電氣自動化控制技術在污水處理廠曝氣量控制中的應用 分析

王陽

摘 ?要：當下，環境友好型社會建設如火如荼，對于環境污染的整治愈加重要，這其中污水的處理是一大難題，曝氣量的控制也是一大重難點。該文對于電氣自動化控制技術在污水處理方面的應用加以關注，主要分析了控制曝氣量這一關鍵環節，介紹了控制曝氣量的幾大策略以及相關系統，以期為污水處理技術提供了更多的參考，助力于環境的改善和提高，促進水資源的節約使用以及經濟的可持續發展。

關鍵詞：電氣自動化控制技術 ?曝氣量控制 ?應用分析

中圖分類號：X703 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（c）-0053-02

污水處理廠主要承載的是城市污水的處理改造，是排水系統的重要組成部分。只有排水系統完善良好，城市的環境以及基礎設施建設才稱得上完善，也能為城市各方面協調發展提供后備保障，它與城市的文明水平和現代化能力息息相關。除此之外，我國的污水處理標準日漸嚴格，不僅對于環境危害性有著嚴格要求，還要求能夠提高污水處理后的利用率，節約水資源，促進資源節約型社會的建設，為緊張的水資源現狀做出貢獻。

1 ?曝氣量控制概述

曝氣量控制對于行業外人員來說相對陌生，但曝氣量在污水處理工藝中是舉足輕重的一個調節參數，其控制的好壞對于污水處理結果和質量影響較大。一般而言，曝氣量需要控制在特定范圍內最為適宜，一旦曝氣量過高就會造成污水處理成本升高，效率降低。反之曝氣量控制過低的話，會造成氧濃度降低，從而使得消化反應無法反應完全;而且絮類菌體會獲得大量繁殖的機會，導致水質加速惡化。國家環保總局曾對我國污水處理廠和相關設施加以調查，調查結果顯示在所抽調的600多個縣級以上城市中大半城市沒有設置污水處理廠，只有不到100的大型中型城市設有處理污水設施。但即使在這數十個設有污水處理設施的城市中，也有大半設施形同虛設，實際使用率極低，污水處理能力也不達標[1]。很多發達國家由于早期經濟的粗放型發展，環境問題和資源短缺相對嚴重，因此發達國家很早就開始注重污水處理來保護環境和節約水資源。尤其是伴隨著各項技術的迅猛發展，自動化控制技術日漸成熟，發達國家污水處理工藝得到大大改進，據悉，發達國家部分城市可將污水處理率提升到80%之高。由此可見，自動化控制技術在污水處理中作用顯著，如能引入電氣自動化控制技術，就能進一步提高污水處理率，對于緩解環境問題和資源短缺都很有幫助，是值得投入研究的重要課題。

2 ?電氣自動化控制技術在曝氣量控制方面的應用

在電氣自動化控制技術應用于污水處理之前，該領域也有自己的控制曝氣量相關策略，這些策略方法各異，原理多樣，在此與主題關系不大，因此不多加贅述，主要聚焦于電氣自動化控制技術在控制曝氣量層面上的幾大應用策略，下面是5種基本策略。

2.1 恒曝氣量控制

恒曝氣量控制是最為普通的一種策略，其切入的角度是使曝氣池提供相對恒定不變的曝氣量，大多數污水處理廠均喜歡采用此策略。但是這一策略存在固有缺陷，無法將池內水量以及水質納入考慮的范圍，也會受到溫差、溶解氧等因素的干擾，因此，該策略并不適合條件不夠穩定的污水處理廠。該策略具體應用的設備有空氣流量計，以此來測量空氣進量，將所得信號傳導進入PID控制器，進一步施加指令于相關的閥門等設備上，實現對曝氣量的控制，做到恒定曝氣。

