自动化控制系统在城市污水处理厂中的应用

王怀祥

摘 要：结合成都第四污水处理厂自控系统工程实例，简要介绍了自动化控制系统之膜池系统控制--在城市污水处理工艺中的过程监控及应用。

关键词：污水处理；自动控制

一、前言

城市污水是城市发展过程中的产物，早期的城市污水处理主要是通过污水收集系统排放到附近下游水体之中，利用水体的稀释以及水体自净作用来进行简单的处理，但是随着我国国民经济的迅猛发展，城市规模不断扩大，人口数目迅速增长，生产规模不断扩大，生产过程更加复杂，人民的生活更加丰富多彩，随之而来的是城市污水量不断加大，水质也越来越复杂，仅仅依靠稀释及水体自净作用处理污水已经无法满足达标排放的要求，会对下游水体产生较大的污染和影响。在这种情况下，我们就不得不采取措施加大对城市污水的处理力度，以改善不断恶化的水环境污染趋势。

在城市污水处理厂的管理方面，早期主要是由技术人员现场检测、调试，由于处理厂工艺复杂，构筑物较多，需要进行实时监控的项目指标多而复杂，例如：进出水pH值、进水流量、曝气池溶解氧量等等，如要对这些指标逐一监控，无疑会耗费大量的人力物力，无法达到实时监控的目的。随着我国工业化进程的迅速发展，自动控制系统渐渐应用到污水处理工艺监测过程中，并且取得了相当好的效果，既节省了人力、物力，又大大提高了污水处理的效果和能力，有着广阔的发展前景。近年来，各地相继建设了一批城市污水处理厂，应用先进的污水处理自控技术及设备，系统的控制和管理水平也有了很大的提高，实行了污水处理的自动控制和管理。结束了以往污水处理全部用人工和传统的继电控制的落后局面。

二、成都第四污水处理厂简介

本文以成都第四污水处理厂为例，简要介绍了自动化控制系统在该厂污水处理工艺过程中进水泵房应用情况。

成都第四污水处理厂是成都市的重点工程，一期工程日处理量为15万吨/天（二级处理），主要生物处理工艺采用的是“膜工艺”法。

该厂的自动化控制系统主要包括：中央控制室监控设备、可编程控制器（PLC）、检测仪表、避雷和闭路监控等。目的在于使厂方能够及时了解、掌握并控制污水处理过程的运行工况、工艺参数的大小及变化、优化各工艺流程的运行，保证出水水质，降低处理成本，节省能耗，提高运行管理水平，使污水处理厂能长期正常稳定地运行，取得最佳效益。

2.1 控制方式

根据设计，该厂自控系统在结构上采用既集中又分散的方式，实行三级控制，即就地手动控制、现场PLC自动控制和中央控制室控制，提高了系统运行的可靠性。该控制系统采用光纤以太环网高速通讯网络，将中央控制室和各PLC现场控制站连接起来。各PLC现场控制站负责设备的自动控制及信号状态采集。中央控制室负责提供设备的控制方式，能进行单独设备或系统的控制。

2. 2 中央控制室

本控制系統设有一个中央控制室，内有一面模拟屏及两台监控计算机（上位机），用于集中监视、控制、操作、管理污水处理厂的生产过程。

中央控制室两台计算机操作员站互为备用，它们均可各自独立完成整个工艺过程的监控。上位机人机界面是操作者和系统交互联系的平台，它直接面向操作者，是用户认识评价一个系统的首要部分。本系统采用在WINDOWS环境下运行的AB的SE软件包，它把实时动态的各种信息量以图形、文字、画面的方式有机地结合在一起，立体感强，操作简便，直观舒适。将整个生产工艺过程制作成直观彩色画面。操作员站具有以下功能：

