膜池深度污水處理的自動化控制改進分析

胡瑩瑩 高健 陳雷 胡雅惠

摘要：膜池深度污水處理工藝改造是污水處理廠的重點項目，通過對自動化控制系統的應用，能夠提高污水處理效率。本文首先對自動化控制系統的應用背景進行了描述，其次，分析當期污水處理裝置存在的主要問題，最后重點說明了膜池深度污水處理系統，通過制定合適的改造方案、對控制系統進行升級，使得污水處理達到了最新標準，滿足環保要求。

關鍵詞：膜池深度;污水處理;自動化控制;系統改進

一、污水控制系統現狀

1.自動化系統的提出背景

隨著污水處理工藝的進步，將MBR膜池應用在污水深度處理中具有可行性。該工藝是對傳統懸浮生長活性處理系統的升級。以往對污水進行處理時，多使用二沉淀法，然而，其處理效果不理想，固液分離的效果與混合液中的懸浮固體濃度和混合液的沉降特性存在密切關系。考慮到上述問題，對膜池工藝進行了升級，通過對MBR生物膜池的應用，并改進控制系統，可維持較高的懸浮固體濃度。在具體處理過程中，能夠保證生物池內所有的混合液流入都膜池的進水渠道中，并且完成對各個模式的合理分配[1]。此時，如果出現膜池的處理量不足問題，則會導致進水渠的水位升高，使得帶有未經處理完畢的污水回流到泵房，造成了COD含量超標，影響污水處理工藝可靠性。在此背景下，使用自動化系統對污水處理工藝進行升級，確保膜池深度污水被高效處理十分重要。

2.系統描述與問題

當前，公司使用的自動化控制系統包括一期、二期與三期系統，系統共用中央控制室，需要進行統計的管理調度，以實現污水處理目標。在中央控制室設計有2臺計算機裝置，作為熱備冗余使用。其中一臺計算機負責管理，另一臺計算機負責對泵站環境進行監控，同時與打印機、背投和UPS等設備連接。

控制系統使用了Quantum系列的PLC可編程控制器，一期與二期系統均采用了一套PLC控制主站，而三期則采用了3套控制主站，以實現對不同工藝段的有效控制，滿足高效管理要求。控制主站通過光纖與中央控制室聯通，并且應用了通訊功能。目前，系統的自動化程度不足，難以實現“一張網、一個平臺軟件”的控制要求，使得污水處理控制效率降低。

二、膜池深度污水處理的自動化控制系統改進思路

1.選擇合適的自動化控制方案

為提升污水處理效率，確保各項指標排放滿足標準，提出了自動化控制的合理解決方案，其中包括以下兩點，一是參考四組膜池的總出水量對進水量進行控制，通過該種方式確保污水處理系統中的進水量與出水量實現動態平衡。二是，在廊道溢出口的位置上增加液位計，通過對廊道內污水液位的變化，實現對進水量的控制，并且對污水的具體流量進行分析，防止污水回流到進水泵房中。上述方案的落實，也有利于有關人員對COD含量的控制。

對自動化控制方案進行分析可知，進水量發生變化時，則膜池中的水位出現變化，但是二者之間存在延遲。延遲的時間與生物膜反應池水位變化、水流速度有關。有關人員在對成本和效益進行分析后，使用了自動化控制系統，通過對進水流量的控制，確保污水能夠滿足深度處理要求。目標實現的路徑如下：首先在膜池的相關位置加裝一套液位計，將液位計的信號與污水處理廠的自控系統連接，本次使用的液位計為VEGA生產的SON61。其次，在進水泵房的水泵上增加自動控制系統PLC，并且連接PLC與液位計裝置，以此實現對控制泵功率、數量與進水流量的合理控制。最后，對自動化控制系統的性能進行了描述，發現使用自動化控制系統，將廊道水位控制在2.5～3.5m之間，溢流口液位計顯示4m時，污水處理效果良好，能夠滿足深度處理要求。

2.自動化控制系統的升級與調配過程

本次使用的自動化控制系統，能夠對膜池組的工作狀態進行調整，通過對一期、二期和三期進水裝置和管網外泵站的智能調配。經過改進后的系統，也能夠對泵站的輸水進行控制，預防含有泥沙的污水溢出到廊道。由此很好解決了一期、二期進水時，COD含量超標問題。以下對系統的改進方案進行描述：

首先，對一期膜池與二期膜池的控制程序進行優化設計，總計需要改進的膜池包括四組，為達到理想的處理標準，有關人員將超濾系統中的水量控制在15000立方米/每天，同時將峰值系統調整到1.49，此時超濾系統的處理水量得以提升，達到了22350立方米/d。系統升級后，能夠滿足四組膜池同一時間段工作要求，并且具有較強的內部協調性。當一組或二組某一膜池退出工作時，可確保每日污水處理總量不變，因此，經過升級后的系統性能較為穩定。

其次，需要對控制系統進行協調。在污水處理過程中，需要考慮兩組膜池均無法工作的問題，此時污水處理效率明顯降低。為提高效率，滿足日常處理要求，有關人員需要采取緊急措施，并且應用自控系統，對膜池進行合理控制。通過自動化控制，能夠將一期膜池與二期膜池的進水量分配給三期膜池，并且對三期膜池的負荷進行監控，以提升污水處理可靠性[2]。本次三期膜池的初始進水量為20000立方米/每天，對超濾系統的參數進行調整到1.49時，進水量變為29800立方米/每天。當出現三期超濾系統均無法工作的情況后，中心控制系統會將污水管網的輸水泵站進行調控，以減少總進水量。

3.效果分析

通過引入自動化控制系統，實現了對膜池進水的智能化控制，使得膜池回流污水與COD含量超標的問題得到解決。在系統改進中，也對污水處理設備與運行流程進行了優化，并且應用了深度膜池處理工藝，使得污水處理系統的運行效率獲得提升。污水處理廠對膜池進行改造也滿足了當期提標環保的要求，不僅能夠節約成本，而且產生了良好的環保效益。

三、結語

綜上，分析了污水處理廠膜池深度處理工藝，對自動化控制系統進行了描述，通過設計與項目匹配的控制方案，對控制系統進行升級，能夠實現對膜池進水流量的合理控制，為污水處理提供了高效解決方案。

參考文獻：

[1]李明杰.初沉池改造及泥膜共生系統在市政污水處理廠提標改造中的應用[J].凈水技術，2020，39（S01）：5.

[2]尹亞云，蒲文鵬，陳永娟，等.污水處理廠化學除磷精確控制系統研究——以山東某污水處理廠為例[J].四川環境，2021，40（1）：5.