陳榮杰

（佛山市新之源污水處理有限公司，廣東 佛山 528000）

前言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市水污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，解決污水處理問(wèn)題刻不容緩。而隨著自動(dòng)化技術(shù)在各行業(yè)的不斷發(fā)展，污水處理行業(yè)的自動(dòng)化水平也在快速提高。目前，在污水處理廠中采用自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，在保證穩(wěn)定的出水質(zhì)量前提下，實(shí)現(xiàn)污水處理成本最低的目標(biāo)，可靠性更強(qiáng)、效率更高，因此，自動(dòng)化控制將具有很大的應(yīng)用前景。自控特點(diǎn)：

1 自動(dòng)化控制的原理及功能

1.1 原理

（1）污水處理廠的自控系統(tǒng)是由現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)采集控制和人機(jī)界面（監(jiān)控）設(shè)備三部分組成。自控系統(tǒng)的構(gòu)建主要是指三部分系統(tǒng)形式和設(shè)備的選擇。自動(dòng)分析系統(tǒng)的主要功能是建立工藝曲線，通過(guò)在線實(shí)時(shí)采集和人工輸入的方法，將進(jìn)、出水的COD、、色度、磷、氨氮等主要指標(biāo)與工藝過(guò)程控制的污泥濃度、溶解氧、回流比等指標(biāo)通過(guò)曲線進(jìn)行對(duì)比并綜合分析，找出即時(shí)的最佳運(yùn)行工藝控制曲線并對(duì)工藝實(shí)施控制。

（2）工藝控制部分是由上位工控機(jī)、工位PLC、電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。核心是上位機(jī)的智能控制，該功能由上位機(jī)的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件完成，該軟件程序采用時(shí)鐘循環(huán)掃描工作方式，工作可靠性高。上位工控機(jī)具備的智能化控制功能，可利用時(shí)間、溶解氧和污泥濃度等指標(biāo)進(jìn)行智能化自動(dòng)分析并實(shí)現(xiàn)多重控制。設(shè)定時(shí)間盡可能地避開(kāi)用電高峰；溶解氧設(shè)置上下限，保證工藝；設(shè)定反應(yīng)池的污泥濃度指標(biāo)，對(duì)回流泵和剩余污泥泵進(jìn)行控制，保證反應(yīng)池中最佳的活性污泥量，以降低能耗。出水COD、污泥濃度、溶解氧及回流比日變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 出水COD、污泥濃度、溶解氧及回流比日變化

工位PLC執(zhí)行上位機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)來(lái)的信號(hào)，按程序控制電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工作，主要任務(wù)是根據(jù)工藝要求，對(duì)風(fēng)機(jī)、回流泵、剩余污泥泵等設(shè)備實(shí)施自動(dòng)控制。污水處理廠工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2。

圖2 污水處理廠工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)原理

1.2 功能

軟件以WinCC為工作平臺(tái)，主要功能有：

（1）控制操作

在中心控制室能對(duì)被控制的設(shè)備在線適時(shí)控制，可以停啟任何一臺(tái)設(shè)備，并對(duì)在線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（2）顯示功能

可用圖形實(shí)時(shí)顯示各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況及運(yùn)行參數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)管理功能

利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，為生產(chǎn)控制提供依據(jù)，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。

（4）報(bào)警功能

當(dāng)在線數(shù)據(jù)如COD、溶解氧、污泥濃度和設(shè)備故障超過(guò)規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)停止有關(guān)設(shè)備，同時(shí)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，記錄并打印相關(guān)記錄。

（5）打印功能

對(duì)工藝指標(biāo)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可輸出報(bào)表和圖形，可人工或自動(dòng)打印。

2 主要工藝設(shè)備控制方式

（1）粗格柵及提升泵站

粗格柵運(yùn)行的控制：用超聲波液位差計(jì)來(lái)測(cè)量粗格柵前后的液位差，當(dāng)液位差值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，或者當(dāng)液位差值在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，均用電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟粗格柵除污機(jī)，完成一個(gè)運(yùn)行周期后停止運(yùn)行。柵渣通過(guò)皮帶輸送機(jī)輸送到螺旋壓榨機(jī)最后外運(yùn)。皮帶輸送機(jī)與粗格柵機(jī)聯(lián)動(dòng)控制，任意回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)啟動(dòng)后應(yīng)啟動(dòng)皮帶輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

