污水處理站水處理自動化控制系統的技術改造

尤美軍 丁 鵬 尤田子欣 李乃漢 唐夢霞

（1.泰州醫藥高新技術產業開發區（泰州市高港區）醫藥產業園管理辦公室科創人才中心，江蘇 泰州 225300；2.徐州工程學院，江蘇 徐州 221000）

在我國的很多城市，特別是一些經濟發達的大城市都已經開始使用污水處理自動化技術，并且取得了一定的成就效果。但是目前，國內許多大型的污水處理廠仍然處于起步階段，其主要的設備還是以人工為主，自動化程度比較低，而且運行效率也不高。

1 研究綜述

1.1 研究背景

目前，國內大部分的污水處理廠都采用的是人工濕地的方式進行污水的處理工作，這種方法不僅效率低，而且容易造成二次污染，同時還存在著一定的安全隱患。在國外，許多發達國家已經開始使用污水處理自動化技術，并取得了不錯的成果；但是在中國，大多數的企業引進的設備仍然只是簡單的填埋和簡易的填埋，其工藝流程比較復雜，運行管理不規范，缺乏科學的規劃與設計，導致生產成本高，操作維護費用高等問題。針對這些問題，本文提出了利用PLC 的技術來控制污水處理自動化，這樣可以大大地降低投資減少人力，并且能夠有效地解決以上問題。

1.2 污水處理自動化控制系統的特點及發展趨勢

在我國的污水處理自動化控制系統的發展過程中，其主要的特點是：（1）自動化水平不斷提高。隨著科學技術的進步與發展，污水處理自動化控制系統的功能也在逐漸地完善；（2）運行的可靠性和穩定性得到了保障。由于水質越來越好，所以對水的質量要求也就變得更高，因此對水的品質有了更嚴格的標準；（3）系統的可維護性和擴展性都有很大的提升；目前，污水處理廠的自動化控制設備的種類繁多，但是大部分都是國外的一些先進的技術應用到實際的生產當中，并且這些技術的使用范圍都很廣，能夠實現多種的控制方式，從而保證整個污水處理工藝的穩定高效運轉。同時，還可以根據不同的情況來選擇適合的自動控制系統，這樣不僅節約成本，而且還能滿足企業的需求與經濟效益。

總而言之，國內污水處理站水處理自動化控制系統的技術改造外對于污水處理的自動化控制技術的研究已經取得了一定的進展效果，相信在未來的發展中我們會更加地追求環保、節能以及智能的時代理念，以促進我國的現代化建設。

1.3 研究目標

污水處理自動化技術是在傳統水處理工藝上進行了改進，將其與先進的水處理自動化控制系統結合，從而實現對污水的凈化和回用。目前，我國的污水處理自動化系統大多數都是采用的人工控制，這種方法的優點在于操作方便，但是缺點則是由于其運行的環境比較惡劣，而且在水質變化的時候會產生二次污染，對設備的使用壽命有嚴重的影響；還有一種，現在的污水處理自動控制系統的功能相對來說不是很齊全，并且不能滿足當前的需求。針對上述情況，本工程決定選用PID 的參數整定技術，通過調節PID 參數來達到去除污水中的雜質和懸浮物等的目的；同時，根據實際的要求選擇合適的控制器以及相關的傳感器、執行器等，并設計出相應的PLC 的程序以完成整個的自動化過程[1]。

2 污水處理廠自動化控制系統的必要性

目前，我國的污水處理自動化控制系統主要采用的控制方式有兩種，分別是PLC 和單片機。但是由于PLC 系統的價格較高，在運行過程中存在著許多問題，例如:可靠性差、體積大、維護困難等。因此，需要對其進行不斷的改進和完善。水處理自動化控制系統的出現，解決了傳統的水處理自動化控制系統的諸多缺點，提高了水處理的工作效率，減少了投資成本，同時也降低了污水處理廠的運營風險。隨著科學技術的發展與普及，人們對環境保護越來越重視，這就要求我們要更加注重環境的保護與治理。所以說，在現代化的污水處理自動控制系統中，將先進的技術融入其中，是非常重要的一環；而且，通過對國外的一些技術的學習借鑒，結合自身的實際情況，利用自己的優勢設計出一套符合國情的污水處理工藝流程，這樣不僅可以節約大量的資源，還能促進企業的可持續穩定的發展；另外，如果能夠充分地運用國內的各種水質以及溫度的變化規律，就能大大地提升生產生活水平，實現水資源循環使用[2]。

