污水處理廠自動化控制的分析與研究

摘 要：市場經濟的高速發展也隨之帶來了非常嚴重的環境問題。由于缺乏環保意識，工業廢水和生活污水往往會被直接排入到河流湖泊中，造成了嚴重的生態破壞和環境污染。不過隨著科學技術的進步和環境保護意識的提高，部分經濟發達的城市都加大了對污水處理廠的投資，而污水處理廠自動控制系統由于其開發成本低、減少人工勞動、提高處理效率等優點被逐漸地推廣和應用。

關鍵詞：污水處理廠；自動化；控制

1 前言

環境保護在當今日漸成為一個熱門和重視的話題。為解決污水處理效率低下問題，提高經濟效益和社會效益，城市污水處理廠越來越多地采用計算機智能自動化控制，根據系統運轉過程中發生的相關數據的變化及時自動地調整系統的運行以便在任意時刻的污水處理都保持在一個最佳的運行狀態。

一般來說，比較流行的城市污水處理工藝有如下幾種，比如氧化溝法、SBR法、生物膜法、BIOLAK法及AB曝氣法，各有優點和缺點。尤其是在不同環境不同條件下所選擇的工藝也是不同的。因此，污水處理廠在選擇污水處理工藝時應該根據污水處理量、污水的污染程度、污水的來源及自身的環境容量。盡量選用技術先進、節能效率高、運行和維護費用低、成本低、安全可靠、操作成熟方便的成熟工藝。針對不同的污水處理工藝，都要明確其自動控制系統的關鍵點，掌握好自動控制系統理論，科學管理污水處理廠的自動化控制。

2 污水處理廠自動化控制中的自控系統及其組成

根據集中管理分散控制的原則，自動化控制系統采用兩級分布式結構。在已建成的污水處理廠的自動化系統中，常見的有PC+PLC系統、FMS系統、SCADA系統和DCS系統。PC+PLC系統是由PC端和PLC端通過局域網絡連接構成，形成分布式控制系統的結構，它的特點是配置靈活、性價比較高，尤其非常適合處理大量的數字量邏輯控制的企業，但是在硬件和軟件方面則需要較高的系統配置和開發能力。FMS系統是指現場總線控制系統。它的特點是將系統的控制功能分散到廠區的各處、故障點相對來說較少、系統的可靠性較高，但是由于受到廠區總體規劃和線路布局儀表種類的限制，這一類的系統在污水處理廠應用的還較少。SCADA系統一般常見于分期建成的污水處理廠，自動控制系統由較多個子系統通過通信構成，一般為復合型結構。DCS系統一般都是由系統設計公司整套提供，如霍尼韋爾的DCS系統、費希爾一羅斯蒙特公司的DeltaV控制系統等，它的特點是無論是軟件還是硬件都是成套提供，適合較大型的有較多生產過程調節回路的企業。PC+PLC系統一般采用中央控制室和現場控制分站的結構，兩者之間采用一條高速傳輸電纜保持數據通信。污水處理廠的中央控制室主要負責對污水廠的整體管理、重點監視、集中操作、系統調試、運行參數記錄、報表生成及打印、參數在線修改、故障報警等功能。在中央控制室可以直觀地觀察到整個污水處理廠各道工藝流程的實時狀況和各指標參數的發展趨勢，技術人員能夠全面掌握全廠的運行情況，也能起到規避風險的作用。保證整個污水處理廠的高效可靠運行。現場控制分站包括機械處理段分站、生化處理段分站、排放及回用水處理段分站、污泥處理段分站等。機械處理段分站主要負責進水泵房、沉砂池、計量渠、粗格柵間、細格柵間等設備的自控和參數的采集。生化處理段分站主要負責沉淀池、氧化溝、厭氧選擇池等部分的設備自控和參數采集。排放及回用水處理段分站則負責排水泵房等設備的自動控制及參數采集。污及濃縮池排泥泵等。

