電氣自動化控制技術(shù)在污水處理廠曝氣量控制中的應(yīng)用 分析

王陽

摘 ?要：當(dāng)下，環(huán)境友好型社會建設(shè)如火如荼，對于環(huán)境污染的整治愈加重要，這其中污水的處理是一大難題，曝氣量的控制也是一大重難點。該文對于電氣自動化控制技術(shù)在污水處理方面的應(yīng)用加以關(guān)注，主要分析了控制曝氣量這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，介紹了控制曝氣量的幾大策略以及相關(guān)系統(tǒng)，以期為污水處理技術(shù)提供了更多的參考，助力于環(huán)境的改善和提高，促進(jìn)水資源的節(jié)約使用以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電氣自動化控制技術(shù) ?曝氣量控制 ?應(yīng)用分析

中圖分類號：X703 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（c）-0053-02

污水處理廠主要承載的是城市污水的處理改造，是排水系統(tǒng)的重要組成部分。只有排水系統(tǒng)完善良好，城市的環(huán)境以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)才稱得上完善，也能為城市各方面協(xié)調(diào)發(fā)展提供后備保障，它與城市的文明水平和現(xiàn)代化能力息息相關(guān)。除此之外，我國的污水處理標(biāo)準(zhǔn)日漸嚴(yán)格，不僅對于環(huán)境危害性有著嚴(yán)格要求，還要求能夠提高污水處理后的利用率，節(jié)約水資源，促進(jìn)資源節(jié)約型社會的建設(shè)，為緊張的水資源現(xiàn)狀做出貢獻(xiàn)。

1 ?曝氣量控制概述

曝氣量控制對于行業(yè)外人員來說相對陌生，但曝氣量在污水處理工藝中是舉足輕重的一個調(diào)節(jié)參數(shù)，其控制的好壞對于污水處理結(jié)果和質(zhì)量影響較大。一般而言，曝氣量需要控制在特定范圍內(nèi)最為適宜，一旦曝氣量過高就會造成污水處理成本升高，效率降低。反之曝氣量控制過低的話，會造成氧濃度降低，從而使得消化反應(yīng)無法反應(yīng)完全;而且絮類菌體會獲得大量繁殖的機(jī)會，導(dǎo)致水質(zhì)加速惡化。國家環(huán)?？偩衷鴮ξ覈鬯幚韽S和相關(guān)設(shè)施加以調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示在所抽調(diào)的600多個縣級以上城市中大半城市沒有設(shè)置污水處理廠，只有不到100的大型中型城市設(shè)有處理污水設(shè)施。但即使在這數(shù)十個設(shè)有污水處理設(shè)施的城市中，也有大半設(shè)施形同虛設(shè)，實際使用率極低，污水處理能力也不達(dá)標(biāo)[1]。很多發(fā)達(dá)國家由于早期經(jīng)濟(jì)的粗放型發(fā)展，環(huán)境問題和資源短缺相對嚴(yán)重，因此發(fā)達(dá)國家很早就開始注重污水處理來保護(hù)環(huán)境和節(jié)約水資源。尤其是伴隨著各項技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動化控制技術(shù)日漸成熟，發(fā)達(dá)國家污水處理工藝得到大大改進(jìn)，據(jù)悉，發(fā)達(dá)國家部分城市可將污水處理率提升到80%之高。由此可見，自動化控制技術(shù)在污水處理中作用顯著，如能引入電氣自動化控制技術(shù)，就能進(jìn)一步提高污水處理率，對于緩解環(huán)境問題和資源短缺都很有幫助，是值得投入研究的重要課題。

2 ?電氣自動化控制技術(shù)在曝氣量控制方面的應(yīng)用

在電氣自動化控制技術(shù)應(yīng)用于污水處理之前，該領(lǐng)域也有自己的控制曝氣量相關(guān)策略，這些策略方法各異，原理多樣，在此與主題關(guān)系不大，因此不多加贅述，主要聚焦于電氣自動化控制技術(shù)在控制曝氣量層面上的幾大應(yīng)用策略，下面是5種基本策略。

2.1 恒曝氣量控制

恒曝氣量控制是最為普通的一種策略，其切入的角度是使曝氣池提供相對恒定不變的曝氣量，大多數(shù)污水處理廠均喜歡采用此策略。但是這一策略存在固有缺陷，無法將池內(nèi)水量以及水質(zhì)納入考慮的范圍，也會受到溫差、溶解氧等因素的干擾，因此，該策略并不適合條件不夠穩(wěn)定的污水處理廠。該策略具體應(yīng)用的設(shè)備有空氣流量計，以此來測量空氣進(jìn)量，將所得信號傳導(dǎo)進(jìn)入PID控制器，進(jìn)一步施加指令于相關(guān)的閥門等設(shè)備上，實現(xiàn)對曝氣量的控制，做到恒定曝氣。

