自動化控制系統在城市污水處理廠中的應用

王懷祥

摘 要：結合成都第四污水處理廠自控系統工程實例，簡要介紹了自動化控制系統之膜池系統控制--在城市污水處理工藝中的過程監控及應用。

關鍵詞：污水處理；自動控制

一、前言

城市污水是城市發展過程中的產物，早期的城市污水處理主要是通過污水收集系統排放到附近下游水體之中，利用水體的稀釋以及水體自凈作用來進行簡單的處理，但是隨著我國國民經濟的迅猛發展，城市規模不斷擴大，人口數目迅速增長，生產規模不斷擴大，生產過程更加復雜，人民的生活更加豐富多彩，隨之而來的是城市污水量不斷加大，水質也越來越復雜，僅僅依靠稀釋及水體自凈作用處理污水已經無法滿足達標排放的要求，會對下游水體產生較大的污染和影響。在這種情況下，我們就不得不采取措施加大對城市污水的處理力度，以改善不斷惡化的水環境污染趨勢。

在城市污水處理廠的管理方面，早期主要是由技術人員現場檢測、調試，由于處理廠工藝復雜，構筑物較多，需要進行實時監控的項目指標多而復雜，例如：進出水pH值、進水流量、曝氣池溶解氧量等等，如要對這些指標逐一監控，無疑會耗費大量的人力物力，無法達到實時監控的目的。隨著我國工業化進程的迅速發展，自動控制系統漸漸應用到污水處理工藝監測過程中，并且取得了相當好的效果，既節省了人力、物力，又大大提高了污水處理的效果和能力，有著廣闊的發展前景。近年來，各地相繼建設了一批城市污水處理廠，應用先進的污水處理自控技術及設備，系統的控制和管理水平也有了很大的提高，實行了污水處理的自動控制和管理。結束了以往污水處理全部用人工和傳統的繼電控制的落后局面。

二、成都第四污水處理廠簡介

本文以成都第四污水處理廠為例，簡要介紹了自動化控制系統在該廠污水處理工藝過程中進水泵房應用情況。

成都第四污水處理廠是成都市的重點工程，一期工程日處理量為15萬噸/天（二級處理），主要生物處理工藝采用的是“膜工藝”法。

該廠的自動化控制系統主要包括：中央控制室監控設備、可編程控制器（PLC）、檢測儀表、避雷和閉路監控等。目的在于使廠方能夠及時了解、掌握并控制污水處理過程的運行工況、工藝參數的大小及變化、優化各工藝流程的運行，保證出水水質，降低處理成本，節省能耗，提高運行管理水平，使污水處理廠能長期正常穩定地運行，取得最佳效益。

2.1 控制方式

根據設計，該廠自控系統在結構上采用既集中又分散的方式，實行三級控制，即就地手動控制、現場PLC自動控制和中央控制室控制，提高了系統運行的可靠性。該控制系統采用光纖以太環網高速通訊網絡，將中央控制室和各PLC現場控制站連接起來。各PLC現場控制站負責設備的自動控制及信號狀態采集。中央控制室負責提供設備的控制方式，能進行單獨設備或系統的控制。

2. 2 中央控制室

本控制系統設有一個中央控制室，內有一面模擬屏及兩臺監控計算機（上位機），用于集中監視、控制、操作、管理污水處理廠的生產過程。

中央控制室兩臺計算機操作員站互為備用，它們均可各自獨立完成整個工藝過程的監控。上位機人機界面是操作者和系統交互聯系的平臺，它直接面向操作者，是用戶認識評價一個系統的首要部分。本系統采用在WINDOWS環境下運行的AB的SE軟件包，它把實時動態的各種信息量以圖形、文字、畫面的方式有機地結合在一起，立體感強，操作簡便，直觀舒適。將整個生產工藝過程制作成直觀彩色畫面。操作員站具有以下功能：

