電氣自動化技術在污水處理過程中的應用

薛偉超

（韶關市超粵建設工程有限公司，廣東韶關 512000）

經濟的高速發展，提升了城市的供水量及排水量，水廠的日常負擔有所加重，探索一條以信息技術為依托的污水處理體系，成為當前相關企業發展的重點任務。為了進一步落實生態文明建設，做好水資源的污染防控和落實污水處理體系的全過程創新，已經成為多方關注的重點。大部分的污水處理企業在落實系統升級的過程中，已經形成了較為成熟的系統和技術方案，如自動化控制系統是建立在通信網絡的基礎上，將污水處理期間的各項設備、檢測元件、執行元件、主控中心及智能終端聯系起來，利用計算機實現智能化分析。或針對其中使用的大量電氣化設備進行遠程監控和自動調整，如DCS 系統、PLC 自動控制技術等都可以產生這樣的效果，而經過不斷的系統升級及優化，目前在污水處理領域應用較為先進的電氣自動化控制技術，主要以工業以太網、FCS 為核心網絡，且配備高適配性和集成化特點的PLC 控制站，能夠實現污水處理系統的全過程控制和精細化管理。這不僅能夠滿足污水處理工序調整和優化的需求，也可以帶動有關污水處理的其他領域進行升級和改革。因此著重分析其自動化技術的具體應用價值，能夠為污水處理系統的優化和創新提供保障，也可以滿足新時期智慧化城市建設以及產業結構升級的需求。

1 應用特點

從技術研發的角度來講，電氣自動化技術主要針對自動控制、傳感器、PLC 自動控制系統、電工電子等領域進行重點研究，其核心成果在我國多個領域都有應用，隸屬于自動化領域。而從工業生產和發展的角度來講，主要指的是在生產運營的過程中利用電力電子技術、大數據技術、計算機技術及自動控制技術代替部分人工管理內容，已經成為現代經濟運行中不可替代的技術手段[1]。從應用效果的層面來講，電氣自動化技術可以提升工作運維的可靠性，提高勞動生產率，在保證電能質量的同時也改善了原有的生產條件，而隨著電氣自動化技術體系的推廣和普及，相關控制設備的可靠性和標準性有所提升，是降低人工成本、提升生產運營精細化程度的重要技術。

結合電氣自動化技術的應用特點來看，在不同領域通常會發揮不同的應用優勢。比如，從污水處理的角度出發，污水處理環節涉及大量物理、化學反應，也涉及大量的處理設備同時運作，為了提升污水處理的效率和質量，依托電氣自動化技術進行創新，能夠產生較好的效果。具體體現在以下兩方面。

（1）電氣自動化技術在污水處理領域的應用體現出了較強的兼容性特點，如依托PLC 自動控制技術打造的污水處理自動化體系，可以結合不同類型、不同參數的處理設備，實現集成化管理。在設備終端安裝傳感器及相關設施，能夠采集設備運行期間的各項數據信息。在污水處理的不同環節、不同工序，都可以起到較好的集成化管理作用，從而提高污水處理的質量，也可以減少人工管理難度。

（2）電氣自動化技術對于電子信息技術的依賴性較高，主要源于該項技術在實際應用的過程中需要通過電子信息技術代替人力決策，打造智能管控體系和決策方案，而電子技術的選擇更依賴于系統的成熟度和硬件設備的適配度。這也導致部分污水處理廠商或企業在制訂智能化污水處理系統的過程中，前期投入的資金成本較大。

由此可見，電氣自動化技術在污水處理領域的應用價值較大，雖然需要進行前期投入和系統升級改造，但是最終產生的效果較為可觀，值得進行創新和優化。

2 應用場景

針對我國當前的污水處理體系發展情況來看，為了進一步落實生態文明建設，做好水資源的污染防控，以及優質供水服務，落實污水處理體系的全過程創新，已經成為了多方關注的重點，力求實現污水處理全過程監控，這對于傳統工作模式產生的壓力較大，因此依托電氣自動控制技術打造自動化的處理體系至關重要。

