电气自动化技术在污水处理过程中的应用

薛伟超

（韶关市超粤建设工程有限公司，广东韶关 512000）

经济的高速发展，提升了城市的供水量及排水量，水厂的日常负担有所加重，探索一条以信息技术为依托的污水处理体系，成为当前相关企业发展的重点任务。为了进一步落实生态文明建设，做好水资源的污染防控和落实污水处理体系的全过程创新，已经成为多方关注的重点。大部分的污水处理企业在落实系统升级的过程中，已经形成了较为成熟的系统和技术方案，如自动化控制系统是建立在通信网络的基础上，将污水处理期间的各项设备、检测元件、执行元件、主控中心及智能终端联系起来，利用计算机实现智能化分析。或针对其中使用的大量电气化设备进行远程监控和自动调整，如DCS 系统、PLC 自动控制技术等都可以产生这样的效果，而经过不断的系统升级及优化，目前在污水处理领域应用较为先进的电气自动化控制技术，主要以工业以太网、FCS 为核心网络，且配备高适配性和集成化特点的PLC 控制站，能够实现污水处理系统的全过程控制和精细化管理。这不仅能够满足污水处理工序调整和优化的需求，也可以带动有关污水处理的其他领域进行升级和改革。因此着重分析其自动化技术的具体应用价值，能够为污水处理系统的优化和创新提供保障，也可以满足新时期智慧化城市建设以及产业结构升级的需求。

1 应用特点

从技术研发的角度来讲，电气自动化技术主要针对自动控制、传感器、PLC 自动控制系统、电工电子等领域进行重点研究，其核心成果在我国多个领域都有应用，隶属于自动化领域。而从工业生产和发展的角度来讲，主要指的是在生产运营的过程中利用电力电子技术、大数据技术、计算机技术及自动控制技术代替部分人工管理内容，已经成为现代经济运行中不可替代的技术手段[1]。从应用效果的层面来讲，电气自动化技术可以提升工作运维的可靠性，提高劳动生产率，在保证电能质量的同时也改善了原有的生产条件，而随着电气自动化技术体系的推广和普及，相关控制设备的可靠性和标准性有所提升，是降低人工成本、提升生产运营精细化程度的重要技术。

结合电气自动化技术的应用特点来看，在不同领域通常会发挥不同的应用优势。比如，从污水处理的角度出发，污水处理环节涉及大量物理、化学反应，也涉及大量的处理设备同时运作，为了提升污水处理的效率和质量，依托电气自动化技术进行创新，能够产生较好的效果。具体体现在以下两方面。

（1）电气自动化技术在污水处理领域的应用体现出了较强的兼容性特点，如依托PLC 自动控制技术打造的污水处理自动化体系，可以结合不同类型、不同参数的处理设备，实现集成化管理。在设备终端安装传感器及相关设施，能够采集设备运行期间的各项数据信息。在污水处理的不同环节、不同工序，都可以起到较好的集成化管理作用，从而提高污水处理的质量，也可以减少人工管理难度。

（2）电气自动化技术对于电子信息技术的依赖性较高，主要源于该项技术在实际应用的过程中需要通过电子信息技术代替人力决策，打造智能管控体系和决策方案，而电子技术的选择更依赖于系统的成熟度和硬件设备的适配度。这也导致部分污水处理厂商或企业在制订智能化污水处理系统的过程中，前期投入的资金成本较大。

由此可见，电气自动化技术在污水处理领域的应用价值较大，虽然需要进行前期投入和系统升级改造，但是最终产生的效果较为可观，值得进行创新和优化。

2 应用场景

针对我国当前的污水处理体系发展情况来看，为了进一步落实生态文明建设，做好水资源的污染防控，以及优质供水服务，落实污水处理体系的全过程创新，已经成为了多方关注的重点，力求实现污水处理全过程监控，这对于传统工作模式产生的压力较大，因此依托电气自动控制技术打造自动化的处理体系至关重要。

而目前大部分的污水处理企业在落实系统升级的过程中，已经形成了较为成熟的系统和技术方案，如自动化控制系统是建立在通信网络的基础上将污水处理期间的各项设备、检测元件、执行元件、主控中心以及智能终端联系起来，利用计算机实现智能化分析；针对其中使用的大量电气化设备进行远程监控和自动调整，如DCS 系统、PLC 自动控制技术等等都可以产生这样的效果，而经过不断的系统升级以及优化，目前在污水处理领域应用最为先进的电气自动化控制技术，主要以工业以太网、FCS 作为核心网络，且配备高适配性和集成化特点的PLC 控制站，能够形成污水处理系统的全过程控制和精细化管理[2]。

在电气自动化技术的支撑下，污水处理体系不仅能够实现远程控制，也可以大幅减少人力消耗，并可以结合不同污水处理链条的重点进行创新。目前应用较为广泛的自动化污水处理体系通常体现在以下几个方面。

2.1 自动化格栅控制

格栅是污水处理领域的常见设备，能够分离污水中的较大污染颗粒，避免水泵、管道等处理设备出现堵塞或损坏等问题，能够提升污水处理的效率，降低设备养护和维修的难度。综合当前部分污水处理厂的设备类型来看，格栅主要分为粗格栅和细格栅，结合不同的处理工艺及实际需求，可以选择不同的型号。但日常的格栅在运行期间需要进行定时人工清扫，提升其运行效率，花费的时间较多也会额外产生人工成本。但是依托电气自动化技术打造的自动化隔断，在运行期间不仅可以降低人工操作的难度，还可以设置液位传感器、PLC 自动控制系统，结合污水处理的具体需求和运行状态，及时进行自动检测、清理、优化。例如某污水处理厂在粗格栅设计的过程中选择了西门子S7-300系列的PLC 自动控制主机，可以结合运行需求调整为手动操作和PLC 自动控制两种方式。在PLC 自动控制的模式下，可选择格栅液位控制及时间控制两种操作方法。液位控制是当液位达到一定规格时，格栅会自动启动。系统的运行时间到达限定标准后，系统停止。启动时间和运行时间系统中设置了底层循环命令，可以结合长时间运转的需求进行自动调控。

