污水处理厂自动化控制的研究与分析

2012-11-16陈荣杰

中国新技术新产品 2012年5期

陈荣杰

（佛山市新之源污水处理有限公司，广东佛山 528000）

前言

随着城市化进程的加快，城市水污染问题越来越严重，解决污水处理问题刻不容缓。而随着自动化技术在各行业的不断发展，污水处理行业的自动化水平也在快速提高。目前，在污水处理厂中采用自动控制系统进行自动化控制，在保证稳定的出水质量前提下，实现污水处理成本最低的目标，可靠性更强、效率更高，因此，自动化控制将具有很大的应用前景。自控特点：

1 自动化控制的原理及功能

1.1 原理

（1）污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号采集控制和人机界面（监控）设备三部分组成。自控系统的构建主要是指三部分系统形式和设备的选择。自动分析系统的主要功能是建立工艺曲线，通过在线实时采集和人工输入的方法，将进、出水的COD、、色度、磷、氨氮等主要指标与工艺过程控制的污泥浓度、溶解氧、回流比等指标通过曲线进行对比并综合分析，找出即时的最佳运行工艺控制曲线并对工艺实施控制。

（2）工艺控制部分是由上位工控机、工位PLC、电控执行机构组成。核心是上位机的智能控制，该功能由上位机的专业应用软件完成，该软件程序采用时钟循环扫描工作方式，工作可靠性高。上位工控机具备的智能化控制功能，可利用时间、溶解氧和污泥浓度等指标进行智能化自动分析并实现多重控制。设定时间尽可能地避开用电高峰；溶解氧设置上下限，保证工艺；设定反应池的污泥浓度指标，对回流泵和剩余污泥泵进行控制，保证反应池中最佳的活性污泥量，以降低能耗。出水COD、污泥浓度、溶解氧及回流比日变化趋势见图1。

图1 出水COD、污泥浓度、溶解氧及回流比日变化

工位PLC执行上位机远程发来的信号，按程序控制电控执行机构完成工作，主要任务是根据工艺要求，对风机、回流泵、剩余污泥泵等设备实施自动控制。污水处理厂工艺自动控制系统原理见图2。

图2 污水处理厂工艺自动控制系统原理

1.2 功能

软件以WinCC为工作平台，主要功能有：

（1）控制操作

在中心控制室能对被控制的设备在线适时控制，可以停启任何一台设备，并对在线数据进行处理。

（2）显示功能

可用图形实时显示各现场设备的运行工况及运行参数。

（3）数据管理功能

利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，为生产控制提供依据，优化生产过程。

（4）报警功能

当在线数据如COD、溶解氧、污泥浓度和设备故障超过规定值时，系统可自动停止有关设备，同时发出语音报警，记录并打印相关记录。

（5）打印功能

对工艺指标和设备运行状态可输出报表和图形，可人工或自动打印。

2 主要工艺设备控制方式

（1）粗格栅及提升泵站

粗格栅运行的控制：用超声波液位差计来测量粗格栅前后的液位差，当液位差值达到设定值时，或者当液位差值在规定的时间内未达到设定值时，均用电动阀门自动开启粗格栅除污机，完成一个运行周期后停止运行。栅渣通过皮带输送机输送到螺旋压榨机最后外运。皮带输送机与粗格栅机联动控制，任意回转式格栅除污机启动后应启动皮带输送机联动运行。

潜污泵的控制：在潜污泵有压力指示，开泵时应先开水泵，当达到一定压力时用电动阀门自动打开。进水泵房有潜污泵5台，2台备用。考虑到其中2台作为长期备用，又易发生设备故障，故实际使用中设置成轮流启动方式，以达到既有备用，又不让其长期搁置不用的目的。

（2）细格栅

细格栅运行的控制：用超声波液位差计来测量细格栅前后的液位差，当液位差值达到设定值时，或者当液位差值在规定的时间内未达到设定值时，均用电动阀门自动开启细格栅除污机，完成一个运行周期后停止运行。

（3）曝气系统

该系统是主要的水处理反应系统，为好氧污泥提供条件，也是主要耗能和保证出水质量的系统。该系统的主要动力设备是3台罗茨鼓风机，监控参数为溶解氧量和污泥浓度。运行方式如下：

1）时间控制运转方式。该工作方式是根据经验或者溶解氧控制时间得出运行曲线，将预定的运行时间段输入电脑，由电脑按此预定程序控制3台风机的停启。优点是：工作可靠性高，不受外界环境和监控参数的影响，可避开高峰用电时间。缺点是：受人的主观因素影响，不能根据监控参数即时调整风机的工作状态。

2）溶解氧量控制方式。该工作方式是根据监控的溶解氧参数控制3台风机的工作状态，预先设定溶解氧量的上限和下限，风机根据溶解氧量预定的下限启动，根据溶解氧量预定的上限停止工作。优点是：能准确地保证工艺指标，溶解氧量可控制在一定的范围之内，保证出水水质稳定。缺点是：风机受监控参数控制，数据采集探头工作环境差，易出现数据不准确或其他问题而造成风机误动作，因而需要附加程序对风机实施延时开启或停止以防止风机频繁启动。

3）时间和溶解氧量双重智能控制方式。

这是该软件独有的设计方式，是智能工作的核心。设定时间段和溶解氧含量模式后，计算机将根据时间和溶解氧设定的范围自动智能选择运行方式，即"先到先启停"的工作原则。如果时间段或者溶解氧含量达到启动设定时，风机启动；如果时间段或者溶解氧含量达到停止设定时，风机停止工作。优点是：自动化程度高，既可以保证水中的溶解氧量，出水质量高，又可避开用电高峰，降低运行成本，并可以得出最佳的运行曲线。缺点是：对监控数据采集较严格，对采集溶解氧量数据的探头要及时清理，对监控值班人员要求也较高。

（5）曝气池中的污泥浓度控制

该系统主要是维持反应池中的微生物总量。微生物总量过低时，生物负荷超标，水处理能力降低，水质不能达标。微生物总量过高时，水中悬浮物过多会影响出水质量，过量的微生物会消耗大量的氧而增加能耗。反应池中的微生物浓度主要是靠在线监测的污泥浓度进行控制的。当污泥浓度低于设定值时，回流泵开启，将沉淀池中含有大量微生物的活性污泥送回反应池中；当反应池中污泥浓度大于设定值时，在回流泵开启的同时开启剩余污泥泵，将剩余污泥排入储泥池中。