潛污泵的控制：在潛污泵有壓力指示，開(kāi)泵時(shí)應(yīng)先開(kāi)水泵，當(dāng)達(dá)到一定壓力時(shí)用電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。進(jìn)水泵房有潛污泵5臺(tái)，2臺(tái)備用?？紤]到其中2臺(tái)作為長(zhǎng)期備用，又易發(fā)生設(shè)備故障，故實(shí)際使用中設(shè)置成輪流啟動(dòng)方式，以達(dá)到既有備用，又不讓其長(zhǎng)期擱置不用的目的。

（2）細(xì)格柵

細(xì)格柵運(yùn)行的控制：用超聲波液位差計(jì)來(lái)測(cè)量細(xì)格柵前后的液位差，當(dāng)液位差值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，或者當(dāng)液位差值在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，均用電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟細(xì)格柵除污機(jī)，完成一個(gè)運(yùn)行周期后停止運(yùn)行。

（3）曝氣系統(tǒng)

該系統(tǒng)是主要的水處理反應(yīng)系統(tǒng)，為好氧污泥提供條件，也是主要耗能和保證出水質(zhì)量的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備是3臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)，監(jiān)控參數(shù)為溶解氧量和污泥濃度。運(yùn)行方式如下：

1）時(shí)間控制運(yùn)轉(zhuǎn)方式。該工作方式是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者溶解氧控制時(shí)間得出運(yùn)行曲線，將預(yù)定的運(yùn)行時(shí)間段輸入電腦，由電腦按此預(yù)定程序控制3臺(tái)風(fēng)機(jī)的停啟。優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠性高，不受外界環(huán)境和監(jiān)控參數(shù)的影響，可避開(kāi)高峰用電時(shí)間。缺點(diǎn)是：受人的主觀因素影響，不能根據(jù)監(jiān)控參數(shù)即時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)。

2）溶解氧量控制方式。該工作方式是根據(jù)監(jiān)控的溶解氧參數(shù)控制3臺(tái)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，預(yù)先設(shè)定溶解氧量的上限和下限，風(fēng)機(jī)根據(jù)溶解氧量預(yù)定的下限啟動(dòng)，根據(jù)溶解氧量預(yù)定的上限停止工作。優(yōu)點(diǎn)是：能準(zhǔn)確地保證工藝指標(biāo)，溶解氧量可控制在一定的范圍之內(nèi)，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定。缺點(diǎn)是：風(fēng)機(jī)受監(jiān)控參數(shù)控制，數(shù)據(jù)采集探頭工作環(huán)境差，易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或其他問(wèn)題而造成風(fēng)機(jī)誤動(dòng)作，因而需要附加程序?qū)︼L(fēng)機(jī)實(shí)施延時(shí)開(kāi)啟或停止以防止風(fēng)機(jī)頻繁啟動(dòng)。

3）時(shí)間和溶解氧量雙重智能控制方式。

這是該軟件獨(dú)有的設(shè)計(jì)方式，是智能工作的核心。設(shè)定時(shí)間段和溶解氧含量模式后，計(jì)算機(jī)將根據(jù)時(shí)間和溶解氧設(shè)定的范圍自動(dòng)智能選擇運(yùn)行方式，即"先到先啟停"的工作原則。如果時(shí)間段或者溶解氧含量達(dá)到啟動(dòng)設(shè)定時(shí)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；如果時(shí)間段或者溶解氧含量達(dá)到停止設(shè)定時(shí)，風(fēng)機(jī)停止工作。優(yōu)點(diǎn)是：自動(dòng)化程度高，既可以保證水中的溶解氧量，出水質(zhì)量高，又可避開(kāi)用電高峰，降低運(yùn)行成本，并可以得出最佳的運(yùn)行曲線。缺點(diǎn)是：對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集較嚴(yán)格，對(duì)采集溶解氧量數(shù)據(jù)的探頭要及時(shí)清理，對(duì)監(jiān)控值班人員要求也較高。

