機械設備自動化在污水處理廠的應用

黃瑜安

【摘 要】近些年，我國社會經濟與科技水平都取得明顯進步，工業生產逐漸運用機械設備自動化技術，進一步提高生產質量與效率。污水處理是我國環保產業的一項重點工作。機械設備自動化技術運用在污水處理工程中具有重要作用，文章以廣西綠城水務股份有限公司埌東污水處理廠機械設備自動化的應用為例，對污水處理過程中運用機械設備自動化的情況進行分析和總結。

【關鍵詞】污水處理;機械設備自動化;應用

【中圖分類號】TU992.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）01-0096-03

我國水資源并不豐富，為此需要采取有效措施提高水資源利用率，污水處理廠能夠將污水進行有效處理，然后將處理過的污水用于農業利用、城市雜用、工業利用、環境利用等，從而實現水資源的充分利用，讓環境得到有效保護[1]。目前，我國大多數污水處理廠的工作負荷都相對較高，將機械設備自動化技術運用在污水處理工程中，可以改善污水處理廠工作負荷過重的問題，實現污水的有效凈化，確保污水經過處理后可以再次運用到人們的生活中。

1 污水處理中運用機械設備自動化技術的情況

1.1 運用原則

現階段的主要工業控制模式是計算機網絡系統、儀表檢測系統、PLC站與組態軟件工作合作，這些工業控制模式已逐漸運用在污水處理機械自動化控制中。設計單位在設計污水處理設備自動化系統組成過程中，需要結合污水處理各個工藝具備的特征，考慮到“現場無人值守，分站少人值班”的重要原則[2]。同時需要達到以下4點要求：第一，需確保污水處理控制系統即使在很嚴格的工業環境下，也能夠具備較高的穩定性、可靠性與安全性。第二，污水處理系統需要與現今先進的控制模式相匹配。第三，污水處理設備需要具備擴展性，預留足夠的維護性與可操作性，保持靈活的通信方式。第四，自動控制系統需要有優良的實時性，盡可能地避免滯后帶來嚴重影響，自動控制系統需能夠適應不同的工作狀況。

1.2 發展情況

我國污水處理廠引入自動化系統的時間比較晚，直到20世紀90年代，自動化水平才有了明顯進步。如今，我國污水處理自動系統存在以下5個明顯特征：第一，部分建設時間較早的污水處理廠，只具有水平較低的污水設備自動化水平，大多數需要依靠人工手動調節，污水處理廠仍存在自動控制模式和手動控制模式并存的情況。第二，國產在線檢測設備不具備良好的穩定性能，設備做不到長期可靠運行[3]。第三，污水處理廠各個站點間沒有進行有效的信息交換，有些不能實現信息共享。第四，污水處理廠部分數據仍需要人工記錄。第五，國內污水處理設備不具備良好的通用性與互換性。

1.3 運用優勢

通常情況下污水處理廠服務范圍面積較大，現場情況較為復雜。部分建設時間較早的污水處理主要依賴人工進行處理，人工處理的方法會導致人力、物力雙重浪費，效率低。人工操作存在較大的偶然性，水質指標會出現較大誤差，水質合格率相對較低。上述污水處理過程存在的問題可以借助綜合自動化系統來解決。綜合自動化系統可以有效降低污水處理成本，提高準確性和處理效率，有效解決異常情況。污水處理廠設置中心控制室，通過中心控制室實時監控污水處理情況。中心控制室的數據庫可以更好地保存污水處理過程中產生的數據信息，借助數據信息合理調整經營管理[4]。

1.4 存在問題

污水處理過程中，機械設備自動化存在以下問題：第一，綜合自動化系統的操作難度較大，需要配備專業人士進行管理。第二，購買自動化系統配備設備的成本比較高，運用自動化系統時，需要購買較多的軟件和硬件，前期購買軟硬件的成本較高，需要較長時間才能回收成本，導致較多污水處理廠不愿意投入過多資金購買軟硬件支撐自動化系統的運行。

