污水處理廠自動化控制的研究與分析

陳榮杰

（佛山市新之源污水處理有限公司，廣東 佛山 528000）

前言

隨著城市化進程的加快，城市水污染問題越來越嚴重，解決污水處理問題刻不容緩。而隨著自動化技術在各行業的不斷發展，污水處理行業的自動化水平也在快速提高。目前，在污水處理廠中采用自動控制系統進行自動化控制，在保證穩定的出水質量前提下，實現污水處理成本最低的目標，可靠性更強、效率更高，因此，自動化控制將具有很大的應用前景。自控特點：

1 自動化控制的原理及功能

1.1 原理

（1）污水處理廠的自控系統是由現場儀表和執行機構、信號采集控制和人機界面（監控）設備三部分組成。自控系統的構建主要是指三部分系統形式和設備的選擇。自動分析系統的主要功能是建立工藝曲線，通過在線實時采集和人工輸入的方法，將進、出水的COD、、色度、磷、氨氮等主要指標與工藝過程控制的污泥濃度、溶解氧、回流比等指標通過曲線進行對比并綜合分析，找出即時的最佳運行工藝控制曲線并對工藝實施控制。

（2）工藝控制部分是由上位工控機、工位PLC、電控執行機構組成。核心是上位機的智能控制，該功能由上位機的專業應用軟件完成，該軟件程序采用時鐘循環掃描工作方式，工作可靠性高。上位工控機具備的智能化控制功能，可利用時間、溶解氧和污泥濃度等指標進行智能化自動分析并實現多重控制。設定時間盡可能地避開用電高峰；溶解氧設置上下限，保證工藝；設定反應池的污泥濃度指標，對回流泵和剩余污泥泵進行控制，保證反應池中最佳的活性污泥量，以降低能耗。出水COD、污泥濃度、溶解氧及回流比日變化趨勢見圖1。

圖1 出水COD、污泥濃度、溶解氧及回流比日變化

工位PLC執行上位機遠程發來的信號，按程序控制電控執行機構完成工作，主要任務是根據工藝要求，對風機、回流泵、剩余污泥泵等設備實施自動控制。污水處理廠工藝自動控制系統原理見圖2。

圖2 污水處理廠工藝自動控制系統原理

1.2 功能

軟件以WinCC為工作平臺，主要功能有：

（1）控制操作

在中心控制室能對被控制的設備在線適時控制，可以停啟任何一臺設備，并對在線數據進行處理。

（2）顯示功能

可用圖形實時顯示各現場設備的運行工況及運行參數。

（3）數據管理功能

利用實時數據庫和歷史數據庫中的數據進行比較和分析，為生產控制提供依據，優化生產過程。

（4）報警功能

當在線數據如COD、溶解氧、污泥濃度和設備故障超過規定值時，系統可自動停止有關設備，同時發出語音報警，記錄并打印相關記錄。

（5）打印功能

對工藝指標和設備運行狀態可輸出報表和圖形，可人工或自動打印。

2 主要工藝設備控制方式

（1）粗格柵及提升泵站

粗格柵運行的控制：用超聲波液位差計來測量粗格柵前后的液位差，當液位差值達到設定值時，或者當液位差值在規定的時間內未達到設定值時，均用電動閥門自動開啟粗格柵除污機，完成一個運行周期后停止運行。柵渣通過皮帶輸送機輸送到螺旋壓榨機最后外運。皮帶輸送機與粗格柵機聯動控制，任意回轉式格柵除污機啟動后應啟動皮帶輸送機聯動運行。

潛污泵的控制：在潛污泵有壓力指示，開泵時應先開水泵，當達到一定壓力時用電動閥門自動打開。進水泵房有潛污泵5臺，2臺備用。考慮到其中2臺作為長期備用，又易發生設備故障，故實際使用中設置成輪流啟動方式，以達到既有備用，又不讓其長期擱置不用的目的。

（2）細格柵

細格柵運行的控制：用超聲波液位差計來測量細格柵前后的液位差，當液位差值達到設定值時，或者當液位差值在規定的時間內未達到設定值時，均用電動閥門自動開啟細格柵除污機，完成一個運行周期后停止運行。

（3）曝氣系統

該系統是主要的水處理反應系統，為好氧污泥提供條件，也是主要耗能和保證出水質量的系統。該系統的主要動力設備是3臺羅茨鼓風機，監控參數為溶解氧量和污泥濃度。運行方式如下：

