工業自動化技術在污水處理中的應用

（中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司，武漢 430000）

0 引言

污水處理是指將無法使用的污水通過技術工藝轉化為生產和生活用水，越來越多原本無法利用的污水通過工藝處理達標成為可飲用水，并進入尋常百姓的家庭中[1]。通過使用自動化控制技術，可對污水處理廠區內部整個污水處理工藝流程進行綜合監控，并對污水提升泵房、細格柵間、沉砂池、生化池、沉淀池、回流及剩余污泥泵房、貯泥池、污泥濃縮脫水間、出水流量計井、紫外消毒渠以及總變配電室等設備進行分散控制，集中管理。

建立污水處理廠自動化控制系統，可有效管理整個污水處理廠的運行。文章首先分析了自動化控制技術在污水處理中的應用現狀，之后介紹了污水處理綜合自動化系統的原理及相關工程應用實踐，最后介紹了自動化技術對污水處理的價值和意義。

1 污水處理的自動化技術

隨著自動化水平的不斷提高及其在各個方面越來越廣泛的應用，污水處理作為一種新興產業，國家給予了相當大的重視，因而自動化系統在此具有關鍵作用[2]。

污水處理的自動化技術需要具備以下特點，一是污水處理的自動化技術研究的是隨時間變化的動態系統，二是系統存在進水的負荷擾動，三是系統需要在線傳感器進行實時監控，四是利用反饋信息來提高工藝性能[3]，五是污水處理的自動化系統應能做到可控。

目前，計算機的發展使得數據收集不再是限制條件，動態模型和控制方法的發展使得人們可以理解多種多樣的工藝，教育的發展培養了能夠執行污水處理的自動化技術的工程師，污水廠的設計靈活性在不斷地提高等方面，這些條件都使污水處理的自動化技術的實施具有更好的可行性。另一方面，社會的需求推動了污水處理的自動化技術的進一步發展，主要包括：監管的要求、排水指標不斷提高、能量效率提高、營養物質回收、熱量回收、生物質燃氣產氣及對于擾動或動態變化的恢復能力需求。隨著自動化技術的不斷發展，未來自動化技術在污水處理中的應用將越來越廣泛，應用領域將逐步拓寬，將有效支撐污水處理廠的穩定運行。

2 污水處理綜合自動化系統

以工礦企業的工業廢水或城鎮生活污水處理廠的自動化集中監控系統為例，分析污水處理綜合自動化系統。該系統主要由上位機、模擬顯示屏、PLC控制主站、各遠程分站及現場傳感器、電氣設備等構成。現場傳感器及電氣設備上的模擬和數字信號首先被各個遠程分站采集，然后經過通訊網絡傳至PLC控制主站，將各種信號以不同的形式（如指示燈、柱狀圖等）顯示在上位機上。模擬顯示屏上也能夠顯示電氣設備的狀態、傳感器的實時讀數以及工藝流水線等信息。同時各個遠程分站能夠接收來自控制主站的各種控制信號，實現遠程自動控制。該系統是一個管控一體化設計的排水綜合信息化平臺，包括數據采集與監控、GIS、電子顯示、視頻監控、安防、Web發布、排水模型和OA多個子系統，并與現場各儀表、攝像監控、防雷器、變頻器及其它受控對象進行連接。

污水處理綜合自動化系統具有以下特點：一是完善的控制功能。針對不同設備的工藝要求，具有不同的控制方式。操作人員只需輕點鼠標，就能夠靈活的轉換設備的操作控制方式，并控制設備的起停。這極大的方便了運行人員的操作，提高了工作效率，同時也便于設備的集中管理。二是豐富的顯示功能。運行人員能夠通過上位機或模擬顯示屏上的指示燈、柱狀圖、數碼顯示器、盤式顯示器及變化趨勢圖等多種方式，詳細的了解到各個現場設備、傳感器的運行狀態、實時參數、變化趨勢等多方面的信息。這使得運行人員足不出戶就能夠全面的掌握當前全廠設備的運轉情況，提高了系統運行的安全性。三是詳盡的故障報警和歷史記錄功能。系統具備詳盡的故障報警功能，保證在全廠任何一臺設備出現故障時，系統能夠立即停止該設備的運行并進入故障保護狀態，同時在上位機上彈出提示窗口通知運行人員及時處理。故障歷史記錄功能能夠幫助管理人員在故障發生后，查詢故障發生的具體時間和分析故障原因，以完善管理。四是強大而可靠的網絡通訊功能。污水處理程控系統多采用分布式的網絡結構，因此強大而可靠的網絡功能是程控系統可靠、穩定運行的基礎。本系統可以根據現場設備的情況，選用成熟的工業網絡技術，使得系統無論在通訊速度還是在通訊可靠性上都完全能夠滿足程控系統的需要。同時系統具備將信息上傳的網絡接口，能夠通過此接口將程控系統的各種信息上傳至污水廠的上級管理部門。

綜合污水處理系統需融合眾多最新的技術和方案，包括實時控制技術、現場總線技術、無線通信、數據庫、冗余容錯技術，并使用經過驗證的可靠應用軟件來實現，確保它是一個在技術領先性與經過驗證的穩定與可靠之間獲得平衡。

3 自動化技術對污水處理的意義

污水處理廠的水處理過程自動化控制系統具有高可靠性和高穩定性，開放性和操作的使用性等特點。整個系統應嚴格按照污水處理工藝流程設計。核心PLC模塊應保證質量，保證模塊的自診斷和容錯功能，具備完善的抗干擾及防雷等技術措施。該自動化控制系統應對用戶開放，使用戶可在廣泛的設備環境下便利的完成系統操作。系統中的組態軟件和編程軟件應為全中文界面，具有豐富的圖畫功能，使用戶清晰的了解污水處理廠各工段的運行情況以及故障報警點的分支細節，真正實現節省勞動力的同時，做到生產流程的全自動化監控。

對于污水處理企業來說，自動化主要是三方面的作用：安全性、經濟性、穩定性。構建污水處理廠自動化系統要有良好的污水收集與輸送系統、合理優化的污水處理廠工藝設計、合理優化的污水處理廠設備選型與配置、高質量的污水處理設施與運行管理、高質量的監測儀器儀表、高水平的自動控制系統等條件。污水處理廠自動化系統可提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確地采集生產線數據，以及合理的生產計劃編排與生產進度。

4 結束語

污水處理廠自動化系統的構建離不開眾多技術的支持，隨著新材料、物理、化學技術的發展，將有利促進監測儀器的發展。信息化將催生智能化的儀器，人工智能與傳感器小型化都將推動虛擬儀器的發展，這些無論是從監測技術發展還是污水自動化來講，都有非常大的發展空間。總體來說，根據目前國家水環境的情況和需求，污水處理廠自動化與監測技術差距還比較大，一些非常規的智能化儀器將成為未來趨勢。