3 污水處理站水處理自動化控制系統現狀

我國的水污染問題日益嚴重，水價也在逐步提高，這就導致了對水質的嚴格控制，對污水處理的自動化水平提出了更高的要求和標準。目前，國內的污水處理廠采用的都是集中式的工藝流程，這種系統的特點是：（1）運行穩定，操作簡單。由于水廠的規模較大，設備比較復雜，所以需要的人工成本較高，而且其自動化程度不高；（2）自動化的水處理過程中，會產生大量的廢水量，這些水量的大小與廢水中的含鹽量有關，如果不進行有效的分離和凈化，那么將會影響到后續的出水管的凈流量；（3）在出水口的位置設置上，要考慮到不同的出水池的高度、出流方向等因素，因為要保證達到最大化的利用效率。同時還要注意，在進口處最好安裝一個自動調節閥來實現水位的上下浮動。

4 污水處理站水處理自動化控制系統簡介

當前，我國在污水處理自動化中應用較多的是人工濕地處理系統，主要利用的是PLC 和水泵等控制設備，通過對水泵進行調節，從而達到凈化水質的目的；而國外的一些發達國家，其污水處理自動化控制系統已經實現了自動運行，能夠根據水量的變化情況，及時地調整污水的流量以及出水的時間；而部分國家則是完全依靠計算機來操控，采用了PID 等技術，進而對污水的溫度、pH值、濃度等參數做出相應的調控措施，使其符合實際的生產需求。在目前的中國市場，由于經濟發展的需要使得人們的生活水平得到提高，同時也導致水資源的污染程度越來越嚴重，這就要求我們要不斷地研發更加高效的污水處理工藝，以保證廢水中的各種雜質指標不會被影響到。為了進一步地保護生態環境，必須要加強對于環境的監測工作，這就促使自動化的技術逐漸地得到提升和完善。隨著科學技術的進步與創新，自動化技術的運用范圍也變得更廣，并且具有很大的潛力，可以被廣泛地應用于各個行業[3]。

5 污水處理站水處理自動化控制系統的技術改造

5.1 污水處理控制系統的解決方案

根據對目前的污水處理自動化控制技術的研究現狀分析，污水處理站水的水質要求較高，因此，需要采用先進的水處理自動控制系統，以滿足污水的凈化和脫氮除磷的需求；同時，也要考慮到自動化系統的成本問題，在經濟性和可靠性方面都要達到最優。針對以上的缺點，由于我國的水資源比較匱乏，而且大部分的用水都是直接排放到廢水中，所以如果不加節制地進行開發利用，將會造成巨大的環境污染。

首先，在污水處理自動化中，水處理工藝的自動化控制是其關鍵的環節之一。在水處理過程中，由于各種因素的影響，使得污水的水質受到污染，因此，必須對其進行有效的治理，以保證后續的生產運行不會出現嚴重的問題；其次，要想使系統能夠正常的運轉就需要對污水的溫度、PH 值和濃度等參數的變化規律有一個準確的判斷，并作出相應的調整；再次，要想使控制系統的性能得到充分的發揮，就要通過模擬信號來實現，只有這樣，才能讓控制系統的功能得以充分發揮。目前，我國的污水處理自動化技術主要采用的都是PID 的調節方式，P 算法的優點在于簡單易行，但是缺點也非常明顯，比如說當外界的干擾較大時，會導致P 值的偏差增大，從而使控制系統的穩定性降低。當輸入的數值發生變化時，會引起輸出的誤差變大，這也是造成控制系統失靈的原因所在。

5.2 功能模塊分析

PLC 的控制功能是通過程序來實現的，在污水處理自動化控制系統中，主要包括以下幾方面的內容:

（1）水泵自動運行。當水泵處于低轉速或高速度運轉時，PLC 就會向電機驅動模塊發出信號，使水泵的工作狀態發生變化，并將啟動的水泵的動力和壓力轉換成電脈沖，然后再由變頻器的輸出端進行循環；（2）變頻器的切換與停止。當變頻器的頻率發生改變時，PLC 的主控單元就會根據其產生的電平的變化來完成相應的操作；同時，也可以利用其的工速，使電動機的旋轉方向變換；（3）系統的檢測和報警。在污水處理自動化控制系統中，為了防止污水處理過程中出現意外的情況而導致無法及時地排除故障，需要對控制系統的各個環節的參數值與實際值之間的偏差做出判斷，并且要有針對性地采取必要的措施來解決。

