唐軍

（北京碧水源科技股份有限公司，北京 102206）

0 引言

隨著以信息技術(shù)為主的現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，自動化控制技術(shù)逐漸被引入工業(yè)建設(shè)之中。自動化控制技術(shù)的出現(xiàn)時間雖然較短，但由于其操作簡單、使用方便的優(yōu)勢迅速形成了一個新興的產(chǎn)業(yè)。最近幾年來，隨著我國政府部門對環(huán)境問題重視程度的不斷提高，全國范圍內(nèi)的污水處理單位如雨后春筍不斷出現(xiàn)。自動化控制技術(shù)在污水處理過程中的應用水平日益提高。不但有效彌補了人工現(xiàn)場操作的不足，大大提高了污水處理的效率，而且使污水處理的成本得到了節(jié)約，在很大程度上滿足了節(jié)能減排的客觀要求。

1 污水處理過程分析

污水處理過程由一些不同種類的工藝環(huán)節(jié)共同組成，這些工藝環(huán)節(jié)不但能夠?qū)崿F(xiàn)獨立操作，也可以通過統(tǒng)一的操作提高排放的水質(zhì)。所以，按照污水處理過程的不同，工藝環(huán)節(jié)的設(shè)計方式也不一樣。一般來說，污水都是多種污染水質(zhì)混合形成的，其中主要包括工業(yè)廢水和生活污水，就當前來說，由于我國水資源問題的日益嚴峻，對污水處理過程的流程進行合理的設(shè)計越來越重要。通常污水處理的過程可以分為四個環(huán)節(jié)，現(xiàn)將其簡單介紹如下：

1.1 預處理

在污水的預處理環(huán)節(jié)通常是通過格柵對來水中的比較大的固體污染物進行攔截，防止固體污染物對接下來的處理環(huán)節(jié)造成不良影響。然后通過沉砂池分離來水中其它較大的無機顆粒污染物，污水預處理的目的是保障污水處理后續(xù)環(huán)節(jié)的順利進行[1]。

1.2 一級處理

在污水的一級處理環(huán)節(jié)主要利用的是物理法。污水通過初沉池，可以把來水中的一些污染物利用沉淀、泥水分離等物理方法進行處理。一級處理環(huán)節(jié)能夠處理的污染物主要包括固體懸浮物（SS）、生化需氧量（BOD）以及化學需氧量（COD）等。但是污水中還包含大量的通過物理方法難以去除的污染物，這些污染物仍殘留在污水中，不能滿足污水處理的目標。尤其是對于工業(yè)污水來說，其中常常包含化學污染物，通過一級處理難以達到污水排放要求，所以在一級處理環(huán)節(jié)后還要對污水進行進一步處理[2-3]。

1.3 二級處理

污水處理二級處理環(huán)節(jié)通常是利用生物法。通過高效沉淀池等設(shè)施設(shè)備，將來水中的微小的有機物以及可溶解的有機物等成分進行處理。在污水處理的整個流程中，二級處理是最重要的一個環(huán)節(jié)，處理過程非常復雜，大部分污水處理單位都是利用活性污泥對來水中的污染物進行去除。通過二級處理環(huán)節(jié)可以去除來水中大部分的污染物，基本上能夠滿足污水處理的目標。但由于來水還會有一些細菌殘留其中，經(jīng)過二級處理的污水難以重復利用，所以二級處理環(huán)節(jié)后仍需要進一步處理。

1.4 三級處理

污水處理三級處理環(huán)節(jié)主要是利用化學法。通過中和、過濾、沉淀等等過程將來水中的雜質(zhì)、細菌等進行加工、消毒，經(jīng)過三級處理的水質(zhì)不但能夠完全符合相關(guān)的環(huán)境排放標準，還可以實現(xiàn)水資源的重復利用，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求[4]。