而目前大部分的污水處理企業在落實系統升級的過程中，已經形成了較為成熟的系統和技術方案，如自動化控制系統是建立在通信網絡的基礎上將污水處理期間的各項設備、檢測元件、執行元件、主控中心以及智能終端聯系起來，利用計算機實現智能化分析；針對其中使用的大量電氣化設備進行遠程監控和自動調整，如DCS 系統、PLC 自動控制技術等等都可以產生這樣的效果，而經過不斷的系統升級以及優化，目前在污水處理領域應用最為先進的電氣自動化控制技術，主要以工業以太網、FCS 作為核心網絡，且配備高適配性和集成化特點的PLC 控制站，能夠形成污水處理系統的全過程控制和精細化管理[2]。

在電氣自動化技術的支撐下，污水處理體系不僅能夠實現遠程控制，也可以大幅減少人力消耗，并可以結合不同污水處理鏈條的重點進行創新。目前應用較為廣泛的自動化污水處理體系通常體現在以下幾個方面。

2.1 自動化格柵控制

格柵是污水處理領域的常見設備，能夠分離污水中的較大污染顆粒，避免水泵、管道等處理設備出現堵塞或損壞等問題，能夠提升污水處理的效率，降低設備養護和維修的難度。綜合當前部分污水處理廠的設備類型來看，格柵主要分為粗格柵和細格柵，結合不同的處理工藝及實際需求，可以選擇不同的型號。但日常的格柵在運行期間需要進行定時人工清掃，提升其運行效率，花費的時間較多也會額外產生人工成本。但是依托電氣自動化技術打造的自動化隔斷，在運行期間不僅可以降低人工操作的難度，還可以設置液位傳感器、PLC 自動控制系統，結合污水處理的具體需求和運行狀態，及時進行自動檢測、清理、優化。例如某污水處理廠在粗格柵設計的過程中選擇了西門子S7-300系列的PLC 自動控制主機，可以結合運行需求調整為手動操作和PLC 自動控制兩種方式。在PLC 自動控制的模式下，可選擇格柵液位控制及時間控制兩種操作方法。液位控制是當液位達到一定規格時，格柵會自動啟動。系統的運行時間到達限定標準后，系統停止。啟動時間和運行時間系統中設置了底層循環命令，可以結合長時間運轉的需求進行自動調控。

2.2 設備及機房控制

在污水處理工藝中，通常需要利用多種類型的水泵進行進出水的調控，因此水泵的自動化控制必然是提升污水處理效果的重要一環。另外水泵的行程、功耗又是實現節能減排的重要一環。如當前絕大部分的污水處理廠已經打造了智能化泵站，通過電氣自動化技術構建實時監測體系，能夠了解水泵的運行狀態、流量、液位、轉速等各項參數，確保污水處理流程穩定運行。在運行期間可以實現故障報警，系統會自動記錄每一次故障信息，便于后續的維護，降低泵站停機的概率，避免對污水處理環節造成影響。污水泵站自動化控制系統可以通過遠程控制的方式實現操作，如自動進行水泵啟停、調整流量等，還可以實時采集運行期間的各項數據，生成階段性的運行報告，便于了解泵站的運行狀態，也可以為管理層制訂決策提供依據。另外污水泵站所設置的環保監測系統可以及時檢測泵站排放物的情況，結合前期預設的環保參數進行排放物檢測和分析，可降低對周邊環境造成的影響，也可以提升污水處理的質量和效率。此外在水泵等相關設備上安裝的自動調控系統及變頻裝置，可以結合不同時間段的污水處理運行壓力和需求合理調整水泵的運行參數，從而實現節能減排。

