王雨嬌

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211170）

隨著城市規(guī)模的擴大和城市總?cè)丝诘拇罅吭黾?，水污染和水體富營養(yǎng)化等一系列生態(tài)環(huán)境問題也相繼出現(xiàn)，水資源的污染增加了[1]。城鎮(zhèn)排放的污水能否得到充分凈化與污水處理技術(shù)密切相關(guān)，也與城市生態(tài)環(huán)境保護基礎(chǔ)設(shè)施的實施以及可持續(xù)發(fā)展理念的發(fā)展戰(zhàn)略有關(guān)。因此，科學(xué)研究對改善城市污水處理技術(shù)具有十分重要的意義，本文對廢水處理設(shè)備自動控制系統(tǒng)的科學(xué)研究對業(yè)界發(fā)展具有一定的啟迪作用。

1 污水處理現(xiàn)狀

1.1 進口設(shè)備大修及設(shè)備配件的開發(fā)

在中國，水處理設(shè)備多為進口，部分進口設(shè)備很容易產(chǎn)生不同程度的損壞。因此，對于國內(nèi)外的技術(shù)人員來說，提高對進口設(shè)備的維修保養(yǎng)是十分必要的，相關(guān)人員應(yīng)徹底掌握維修規(guī)范，還要有充足的備用備件。對于一些即將淘汰的設(shè)備，其零部件必須在國內(nèi)自主生產(chǎn)、加工和制造。只有保證它們的正常運行，進口設(shè)備才能充分發(fā)揮其作用。否則，設(shè)備的破壞和備件的缺乏，將危及污水處理站的正常運行，造成巨額財產(chǎn)損失。

1.2 廢水處理效率低

中國雖然建成了很多污水處理站，但在城市的覆蓋率并不高?，F(xiàn)階段，該市正準備啟動污水處理站建設(shè)規(guī)劃。然而，二三線城市尚未將污水處理設(shè)計納入城市建設(shè)議程。首要因素是缺乏開發(fā)資金，地方政府對污水處理不重視或不籌集資產(chǎn)加快水污染治理項目建設(shè)。

1.3 未結(jié)合本地實際情況

很多地區(qū)在選擇生活污水處理工藝技術(shù)時盲目跟風(fēng)，沒有結(jié)合本地區(qū)的具體情況，盲目追趕流行的處理工藝。不了解本區(qū)域的滲水水體，無法解決水量問題，導(dǎo)致設(shè)施閑置，無法正常使用，基建項目投資的擴大也增加了日常運營成本。

1.4 缺少除臭與污泥處理的設(shè)備

污水處理站的進水水庫、格柵室、初沉池、沉淀池、污泥處置系統(tǒng)污泥儲罐、烘干主機房會產(chǎn)生明顯的異味，但很多污水處理站沒有除臭設(shè)備。也就是說，它危及操作人員的身體健康，同時也對周邊居民的生活環(huán)境造成環(huán)境污染。淤泥沒有最終處理方法，大部分污水應(yīng)用后沒有解決方案，導(dǎo)致明顯消耗，應(yīng)建立良好的后續(xù)處理設(shè)備，消除環(huán)境污染，保護生態(tài)環(huán)境。

1.5 污水處理站運行預(yù)算不能及時

全國現(xiàn)階段已投入運行的污水中，超載的不到1/3。其根本原因是經(jīng)營預(yù)算不及時，中國基本建設(shè)存量資金相對有限，地區(qū)扣除的土地稅不可靠和規(guī)范。這造成了很多省份的土地稅扣除不均，有的只向加工廠和企業(yè)收費。對于到戶，或雖有扣除，收費標準定在較低水平，遠未達到污水處理站日常運行所需的最低成本。因此，建立嚴格可靠的土地減稅政策法規(guī)是應(yīng)對資金不足的必要途徑。

2 目前中國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)備自動控制存在問題

2.1 目前中國新老污水處理廠技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，中國大多數(shù)污水處理站已經(jīng)建立并配置了自動化技術(shù)，但是自動化技術(shù)的水平仍處于初級和中級的發(fā)展水平[2]。在現(xiàn)階段，中國廢水處理自動化的水平從頭到尾都沒有擺脫探索的步伐，與國際廢水處理的水平差別很大。此外，現(xiàn)階段中國大量舊式污水處理站盡管已經(jīng)對污水處理技術(shù)進行了升級和改造，但是各個老舊污水處理廠的自動控制技術(shù)仍舊參差不齊。

2.2 自動化研發(fā)水平滯后于控制系統(tǒng)需求

盡管目前中國污水處理技術(shù)已有所改進和升級，但目前中國污水處理設(shè)備電動執(zhí)行器的研發(fā)水平仍遠遠落后于自動控制系統(tǒng)的規(guī)定。調(diào)節(jié)機構(gòu)和制動器一起形成電動制動器。控制面板輸出的數(shù)據(jù)信號由電動執(zhí)行器轉(zhuǎn)換為匹配的命令驅(qū)動數(shù)據(jù)信號。