（5）曝氣池中的污泥濃度控制

該系統(tǒng)主要是維持反應(yīng)池中的微生物總量。微生物總量過(guò)低時(shí)，生物負(fù)荷超標(biāo)，水處理能力降低，水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)。微生物總量過(guò)高時(shí)，水中懸浮物過(guò)多會(huì)影響出水質(zhì)量，過(guò)量的微生物會(huì)消耗大量的氧而增加能耗。反應(yīng)池中的微生物濃度主要是靠在線監(jiān)測(cè)的污泥濃度進(jìn)行控制的。當(dāng)污泥濃度低于設(shè)定值時(shí)，回流泵開(kāi)啟，將沉淀池中含有大量微生物的活性污泥送回反應(yīng)池中；當(dāng)反應(yīng)池中污泥濃度大于設(shè)定值時(shí)，在回流泵開(kāi)啟的同時(shí)開(kāi)啟剩余污泥泵，將剩余污泥排入儲(chǔ)泥池中。

4 故障與報(bào)警

系統(tǒng)擁有完備的參數(shù)保護(hù)和報(bào)警功能，設(shè)備出現(xiàn)故障，如：泵的低液位停機(jī)保護(hù)、設(shè)備過(guò)載保護(hù)，參數(shù)的超出高低限報(bào)警等。當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)上位機(jī)畫(huà)面中會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)報(bào)警提示窗口，在該窗口中顯示了發(fā)生報(bào)警的設(shè)備名稱(chēng)和報(bào)警狀態(tài)。點(diǎn)擊"確認(rèn)"或者"總確認(rèn)"按鈕，再點(diǎn)擊關(guān)閉按鈕才能正確關(guān)閉該報(bào)警。

5 維護(hù)與保養(yǎng)

每天應(yīng)定時(shí)巡查，查看設(shè)備的運(yùn)行是否正常，聽(tīng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音是否正常，如發(fā)現(xiàn)異常，為確保設(shè)備不被損壞應(yīng)及時(shí)停機(jī)并由通知專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行維修，部分設(shè)備需注意適時(shí)加油。

自動(dòng)檢測(cè)儀表故障報(bào)警主要是由于被測(cè)參數(shù)超出測(cè)量范圍或儀表本身誤差累積造成測(cè)量值偏離真實(shí)值過(guò)多而報(bào)警。對(duì)于一些精密儀表、探頭而言，污水廠的工作環(huán)境是比較惡劣的。因此，對(duì)它們必須定期維護(hù)與保養(yǎng)。

（1）保持自動(dòng)化檢測(cè)儀表傳感器的清潔。

由專(zhuān)人定期清洗探頭，保證數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性。特別是DO，SS，PH儀等直接與污水接觸的分析儀表，必須定期由專(zhuān)人清洗，每一個(gè)月清洗1次，保證儀表的正常工作；清洗時(shí)要求使用柔軟的材料，以免損壞儀表。

（2）定期校正各種儀表。儀表在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，為了保證儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性，對(duì)分析儀表需每月定期校正1次；而且要求水質(zhì)化驗(yàn)技術(shù)人員利用化驗(yàn)室儀器檢測(cè)相應(yīng)的項(xiàng)目，并與現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量結(jié)果比較，如果偏差太大，那么應(yīng)適時(shí)對(duì)儀表進(jìn)行校正，確保儀表測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)是是污水處理行業(yè)發(fā)展的必然走向，對(duì)污水處理企業(yè)的管理和工藝都大有益處。其保證了污水處理運(yùn)行的安全可靠，大大提高了污水處理的自動(dòng)化控制水平和管理水平，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了能耗。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化控制將會(huì)更加深入污水處理行業(yè)當(dāng)中，為人民為社會(huì)作貢獻(xiàn)。

[1]趙捷.污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)及控制功能實(shí)現(xiàn)[J].電氣技術(shù)，2006年04期.

[2]于玖洋，徐長(zhǎng)弓.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在城市生活污水處理中的應(yīng)用及改造 [J].科技資訊;2010年15期.