污水處理自動化控制系統研究

楊旻

太原市市政公用事業管理中心 山西 太原 030009

引言

污水沒有得到處理就被直接排放會對水質產生不良影響，大量的污水被直接排放入城市水源之中，對城市的生態環境造成了極大破壞，因此需要注重污水處理工作。近年來污水處理的工作受到越來越多的重視，污水處理的自動化控制系統逐漸被廣泛應用。

1 污水處理工藝流程

自動化控制污水處理的系統之中，其對污水的處理流程如下：提升泵房→沉砂池→調節池→酸化池→缺氧池→好氧池→MBR池→反應沉淀池→深度處理系統→V型濾池。在以上流程中，提升泵房到酸化池之間的工藝流程屬于預處理階段，而缺氧池與好氧池屬于進行反應處理的階段，而MBR池到V型濾池之間的流程屬于后續處理階段。

2 污水處理自動化控制系統要求

污水處理的自動化控制系統需要對污水處理的效果以及處理效率進行保障，為了降低系統運行過程中出現故障的概率，需要明確此類系統的運行要求。首先，需要具備較好的穩定性。該要求是整個控制系統中最為基礎的要求，不僅系統本身需要保持良好的穩定性，自動化的相關設備也需要確保其穩定性，只有系統和設備同時具備高穩定性，才可以確保污水的處理工作處于高效、有序的狀態。其次，需要具有準確性。自動化系統的準確性對污水處理至關重要，只有具備較高的準確性，才可以確保在控制污水處理時符合污水處理的精度要求，使經過處理的水質達標。最后，需要具有快速性，作為自動化控制系統，其必須要快速及時地響應參數變化，并對其變化情況進行反映，確保所有工作能夠在及時的命令下進行，使系統中的參數符合設定[1]。

3 污水處理自動化控制系統功能

對于污水處理的自動化控制系統而言，其主要被中控室中的遠程操作控制。進行污水處理時需要明確其自動化控制系統的相關功能，通常此類系統需要具備如下四種功能。第一，遠程控制，在進行污水處理時，需要確保自動化系統可以被中控室進行遠程控制，以便于中控室控制污水處理各個環節中的設備。第二，數據管理。自動化控制系統需要能夠做好數據管理工作，其不僅需要對污水處理的歷史信息進行把握，還需要掌控實時污水處理的數據，將兩者進行對比，進而得到控制經驗參數，根據得到的參數對自動化控制系統實施調整和優化。第三，報警功能。當自動化控制系統被控的對象經過實際檢測后發現其檢測值比設定最高值還要高或比設定最低值還要低，自動化的控制系統需要發出警報，使系統操作人員在第一時間獲取故障信息，能夠盡快將系統故障解決。第四，顯示功能。此類自動化控制系統需要快速獲取相關設備在污水處理過程中運行的實際情況并將其運行狀態顯示出來，除此之外，還需要在處理污水的各個環節將自動化的控制系統參數信息進行實時顯示。

4 污水處理自動化控制系統配置

4.1 現場控制層配置

污水處理的現場控制層除了需要配置PLC控制柜以及MCGS觸摸屏之外，還需要配置以太網交換機以及UPS等，在每個處理單元就地配置控制柜，再按照其所處的不同位置以及不同作用，將現場控制柜分為提升泵房控制柜、細格柵間控制柜、風機控制柜、綜合處理池控制柜一、綜合處理池控制柜二、脫水機控制柜、過濾池控制柜、在線監測控制柜八個控制柜。MCGS觸摸屏能夠為現場進行巡檢工作的人員提供方便的操作環境，當處理設備發生故障時能夠及時控制其停機。