控制器、智能變送器及其精確的測量組件構(gòu)成了自動控制系統(tǒng)。這種設(shè)計水平不僅適用于廢水處理技術(shù)，而且已在更廣泛的工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中被應(yīng)用。結(jié)果，在許多行業(yè)中出現(xiàn)了具有單獨安裝和集成的全自動控制系統(tǒng)的各種設(shè)備。關(guān)于污水處理設(shè)備的自動系統(tǒng)，正常情況下沒有良好的工作環(huán)境。安裝該設(shè)備的污水處理站的工作室環(huán)境非常差。該自動機器在操作后用作電氣設(shè)備。盡管執(zhí)行器的作用很大，但通常無法獲得基本的維護和修理，這會使廢水處理電動執(zhí)行器遭受偏癱或浪費。廢水處理速度越來越慢，質(zhì)量越來越差。通過人工進行手動維護，無法確保全自動控制系統(tǒng)能夠正常工作。由于在整個應(yīng)用和應(yīng)用過程中都存在很大的困難，工作環(huán)境無法滿足全自動電動執(zhí)行器的工作標準。其中，電動執(zhí)行器的缺點主要表現(xiàn)為設(shè)備中間區(qū)域的極度缺乏和公差配合。當(dāng)廢水處理系統(tǒng)的技術(shù)必須進行更新時，由于無法完成平滑連接而難以升級技術(shù)。

2.3 多樣化設(shè)備產(chǎn)生的問題

在現(xiàn)階段，中國市場上的廢水處理設(shè)備制造廠缺乏統(tǒng)一的規(guī)格和標準，制造的設(shè)備質(zhì)量參差不齊，制造商管理方法很多。此外，由于中外規(guī)格型號不統(tǒng)一，設(shè)備多樣化直接導(dǎo)致了目前中國污水處理設(shè)備的技術(shù)性差距大和設(shè)備不通用等問題。

3 城鎮(zhèn)污水處理與設(shè)備自動控制改進對策

3.1 加大技術(shù)創(chuàng)新力度，完善設(shè)備生產(chǎn)標準

要提高城市污水處理技術(shù)創(chuàng)新水平，積極開展科學(xué)研究，選擇新技術(shù)、新工藝，提高污水處理能力[3]。有必要擴大設(shè)計方案的范圍，以確保設(shè)備的特性滿足污水處理廠的要求。有必要不斷完善設(shè)備的自動化技術(shù)控制系統(tǒng)，使廢水處理的實際效果更加有效。制造商必須統(tǒng)一設(shè)備標準，以確保設(shè)備制造更加標準化，滿足市場的要求，并促進完成廢水處理領(lǐng)域的良好發(fā)展趨勢。能夠?qū)Ξ?dāng)前規(guī)范進行更改，并在連續(xù)測試后進一步完善規(guī)范以使該規(guī)范成為強制性的。首先，必須完成設(shè)備制造的模塊化設(shè)計，以確保廢水處理設(shè)備設(shè)計具有統(tǒng)一的標準；其次，確保國家標準與國家標準相聯(lián)系；再次，將機電一體化技術(shù)整合到設(shè)備的設(shè)計設(shè)備中；最后，確保執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)整機構(gòu)更加配套。

3.2 加強模塊化設(shè)計，滿足污水處理要求

為了更好地確保廢水處理和設(shè)備自動化水平的進一步提高，有必要提高模塊性。改進國家標準后，有必要確保模塊和接口的實現(xiàn)方式更加匹配。模塊化非常復(fù)雜，涉及更多內(nèi)容，并且明確提出了更嚴格的要求。集成設(shè)備模塊包括智能變速、集成制造和減速齒輪以及典型的實用設(shè)備。通過模塊化，可以確保設(shè)備的特性更加出色，并且可以進一步擴大設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模。污水處理站可以根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的設(shè)備，根據(jù)模塊化設(shè)計的實際操作方法完成有針對性的解決方案，使污水處理可以達到預(yù)計的實際效果。

