污水处理自动化控制系统研究

杨旻

太原市市政公用事业管理中心 山西 太原 030009

引言

污水没有得到处理就被直接排放会对水质产生不良影响，大量的污水被直接排放入城市水源之中，对城市的生态环境造成了极大破坏，因此需要注重污水处理工作。近年来污水处理的工作受到越来越多的重视，污水处理的自动化控制系统逐渐被广泛应用。

1 污水处理工艺流程

自动化控制污水处理的系统之中，其对污水的处理流程如下：提升泵房→沉砂池→调节池→酸化池→缺氧池→好氧池→MBR池→反应沉淀池→深度处理系统→V型滤池。在以上流程中，提升泵房到酸化池之间的工艺流程属于预处理阶段，而缺氧池与好氧池属于进行反应处理的阶段，而MBR池到V型滤池之间的流程属于后续处理阶段。

2 污水处理自动化控制系统要求

污水处理的自动化控制系统需要对污水处理的效果以及处理效率进行保障，为了降低系统运行过程中出现故障的概率，需要明确此类系统的运行要求。首先，需要具备较好的稳定性。该要求是整个控制系统中最为基础的要求，不仅系统本身需要保持良好的稳定性，自动化的相关设备也需要确保其稳定性，只有系统和设备同时具备高稳定性，才可以确保污水的处理工作处于高效、有序的状态。其次，需要具有准确性。自动化系统的准确性对污水处理至关重要，只有具备较高的准确性，才可以确保在控制污水处理时符合污水处理的精度要求，使经过处理的水质达标。最后，需要具有快速性，作为自动化控制系统，其必须要快速及时地响应参数变化，并对其变化情况进行反映，确保所有工作能够在及时的命令下进行，使系统中的参数符合设定[1]。

3 污水处理自动化控制系统功能

对于污水处理的自动化控制系统而言，其主要被中控室中的远程操作控制。进行污水处理时需要明确其自动化控制系统的相关功能，通常此类系统需要具备如下四种功能。第一，远程控制，在进行污水处理时，需要确保自动化系统可以被中控室进行远程控制，以便于中控室控制污水处理各个环节中的设备。第二，数据管理。自动化控制系统需要能够做好数据管理工作，其不仅需要对污水处理的历史信息进行把握，还需要掌控实时污水处理的数据，将两者进行对比，进而得到控制经验参数，根据得到的参数对自动化控制系统实施调整和优化。第三，报警功能。当自动化控制系统被控的对象经过实际检测后发现其检测值比设定最高值还要高或比设定最低值还要低，自动化的控制系统需要发出警报，使系统操作人员在第一时间获取故障信息，能够尽快将系统故障解决。第四，显示功能。此类自动化控制系统需要快速获取相关设备在污水处理过程中运行的实际情况并将其运行状态显示出来，除此之外，还需要在处理污水的各个环节将自动化的控制系统参数信息进行实时显示。

4 污水处理自动化控制系统配置

4.1 现场控制层配置

污水处理的现场控制层除了需要配置PLC控制柜以及MCGS触摸屏之外，还需要配置以太网交换机以及UPS等，在每个处理单元就地配置控制柜，再按照其所处的不同位置以及不同作用，将现场控制柜分为提升泵房控制柜、细格栅间控制柜、风机控制柜、综合处理池控制柜一、综合处理池控制柜二、脱水机控制柜、过滤池控制柜、在线监测控制柜八个控制柜。MCGS触摸屏能够为现场进行巡检工作的人员提供方便的操作环境，当处理设备发生故障时能够及时控制其停机。

4.2 仪器仪表配置

进行污水处理的自动化控制系统需要配置好对应的仪器仪表，其中，仪表主要有两种，一种为过程仪表分析仪，其主要包括pH分析仪、污泥浓度仪、ORP分析仪、涡街流量计、电磁流量计、超声波液位计等。对于过程仪表而言，其可以直接与现场控制层中的PLC连接。另一种为在线监测分析仪，此类分析仪获得的检测数据除了需要传输到平台之外，还需要将相关数据同时传输到中控室中，为运维人员把控进水水质提供方便，同时还可以帮助运维人员监控出水的状况。各个单元中配置的过程仪表如下所示：为了进行液位保护，在提升泵房中配置了超声波液位计。为了对过程pH值、反硝化的实际情况以及硝酸氮浓度进行实时检测，在厌氧池以及缺氧池两处设置了pH分析仪以及ORP分析仪。为了精确计算风机供气量并对其进行严格控制，在好氧池内设置了溶解氧分析仪、污泥浓度仪、ORP分析仪以及pH分析仪，以便于更好地控制、反馈信号。为了计算出风机的出口风量，还可以在风机的出口位置设置涡街流量计，以便于反馈信号，对变频器进行风量调节控制。在线监测分析仪的配置存在一定差异，差异的原因在于监测因子的不同以及进出水设备配置的要求不同。为了确保进水的安全与稳定，在监测房配置了氨氮、总氮、总磷、pH、COD、分析仪、数据采集仪以及进水电磁流量计，进水水质的相关信息需要直接发送到泵站管理中心。为了对污水处理的出水水质进行监管，在出水在线监测房内配置了：氨氮、总氮、总磷、pH、COD、分析仪、数据采集仪、出水明渠流量计以及超标留样仪。与出水水质相关的信息会直接发送到国控环保的监测平台[2]。

4.3 通信网络配置

污水处理自动化系统中的通信网络配置可以分为三层，第一层为管理层，第二层为单元层，第三层为现场执行层。其中管理层的主要组成部分为服务器、主站PLC、监控、工业以太网等起到监控管理作用的设备。单元层的主要组成部分为各大现场控制PLC柜以及工业以太网，该层大多采用多模光缆，通过以太网进行传输工作。现场执行层的主要组成部分为AS-I现场设备、传感器以及执行器等各种类型的仪表。

