旋轉篩網對污物再一次濾除；濾清器的作用是沖洗篩網。

1.2 二級處理：經過一級污水處理后的污水進入二級處理環(huán)節(jié)，二級處理環(huán)節(jié)采用CASS（Cyclic Activated Sludge System）工藝系統(tǒng)：反應池由預反應區(qū)和主反應區(qū)構成。其中預反應區(qū)使污水控制在缺氧的狀態(tài)中，可以有效地除去難降解的有機物。進水管道連續(xù)進水，并采用單池運行。預反應區(qū)又分為厭氧和缺氧兩部分，在實際工作中，可根據需要對兩裝置的開啟進行選擇。經過二級處理，使污水中pH值、固體懸浮物、動植物油類、酚類、石油類、氨氮類、表面活性劑類等污染物及一些化合物含量接近漁業(yè)水質標準。

凈化后，一部分污水可用于工業(yè)循環(huán)水使用，一部分可排入河流，污泥干化后可送養(yǎng)漁場，垃圾運到處理場處理。

2 污水處理監(jiān)控方式與控制結構

人類在生活中產生的污水主要含有大量的氨氮和磷。因此脫氮除磷成為治理生活用水的重要方向。為提高生產率、提高水質，同時降低物耗和能耗、減輕污水廠工人的勞動強度，因此污水處理系統(tǒng)建議實施微機監(jiān)控，系統(tǒng)采用分布式控制。

2.1 分布式控制系統(tǒng)的作用：分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS），又稱集散系統(tǒng)，是70年代中期發(fā)展起來的新型計算機控制系統(tǒng)。它綜合了計算機技術、控制技術、通信技和圖形顯示等技術，形成了以微處理器為核心的系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于污水處理中能夠做到實時監(jiān)測污水處理系統(tǒng)的各項工藝參數，控制設備的開車停車、監(jiān)視設備的運行狀態(tài)，并且及時提供生產所需的各項報表，對污水處理系統(tǒng)的安全生產具有重大意義。

分布式控制具有高度的靈活性和可擴展性即在分布式系統(tǒng)中，有許多不同功能的插卡，當需要某些功能或擴大規(guī)模時，只要在原系統(tǒng)上增加一些插卡再重新組態(tài)即可；較強的數據通信能力即保證各設備的信息交換及數據共享；友好而豐富的人機聯(lián)系即操作員可及時獲取整個生產過程的信息，包括數據表格、流程畫面，趨勢顯示、報警顯示等，同時操作員還可以直接更改操作量，干預生產過程、做事故處理；極高的可靠性即把控制任務分布到污水處理系統(tǒng)的各個節(jié)點上，做到控制分散、信息集中，避免了危險集中，消除了導致全局性故障的節(jié)點，同時降低了系統(tǒng)通信信道的負荷，保障了系統(tǒng)的可靠性及可擴展性。

2.2 分布式控制系統(tǒng)的控制結構

分布式控制系統(tǒng)的最終目標是實現(xiàn)生產過程的自動化。即對工業(yè)過程進行監(jiān)視、操作、自動控制和生產管理等。系統(tǒng)主要由監(jiān)控、通訊系統(tǒng)、現(xiàn)場控制終端、傳感器及儀表四部分組成。

監(jiān)控中心：主要完成污水處理現(xiàn)場控制終端數據的實時采集、監(jiān)測、控制等功能。為了把整個生產過程置于操作人員的監(jiān)控下，顯示、操作功能就顯得十分重要。這種人機聯(lián)系是由操作工作臺和打印機等設備來實現(xiàn)的。分布式控制系統(tǒng)通過顯示器向操作員提供生產的全部信息，如各裝置的主要測量參數的即時值、歷史值、設備的運行狀態(tài)、越限參數的報警、系統(tǒng)的故障顯示等。信息還包括操作顯示和文件顯示。操作員可通過獲得的信息進行一些必要的操作，如修改控制回路的設定值、改變調節(jié)器的整定參數、啟停某些泵機或開閉閥門等。為了安全生產，在分布式系統(tǒng)中操作訪問深度是有嚴格界限的。

通訊系統(tǒng)：在控制分散、信息集中的分布式控制系統(tǒng)中，數據通信具有重要地位。監(jiān)控中心與各終端采用PROFIBUS現(xiàn)場總線進行通訊。監(jiān)控中心為中心控制站，終端為操作站。PROFIBUS-DP是歐洲標準EN50170和國際標準EC61158定義的一種遠程通信協(xié)議。遵守這種標準的設備，都是兼容的。用于過程控制局網中的數據通信與自動化管理網中的不同，差別是信息的安全性和實時響應性，所以此系統(tǒng)中采用了數據分類、例外報告、分類通信等方法。分布式系統(tǒng)中，數據傳輸的實時性和安全性是衡量系統(tǒng)性能的重要指標之一。

現(xiàn)場監(jiān)控終端：是一個智能設備，核心為PLC，有自己的CPU和控制軟件，完成現(xiàn)場數據的采集、轉換、存儲、報警、控制等功能，并與監(jiān)控中心微機進行數據通訊，同時根據接受的命令完成系統(tǒng)自檢、數據傳送、數據輸出。因此，終端機的性能和質量對系統(tǒng)的可靠性影響很大。

傳感器及儀表：系統(tǒng)需要測量電壓、電流、液位、壓力、流量及耗電量等數據。現(xiàn)場所有信號必須通過傳感器及儀表的轉換，才能輸出標準信號，被PLC所接受。因此，傳感器及儀表的選擇很重要，傳感器的測量精度直接影響到系統(tǒng)的控制精度，因此盡量采用高精度元件。同時儀表工要定時巡檢，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決，以免影響污水處理生產系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)組態(tài)：從工業(yè)生產對控制的要求出發(fā)將分布式系統(tǒng)所具有的功能連接起來，配置成一個可供執(zhí)行的應用軟件的過程，稱為系統(tǒng)組態(tài)（Configuration）。在污水處理的分布式系統(tǒng)中，一般都配備了系統(tǒng)組態(tài)，用戶不用編程就能選擇控制策略、構成控制系統(tǒng)、繪制顯示圖表、建立有關數據庫等，生成污水處理過程所需應用軟件。經過系統(tǒng)組態(tài)后，把生成的應用軟件向下傳到各個現(xiàn)場控制站，即可具體實施。如果運行中需要做修改，可以在線重新組態(tài)，不影響系統(tǒng)的連續(xù)正常工作。

3 結語

整個污水處理系統(tǒng)通過采用了分布式控制系統(tǒng)，避免了集中控制系統(tǒng)存在的避端，使系統(tǒng)的應急反應速度和處理復雜問題的能力增強。當總控制室電腦或某一分控站PLC出現(xiàn)故障時，其它分控站PLC仍可以執(zhí)行各自的程序，完成各分控站的控制功能；PLC控制器本身維護查找故障方便快捷。利用這種系統(tǒng)使污水廠投資低、可靠性高、維護方便、通信能力強，并使處理后的水質達到標準化。此系統(tǒng)適合中小企業(yè)使用。