污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究

楊旻

太原市市政公用事業(yè)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(huì)對水質(zhì)產(chǎn)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(tài)環(huán)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(dòng)化控制系統(tǒng)逐漸被廣泛應(yīng)用。

1 污水處理工藝流程

自動(dòng)化控制污水處理的系統(tǒng)之中，其對污水的處理流程如下：提升泵房→沉砂池→調(diào)節(jié)池→酸化池→缺氧池→好氧池→MBR池→反應(yīng)沉淀池→深度處理系統(tǒng)→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(yù)處理階段，而缺氧池與好氧池屬于進(jìn)行反應(yīng)處理的階段，而MBR池到V型濾池之間的流程屬于后續(xù)處理階段。

2 污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)要求

污水處理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要對污水處理的效果以及處理效率進(jìn)行保障，為了降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的概率，需要明確此類系統(tǒng)的運(yùn)行要求。首先，需要具備較好的穩(wěn)定性。該要求是整個(gè)控制系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)的要求，不僅系統(tǒng)本身需要保持良好的穩(wěn)定性，自動(dòng)化的相關(guān)設(shè)備也需要確保其穩(wěn)定性，只有系統(tǒng)和設(shè)備同時(shí)具備高穩(wěn)定性，才可以確保污水的處理工作處于高效、有序的狀態(tài)。其次，需要具有準(zhǔn)確性。自動(dòng)化系統(tǒng)的準(zhǔn)確性對污水處理至關(guān)重要，只有具備較高的準(zhǔn)確性，才可以確保在控制污水處理時(shí)符合污水處理的精度要求，使經(jīng)過處理的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。最后，需要具有快速性，作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其必須要快速及時(shí)地響應(yīng)參數(shù)變化，并對其變化情況進(jìn)行反映，確保所有工作能夠在及時(shí)的命令下進(jìn)行，使系統(tǒng)中的參數(shù)符合設(shè)定[1]。

3 污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能

對于污水處理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，其主要被中控室中的遠(yuǎn)程操作控制。進(jìn)行污水處理時(shí)需要明確其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的相關(guān)功能，通常此類系統(tǒng)需要具備如下四種功能。第一，遠(yuǎn)程控制，在進(jìn)行污水處理時(shí)，需要確保自動(dòng)化系統(tǒng)可以被中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以便于中控室控制污水處理各個(gè)環(huán)節(jié)中的設(shè)備。第二，數(shù)據(jù)管理。自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要能夠做好數(shù)據(jù)管理工作，其不僅需要對污水處理的歷史信息進(jìn)行把握，還需要掌控實(shí)時(shí)污水處理的數(shù)據(jù)，將兩者進(jìn)行對比，進(jìn)而得到控制經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)得到的參數(shù)對自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)施調(diào)整和優(yōu)化。第三，報(bào)警功能。當(dāng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)被控的對象經(jīng)過實(shí)際檢測后發(fā)現(xiàn)其檢測值比設(shè)定最高值還要高或比設(shè)定最低值還要低，自動(dòng)化的控制系統(tǒng)需要發(fā)出警報(bào)，使系統(tǒng)操作人員在第一時(shí)間獲取故障信息，能夠盡快將系統(tǒng)故障解決。第四，顯示功能。此類自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要快速獲取相關(guān)設(shè)備在污水處理過程中運(yùn)行的實(shí)際情況并將其運(yùn)行狀態(tài)顯示出來，除此之外，還需要在處理污水的各個(gè)環(huán)節(jié)將自動(dòng)化的控制系統(tǒng)參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

4 污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置

4.1 現(xiàn)場控制層配置

污水處理的現(xiàn)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(wǎng)交換機(jī)以及UPS等，在每個(gè)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(xiàn)場控制柜分為提升泵房控制柜、細(xì)格柵間控制柜、風(fēng)機(jī)控制柜、綜合處理池控制柜一、綜合處理池控制柜二、脫水機(jī)控制柜、過濾池控制柜、在線監(jiān)測控制柜八個(gè)控制柜。MCGS觸摸屏能夠?yàn)楝F(xiàn)場進(jìn)行巡檢工作的人員提供方便的操作環(huán)境，當(dāng)處理設(shè)備發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)控制其停機(jī)。