4.4 中控系统配置

中央控制室中具有自控系统，其配置了WINCC监控软件以及数据平台、两套操作系统、一套幕布投影设施等。其配置的两套操作系统互相为对方的备用系统，可以同时接收污水处理现场采集到的数据并对数据进行有效处理。中控系统中的配置能够将各个污水处理环节中使用的设备与系统进行集中控制，完整记录污水处理的相关数据且提供查询便利。其能够通过组态软件集成污水处理环节的布置与污水处理控制策略，中控室内能够调看所有监测数据，显示污水处理设备的实际运行情况。

5 污水处理自动化控制系统控制内容

5.1 粗格栅

污水处理的第一项内容为粗格栅，其与后续需要实施的清渣工作以及维修工作存在较为直接的联系。粗格栅最主要的目的为将固体类型的污水废弃物清除。对格栅机进行控制的方法为实时监测其两侧实际的液面差，从其液位差的数值判断格栅机工作的阻塞程度，以此为基础实施计算分析。当系统检测到实际液位差比系统中的预设值高后，系统将会自动启动清污机进行颗粒较大的污染物去除工作，确保污水能够畅通地流动，而当液位差保持在设定值之内时，清污机将不会启动，通过此类自动化的控制能够将设备的损耗最大程度减少[3]。

5.2 污水提升泵

系统中污水提升泵通常使用的控制方法为变频控制，其可以通过超声波液位计设备接收到对应的液位信号，进而掌控自动控制泵的开停与其运行台数。自动化的控制系统可以将每台控制泵实际的工作时间累积起来，并自动进行水泵的轮换工作，确保其累积时间相对一致。为了对水泵进行合理保护，系统一般会采取低液位保护的方式，将相关的低液位信号快速传输到PLC，再对数据进行校验，根据校验的结果进行反应，并对相应的水泵做出对应的信号反馈。

5.3 过程PH

进行污水处理工作时必须要对pH值控制予以关注，pH值大小属于污水处理系统中必不可少的指标。在工艺流程中合理地设置传感器，将模拟信号传送到PLC，再通过PLC控制药品投加量，确保pH值处于合理范围。

5.4 好氧池

在进行污水的处理工作时，好氧池通常发挥着至关重要的作用，该环节的工作内容主要为去除污水中的污染成分。污水处理厂在处理污水时主要运用的能耗较大的设备为对好氧池进行充氧工作的鼓风机，好氧池中使用的风机消耗的电能占据整个污水处理所需能耗的1/2到2/3。而在自动化控制的系统中，降低能耗是其重要策略。将好氧池中DO的浓度设定为2～4mg/l，一旦监测到溶解氧的浓度比设定值低时，则开启风机，从溶解氧的浓度判断变频器最合适的运行频率，再从涡街流量计获得流量信号的如实反馈，进而将所需供给的气量精确地计算出来。当系统监测到溶解氧的浓度满足设定时，则通过控制变频器的方法控制磁悬浮风机，将其转为低频运行，必要时直接停止运行，在整个调节的过程中需要依靠PLC实现。

5.5 加药

自动化控制的系统之中，为了取得更好的泥水分离效果，需要投加絮凝剂。絮凝剂能够在加药终沉池将沉淀效果大大提高，还可以增加污泥脱水过程中的污泥脱水性，确保污水中存在的悬浮颗粒可以构成沉淀性能较好的絮凝体。在加药终沉池投入的加药量需要依靠自动化系统判断，根据该池的进水量以及其浓度加入适量的絮凝剂，在进行脱水加药时，需要按照脱水机实际的进泥量进行配比，做好投药控制工作。在自动化污水处理系统中，加药的控制更加精确，既能够节约材料，又能够保证处理效率[4]。

5.6 污泥回流

自动化污水处理的系统中新污水的排入源源不断，因此为了确保好氧池中保持合适的污泥浓度，需要对好氧池中所含的污泥量进行补充，确保微生物分解工作顺利进行。活性的污泥可以从二沉池排至好氧池进口，最终形成污泥回流。对于有机物分解而言，好氧池之中所含的活性污泥具体的浓度能够对其产生直接的影响，而在自动化的污水处理系统之中，可以将自动化调节与人工调节结合起来，设置回流污泥进行自动调节，并让工作人员按照实际运行的情况辅以手动调节。

5.7 排泥

在整个自动化的控制系统之中，污泥量通常被隔膜泵产生的动力驱动输送到相应的处理设施之中，因此其流量较为固定，污泥产生的情况和加药总量之间的关系较为密切，其在控制加药量方面也保持一致性，因此在自动化控制的系统中，可以通过控制时间的方式进行定时排泥，还可以实现无人看守式的排泥工作。排泥时间的设置可以根据处理的实际情况进行，也能够在中控室中进行修改。控制时间进行自动排泥将污水处理的劳动强度大大降低，原本较为复杂烦琐的流程变得规范简单，也使排泥工作更加人性化。

6 结束语

总而言之，伴随着城市规模的扩大，环境保护面临的压力越来越大，水资源污染成为环境保护的重大阻碍，污水需要得到及时有效的治理，否则将会影响城市的可持续发展，影响居民的健康生活，在此前提下，需要对污水处理自动化的控制系统进行合理的现场控制层配置、仪器仪表配置、通信网络配置以及中控系统配置，将其粗格栅、污水提升泵、过程pH、好氧池、加药、污泥回流以及排泥等系统控制内容进行完善。