电气控制在一体化污水处理设备中的应用研究

摘 要：详细介绍了一体化污水处理设备的基本原理，并以鹤山市雅瑶镇南靖区的农村污水改造项目为例，介绍了20 t一体化污水处理设备电气控制系统的应用，通过分析污水A/O生物接触氧化法处理工艺及污水排放标准，探讨从一级B提升至一级A排放标准的影响因素，并结合实际情况加以分析，目的是使污水处理系统的电气控制方案发挥其最大的效果，从而解决农村污水处理问题。

关键词：电气控制;一体化污水处理设备;应用

0    引言

目前，农村水污染情况普遍存在且较为严重，原因是农村存在大量污水直排的现象，且农村污水处理率的增长仍非常缓慢，污水管网不完善，部分污水管网破损严重，加上农村周边部分小企业存在偷排漏排的情况，造成周边环境的水质被污染。农村污水问题制约了农村经济的健康发展，并严重影响了生态环境与村民的身体健康。因此，随着新农村建设工作的推进，在农村污水改造方面，我国加快了污水处理设施的建设，积极推进污水处理工作，致力于农村污水净化与减排，尤其是对村镇生活污水处理设施建设因地制宜选择处理工艺，采用先进技术，以提升污水处理设施治污效能。

针对农村的污水系统改造问题，本工程从电气控制、工艺技术等方面进行探讨，采用A/O生物接触氧化一体化污水处理设备对农村分散式污水进行集中处理，希望能为解决我国新农村水环境问题提供有益的参考借鉴。

1    工程概况

鹤山市雅瑶镇雅瑶河农村分散式污水处理工程南靖项目区位于雅瑶镇西南部，铺设生活污水管网长度17 018.73 m，均采用PE200聚乙烯給水管，配套检查井370个，建设农村污水处理设施11套，污水处理总规模190 m3/d，均采用A/O生物接触氧化一体化污水处理设备，处理效果达到一级B排放标准。本次每个站点原则上均配套工具房一间，每间工具房建筑面积9 m2，共9个站点。

2    一体化污水处理设备技术方案

2.1    工艺流程

本工程采用的A/O生物接触氧化法处理工艺流程如图1所示。

2.2    工作原理

本工程的污水处理系统均采用碳钢结构一体化污水处理设备，其安装状况如图2所示，一体化污水处理设备集成了调节池、初沉池、接触池、沉淀池、污泵池等设施，埋地处理。采用A/O生物接触氧化法处理工艺，其中包括风机2台，功率共1.1 kW;水泵2台，每台功率0.75 kW。格栅井采用钢制，并设置不锈钢提篮格栅;钢制调节池设计停留时间8 h，配套?50ABS循环回流装置。

工作原理如下：（1）生活废水经污水管道流入格栅井隔除大块杂物。（2）经格栅井进入调节池，控制调节水量和水质。（3）调节池内置污水提升泵，采用液位计控制提升泵开关，将污水提升至一体化设备处理。1）水解酸化池。厌氧发酵，提高污水的可生化性。2）接触氧化池。降解净化水中污染物。3）污泥沉淀池。沉淀脱落的生物膜以及无机物颗粒。4）清水消毒池。通入二氧化氯接触消毒。（4）自流达标一级B排放标准或回用。

2.3    电气控制

（1）控制范围。根据农村污水处理项目工艺需求设置了本电气控制系统，控制系统主要涉及的内容为污水处理系统中液位与水泵的联锁、预警、鼓风机的交替工作、加药消毒系统、污泥提升泵定时工作及污泥池间隙曝气。

（2）控制方式。系统放置在专门工具房内，由电源柜、配电自动控制柜构成。

（3）用电负荷及等级。本一体化污水处理设备总装机容量约45.61 kW，均为380 V或220 V的低压用电负荷。

（4）电气控制。主要控制污水泵提升、风机启动开闭及相互切换、污泥泵的定时工作，也可以从维修状态切换到手动工作状态。

污水提升泵的启动受调节池液位控制器控制，高水位开泵，低水位停泵。液位控制器能通过机械式或电子式的方法来进行高低液位的控制，从而控制电磁阀或水泵实现半自动化或全自动化。液位控制器根据调节池液位分设3只。当液位控制器及污水提升泵出现故障而导致系统无法出水时，调节池的污水由超水位警戒排放口直接排入事故应急池，待故障排除后由人工复原至自动运行状态。

