工业自动化技术在污水处理中的应用

（中钢集团武汉安全环保研究院有限公司，武汉 430000）

0 引言

污水处理是指将无法使用的污水通过技术工艺转化为生产和生活用水，越来越多原本无法利用的污水通过工艺处理达标成为可饮用水，并进入寻常百姓的家庭中[1]。通过使用自动化控制技术，可对污水处理厂区内部整个污水处理工艺流程进行综合监控，并对污水提升泵房、细格栅间、沉砂池、生化池、沉淀池、回流及剩余污泥泵房、贮泥池、污泥浓缩脱水间、出水流量计井、紫外消毒渠以及总变配电室等设备进行分散控制，集中管理。

建立污水处理厂自动化控制系统，可有效管理整个污水处理厂的运行。文章首先分析了自动化控制技术在污水处理中的应用现状，之后介绍了污水处理综合自动化系统的原理及相关工程应用实践，最后介绍了自动化技术对污水处理的价值和意义。

1 污水处理的自动化技术

随着自动化水平的不断提高及其在各个方面越来越广泛的应用，污水处理作为一种新兴产业，国家给予了相当大的重视，因而自动化系统在此具有关键作用[2]。

污水处理的自动化技术需要具备以下特点，一是污水处理的自动化技术研究的是随时间变化的动态系统，二是系统存在进水的负荷扰动，三是系统需要在线传感器进行实时监控，四是利用反馈信息来提高工艺性能[3]，五是污水处理的自动化系统应能做到可控。

目前，计算机的发展使得数据收集不再是限制条件，动态模型和控制方法的发展使得人们可以理解多种多样的工艺，教育的发展培养了能够执行污水处理的自动化技术的工程师，污水厂的设计灵活性在不断地提高等方面，这些条件都使污水处理的自动化技术的实施具有更好的可行性。另一方面，社会的需求推动了污水处理的自动化技术的进一步发展，主要包括：监管的要求、排水指标不断提高、能量效率提高、营养物质回收、热量回收、生物质燃气产气及对于扰动或动态变化的恢复能力需求。随着自动化技术的不断发展，未来自动化技术在污水处理中的应用将越来越广泛，应用领域将逐步拓宽，将有效支撑污水处理厂的稳定运行。

2 污水处理综合自动化系统

以工矿企业的工业废水或城镇生活污水处理厂的自动化集中监控系统为例，分析污水处理综合自动化系统。该系统主要由上位机、模拟显示屏、PLC控制主站、各远程分站及现场传感器、电气设备等构成。现场传感器及电气设备上的模拟和数字信号首先被各个远程分站采集，然后经过通讯网络传至PLC控制主站，将各种信号以不同的形式（如指示灯、柱状图等）显示在上位机上。模拟显示屏上也能够显示电气设备的状态、传感器的实时读数以及工艺流水线等信息。同时各个远程分站能够接收来自控制主站的各种控制信号，实现远程自动控制。该系统是一个管控一体化设计的排水综合信息化平台，包括数据采集与监控、GIS、电子显示、视频监控、安防、Web发布、排水模型和OA多个子系统，并与现场各仪表、摄像监控、防雷器、变频器及其它受控对象进行连接。

污水处理综合自动化系统具有以下特点：一是完善的控制功能。针对不同设备的工艺要求，具有不同的控制方式。操作人员只需轻点鼠标，就能够灵活的转换设备的操作控制方式，并控制设备的起停。这极大的方便了运行人员的操作，提高了工作效率，同时也便于设备的集中管理。二是丰富的显示功能。运行人员能够通过上位机或模拟显示屏上的指示灯、柱状图、数码显示器、盘式显示器及变化趋势图等多种方式，详细的了解到各个现场设备、传感器的运行状态、实时参数、变化趋势等多方面的信息。这使得运行人员足不出户就能够全面的掌握当前全厂设备的运转情况，提高了系统运行的安全性。三是详尽的故障报警和历史记录功能。系统具备详尽的故障报警功能，保证在全厂任何一台设备出现故障时，系统能够立即停止该设备的运行并进入故障保护状态，同时在上位机上弹出提示窗口通知运行人员及时处理。故障历史记录功能能够帮助管理人员在故障发生后，查询故障发生的具体时间和分析故障原因，以完善管理。四是强大而可靠的网络通讯功能。污水处理程控系统多采用分布式的网络结构，因此强大而可靠的网络功能是程控系统可靠、稳定运行的基础。本系统可以根据现场设备的情况，选用成熟的工业网络技术，使得系统无论在通讯速度还是在通讯可靠性上都完全能够满足程控系统的需要。同时系统具备将信息上传的网络接口，能够通过此接口将程控系统的各种信息上传至污水厂的上级管理部门。

综合污水处理系统需融合众多最新的技术和方案，包括实时控制技术、现场总线技术、无线通信、数据库、冗余容错技术，并使用经过验证的可靠应用软件来实现，确保它是一个在技术领先性与经过验证的稳定与可靠之间获得平衡。

3 自动化技术对污水处理的意义

污水处理厂的水处理过程自动化控制系统具有高可靠性和高稳定性，开放性和操作的使用性等特点。整个系统应严格按照污水处理工艺流程设计。核心PLC模块应保证质量，保证模块的自诊断和容错功能，具备完善的抗干扰及防雷等技术措施。该自动化控制系统应对用户开放，使用户可在广泛的设备环境下便利的完成系统操作。系统中的组态软件和编程软件应为全中文界面，具有丰富的图画功能，使用户清晰的了解污水处理厂各工段的运行情况以及故障报警点的分支细节，真正实现节省劳动力的同时，做到生产流程的全自动化监控。

对于污水处理企业来说，自动化主要是三方面的作用：安全性、经济性、稳定性。构建污水处理厂自动化系统要有良好的污水收集与输送系统、合理优化的污水处理厂工艺设计、合理优化的污水处理厂设备选型与配置、高质量的污水处理设施与运行管理、高质量的监测仪器仪表、高水平的自动控制系统等条件。污水处理厂自动化系统可提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，以及合理的生产计划编排与生产进度。

4 结束语

污水处理厂自动化系统的构建离不开众多技术的支持，随着新材料、物理、化学技术的发展，将有利促进监测仪器的发展。信息化将催生智能化的仪器，人工智能与传感器小型化都将推动虚拟仪器的发展，这些无论是从监测技术发展还是污水自动化来讲，都有非常大的发展空间。总体来说，根据目前国家水环境的情况和需求，污水处理厂自动化与监测技术差距还比较大，一些非常规的智能化仪器将成为未来趋势。