2 污水處理自動化控制系統(tǒng)簡介

將自動化控制技術(shù)和污水處理過程進行有機結(jié)合，能夠有效彌補人工現(xiàn)場操作的不足，大大提高了污水處理的效率。通常來說，污水處理自動化控制系統(tǒng)就是由PC、PLC等部分共同組成的DCS控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)ξ鬯幚磉M行三級控制。其中一級控制為集中控制模式，通過自動化控制總站實現(xiàn)，主要由上位機等部分組成；二級控制為分散控制模式，主要由分散在污水處理單位各個區(qū)域的PLC站組成；三級控制為實時控制模式，主要由操作現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備組成。要想對污水處理的整個過程進行自動化控制，首先要保障各級控制系統(tǒng)之間相關(guān)信息的傳遞，對相關(guān)信息傳輸網(wǎng)絡的要求非常高，污水處理單位通常利用用赫斯曼RS2系列交換機，實現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)信息的及時傳遞，系統(tǒng)控制線路一般采用屏蔽雙絞線實現(xiàn)對處理現(xiàn)場的實時控制[5]。各PLC站相關(guān)信息的傳遞通常采用MPI進行全局數(shù)據(jù)通訊，各PLC站之間能夠獨立運行，如果某一個或幾個PLC站發(fā)生故障，也不會對其它PLC站造成影響。

3 自動化控制技術(shù)在污水處理過程中的應用

3.1 進水泵的自動控制

進水泵是對污水處理過程中來水的水量和速度進行控制的設(shè)備，進水泵的自動化控制最重要的就是利用水位測量裝置對水位的變化情況進行監(jiān)測，當水位升高時，控制按鈕自動發(fā)生動作，從而啟動進水泵。進水泵通常由三臺以上，在沒有發(fā)生故障的前提下，進水泵的啟動順序一般是在參考累計工作時長的基礎(chǔ)上進行選擇，按照工作時長的長短進行合理安排。而當水位下降時，自動控制系統(tǒng)就會控制進水泵按照相應的順序停止工作，需要注意的問題是，停止工作的順序和開始工作的順序是相反的。自動化控制系統(tǒng)通過累計進水泵的工作時長，可以實現(xiàn)進水泵的自動輪值，充分保障進水泵的運行狀態(tài)。另外，當水位持續(xù)下降超過相應的保護水位時，自動控制系統(tǒng)能夠控制進水泵自動停止工作，具體的保護水位的數(shù)值可以由管理人員通過監(jiān)控管理系統(tǒng)參考相關(guān)的規(guī)范文件進行設(shè)定[6]。

3.2 沉砂池的自動控制

通過上文對污水處理過程的分析，沉砂池的作用是對來水進行沉淀處理，沉砂池自動控制的實現(xiàn)主要有以下兩點：如果攪拌葉輪正在運行，可以利用自動控制系統(tǒng)定時進行排沙，同時能夠通過 PLC 自動化控制系統(tǒng)對排沙泵、沖洗水和排沙閥門等設(shè)備設(shè)施的自動控制實現(xiàn)沙水分離過程的控制，自動化控制系統(tǒng)能夠確保相關(guān)的設(shè)備設(shè)施處于運行或休息狀態(tài)，提高污水處理的效率[7-8]。

3.3 氧化溝曝氣量的自動控制

在污水處理過程中需要一定的氧氣供應，為了實現(xiàn)節(jié)能降耗，應當根據(jù)污水處理過程中對氧氣量的具體需求和污水處理相關(guān)設(shè)備的負荷要求對氧氣供應量進行準確的控制。通過自動化控制系統(tǒng)的應用不但能夠自動控制曝氣機的運行轉(zhuǎn)速，還可以對氧氣的供應進行實時控制。當氧氣量較小時，自動控制系統(tǒng)就可以在調(diào)節(jié)曝氣機轉(zhuǎn)速的同時，提高氧氣的供應量；相對的，當氧氣量較大時，該系統(tǒng)就可以調(diào)整曝氣機轉(zhuǎn)速，并適當降低系統(tǒng)氧氣的供應量。自動化控制系統(tǒng)對于相關(guān)指標的控制，是按照實時監(jiān)測到的溶解氧的濃度以及氧化還原電位的具體數(shù)值進行的，因此，通過自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理系統(tǒng)供氧能力和處理工程實際氧氣需求量實時控制，從而滿足節(jié)能降耗的可持續(xù)發(fā)展要求。