· 顯示工程設備的運行狀態，顯示工藝流程的動態參數，顯示相關參數的趨勢，歷史數據及歷史記錄。

· 打印過程回路控制的參數給定值、報警記錄和班報表等。

· 報警設有優先級管理，任意管理均在屏幕上顯示。

· 在操作過程中，設有啟動、停止、復位和選擇等軟手動操作功能。

· 實現編程、組態和修改等，操作員站裝有功能強大的上位軟件，以便能方便地、直觀地組態和編程。

2. 3 PLC現場控制站

本工程根據工藝流程和生產控制要求及現場位置情況，設有四個現場控制站，包括進水泵房及沉砂池與中提泵房和膜格柵、生化池、膜池系統、脫水機房及加藥等生產過程現場控制站。每個現場控制站用施耐德公司的M580系列PLC，都配有GT6330操作員終端，代替常規設備如按鈕、信號燈、數顯表，并具有較強的報警能力。

三、膜池系統控制說明

本文主要解釋膜池工藝過程中自動控制系統：

1、系統中20個獨立膜池，每10個膜池合為一組控制單元，共2組膜控制單元。

2、本項目MBR膜系統由膜區、膜化學清洗、反洗系統、真空系統、空氣吹掃系統組成。其中膜組件是MBR處理工藝的核心部件，采用過濾精度為0.1微米的浸沒式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維超濾膜組件，安裝于膜區中。

3、MBR系統設計流量為15萬噸/天，整個膜系統共200個膜池，20組膜控制單元，共分2個系列，每個系列10個膜控制單元，100個膜池。各系列單獨控制，每個系列內的膜池按開9停1運行；

4、單個膜系列的10個膜控制單元獨立運行，每個膜池配置1臺產水泵產水，利用膜的高效截留作用截留大部分污染物，從而獲得滿足設計要求的出水水質。

5、膜系統應采用模塊化設計，易于增容，膜元件可方便修補和更換，不會影響系統的正常運行。系統設備的耐壓性、防腐性、防滲漏性需滿足設計規定。

6、膜組件的設計通量將根據進水水質選擇，不大于規定的通量值，并預留有足夠的余量。選擇合理的膜數量，保證膜組件在設計年限內正常運行和維持合理的清洗周期以及合理的反洗間隔，以盡可能降低系統的自用水耗和運行能耗。

7、膜系統設有真空泵系統等輔助裝置用于首次起動膜系統，系統檢修維護后或者長時間不運行后啟動時抽真空。

8、膜系統產水管設取樣點，以便能快速、有效地診斷、確定系統的故障。

9、當膜產水不達標時，可通過專業的手段和方法盡快查出故障，當故障破損的膜組件定位后，可將其隔離，然后再進行修補。應考慮盡量減少因膜組件的維修而造成的系統膜組件的停運量。

10、為防止膜污染，膜組件設有空氣擦洗系統，利用鼓風吹掃產生的大孔氣泡進行膜絲的振蕩擦洗，并設有（但不限于）在線水反洗、在線化學反洗及離線化學清洗系統等膜通量維持及恢復系統。

11、膜系統所配儀器、儀表的性能、配置點及數量等滿足本系統的安全、穩定、可靠運行之需要。每系列膜系統產水及反洗水管路上都配置電磁流量計、壓力變送器，以便控制膜系統的正常安全運行。

12、專業詞匯

產水模式：膜池按產9停1的工作模式，此工作模式中，膜池自動運行

手動模式：膜池系統手動工作模式

抽真空：膜池運行前要將產水管道中的空氣抽完

在線反洗：膜池運行一段時間后要進行維護性清洗

故障模式：膜池相關設備出現問題處理

四、總體評價及存在的問題

目前將此控制系統應用到成都第四污水處理工藝過程當中，系統實現了全自動控制，出現設備問題或儀表問題能及時反應到中央控制室，系統能自動正常處理出現問題的膜池并提醒操作人員處理，取得了良好的效果。但是在運行過程中仍然存在一些問題：

膜池系統中有一些儀表閥門存在可能出現問題而引起膜池系統停產；膜池系統由于儀表無法精確取樣，不能實現依工藝的需要來調整產水量的設定大小，只能人為依進水情況來設定產水量，這一點需要人工干擾，由此還難以達到中控無人值守。

五、結語

現今我國污水處理廠多是采用國外進口設備與控制系統，價格高，維護困難。并且目前我國國產的在線分析測定儀器設備還不能達到精度要求，因此，我們自主研發設計制造自動化控制系統，并提高儀器設備的測量精度和質量，降低維護費用，是我們現階段以及今后污水處理廠自動化控制系統發展的主要方向。