· 显示工程设备的运行状态，显示工艺流程的动态参数，显示相关参数的趋势，历史数据及历史记录。

· 打印过程回路控制的参数给定值、报警记录和班报表等。

· 报警设有优先级管理，任意管理均在屏幕上显示。

· 在操作过程中，设有启动、停止、复位和选择等软手动操作功能。

· 实现编程、组态和修改等，操作员站装有功能强大的上位软件，以便能方便地、直观地组态和编程。

2. 3 PLC现场控制站

本工程根据工艺流程和生产控制要求及现场位置情况，设有四个现场控制站，包括进水泵房及沉砂池与中提泵房和膜格栅、生化池、膜池系统、脱水机房及加药等生产过程现场控制站。每个现场控制站用施耐德公司的M580系列PLC，都配有GT6330操作员终端，代替常规设备如按钮、信号灯、数显表，并具有较强的报警能力。

三、膜池系统控制说明

本文主要解释膜池工艺过程中自动控制系统：

1、系统中20个独立膜池，每10个膜池合为一组控制单元，共2组膜控制单元。

2、本项目MBR膜系统由膜区、膜化学清洗、反洗系统、真空系统、空气吹扫系统组成。其中膜组件是MBR处理工艺的核心部件，采用过滤精度为0.1微米的浸没式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维超滤膜组件，安装于膜区中。

3、MBR系统设计流量为15万吨/天，整个膜系统共200个膜池，20组膜控制单元，共分2个系列，每个系列10个膜控制单元，100个膜池。各系列单独控制，每个系列内的膜池按开9停1运行；

4、单个膜系列的10个膜控制单元独立运行，每个膜池配置1台产水泵产水，利用膜的高效截留作用截留大部分污染物，从而获得满足设计要求的出水水质。

5、膜系统应采用模块化设计，易于增容，膜元件可方便修补和更换，不会影响系统的正常运行。系统设备的耐压性、防腐性、防渗漏性需满足设计规定。

6、膜组件的设计通量将根据进水水质选择，不大于规定的通量值，并预留有足够的余量。选择合理的膜数量，保证膜组件在设计年限内正常运行和维持合理的清洗周期以及合理的反洗间隔，以尽可能降低系统的自用水耗和运行能耗。

7、膜系统设有真空泵系统等辅助装置用于首次起动膜系统，系统检修维护后或者长时间不运行后启动时抽真空。

8、膜系统产水管设取样点，以便能快速、有效地诊断、确定系统的故障。

9、当膜产水不达标时，可通过专业的手段和方法尽快查出故障，当故障破损的膜组件定位后，可将其隔离，然后再进行修补。应考虑尽量减少因膜组件的维修而造成的系统膜组件的停运量。

10、为防止膜污染，膜组件设有空气擦洗系统，利用鼓风吹扫产生的大孔气泡进行膜丝的振荡擦洗，并设有（但不限于）在线水反洗、在线化学反洗及离线化学清洗系统等膜通量维持及恢复系统。

11、膜系统所配仪器、仪表的性能、配置点及数量等满足本系统的安全、稳定、可靠运行之需要。每系列膜系统产水及反洗水管路上都配置电磁流量计、压力变送器，以便控制膜系统的正常安全运行。

12、专业词汇

产水模式：膜池按产9停1的工作模式，此工作模式中，膜池自动运行

手动模式：膜池系统手动工作模式

抽真空：膜池运行前要将产水管道中的空气抽完

在线反洗：膜池运行一段时间后要进行维护性清洗

故障模式：膜池相关设备出现问题处理

四、总体评价及存在的问题

目前将此控制系统应用到成都第四污水处理工艺过程当中，系统实现了全自动控制，出现设备问题或仪表问题能及时反应到中央控制室，系统能自动正常处理出现问题的膜池并提醒操作人员处理，取得了良好的效果。但是在运行过程中仍然存在一些问题：

膜池系统中有一些仪表阀门存在可能出现问题而引起膜池系统停产；膜池系统由于仪表无法精确取样，不能实现依工艺的需要来调整产水量的设定大小，只能人为依进水情况来设定产水量，这一点需要人工干扰，由此还难以达到中控无人值守。

五、结语

现今我国污水处理厂多是采用国外进口设备与控制系统，价格高，维护困难。并且目前我国国产的在线分析测定仪器设备还不能达到精度要求，因此，我们自主研发设计制造自动化控制系统，并提高仪器设备的测量精度和质量，降低维护费用，是我们现阶段以及今后污水处理厂自动化控制系统发展的主要方向。