3.3 加大對執(zhí)行器的研究與開發(fā)力度

在科學(xué)研究和技術(shù)探索的基礎(chǔ)上，有必要不斷提高用于廢水處理的電動執(zhí)行器的水平，并改善設(shè)備的特性。電動執(zhí)行器包含兩部分：調(diào)整機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)，可以從這兩部分開始，確保不同機構(gòu)的特性更加穩(wěn)定。在執(zhí)行機構(gòu)中，有不同的傳統(tǒng)伺服電機設(shè)備，它們可以完成設(shè)備的合理控制，并確保設(shè)備的合理實際運行。這兩個組織的職能完成后，設(shè)備將更加穩(wěn)定運行，更容易解決廢水，提高自動化技術(shù)的實際運行水平。在中國，廢水處理設(shè)備的電動執(zhí)行器相對較低端。盡管特性穩(wěn)定并且不容易造成常見故障，但是技術(shù)強度相對較低。還有一些電動執(zhí)行器，盡管它們是相對高端的，但是它們的成本很高并且適用性較弱。這必須擴大研發(fā)范圍，以使電動執(zhí)行器更符合污水處理站的要求。

3.4 重點跟進污水處理工藝的創(chuàng)新

改善技術(shù)應(yīng)用以及新技術(shù)在廢水處理技術(shù)中的應(yīng)用是創(chuàng)新城市廢水處理技術(shù)的主要途徑。只有新技術(shù)的應(yīng)用才能與符合市場法規(guī)的設(shè)計解決方案同步應(yīng)用[4]。根據(jù)新的處理技術(shù)和設(shè)備開發(fā)的實施，不僅可以促進新時期城市污水處理設(shè)備的設(shè)備開發(fā)，還可以滿足設(shè)備污水處理設(shè)備自動控制系統(tǒng)的要求。

3.5 制定污水處理設(shè)備自動化生產(chǎn)標準

領(lǐng)域強制性規(guī)范的統(tǒng)一和制定可以對規(guī)范生產(chǎn)企業(yè)和利益沖突產(chǎn)生影響?；谝幌盗行薷暮蛯嶋H檢驗而制定的強制性規(guī)范包括：①制造設(shè)備的模塊化設(shè)計和廢水處理設(shè)備的設(shè)計方案；②制定更接近國際標準的行業(yè)標準；③符合設(shè)備機電一體化標準并滿足特殊要求；④做好執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)整組織標準和配套設(shè)施。

4 污水處理控制與監(jiān)控系統(tǒng)中的自動化設(shè)計方案

4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由管理和監(jiān)督操作兩方面組成：①管理層。它是網(wǎng)站服務(wù)器、工作平臺及其打印機的組合，可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)慕橘|(zhì)是光纖電纜和五類雙絞線電纜。傳輸數(shù)據(jù)信息時，采用快速以太網(wǎng)接口，傳輸速率為100 Mbit/s。此外，操作系統(tǒng)還有一個非常強大的作用，可以進行基于Internet的遠程診斷和管理方法。②監(jiān)督控制層。它是PLC服務(wù)器、工控機、復(fù)印機及其工作臺等的組合。在監(jiān)控系統(tǒng)中PLC、PLC和工控機均選用電力線通訊進行數(shù)據(jù)信息交換，然后系統(tǒng)進行實時監(jiān)視。

4.2 設(shè)計方案

4.2.1 污水檢測系統(tǒng)

污水檢測和控制的意義在于對污水的水體和水流進行控制，從而始終保持穩(wěn)定合理的污水處理。

水流檢測儀：第一類蒸汽流量計，常見的蒸汽流量計有電磁感應(yīng)法、超聲波法、葉片法及其噴嘴法；第二種液位變送器，常見的液位變送器是水泵壓力開關(guān)、汽泡及其壓差法。

水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備：主要常用的設(shè)備有污泥濃度計、DO計、MLSS計、pH計、溫度計、高錳酸鹽指數(shù)和COD/TOC計等。

新增水質(zhì)監(jiān)測項目如下。

調(diào)節(jié)水箱：出水量、pH值、水位線。

污泥濃縮池：泵送污泥量和濃度值，污泥界面儀。

水解酸化槽：送排風(fēng)量、回流污泥量、DO、MLSS濃度值。

二沉池：回流污泥量及濃度值，剩余污泥量。

排放通道：解決水流量、COD、濁度計、自來水消毒蒸汽流量計、高錳酸鹽指數(shù)濃度計。

4.2.2 污水控制系統(tǒng)

曝氣槽有關(guān)控制。送氣量控制，以廢水量調(diào)整控制送氣量。鼓風(fēng)機輸出壓控制，送風(fēng)量以調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機吸入閥門的開度及鼓風(fēng)機之臺數(shù)控制，輸出壓力以壓力控制于定值，確保穩(wěn)定送風(fēng)量。關(guān)于DO控制就是以DO之控制量調(diào)節(jié)送氣量使槽內(nèi)的DO與目標值一致。MLSS控制在對回流污泥量進行調(diào)節(jié)控制可以促使槽內(nèi)濃度與目標保持一致，對回流污泥量進行控制就是用流入的廢水量與比率相乘，所得的數(shù)值作為回流污泥控制的目標值，從而對回流污泥量進行調(diào)整。