4.2 儀器儀表配置

進(jìn)行污水處理的自動(dòng)化控制系統(tǒng)需要配置好對應(yīng)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(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波液位計(jì)等。對于過程儀表而言，其可以直接與現(xiàn)場控制層中的PLC連接。另一種為在線監(jiān)測分析儀，此類分析儀獲得的檢測數(shù)據(jù)除了需要傳輸?shù)狡脚_之外，還需要將相關(guān)數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸?shù)街锌厥抑?，為運(yùn)維人員把控進(jìn)水水質(zhì)提供方便，同時(shí)還可以幫助運(yùn)維人員監(jiān)控出水的狀況。各個(gè)單元中配置的過程儀表如下所示：為了進(jìn)行液位保護(hù)，在提升泵房中配置了超聲波液位計(jì)。為了對過程pH值、反硝化的實(shí)際情況以及硝酸氮濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，在厭氧池以及缺氧池兩處設(shè)置了pH分析儀以及ORP分析儀。為了精確計(jì)算風(fēng)機(jī)供氣量并對其進(jìn)行嚴(yán)格控制，在好氧池內(nèi)設(shè)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(jì)算出風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)量，還可以在風(fēng)機(jī)的出口位置設(shè)置渦街流量計(jì)，以便于反饋信號，對變頻器進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)控制。在線監(jiān)測分析儀的配置存在一定差異，差異的原因在于監(jiān)測因子的不同以及進(jìn)出水設(shè)備配置的要求不同。為了確保進(jìn)水的安全與穩(wěn)定，在監(jiān)測房配置了氨氮、總氮、總磷、pH、COD、分析儀、數(shù)據(jù)采集儀以及進(jìn)水電磁流量計(jì)，進(jìn)水水質(zhì)的相關(guān)信息需要直接發(fā)送到泵站管理中心。為了對污水處理的出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)管，在出水在線監(jiān)測房內(nèi)配置了：氨氮、總氮、總磷、pH、COD、分析儀、數(shù)據(jù)采集儀、出水明渠流量計(jì)以及超標(biāo)留樣儀。與出水水質(zhì)相關(guān)的信息會(huì)直接發(fā)送到國控環(huán)保的監(jiān)測平臺[2]。

4.3 通信網(wǎng)絡(luò)配置

污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)場執(zhí)行層。其中管理層的主要組成部分為服務(wù)器、主站PLC、監(jiān)控、工業(yè)以太網(wǎng)等起到監(jiān)控管理作用的設(shè)備。單元層的主要組成部分為各大現(xiàn)場控制PLC柜以及工業(yè)以太網(wǎng)，該層大多采用多模光纜，通過以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸工作?，F(xiàn)場執(zhí)行層的主要組成部分為AS-I現(xiàn)場設(shè)備、傳感器以及執(zhí)行器等各種類型的儀表。

4.4 中控系統(tǒng)配置

中央控制室中具有自控系統(tǒng)，其配置了WINCC監(jiān)控軟件以及數(shù)據(jù)平臺、兩套操作系統(tǒng)、一套幕布投影設(shè)施等。其配置的兩套操作系統(tǒng)互相為對方的備用系統(tǒng)，可以同時(shí)接收污水處理現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。中控系統(tǒng)中的配置能夠?qū)⒏鱾€(gè)污水處理環(huán)節(jié)中使用的設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，完整記錄污水處理的相關(guān)數(shù)據(jù)且提供查詢便利。其能夠通過組態(tài)軟件集成污水處理環(huán)節(jié)的布置與污水處理控制策略，中控室內(nèi)能夠調(diào)看所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，顯示污水處理設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。

5 污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制內(nèi)容

5.1 粗格柵

污水處理的第一項(xiàng)內(nèi)容為粗格柵，其與后續(xù)需要實(shí)施的清渣工作以及維修工作存在較為直接的聯(lián)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(jī)進(jìn)行控制的方法為實(shí)時(shí)監(jiān)測其兩側(cè)實(shí)際的液面差，從其液位差的數(shù)值判斷格柵機(jī)工作的阻塞程度，以此為基礎(chǔ)實(shí)施計(jì)算分析。當(dāng)系統(tǒng)檢測到實(shí)際液位差比系統(tǒng)中的預(yù)設(shè)值高后，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)清污機(jī)進(jìn)行顆粒較大的污染物去除工作，確保污水能夠暢通地流動(dòng)，而當(dāng)液位差保持在設(shè)定值之內(nèi)時(shí)，清污機(jī)將不會(huì)啟動(dòng)，通過此類自動(dòng)化的控制能夠?qū)⒃O(shè)備的損耗最大程度減少[3]。

5.2 污水提升泵

系統(tǒng)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(jì)設(shè)備接收到對應(yīng)的液位信號，進(jìn)而掌控自動(dòng)控制泵的開停與其運(yùn)行臺數(shù)。自動(dòng)化的控制系統(tǒng)可以將每臺控制泵實(shí)際的工作時(shí)間累積起來，并自動(dòng)進(jìn)行水泵的輪換工作，確保其累積時(shí)間相對一致。為了對水泵進(jìn)行合理保護(hù)，系統(tǒng)一般會(huì)采取低液位保護(hù)的方式，將相關(guān)的低液位信號快速傳輸?shù)絇LC，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，根據(jù)校驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行反應(yīng)，并對相應(yīng)的水泵做出對應(yīng)的信號反饋。