1）時間控制運轉方式。該工作方式是根據經驗或者溶解氧控制時間得出運行曲線，將預定的運行時間段輸入電腦，由電腦按此預定程序控制3臺風機的停啟。優點是：工作可靠性高，不受外界環境和監控參數的影響，可避開高峰用電時間。缺點是：受人的主觀因素影響，不能根據監控參數即時調整風機的工作狀態。

2）溶解氧量控制方式。該工作方式是根據監控的溶解氧參數控制3臺風機的工作狀態，預先設定溶解氧量的上限和下限，風機根據溶解氧量預定的下限啟動，根據溶解氧量預定的上限停止工作。優點是：能準確地保證工藝指標，溶解氧量可控制在一定的范圍之內，保證出水水質穩定。缺點是：風機受監控參數控制，數據采集探頭工作環境差，易出現數據不準確或其他問題而造成風機誤動作，因而需要附加程序對風機實施延時開啟或停止以防止風機頻繁啟動。

3）時間和溶解氧量雙重智能控制方式。

這是該軟件獨有的設計方式，是智能工作的核心。設定時間段和溶解氧含量模式后，計算機將根據時間和溶解氧設定的范圍自動智能選擇運行方式，即"先到先啟停"的工作原則。如果時間段或者溶解氧含量達到啟動設定時，風機啟動；如果時間段或者溶解氧含量達到停止設定時，風機停止工作。優點是：自動化程度高，既可以保證水中的溶解氧量，出水質量高，又可避開用電高峰，降低運行成本，并可以得出最佳的運行曲線。缺點是：對監控數據采集較嚴格，對采集溶解氧量數據的探頭要及時清理，對監控值班人員要求也較高。

（5）曝氣池中的污泥濃度控制

該系統主要是維持反應池中的微生物總量。微生物總量過低時，生物負荷超標，水處理能力降低，水質不能達標。微生物總量過高時，水中懸浮物過多會影響出水質量，過量的微生物會消耗大量的氧而增加能耗。反應池中的微生物濃度主要是靠在線監測的污泥濃度進行控制的。當污泥濃度低于設定值時，回流泵開啟，將沉淀池中含有大量微生物的活性污泥送回反應池中；當反應池中污泥濃度大于設定值時，在回流泵開啟的同時開啟剩余污泥泵，將剩余污泥排入儲泥池中。

4 故障與報警

系統擁有完備的參數保護和報警功能，設備出現故障，如：泵的低液位停機保護、設備過載保護，參數的超出高低限報警等。當發生報警時上位機畫面中會自動彈出一個報警提示窗口，在該窗口中顯示了發生報警的設備名稱和報警狀態。點擊"確認"或者"總確認"按鈕，再點擊關閉按鈕才能正確關閉該報警。

5 維護與保養

每天應定時巡查，查看設備的運行是否正常，聽設備的運轉聲音是否正常，如發現異常，為確保設備不被損壞應及時停機并由通知專業人員進行維修，部分設備需注意適時加油。

自動檢測儀表故障報警主要是由于被測參數超出測量范圍或儀表本身誤差累積造成測量值偏離真實值過多而報警。對于一些精密儀表、探頭而言，污水廠的工作環境是比較惡劣的。因此，對它們必須定期維護與保養。

（1）保持自動化檢測儀表傳感器的清潔。

由專人定期清洗探頭，保證數據采集準確性。特別是DO，SS，PH儀等直接與污水接觸的分析儀表，必須定期由專人清洗，每一個月清洗1次，保證儀表的正常工作；清洗時要求使用柔軟的材料，以免損壞儀表。

（2）定期校正各種儀表。儀表在長期運行過程中難免會產生測量誤差，為了保證儀表測量的準確性，對分析儀表需每月定期校正1次；而且要求水質化驗技術人員利用化驗室儀器檢測相應的項目，并與現場儀表測量結果比較，如果偏差太大，那么應適時對儀表進行校正，確保儀表測量數據準確。

結束語

實踐證明，應用自動化控制系統是是污水處理行業發展的必然走向，對污水處理企業的管理和工藝都大有益處。其保證了污水處理運行的安全可靠，大大提高了污水處理的自動化控制水平和管理水平，從而提高了生產效率，降低了能耗。相信隨著科學技術的進一步發展，自動化控制將會更加深入污水處理行業當中，為人民為社會作貢獻。

[1]趙捷.污水處理廠自動化控制系統及控制功能實現[J].電氣技術，2006年04期.

[2]于玖洋，徐長弓.自動化控制系統在城市生活污水處理中的應用及改造 [J].科技資訊;2010年15期.