4.2 儀器儀表配置

進行污水處理的自動化控制系統需要配置好對應的儀器儀表，其中，儀表主要有兩種，一種為過程儀表分析儀，其主要包括pH分析儀、污泥濃度儀、ORP分析儀、渦街流量計、電磁流量計、超聲波液位計等。對于過程儀表而言，其可以直接與現場控制層中的PLC連接。另一種為在線監測分析儀，此類分析儀獲得的檢測數據除了需要傳輸到平臺之外，還需要將相關數據同時傳輸到中控室中，為運維人員把控進水水質提供方便，同時還可以幫助運維人員監控出水的狀況。各個單元中配置的過程儀表如下所示：為了進行液位保護，在提升泵房中配置了超聲波液位計。為了對過程pH值、反硝化的實際情況以及硝酸氮濃度進行實時檢測，在厭氧池以及缺氧池兩處設置了pH分析儀以及ORP分析儀。為了精確計算風機供氣量并對其進行嚴格控制，在好氧池內設置了溶解氧分析儀、污泥濃度儀、ORP分析儀以及pH分析儀，以便于更好地控制、反饋信號。為了計算出風機的出口風量，還可以在風機的出口位置設置渦街流量計，以便于反饋信號，對變頻器進行風量調節控制。在線監測分析儀的配置存在一定差異，差異的原因在于監測因子的不同以及進出水設備配置的要求不同。為了確保進水的安全與穩定，在監測房配置了氨氮、總氮、總磷、pH、COD、分析儀、數據采集儀以及進水電磁流量計，進水水質的相關信息需要直接發送到泵站管理中心。為了對污水處理的出水水質進行監管，在出水在線監測房內配置了：氨氮、總氮、總磷、pH、COD、分析儀、數據采集儀、出水明渠流量計以及超標留樣儀。與出水水質相關的信息會直接發送到國控環保的監測平臺[2]。

4.3 通信網絡配置

污水處理自動化系統中的通信網絡配置可以分為三層，第一層為管理層，第二層為單元層，第三層為現場執行層。其中管理層的主要組成部分為服務器、主站PLC、監控、工業以太網等起到監控管理作用的設備。單元層的主要組成部分為各大現場控制PLC柜以及工業以太網，該層大多采用多模光纜，通過以太網進行傳輸工作。現場執行層的主要組成部分為AS-I現場設備、傳感器以及執行器等各種類型的儀表。

4.4 中控系統配置

中央控制室中具有自控系統，其配置了WINCC監控軟件以及數據平臺、兩套操作系統、一套幕布投影設施等。其配置的兩套操作系統互相為對方的備用系統，可以同時接收污水處理現場采集到的數據并對數據進行有效處理。中控系統中的配置能夠將各個污水處理環節中使用的設備與系統進行集中控制，完整記錄污水處理的相關數據且提供查詢便利。其能夠通過組態軟件集成污水處理環節的布置與污水處理控制策略，中控室內能夠調看所有監測數據，顯示污水處理設備的實際運行情況。

5 污水處理自動化控制系統控制內容

5.1 粗格柵

污水處理的第一項內容為粗格柵，其與后續需要實施的清渣工作以及維修工作存在較為直接的聯系。粗格柵最主要的目的為將固體類型的污水廢棄物清除。對格柵機進行控制的方法為實時監測其兩側實際的液面差，從其液位差的數值判斷格柵機工作的阻塞程度，以此為基礎實施計算分析。當系統檢測到實際液位差比系統中的預設值高后，系統將會自動啟動清污機進行顆粒較大的污染物去除工作，確保污水能夠暢通地流動，而當液位差保持在設定值之內時，清污機將不會啟動，通過此類自動化的控制能夠將設備的損耗最大程度減少[3]。

5.2 污水提升泵

系統中污水提升泵通常使用的控制方法為變頻控制，其可以通過超聲波液位計設備接收到對應的液位信號，進而掌控自動控制泵的開停與其運行臺數。自動化的控制系統可以將每臺控制泵實際的工作時間累積起來，并自動進行水泵的輪換工作，確保其累積時間相對一致。為了對水泵進行合理保護，系統一般會采取低液位保護的方式，將相關的低液位信號快速傳輸到PLC，再對數據進行校驗，根據校驗的結果進行反應，并對相應的水泵做出對應的信號反饋。