2.2 设备及机房控制

在污水处理工艺中，通常需要利用多种类型的水泵进行进出水的调控，因此水泵的自动化控制必然是提升污水处理效果的重要一环。另外水泵的行程、功耗又是实现节能减排的重要一环。如当前绝大部分的污水处理厂已经打造了智能化泵站，通过电气自动化技术构建实时监测体系，能够了解水泵的运行状态、流量、液位、转速等各项参数，确保污水处理流程稳定运行。在运行期间可以实现故障报警，系统会自动记录每一次故障信息，便于后续的维护，降低泵站停机的概率，避免对污水处理环节造成影响。污水泵站自动化控制系统可以通过远程控制的方式实现操作，如自动进行水泵启停、调整流量等，还可以实时采集运行期间的各项数据，生成阶段性的运行报告，便于了解泵站的运行状态，也可以为管理层制订决策提供依据。另外污水泵站所设置的环保监测系统可以及时检测泵站排放物的情况，结合前期预设的环保参数进行排放物检测和分析，可降低对周边环境造成的影响，也可以提升污水处理的质量和效率。此外在水泵等相关设备上安装的自动调控系统及变频装置，可以结合不同时间段的污水处理运行压力和需求合理调整水泵的运行参数，从而实现节能减排。

2.3 通信体系的优化和创新

随着污水处理体系的不断优化设备，精密性逐渐提升，系统的运行需求也在逐步增高。为了进一步实现多方电气设备的信息共享和集成管理，需要打造高质量的通信体系。而电气自动化技术在无线网络设计方面有较强的应用价值，能够建立在全面感知的基础上实现通信系统控制。

例如，在以太网的基础上构建的无线通信结构，可利用智能传感器及检测设备了解电气系统运行的各项数据参数，利用工控机及物联网打造了信息共享平台，电气自动化技术的主要作用在于及时获取各方设备运行过程中产生的数据信息，并将其传输给中间控制站，由中间控制站的智能分析系统进行数据信息的分析和处理，了解污水处理设备及生产线的运行状态，及时制订决策。其中的数据传输、储存、分析都有对应的模块，并且建立了智能分析数据库，围绕着人工神经网络及专家系统，能够实现自动化的信息数据分析和管理，确保污水处理体系的运行始终得到全方位的监管，而且所有的数据都可以作为后续系统升级和优化的依据。

2.4 自动加药系统

污水处理厂的核心任务在于实现污水处理及生活用水供应，其中药剂的投放能够保证水质安全。传统的药剂投放方式通常以人工投放为主，易导致投放量不准确、浪费药剂及人工成本较高等一系列问题。而随着新时期技术体系的不断发展和创新，电气自动化控制技术已经广泛应用在了污水处理及水供应系统等领域，对于药剂的投加也可以提供更高质量的服务。

比如，某污水处理厂打造了智能化投药系统，主要依托电气自动化技术构建自动水质监测、药量控制及人机处理的集成化模块。在实际使用过程中能够实现智能化管理，如水质监测模块负责采集污水，处理不同环节的水质数据；通过分析水质数据及所处的污水处理环节，结合具体的净化标准，自动控制药剂投加量；系统可以结合数据输入参数设置及报警等相关功能提供人机交互界面。其中药剂投加模块的运行主要分为药剂投加器及控制器两个部分。其中，药剂投加器结合控制器发出指令，定时调整药剂投加量及类型；控制器则可以结合检测模块了解水质情况，自动调整药剂投加量，以达到最为标准的水质处理效果。其中加药装置本身又包含了多种类型的设备，如溶液箱、搅拌机、计量器、安全阀、水位表、压力表及脉冲阻尼器等，在污水处理的过程中能够满足除垢、除氧、加碱、加酸等服务。随着水质、处理工艺等各项变量因素的调整，也会调整加药的剂量和类型，整体加药模式更为自动化和智能化，可以提升污水处理的效率，也有助于降低成本，减少资源浪费和二次水污染的发生。

2.5 分布式污水处理系统优化

电气自动控制技术在实际应用过程中，通常依靠人工智能技术进行系统优化，能够将复杂的问题划分成多个不同的问题，并且建立起多个不同问题之间的联系，通过交互作用制订协调政策来达到统一管理的效果。其核心目的在于合理利用有限的资源，这也是电气自动控制技术在污水处理系统中的前期应用目标，能够克服单个设备或单个系统在时空分布方面的局限性，从而提升污水处理集成管控的质量，也可以通过并行、分布或开放的方式，避免部分系统运行问题，提升整体系统的容错率。

3 结束语

综上所述，在当前的社会发展环境下，落实水环境保护已经成为了多方关注的重点，而污水处理是落实水环境生态保护及生活供水的核心手段。依托自动控制技术打造智能化及自动化的污水处理管控体系，不仅可以降低运行成本，也可以降低能耗，全面提升污水处理的效率和质量。在当前的污水处理体系发展过程中，加大力度推广电气自动化技术，实现智能化生产，不仅可以为人与自然环境和谐发展作贡献，也能够为整体社会水资源体系的管控提供根本保障。