5.3 過程PH

進(jìn)行污水處理工作時(shí)必須要對pH值控制予以關(guān)注，pH值大小屬于污水處理系統(tǒng)中必不可少的指標(biāo)。在工藝流程中合理地設(shè)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(jìn)行污水的處理工作時(shí)，好氧池通常發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，該環(huán)節(jié)的工作內(nèi)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(shí)主要運(yùn)用的能耗較大的設(shè)備為對好氧池進(jìn)行充氧工作的鼓風(fēng)機(jī)，好氧池中使用的風(fēng)機(jī)消耗的電能占據(jù)整個(gè)污水處理所需能耗的1/2到2/3。而在自動(dòng)化控制的系統(tǒng)中，降低能耗是其重要策略。將好氧池中DO的濃度設(shè)定為2～4mg/l，一旦監(jiān)測到溶解氧的濃度比設(shè)定值低時(shí)，則開啟風(fēng)機(jī)，從溶解氧的濃度判斷變頻器最合適的運(yùn)行頻率，再從渦街流量計(jì)獲得流量信號的如實(shí)反饋，進(jìn)而將所需供給的氣量精確地計(jì)算出來。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到溶解氧的濃度滿足設(shè)定時(shí)，則通過控制變頻器的方法控制磁懸浮風(fēng)機(jī)，將其轉(zhuǎn)為低頻運(yùn)行，必要時(shí)直接停止運(yùn)行，在整個(gè)調(diào)節(jié)的過程中需要依靠PLC實(shí)現(xiàn)。

5.5 加藥

自動(dòng)化控制的系統(tǒng)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?？梢詷?gòu)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(dòng)化系統(tǒng)判斷，根據(jù)該池的進(jìn)水量以及其濃度加入適量的絮凝劑，在進(jìn)行脫水加藥時(shí)，需要按照脫水機(jī)實(shí)際的進(jìn)泥量進(jìn)行配比，做好投藥控制工作。在自動(dòng)化污水處理系統(tǒng)中，加藥的控制更加精確，既能夠節(jié)約材料，又能夠保證處理效率[4]。

5.6 污泥回流

自動(dòng)化污水處理的系統(tǒng)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(jìn)行補(bǔ)充，確保微生物分解工作順利進(jìn)行?；钚缘奈勰嗫梢詮亩脸嘏胖梁醚醭剡M(jìn)口，最終形成污泥回流。對于有機(jī)物分解而言，好氧池之中所含的活性污泥具體的濃度能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生直接的影響，而在自動(dòng)化的污水處理系統(tǒng)之中，可以將自動(dòng)化調(diào)節(jié)與人工調(diào)節(jié)結(jié)合起來，設(shè)置回流污泥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并讓工作人員按照實(shí)際運(yùn)行的情況輔以手動(dòng)調(diào)節(jié)。

5.7 排泥

在整個(gè)自動(dòng)化的控制系統(tǒng)之中，污泥量通常被隔膜泵產(chǎn)生的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輸送到相應(yīng)的處理設(shè)施之中，因此其流量較為固定，污泥產(chǎn)生的情況和加藥總量之間的關(guān)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(dòng)化控制的系統(tǒng)中，可以通過控制時(shí)間的方式進(jìn)行定時(shí)排泥，還可以實(shí)現(xiàn)無人看守式的排泥工作。排泥時(shí)間的設(shè)置可以根據(jù)處理的實(shí)際情況進(jìn)行，也能夠在中控室中進(jìn)行修改?？刂茣r(shí)間進(jìn)行自動(dòng)排泥將污水處理的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，原本較為復(fù)雜煩瑣的流程變得規(guī)范簡單，也使排泥工作更加人性化。

6 結(jié)束語

總而言之，伴隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，環(huán)境保護(hù)面臨的壓力越來越大，水資源污染成為環(huán)境保護(hù)的重大阻礙，污水需要得到及時(shí)有效的治理，否則將會(huì)影響城市的可持續(xù)發(fā)展，影響居民的健康生活，在此前提下，需要對污水處理自動(dòng)化的控制系統(tǒng)進(jìn)行合理的現(xiàn)場控制層配置、儀器儀表配置、通信網(wǎng)絡(luò)配置以及中控系統(tǒng)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(tǒng)控制內(nèi)容進(jìn)行完善。