污水處理數字監控系統的實現

王 勇，張 偉，朱英華

(萊鋼集團有限公司自動化部，271104)

0 概述

隨著我國新型的污水處理廠大部分自動化控制系統的提高，我們著力對污水處理整個運行過程進行全程監控和操作，根據我們對污水處理的要求出現以下問題：

(1)根據現場一次元件不能達到計算機程序的控制要求；

(2)自動化編程能力達不到設計效果；

(3)外部條件對整個工藝的影響；

(4)主控操作人員對自控的系統的不了解。

使得部分污水處理的污水處理能力沒有達到預期的效果和處理能力，根據以上幾點我們改善自動化編程更加符合工藝，減少外部環境對工藝設計的影響，增強對主控人員自動化知識的普及。

1 控制思路

1.1 處理原理數字編程

根據硝化活性污泥采用數值計算技術求解微分方程,對其解進行活性污泥法除磷脫氮處理,得到了污水處理自動化監控系統，根據工藝要求處理完成完善自動化控制系統，（采用西門子400的編程操作軟件）對工藝大體分為三步處理。

進水處理系統主要去除污水中呈懸浮狀態的固體污染物質，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經過一級處理的污水，BOD一般可去除27%左右，第一部達不到排放標準。中心控制系統主要去除污水中呈和溶解狀態的有機污染物質(BOD，COD物質)，去除率可達91%以上，基本達到排放標準。出水控制系統進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠導致水體富營養化的可溶性無機物等。

經過我們充分證明（理論推導、分析證明、實驗室實驗、生產實踐檢驗）：現有的所有生物反應理論與新理論相比均有明顯的缺點。

2 污水處理數字控制方式

傳統活性污泥法的二級生物處理是污水處理的中心環節，污水中大部分的有機污染物在此得到降解或去除。但污水在生物處理池--曝氣池中的主要作用是對BOD5的去除，氨氮的硝化和反硝化程度以及總磷的去除能力則較低，已經不適合最新的污水排放標準。根據項目出水水質要求，本次改造應采用具有除磷脫氮能力的工藝。城市污水處理具有除磷脫氮能力的工藝主要有；

1)A2/O工藝

A2/O工藝是在進行硝化與BOD5去除時,設計了厭氧區缺氧區好氧區的工藝過程以滿足出水水質脫磷去氮要求。這種方法也稱為反硝化除磷脫氮工藝。

A2/O活性污泥法中,在好氧段利用活性生物菌內進行硝化與反硝化的反應，氮轉化為液態形式等。而且反硝化反應所產生的堿度可補償硝化反應消耗的堿度的一半左右。在缺氧區段內由于缺少食料而受到抑制，不會出現污泥膨脹現象。

2)氧化溝工藝

目前項目單位所使用的工藝，具有流程簡單、構筑物少和污泥量少的特點，一般情況不建初沉池和污泥消化池，抗水量水質沖擊負荷能力較強。該工藝對除磷脫氮的效果較差且不穩定。

3)SBR活性污泥法

SBR法是一種間歇式活性污泥法, 該工藝中廢水是在充水/曝氣、充水/沉淀、撇水、閑置各階段得到處理的。上述各階段組成一個周期，并不斷循環重復。在SBR法中，活性污泥始終保持在一個池子中進行生物反應、泥水分離，可以通過各種不同設計參數的選取和運行工況的調整，達到脫氮和除磷的目的。該法具有抗沖擊負荷能力強和不須回流污泥、節約基建投資等優點，但要求自控水平和設備狀況很高。

下面是原工藝流程和改造工藝流程示意圖：

3 改進數字系統

此系統包括監控中心和現場控制分站（進水泵房分站、中水處理分站、污水處理站）和一個化學實驗室。其中，中水處理站對厭氧好氧比例進行調整，進水泵房分站增加進出監控；污水處理站分站投入全自動運行；化學實驗室實施對全廠設備的控制操作及監視。所有自動化采用的PLC可編程控制系統是西門子（S7－400）系統對設備的改造與完善。

一下圖三段缺氧池、好氧池為例：

假設：

1)進水總管有Ln流量計，在每個缺氧池支管進水處都安裝流量計和調節閥。例如：1#L1流量計和K1調節閥。

2)進氣總管處安裝變頻鼓風機P1。

控制要求：

1)好氧區DO超標大于3mg/l時調節風量（調節變頻鼓風機）。

2)好氧區首部DO值小于2mg/l是調節風量（調節變頻鼓風機）。

3)好氧區首部DO值保持在2.6mg/l上下調節（PID調節進水）。

4)好氧區尾部DO值保持在2-2.5mg/l上下調節（PID調節進水）。

5)厭氧區ORP保持＜0調節 （PID調節進水）。

6)缺氧區DO值保持在＜0.2調節（PID調節進水）。

自控控制說明：（以下圖為例）

1)初次進水多點進水比例按照1#30%、2#30%、3#10%進水比例調節PID控制分別控制K1、K2、K3來調節。

2)當厭氧區氧化還原點位高于0時：PID分別調節K1、K2、K3減小開度已達到增大厭氧池中的進水。當厭氧區的氧化還原點位指小于0時再次還原K1、K2、K3至原有開度。

3)當1#缺氧區的DO2值大于0.2時PID控制K1增大開度以降低至DO2值小于0.2為止。

考慮對該缺氧區的配水調節后對DO2值檢測實際存在的滯后性PID調節。

城市污水二級生化處理技術工藝構成與性能特點一覽表

4)當1#好氧區的DO1值小于2時控制變頻鼓風機P1增大風量調節至DO1值在2.5上下調節。

5 結束語

根據現場工藝要求和根據國家處理規格要求在進一步完善自動化控制的基礎上，增強對工藝的了解完善設備需求，使得部分污水處理的污水處理能力沒有達到預期的效果和處理能力，根據以上幾點我們改善自動化編程更加符合工藝，減少外部環境對工藝設計的影響，增強對主控人員自動化知識的普及。

[1]中國礦業大學環境與測繪學院張雁秋教授

[2]唐森本等，環境有機污染化學，冶金工業出版社，1995