2.2 恒曝氣量的分時控制

此方法相較于恒曝氣量控制策略有很多相似之處，總體來講原理相近，但這個策略又有所完善，克服了恒曝氣量控制策略的一些固有缺陷。分時段恒曝氣量控制在恒曝氣量控制的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)根據(jù)不同時間段的池中變化來調(diào)整曝氣量，十分適合不同時段水量水質(zhì)變化較大的又有一定規(guī)律的污水處理廠。這一策略的主要方法是伴隨著時間段的特點來調(diào)整流量，由調(diào)節(jié)閥門來控制曝氣量，每個時段的曝氣量多少經(jīng)過嚴(yán)密計算，確保不同時段曝氣量有變化而同一時間段內(nèi)曝氣量恒定。一般以1h為一個時間段，將一天劃分為24個整時間段，研究其水量水質(zhì)規(guī)律，設(shè)定好流量大小和曝氣量多少，按需調(diào)節(jié)。但該策略也存在這些操作困難，主要體現(xiàn)在不同時段的規(guī)律變化較大，受天氣因素干擾，時間段又多，需要工作人員充分把握變化較大的規(guī)律，設(shè)定出最好的曝氣量值，還要能根據(jù)變化不斷調(diào)整，這就大大地增加了工作量和工作難度。

2.3 恒溶解氧控制

此策略不強(qiáng)調(diào)曝氣量的恒定，而將目光放于溶解氧含量的恒定控制上。目前已有眾多污水處理廠采用了溶解氧檢測儀表，對于溶解氧含量能夠有實時的監(jiān)控。推出恒溶解氧分布控制策略。該策略的主要方法流程是將溶解氧檢測儀表應(yīng)用于反應(yīng)器上，由儀表實時反應(yīng)池中的溶解氧含量。但由于污水處理池較大，一個儀表無法準(zhǔn)確反映所有區(qū)域，因此通常將曝氣池進(jìn)行分區(qū)分片管理，每個區(qū)域放置一定的儀表加以監(jiān)測，通過調(diào)節(jié)閥門予以控制。

2.4 溶解氧綜合控制

這一策略與恒溶解氧分布控制策略有相似之處，一樣聚焦于溶解氧這一參數(shù)的控制，它的主要流程是在系統(tǒng)中加入控制器，在溶解氧變化的過程中設(shè)定出動態(tài)參數(shù)，根據(jù)變化自動調(diào)節(jié)?？刂破髦饕譃橹骺刂破骱蛷目刂破?，主控制器發(fā)揮采集信號，合理分配不同區(qū)域溶解氧的設(shè)定值，而從控制器主要接受信號，根據(jù)主控制器的指令來控制調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)對溶解氧量值的控制。但是，該策略是以出水信號為參照的，存在一定滯后性，屬于事后調(diào)節(jié)。為減少不穩(wěn)定性和滯后性，也可將進(jìn)水參數(shù)作為參照物，在事前進(jìn)行控制，便可使得出水指標(biāo)波動會比較平穩(wěn)[2]。

2.5 系統(tǒng)化曝氣控制

精準(zhǔn)化曝氣控制相對來說是最為復(fù)雜的策略，但它精準(zhǔn)度高、自動化水平突出、經(jīng)濟(jì)效益好，實在是十分優(yōu)秀的控制策略。這種策略是博采眾長，充分利用了污水處理技術(shù)、電氣自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)，將其融合，采用數(shù)學(xué)建模的形式綜合處理。它的主要流程是一水質(zhì)監(jiān)測信號作為前期的基本參照，預(yù)先制定相關(guān)策略方法和調(diào)節(jié)方式，同時利用計算機(jī)動態(tài)調(diào)整，通過自動閥門施加指令，進(jìn)行自動化控制。這一策略明顯更為綜合自動，技術(shù)含量高，但是礙于技術(shù)手段要求較高，眾多污水處理廠無法達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求，因此該策略普及度不夠高，需要提供技術(shù)支持來幫助該策略的推廣[3]。

3 ?自動化控制系統(tǒng)在污水處理方面的應(yīng)用

3.1 DCS自動化控制系統(tǒng)

這一系統(tǒng)中存在眾多臺相對獨立的微機(jī)，它們之間通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)生聯(lián)系，系統(tǒng)中同時還具有控制站、工程師、操作員等多個組成部分，他們之間相互連接、相互合作協(xié)調(diào)配合，共同完成控制工作。該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于協(xié)調(diào)性強(qiáng)，能夠進(jìn)行實時性的控制。

3.2 工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)

這個系統(tǒng)相對于DCS自動化控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，它的各個設(shè)備之間采用的是多向串聯(lián)，多接點的連接方式，這樣的方式能夠使各個設(shè)備之間有更強(qiáng)的能力進(jìn)行資源信息的共享。然而，同樣囿于不同廠家設(shè)備兼容性問題，這一系統(tǒng)內(nèi)部缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，無法實現(xiàn)整體化協(xié)調(diào)，因此這一系統(tǒng)普及度不高。

4 ?結(jié)語

我國的污水處理設(shè)施已盡量采用電氣自動化控制技術(shù)，以期改進(jìn)污水處理工藝。該文推出了幾個應(yīng)用策略和相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，以期為污水處理技術(shù)的提升添磚加瓦，必將有利于污水處理事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，亦能促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 夏辛明.可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：理工大學(xué)出版社，1999：3-10.

[2] 馬勇，彭永臻.城市污水處理系統(tǒng)運(yùn)行及過程控制[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[3] 劉鍇，周海.深入淺出西門子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.