2.3 通信體系的優化和創新

隨著污水處理體系的不斷優化設備，精密性逐漸提升，系統的運行需求也在逐步增高。為了進一步實現多方電氣設備的信息共享和集成管理，需要打造高質量的通信體系。而電氣自動化技術在無線網絡設計方面有較強的應用價值，能夠建立在全面感知的基礎上實現通信系統控制。

例如，在以太網的基礎上構建的無線通信結構，可利用智能傳感器及檢測設備了解電氣系統運行的各項數據參數，利用工控機及物聯網打造了信息共享平臺，電氣自動化技術的主要作用在于及時獲取各方設備運行過程中產生的數據信息，并將其傳輸給中間控制站，由中間控制站的智能分析系統進行數據信息的分析和處理，了解污水處理設備及生產線的運行狀態，及時制訂決策。其中的數據傳輸、儲存、分析都有對應的模塊，并且建立了智能分析數據庫，圍繞著人工神經網絡及專家系統，能夠實現自動化的信息數據分析和管理，確保污水處理體系的運行始終得到全方位的監管，而且所有的數據都可以作為后續系統升級和優化的依據。

2.4 自動加藥系統

污水處理廠的核心任務在于實現污水處理及生活用水供應，其中藥劑的投放能夠保證水質安全。傳統的藥劑投放方式通常以人工投放為主，易導致投放量不準確、浪費藥劑及人工成本較高等一系列問題。而隨著新時期技術體系的不斷發展和創新，電氣自動化控制技術已經廣泛應用在了污水處理及水供應系統等領域，對于藥劑的投加也可以提供更高質量的服務。

比如，某污水處理廠打造了智能化投藥系統，主要依托電氣自動化技術構建自動水質監測、藥量控制及人機處理的集成化模塊。在實際使用過程中能夠實現智能化管理，如水質監測模塊負責采集污水，處理不同環節的水質數據；通過分析水質數據及所處的污水處理環節，結合具體的凈化標準，自動控制藥劑投加量；系統可以結合數據輸入參數設置及報警等相關功能提供人機交互界面。其中藥劑投加模塊的運行主要分為藥劑投加器及控制器兩個部分。其中，藥劑投加器結合控制器發出指令，定時調整藥劑投加量及類型；控制器則可以結合檢測模塊了解水質情況，自動調整藥劑投加量，以達到最為標準的水質處理效果。其中加藥裝置本身又包含了多種類型的設備，如溶液箱、攪拌機、計量器、安全閥、水位表、壓力表及脈沖阻尼器等，在污水處理的過程中能夠滿足除垢、除氧、加堿、加酸等服務。隨著水質、處理工藝等各項變量因素的調整，也會調整加藥的劑量和類型，整體加藥模式更為自動化和智能化，可以提升污水處理的效率，也有助于降低成本，減少資源浪費和二次水污染的發生。

2.5 分布式污水處理系統優化

電氣自動控制技術在實際應用過程中，通常依靠人工智能技術進行系統優化，能夠將復雜的問題劃分成多個不同的問題，并且建立起多個不同問題之間的聯系，通過交互作用制訂協調政策來達到統一管理的效果。其核心目的在于合理利用有限的資源，這也是電氣自動控制技術在污水處理系統中的前期應用目標，能夠克服單個設備或單個系統在時空分布方面的局限性，從而提升污水處理集成管控的質量，也可以通過并行、分布或開放的方式，避免部分系統運行問題，提升整體系統的容錯率。

3 結束語

綜上所述，在當前的社會發展環境下，落實水環境保護已經成為了多方關注的重點，而污水處理是落實水環境生態保護及生活供水的核心手段。依托自動控制技術打造智能化及自動化的污水處理管控體系，不僅可以降低運行成本，也可以降低能耗，全面提升污水處理的效率和質量。在當前的污水處理體系發展過程中，加大力度推廣電氣自動化技術，實現智能化生產，不僅可以為人與自然環境和諧發展作貢獻，也能夠為整體社會水資源體系的管控提供根本保障。