3.4 污泥回流量的自動控制

對于污水處理過程中污泥回流量的自動化控制，主要通過時間控制和手動控制兩種方式進行。污泥回流過程中的設(shè)備設(shè)施依據(jù)自動控制系統(tǒng)發(fā)出的相關(guān)指令按照一定的順序啟動，啟動的順序一般為傾斜式螺旋輸送機——濃縮脫水機——加藥泵;而停止運行的順序則為加藥泵——濃縮脫水機——傾斜式螺旋輸送機。當相關(guān)的設(shè)備設(shè)施發(fā)生故障時，自動控制系統(tǒng)就會發(fā)出停止工作的指令，只有當所有的故障都排除時，系統(tǒng)才會恢復正常的工作狀態(tài)[9]。

4 污水處理自動化控制技術(shù)應用中應注意的問題

4.1 做好科學規(guī)劃

在自動化控制技術(shù)具體的應用過程中，要求污水處理廠按照自身的實際情況，進行科學的規(guī)劃，主要包括以下兩點：首先，對自動化控制技術(shù)的可行性進行科學的分析。污水處理單位要根據(jù)自身的處理工藝，找準自動控制技術(shù)和污水處理工藝的結(jié)合點，從經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境等層面綜合考慮自動化控制技術(shù)的可行性，特別是要準確判斷自動化控制技術(shù)的效益。其次，要制定出符合自身條件的應用方案。污水處理單位要聘請相關(guān)專家，對自動化控制技術(shù)方案進行深入的論證和分析，從成本投入、施工條件等多個角度對不同實施方案進行相應的評估，保證實施方案的科學性。同時在應用自動化控制技術(shù)時，要嚴格要求系統(tǒng)硬件、軟件的質(zhì)量，為自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供保障。

4.2 建立健全相應的管理制度

為保證污水處理自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，污水處理單位應建立健全響應的管理制度，使得崗位人員明確自身的職責，確保所有人員各司其職，管理制度的健全可以從以下幾個方面考慮進行：第一，完善上崗制度。污水處理單位在應明確自動化控制技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，健全上崗制度，對崗位工作的內(nèi)容進行合理細分，對相關(guān)崗位人員的行為進行規(guī)范；第二，健全考核制度。為確保相關(guān)人員能夠積極完成自身的工作，污水處理單位應針對不同崗位的特點健全考核制度，明確相應的考核指標，完善考核工作，以鼓勵相關(guān)人員積極學習自動化控制技術(shù)。第三，落實崗位工作責任制。為提高污水處理崗位人員的自覺性，污水處理單位應積極落實工作責任制，確保所有工作都落實到具體人員，防止出現(xiàn)事故相關(guān)人員之間相互推諉[10]。

5 結(jié)論

從當前我國污水處理單位自動化控制技術(shù)的應用效果上來說，大部分污水處理單位應用的自動化控制技術(shù)只是實現(xiàn)了人對污水處理設(shè)備簡單的機械性能的操作，這樣的應用水平顯然無法滿足環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展要求。污水處理效率的影響因素有很多種，如水量、污染程度、溫度、暴氣量、微生物狀態(tài)以及設(shè)備運行情況等，污水處理過程無疑是復雜的，單純依靠預先設(shè)定的相應程序就實現(xiàn)對處理過程的全面控制是不可能的。需要通過自動化控制技術(shù)應用水平的提高，將污水處理過程中的相關(guān)指標和數(shù)據(jù)進行廣泛采集、準確計算、合理分析，逐步實現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)的智能化。由于網(wǎng)絡技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，應用到污水處理領(lǐng)域的先進技術(shù)日益增多，但是為了有效緩解我國的水資源問題，相關(guān)技術(shù)人員應當將進一步加強對自動化控制技術(shù)的研究，在不斷提升自動化控制技術(shù)應用水平的基礎(chǔ)上不斷橫向拓展其應用領(lǐng)域，進一步減少我國自動化控制技術(shù)和西方國家的差距。