2 污水處理廠運用綜合自動化系統的實例

廣西綠城水務股份有限公司埌東污水處理廠是一座現代化城市市政污水處理廠，整個建設項目共分為4期工程，均已投產使用。埌東污水處理廠的綜合自動化系統設置有PLC控制站、光纖網絡、中心控制室。該系統實現一期、二期、三期、四期工程生產調度的統一化，生產數據管理的統一化，生產報表的統一化，從而方便污水處理廠的生產調度和管理。

2.1 綜合自動化系統的控制

污水處理廠自動化系統要求對污水處理過程進行自動控制和自動調節，使處理后的水質指標達標。綜合自動化系統具備控制操作、顯示功能、數據管理、報警功能、打印功能等功能。以埌東污水處理廠為例，其綜合自動化系統共設置有1個中心控制室、3個PLC控制站與其相匹配的I/O站點，分別安裝在變配電房、大鼓風機房和脫水機房，能夠自主形成3個子控制系統。變配電房工作站的I/O站點設置在進水段與沉砂池中，借助I/O站點對污水開展有效的采樣與物理化學分析，工作站能夠實時監控整個裝置的啟動與停止裝置，同時能夠實時進行污水進水量調節、水樣采集等相關操作，監控進水溫度、懸浮物濃度、pH值等[5]。大鼓風機房工作站主要監控生化池溶解氧濃度、風機風量、閥門開關度、攪拌器運轉情況等，具備進行風機風量調節、閥門開關度大小調節等操作。脫水機房控制站用于監控脫水機、進泥泵、加藥泵等設備運轉情況，科學合理控制污泥濃縮、加藥量。3個控制站對污水處理的各項指標進行監控，然后將監控數據傳輸到中心控制室。

2.2 綜合自動化系統的管理

埌東污水處理廠綜合自動化系統的中心控制室與控制站通過光纖進行連接。當中心控制室發出上傳指令時，系統各單元將當前時刻運行過程中的主要參數（水質參數、液位、流量等）、設備運行狀態（電流、電壓、轉速、溫度）等信息上傳到中心控制室，技術人員通過中心控制室獲得大量的污水監控信息，能根據污水COD、pH值、氨氮、微生物含量等數值進行圖表繪制，對當前污水處理過程、水質情況進行有效分析，合理評估污水處理系統、控制站的運作有無異常狀況發生，并對污水處理系統、控制站進行下一步工作安排。此外，根據系統數據庫的信息，能有效統計機械設備的運轉時間、耗電量、耗水量、藥劑投放量、污水處理量等數據，有效計算每噸污水處理所需要的成本，并將成本控制在合理范圍內[6]。遠程監管系統能夠在異常情況下立即做出報警動作，準確反映報警信息，從而提高污水處理的安全性。

2.3 綜合自動化系統中的機械設備

構成污水處理廠整個自動化控制系統的元素是設備，一般機械設備主要包含專用、通用兩種類型，潛水提升泵、鼓風機、污水處理閥門、管道等屬于通用機械設備范疇，污泥處理設備（如污泥脫水機）、攪拌器、曝氣設備、機械攔污設備（如格柵）、紫外消毒設備、刮/吸泥橋架、除臭裝置等設備屬于專用污水處理設備范疇。目前，埌東污水處理廠大部分機械設備均具備自動運行功能，可根據設定某些程序或者指令進行動作和運行，也可以與傳感器等其他裝置聯動運行。同時，在鼓風機和潛水提升泵上已應用變頻技術。變頻器的軟啟動能大大減小電機啟動時對電網的沖擊，可根據工藝和參數適當調節電機轉速來調節風量和流量，具有明顯的節電效果。變頻技術的應用不但免去許多煩瑣的人工操作和安全隱患因素，使系統運行始終處于節能狀態，延長了設備的使用壽命，更好地適應生產需求;而且，變頻器豐富的內部控制功能可以很方便地與其他控制系統實現閉環自動控制。