簡單來說，污水處理廠的自動化控制是由自動監控、自動分析、自動控制三部分組成。自動分析系統的主要作用是建立參數曲線，通過分析現場控制分站反饋的參數或者人工錄入數據的方法，對比分析進池污水和出池污水的磷、氨氮、色度、COD等主要參數指標和溶解氧、污泥濃度、回流比等指標曲線，找出最適合的運行控制曲線并下傳至現場控制分站進行控制和工藝轉換。現場控制部分是由上位工控機、工位PLC、電控執行設備構成，其中核心是上位工控機的智能控制系統。該系統可以利用時間、污泥濃度和溶解氧等參數指標展開智能化的自動分析同時還能夠實現對下層的多重控制。工位 PLC則需要執行上位工控機傳輸來的控制信號，根據相關設定程序控制電控執行設備完成工藝要求，對風機、各類泵房等實施自動控制。在這里需要注意一些要點：時間盡可能地避開用電高峰；要設定污泥濃度指標；要設定溶解氧設置上下限；控制回流泵和剩余污泥泵等。

PC+PLC系統具有性價比高、配置靈活、系統具有升級空間開放性高、兼容性高、設備通用等特點，因此絕大部分污水處理廠都采用這種系統。

3 對于污水處理廠自動化控制建設的建議

由于我國在這方面的研究相較于國外來說技術相對空白，因此現在國內也大多數選擇引進國外的自動控制系統，雖然取得了一些不錯的效果，但是也存在著一些問題：（1）污水處理自動控制系統中所使用的一些自動化檢測閥門、儀表和設備的精度以及功能的實用化并不高，因此在實際生產和管理上面的效果不大，有時候誤差甚至會很大。如果過分信任污水處理自動控制系統，只通過它來判斷污水處理情況而忽略了人工管理，反而使得水質無法達標得到排放，更談不上保護環境節約能源。（2）在國內許多污水處理廠采用ORP、pH值作為參數指標來檢測調節曝氣量，控制出水的水質。但是當自控系統無法找到特征點時，污水處理自動化系統卻依然會根據時間來監控整個工藝流程。（3）儀器設備維護難度大。由于自動化控制系統的設計涉獵了計算機控制技術、電氣控制技術、軟件技術、網絡技術等，一般都是由專業的公司設計并構建系統。因此，污水處理廠在日后系統方面及設備方面的維護技術力量不夠，造成自控系統運行效果不好，達不到原先的設計要求。

針對以上這些問題，我們可以提出以下建議：（1）在自動化控制系統設計過程中，污水處理廠的工程技術人員代表也應該參與進來。在參加項目的開發、安裝和調試過程中，熟悉自控系統的開發過程和自控系統的性能，能夠對系統的軟件和硬件有一定維護、修復、完善及更改的能力，從而能夠擔負起系統日常運行時的設備維護及日后相應的升級。同時加強對員工的培訓，提高員工在計算機、網絡技術、軟件和電氣儀表方面的能力，安排員工參與到自動化控制系統的安裝和調試過程中，讓員工親自實踐并操作。順便還能憑借員工的豐富經驗及時發現設計時的不到之處，減少可能存在的隱形問題，加強了系統的實用性。（2）在自動控制系統管理方面要轉變員工觀念，不能完全依賴自動控制系統；同時要在保證系統安全可靠運行的前提下，盡量減少就地控制柜的作用和繼電及就地信號回路；在人員許可的情況下，增加中央控制室的操作人員和值班工程師，建立合理的倒班機制，保證隨時地將整個污水處理廠的運作控制在掌控之中。

4 結束語

雖然自動控制化相關理論和技術越來越成熟及規模化實用化，然而在污水處理領域，自動化控制技術系統的設計和使用依然處于發展和完善之中。由于各種科學技術的不斷改進，軟件和硬件的通用性、兼容性、擴展性、開放性都得到了極大的提高，污水處理廠的自控設計也面臨著非常多的選擇，因此如何配備合適的污水處理自動化控制系統是未來污水處理廠關注的重點問題之一。

參考文獻

[1]劉增祥.一種基于DCS的污水處理自控系統構建方案[J].電工技術，2007（10）.

[2]素萍.城市污水處理廠自動控制系統的設計與實現[J].計算機工程與設計，2003（5）.

作者簡介：王永宏（1978，12-），男，民族：漢，籍貫：湖南婁底，學歷本科，職稱中級，現工作單位湖南婁底市自來水公司。