5.3 污水處理站水處理自動化控制系統參數確定

通過對水處理自動化控制系統的研究可以看出，在運行的過程中，水處理系統的水質會受到很多因素的影響而變化，其中包括水量、水溫、PH 等，這些也是非常重要的一個環節。

在實際的污水處理自動化控制系統中，要根據其自身的特點來選擇合適的控制方式，這樣才能夠保證整個污水處理的自動化水平達到最優的效果和結果。經過對以上的分析可知，在污水處理自動化的控制系統中，要想實現自動和手動的結合，就必須將其與計算機技術相結合，從而使水的凈化率得到有效的提高；另外，需要注意的是，還應該從當前的角度出發，考慮到不同的地區以及各種情況，制定出相應的方案來進行調節。只有如此，才能確保污水的去除效率，進而提升水資源的利用率。由于我國的經濟發展比較快，因此對于工業廢水中的污染物濃度也有了較高的要求標準，所以為了滿足這一需求，我們應采用先進的工藝技術，并在此基礎上，不斷地優化升級，使其性能更加穩定。

5.4 系統整體框圖

經過上述的分析和比較，水處理自動化系統主要由以下幾個部分組成：

（1）控制調節系統:包括對進水流量、水溫、水量的測量和調整；（2）監控系統：對水質參數進行實時的監測并將數據傳輸到上位機；（3）報警系統：當污水被處理后，通過通信的方式將污水處理廠的各種信息傳遞給相應的水處理自動化控制系統。同時，也能在一定程度上起到保護的作用；當污水被處理后，可以實現自動的停止運行；（4）回灌設備：在污水被處理后，會產生大量的污泥，這些污泥需要及時地回灌，否則會造成浪費。因此，在利用該功能的時候，要注意避免堵塞管道。另外，還應考慮到二次加工后的廢液排出。如果不設置回灌裝置，則必須使用人工的方法來防止污染。此外，還要做好防滲漏的措施，以保證不會影響到后續的正常生產。由于自動化控制系統的復雜性與多變性，所以要根據實際情況選擇合適的方案來滿足需求。

5.5 數據管理

數據管理主要包括對水總參數、水質指標、水量等的監控和控制。

（1）對各設備的運行情況進行實時監測，并將檢測到的數據及時反饋給用戶；（2）根據水總參數設定值和實際的流量值，將其與設計的調節水位相比較，若超出允許范圍，則自動報警并記錄相應的數值；若超過規定的限額，則啟動停止；（3）當水總參數低于或高于最高最低限額時，系統會自動進入下限保護狀態，此時如果不在上限或下限之間，就會出現異常警報，提示工作人員處理；（4）當水總參數小于最高限定值時，可以手動打開消聲器，恢復正常聲光信號，以消除超標的聲音。但應注意的是，在消聲的同時也要保持消聲器的正常工作，以免影響其他的功能操作，否則會造成不必要的浪費以及污染。

5.6 軟啟動

對于水處理自動化系統而言，軟啟動主要是指水處理自動化控制系統的啟動過程，在運行中，由于污水處理站的規模較大，所以在啟動時，需要對設備的性能進行充分的測試與調整，以確保其能夠滿足實際的工作要求。

另外，還可以通過對水質的監測來實現自動控制，從而保證污水處理廠的正常生產。目前，我國大部分的污水處理廠都已經開始采用軟啟動方式，這種方法的優點是：（1）操作簡單方便。當水廠的污水量較高時，可選擇硬啟停的形式來提高其啟動的速度；（2）可靠性強。當污水的水量較小時，可選用硬啟停的形式；當水泵的流量過大或泵的轉速過低等情況下，可選硬啟停的形式來提升機組的動力性；（3）適應性強。根據不同的工程需求，結合電廠的具體條件，利用現有的技術與裝備，使之具有一定的靈活性，以適應各種工藝的變化和發展。

6 結語

在污水處理自動化的水廠中，一般采用的控制方式是PID 的調節控制。PLC 的作用在于實現對污水的全程監控，通過數據的采集與分析，可以實時地掌握污水的用量，從而有效地減少人工的干預來提高水資源的利用率。PLC 的使用能夠更好地滿足自動化工藝的需求；并且，PLC 的成本也比較低，更容易被大眾所接受。