2.2 恒曝氣量的分時控制

此方法相較于恒曝氣量控制策略有很多相似之處，總體來講原理相近，但這個策略又有所完善，克服了恒曝氣量控制策略的一些固有缺陷。分時段恒曝氣量控制在恒曝氣量控制的基礎上強調根據不同時間段的池中變化來調整曝氣量，十分適合不同時段水量水質變化較大的又有一定規律的污水處理廠。這一策略的主要方法是伴隨著時間段的特點來調整流量，由調節閥門來控制曝氣量，每個時段的曝氣量多少經過嚴密計算，確保不同時段曝氣量有變化而同一時間段內曝氣量恒定。一般以1h為一個時間段，將一天劃分為24個整時間段，研究其水量水質規律，設定好流量大小和曝氣量多少，按需調節。但該策略也存在這些操作困難，主要體現在不同時段的規律變化較大，受天氣因素干擾，時間段又多，需要工作人員充分把握變化較大的規律，設定出最好的曝氣量值，還要能根據變化不斷調整，這就大大地增加了工作量和工作難度。

2.3 恒溶解氧控制

此策略不強調曝氣量的恒定，而將目光放于溶解氧含量的恒定控制上。目前已有眾多污水處理廠采用了溶解氧檢測儀表，對于溶解氧含量能夠有實時的監控。推出恒溶解氧分布控制策略。該策略的主要方法流程是將溶解氧檢測儀表應用于反應器上，由儀表實時反應池中的溶解氧含量。但由于污水處理池較大，一個儀表無法準確反映所有區域，因此通常將曝氣池進行分區分片管理，每個區域放置一定的儀表加以監測，通過調節閥門予以控制。

2.4 溶解氧綜合控制

這一策略與恒溶解氧分布控制策略有相似之處，一樣聚焦于溶解氧這一參數的控制，它的主要流程是在系統中加入控制器，在溶解氧變化的過程中設定出動態參數，根據變化自動調節。控制器主要分為主控制器和從控制器，主控制器發揮采集信號，合理分配不同區域溶解氧的設定值，而從控制器主要接受信號，根據主控制器的指令來控制調節閥，實現對溶解氧量值的控制。但是，該策略是以出水信號為參照的，存在一定滯后性，屬于事后調節。為減少不穩定性和滯后性，也可將進水參數作為參照物，在事前進行控制，便可使得出水指標波動會比較平穩[2]。

2.5 系統化曝氣控制

精準化曝氣控制相對來說是最為復雜的策略，但它精準度高、自動化水平突出、經濟效益好，實在是十分優秀的控制策略。這種策略是博采眾長，充分利用了污水處理技術、電氣自動化技術、計算機技術等多種技術，將其融合，采用數學建模的形式綜合處理。它的主要流程是一水質監測信號作為前期的基本參照，預先制定相關策略方法和調節方式，同時利用計算機動態調整，通過自動閥門施加指令，進行自動化控制。這一策略明顯更為綜合自動，技術含量高，但是礙于技術手段要求較高，眾多污水處理廠無法達到相應的技術要求，因此該策略普及度不夠高，需要提供技術支持來幫助該策略的推廣[3]。

3 ?自動化控制系統在污水處理方面的應用

3.1 DCS自動化控制系統

這一系統中存在眾多臺相對獨立的微機，它們之間通過網絡架構產生聯系，系統中同時還具有控制站、工程師、操作員等多個組成部分，他們之間相互連接、相互合作協調配合，共同完成控制工作。該系統的優勢在于協調性強，能夠進行實時性的控制。

3.2 工業現場控制系統

這個系統相對于DCS自動化控制系統更為復雜，它的各個設備之間采用的是多向串聯，多接點的連接方式，這樣的方式能夠使各個設備之間有更強的能力進行資源信息的共享。然而，同樣囿于不同廠家設備兼容性問題，這一系統內部缺乏統一的規劃標準，無法實現整體化協調，因此這一系統普及度不高。

4 ?結語

我國的污水處理設施已盡量采用電氣自動化控制技術，以期改進污水處理工藝。該文推出了幾個應用策略和相關應用系統，以期為污水處理技術的提升添磚加瓦，必將有利于污水處理事業的進一步發展，亦能促進資源節約型、環境友好型社會的建設。

參考文獻

[1] 夏辛明.可編程控制器技術及應用[M].北京：理工大學出版社，1999：3-10.

[2] 馬勇，彭永臻.城市污水處理系統運行及過程控制[M].北京：科學出版社，2007.

[3] 劉鍇，周海.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.