加氯量控制。以處理水量作比率調(diào)節(jié)加氯量，也有以余氯測定計測定結(jié)果作回授控制，并由水量作比率調(diào)節(jié)。

沉淀池控制。該環(huán)節(jié)的控制在操作過程中以污泥泵浦、刮泥機以及浮除的清除為主，將定時器與順序控制相結(jié)合。

4.3 污水處理系統(tǒng)中自動化監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化

以沉淀池污泥停留時間的調(diào)控為例，已知進流SS的質(zhì)量濃度為128 mg/L，若需達到放流水標準以下（設(shè)定值為25 mg/L）所對應(yīng)之累加質(zhì)量約占20%，推估對應(yīng)管柱之安全水深應(yīng)為15 cm以內(nèi)，對應(yīng)管柱安全水深于15 cm時，所對應(yīng)的質(zhì)量分數(shù)為30%，換算成質(zhì)量濃度約為38.4mg/L。安全水深于15cm下，推估30min沉降后的質(zhì)量濃度約為24.3 mg/L。

無機性廢水是采用的污泥回流的方式進行操作，這樣不僅可以對污泥形式、特征進行中和，還可以很大程度減少藥劑的使用量，對于浮除系統(tǒng)應(yīng)該將出水添加到24 L/h、質(zhì)量濃度為12 500 mg/L的化學(xué)回流污泥，進水SS的質(zhì)量濃度為272 mg/L。依目前實際污水處理廠添加混凝劑與助凝劑于沉淀池的操作方式，其停留時間可縮短至1 h，進而增加1倍的處理水量；保守估計，可增加5 000 CMD處理水量，雖操作成本將有所增加，但可以減低擴建的需求，節(jié)省擴建成本的支出。

5 污水處理廠控制系統(tǒng)新趨勢

5.1 減少人力成本

隨著各地經(jīng)濟發(fā)展越來越富裕、人力成本越來越高，污水處理廠需要考慮降低人力成本，提高勞動生產(chǎn)率，因此要求污水處理廠工藝設(shè)備均可實現(xiàn)就地自動控制，中控室遠程監(jiān)控。這就需要增加多種智能化檢測手段并能進行智能化判斷，減少操作人員的工作強度，達到正常運行時現(xiàn)場少人（無人）值守，操作人員定時巡檢。

5.2 降低能耗，采用精細化智能控制

一直以來污水處理廠能耗大的問題沒有引起足夠的重視，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，排放標準的提升，污水處理廠能耗越來越大，這使得污水處理廠能耗的問題越來越受到重視[5]。目前常規(guī)的自動化控制手段還比較粗放，對電耗、藥耗控制不夠精細化，導(dǎo)致能耗較高，需要采用精細化智能控制手段來有效地降低能耗。譬如曝氣鼓風(fēng)機是電耗大戶，占污水處理廠用電成本的50%左右，若采用基于模型算法的智能曝氣控制系統(tǒng)的話，可節(jié)能電耗10%～20%。

5.3 加強管理決策，提高信息化管理手段

隨著現(xiàn)代企業(yè)制度的建立，污水處理廠對管理決策的需求也越來越高，需要對全廠進行實時、動態(tài)的監(jiān)視，用信息化的手段，科學(xué)合理、經(jīng)濟有效的方法，達到管理、調(diào)度、控制的目的，為運行管理決策提供依據(jù)，實現(xiàn)社會效益的最大化，因此需要建立廠級信息化管理平臺。

5.4 增加智能化檢測方法

污水處理廠會產(chǎn)生有毒有害氣體，極易造成人員傷害，例如地下式污水處理廠生物反應(yīng)池蓋板下觀察生物反應(yīng)池水面曝氣狀況，目前只能采用目視觀察法觀察生物反應(yīng)池水面曝氣狀況，增加了操作人員的工作強度及危險性。因此需要增加智能化檢測手段來代替人工，對污水處理廠進行監(jiān)視。

6 結(jié)束語

隨著中國城市化進程的加快，城市人口的快速增長隨之而來的是廢水排放量的增加。中國明確提出了對城市污水處理技術(shù)進行自動控制的新要求，只有大力加強污水處理設(shè)備自動化技術(shù)控制系統(tǒng)的研發(fā)，繼續(xù)展示人力資源和物力的技術(shù)性以及設(shè)備在新型廢水處理設(shè)備自動化技術(shù)控制系統(tǒng)在實際活動中的應(yīng)用，才能更好地保證設(shè)備的廢水處理水平保持著持續(xù)發(fā)展的趨勢。未來，中國城市污水處理技術(shù)的發(fā)展離不開智能系統(tǒng)，機電一體化和數(shù)字化的融合，設(shè)備設(shè)計和制造還有很長的路要走。