污水经潜污泵提升后进入生化设备。系统设备进入正常处理进水状态。风机设置2台，功率为0.55 kW，正常处理水量状态为一用一备，并且在4 h内自动交替使用，系统设备进入正常处理曝气状态。当污水调节池内的水位处于低液位时，HZ-30S风机能自动进入睡眠状态：即开机10 min，停机30 min。这样既保证了污水中溶解氧的含量，又可节约部分电能耗，满足系统生物供氧需求。

污泥中的污泥泵，按预先设定时间定时启停。污泥池曝气由电磁阀控制，定时间隙运行（每小时进气1次，每次5～8 min）。其他各类电气设备均设置过载保护和电路短路装置;动力电源由各村供电所提供，进入一体化污水处理设备的动力配电柜。

3    技术改进

3.1    排放标准的技术改进

为达到更佳的排放效果，对由一级B提升至一级A排放标准进行应用研究，从现污水处理设备至改造后污水出水口，包括一体化设计工艺、构（建）筑物、设备、管线、电气、仪表及自动控制设计等各方面进行探讨。技术改进的方向为保留现有的污水处理设备，对污水处理工艺流程进行整改。由于一级A排放标准的二级处理设施停留时间要加长，内回流比例要提高，而且必须增加深度处理构筑物（一般采用混合沉淀过滤工艺），从污水处理设备沉淀池安装水泵取水至膜反应器设备，由膜反应器出水至清水池，清水池消毒后排放，清水池可用作膜反应器的反清洗用水。

排放标准由一级B提升至一级A的方法，在于以现有农污处理的工艺为基础，在二沉池与生化池之间增添絮凝沉淀，或在原工艺的二沉池之后增加絮凝气浮工序，并将原先的消毒更换成电解工艺，具体步骤如下：（1）絮凝。使B级达标排放水流入絮凝反应池，投加助凝剂使絮凝矾花进入沉淀分离步骤。（2）沉淀分离。絮凝后的污水经过布水器进入二沉池或气浮池，经过沉淀分离为清液和泥浆。（3）电解。沉淀分离所得的清液泵入电解机中电解，即全面达到一级A的排放标准。其中清液在电解机中的停留时间为30 s～5 min，电解机的工作电压为1～36 V，两电极间的电压为1～3 V，电流密度为5～320 mA/cm2。在低电压、大电流作用下会产生电击效应，一方面，电流直接击穿水中微生物的细胞壁，导致微生物的死亡;另一方面，带有电荷的微生物被夺取自带的电子，使微生物失去电子而死亡。

因此，本文污水处理系统中可以设置电路控制系统，使用时间微电位器设置时长，通过PLC内部时间继电器和计数器设定外部数据，控制曝气池的处理时间，以达到一级A的排放标准。

3.2    监控测量水质的改进

参与工艺过程的一体化污水处理主要用电设备，采用微电脑控制系统就地电气控制、就地监控方式，设有现场箱手动/自动转换开关，当置于现场箱手动状态时，可在机旁就地手动操作，主要用于单机检修、调试，当置于自动控制时，该系统自动运行及监控测量出水水量和水质。

通过监控测量整个污水处理运行全过程，可计算、绘制、统计各种曲线、图幅、事故报警记录等。这种监控既可自动运行，又可由操作者通过计算机操作实现。检测系统根据工艺对控制及管理的要求，连续在线监测工艺参数，监控检测值除供现场显示外，工艺流程中所有仪表信息经PLC同时送入微电脑控制系统;另外，进出水水质检测采集数据接入微电脑控制系统。

将相关技术与传统电气技术深度结合，实现如故障记录分析、实时状态监控等功能。利用在线智能化监测仪表将实时水质数据传输到微电脑系统并记录下来。智能化在线监测仪表的广泛使用，实现了出水水质实时监测，可提高水质控制速度和测量精度。

4    结语

综上所述，针对农村污水处理采用一体化污水处理设備进行改造治理，满足了农村污水治理的可持续发展与提高人民生活质量的迫切需要。稳步推进农村环境综合整治，可以减少污水细菌滋生，减少疾病传播，也为新冠疫情防控筑起基础防线，从而建立一个和谐优美的新农村生态环境，实现“河畅、水清、岸绿、景美”的农村整治总体目标，实现人与自然和谐相处。

[参考文献]

[1] 胡纪萃.废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2] 张自杰.排水工程（下册）[M].5版.北京：中国建筑工业出版社，2015.

[3] 刘星萍.污水处理微机控制系统简介[J].山东环境，1998（4）：26.

收稿日期：2021-03-30

作者简介：王师（1984—），男，广东江门人，机电工程师，从事市政工程电气控制工作。