5.3 過程PH

進行污水處理工作時必須要對pH值控制予以關注，pH值大小屬于污水處理系統中必不可少的指標。在工藝流程中合理地設置傳感器，將模擬信號傳送到PLC，再通過PLC控制藥品投加量，確保pH值處于合理范圍。

5.4 好氧池

在進行污水的處理工作時，好氧池通常發揮著至關重要的作用，該環節的工作內容主要為去除污水中的污染成分。污水處理廠在處理污水時主要運用的能耗較大的設備為對好氧池進行充氧工作的鼓風機，好氧池中使用的風機消耗的電能占據整個污水處理所需能耗的1/2到2/3。而在自動化控制的系統中，降低能耗是其重要策略。將好氧池中DO的濃度設定為2～4mg/l，一旦監測到溶解氧的濃度比設定值低時，則開啟風機，從溶解氧的濃度判斷變頻器最合適的運行頻率，再從渦街流量計獲得流量信號的如實反饋，進而將所需供給的氣量精確地計算出來。當系統監測到溶解氧的濃度滿足設定時，則通過控制變頻器的方法控制磁懸浮風機，將其轉為低頻運行，必要時直接停止運行，在整個調節的過程中需要依靠PLC實現。

5.5 加藥

自動化控制的系統之中，為了取得更好的泥水分離效果，需要投加絮凝劑。絮凝劑能夠在加藥終沉池將沉淀效果大大提高，還可以增加污泥脫水過程中的污泥脫水性，確保污水中存在的懸浮顆粒可以構成沉淀性能較好的絮凝體。在加藥終沉池投入的加藥量需要依靠自動化系統判斷，根據該池的進水量以及其濃度加入適量的絮凝劑，在進行脫水加藥時，需要按照脫水機實際的進泥量進行配比，做好投藥控制工作。在自動化污水處理系統中，加藥的控制更加精確，既能夠節約材料，又能夠保證處理效率[4]。

5.6 污泥回流

自動化污水處理的系統中新污水的排入源源不斷，因此為了確保好氧池中保持合適的污泥濃度，需要對好氧池中所含的污泥量進行補充，確保微生物分解工作順利進行。活性的污泥可以從二沉池排至好氧池進口，最終形成污泥回流。對于有機物分解而言，好氧池之中所含的活性污泥具體的濃度能夠對其產生直接的影響，而在自動化的污水處理系統之中，可以將自動化調節與人工調節結合起來，設置回流污泥進行自動調節，并讓工作人員按照實際運行的情況輔以手動調節。

5.7 排泥

在整個自動化的控制系統之中，污泥量通常被隔膜泵產生的動力驅動輸送到相應的處理設施之中，因此其流量較為固定，污泥產生的情況和加藥總量之間的關系較為密切，其在控制加藥量方面也保持一致性，因此在自動化控制的系統中，可以通過控制時間的方式進行定時排泥，還可以實現無人看守式的排泥工作。排泥時間的設置可以根據處理的實際情況進行，也能夠在中控室中進行修改。控制時間進行自動排泥將污水處理的勞動強度大大降低，原本較為復雜煩瑣的流程變得規范簡單，也使排泥工作更加人性化。

6 結束語

總而言之，伴隨著城市規模的擴大，環境保護面臨的壓力越來越大，水資源污染成為環境保護的重大阻礙，污水需要得到及時有效的治理，否則將會影響城市的可持續發展，影響居民的健康生活，在此前提下，需要對污水處理自動化的控制系統進行合理的現場控制層配置、儀器儀表配置、通信網絡配置以及中控系統配置，將其粗格柵、污水提升泵、過程pH、好氧池、加藥、污泥回流以及排泥等系統控制內容進行完善。