3 污水處理過程中運用機械設備自動化技術實例

3.1 機械設備與傳感器聯動控制

在污水處理中，鼓風曝氣是將壓縮空氣通過管道送入曝氣池的擴散設備，以氣泡形式分散進入混合液，使氣泡中的氧迅速擴散轉移到混合液中，供給活性污泥中的微生物。埌東污水處理廠曝氣系統包括磁懸浮離心鼓風機、生化池DO儀表、控制站、壓力變送器、MCU（總控制中心）及空氣調節閥。曝氣系統中各個部件均能自動完成其作用。根據工藝要求，DO值一般保持在2.0 mg/L。因此，控制站設定DO值為2.0 mg/L。具體自動化過程：當生化池上的DO儀檢測水中的溶解氧濃度低于2.0 mg/L，該數值會反饋到控制站，與控制站上的設定值比較，小于設定值，進而輸出信號到生化池上的空氣調節閥，將空氣調節閥的閥門開度增大，管道上的空氣壓力同時增大，檢測總空氣管壓力的壓力變送器將壓力信號值傳輸到MCU中，MCU內部的PID調節系統，根據接收到的壓力信號自動提高離心鼓風機的運行風量，生化池的曝氣量隨之相應增加，溶解氧將升高;當生化池DO儀檢測數值大于2.0 mg/L時，MCU自動減少離心鼓風機的運行風量，甚至運行臺數。整個調整過程均為自動調節，無須手動控制。

3.2 機械設備的PLC控制

埌東污水處理廠進水泵房均安裝有格柵，用于攔截污水中較大的漂浮物、懸浮物等，保護其他機械設備正常運行，減輕后續處理負荷。格柵的前段均安裝超聲波液位差計，用于測量格柵前后相對應的液位差，從而反映格柵有無發生阻塞，同時測量的數據將傳輸到機械設備PLC控制器中，借助PLC控制器進行計算與分析。如果測量的液位差與初始設置數據存在較大差異，PLC控制器將傳輸信號到格柵，增加清理垃圾頻次，確保過水環節保持暢通。如果測量的液位差與初始設置數據相差不大，說明過水環節保持正常，格柵自動運行頻次不變，甚至減小，可以有效預防設備過度使用磨損，延長設備使用壽命。此外，格柵可按時間順序進行控制，在PLC中設定運行周期、間隙時間和每次運行時長，格柵將按照設定好的指令自動運行。為了確保潛水提升泵能夠實現自動控制，還可以在進水泵房配備2臺超聲波液位計，用于及時反映水位情況，PLC控制器接收數據后開展有效分析[7]，可以不斷調整泵的運行狀態，適應不同的工況讓進水提升泵一直處于最佳運行狀態。

4 結語

污水處理廠的機械設備自動化是確保污水處理設備正常運行的重要部分，一臺好的機械設備既可以自動運行，使操作人員不用到現場，減輕人員工作負擔，又能與別的設備聯動工作，實現全自動運行。在污水處理廠科學合理地運用機械設備自動化，有效運用網絡服務系統，以及有效運用PLC控制工程和傳感器設備，以此提高污水處理的工作效率與工作質量，使污水能夠得到有效凈化，從而實現水資源的合理利用。

參 考 文 獻

[1]陳彪林.機械設備自動化在污水處理工程中的應用[J].內蒙古科技與經濟，2018（24）：100，102.

[2]張建春.機械設備自動化在污水處理工程中的應用[J].電子樂園，2019（10）：250.

[3]郭海鴻.PLC自動控制系統在污水處理工程中的運用[J].中國高新區，2018（9）：15，17.

[4]張俊偉.電氣工程自控系統在污水處理工藝中的運用探索[J].建筑工程技術與設計，2018（21）：3119.

[5]姚元海.探究電氣自動化技術在污水處理過程中的應用[J].建筑工程技術與設計，2018（15）：209.

[6]王偉，李建利.自動控制系統在污水處理中的應用[J].中國石油石化，2017（3）：34-35.

[7]陳軍，吳舒海，劉儉和.一種回轉式清污機自動化控制方式的設計應用[J].治淮，2019，485（1）：36-37.