自動化控制系統(tǒng)在城市生活污水處理中應用

城市生活污水是城市發(fā)展過程中的產(chǎn)物，早期的城市生活污水處理主要是通過污水收集系統(tǒng)排放到附近下游水體之中，利用水體的稀釋以及水體自凈作用來進行簡單的處理，但是隨著我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，人口數(shù)目增長迅速，隨之而來的是城市生活污水的水量不斷加大，水質(zhì)也越來越復雜，僅僅依靠稀釋及水體自凈作用處理過的污水已經(jīng)無法滿足達標排放的要求，會對下游水體產(chǎn)生較大的污染和影響。在這種情況下，我們就不得不采取措施加大對城市生活污水的處理力度，以改善不斷惡化的水環(huán)境污染趨勢。

　　在城市污水處理廠的管理方面，早期主要是由技術人員現(xiàn)場檢測、調(diào)試,由于處理廠的處理構筑物較多，需要進行實時檢測的項目指標多而復雜，例如：進出水pH值、進水流量、曝氣池溶解氧量等等，如要對這些指標逐一實時檢測，無疑會耗費大量的人力物力。隨之我國工業(yè)化進程的迅速發(fā)展，自動控制系統(tǒng)漸漸應用到污水處理工藝過程監(jiān)測過程當中，并且取得了相當好的效果，既節(jié)省了人力資源又節(jié)約了能源，有著廣闊的發(fā)展前景。近年來，各地相繼利用外資建設了一批城市污水處理廠，將先進的工藝及設備引進國內(nèi)，在提高工藝設備技術水平的同時，控制系統(tǒng)和管理水平也有了很大的提高。結束了以往污水處理全部用人工或簡單的電器控制的落后局面。

　　發(fā)達國家在二級處理普及以后投入大量資金和科研力量加強污水處理設施的監(jiān)測、運行和管理，實現(xiàn)了計算機控制、報警、計算和瞬時記錄。美國在20世紀70年代中期開始實現(xiàn)污水處理廠的自動控制，目前主要污水處理廠已實現(xiàn)了工藝流程中主要參數(shù)的自動測試和控制。80年代以來在美國召開了兩次水處理儀器和自動化的國際學術會議，會上發(fā)表的數(shù)百篇論文反映出水處理自動化已發(fā)展到實用水平。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，進入90年代以后污水處理廠才開始引入自動控制系統(tǒng)，但多是直接引進國外成套自控設備，國產(chǎn)自動控制系統(tǒng)在污水處理廠應用很少。

　　湛江市赤坎水質(zhì)凈化廠簡介

　　本文以廣東省湛江市赤坎水質(zhì)凈化廠為例，簡要介紹了自動化控制系統(tǒng)在該廠污水處理工藝過程中的應用情況，并提出了尚需解決的問題。

　　赤坎水質(zhì)凈化廠是湛江市的重點工程，一期工程日處理量為5萬噸/天，主要生物處理工藝采用的是“A2/O微曝氣氧化溝”法。該廠的處理工藝流程如下：

　　該廠采用的自動化控制系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：中央控制室監(jiān)控設備，可編程控制器（PLC）部分，檢測儀表部分，避雷部分，閉路監(jiān)控部分。目的在于使廠方能夠及時了解和掌握污水廠處理過程的運行工況、工藝參數(shù)的變化及大小、優(yōu)化各工藝流程的運行，保證出水水質(zhì)，降低處理成本，節(jié)省能耗，提高運行管理水平，使污水處理廠能長期正常穩(wěn)定地運行，取得最佳效益。

　　系統(tǒng)控制說明

　　該廠主要在以下工藝過程中設置了自動控制系統(tǒng)：

　　1 在粗、細格柵前后均設置了超聲波液位差計，并在現(xiàn)場及中央控制室電腦顯示器上實時顯示粗、細格柵前后液面的液位差值。根據(jù)本廠的處理水質(zhì)水量設定了工藝值，當前后液位差值大于或等于該工藝值時，可以自動實現(xiàn)對粗、細格柵的連鎖啟停。

　　2 在進水管中安裝了電磁流量計，實時測量進水流量并在現(xiàn)場及中央控制室電腦顯示器上顯示預處理進水泵站的液位值，并自動根據(jù)該液位值的高低控制三臺進水提升泵的啟停，使三臺提升泵的運行時間基本上保持平衡，并在電腦上顯示出各臺提升泵的啟停狀態(tài)。在調(diào)節(jié)池中設置了pH計，可以測定瞬時進水pH值，以反映進水水質(zhì)是否符合處理要求。進水pH值的設定要求范圍是4.0～9.0，當進水pH值不在此范圍內(nèi)時，中控室電腦上會發(fā)出聲光報警信號，并自動關閉進水閘門，以保證出水水質(zhì)。

　　3 在氧化溝厭氧池中設置氧化還原電位（ORP）在線測定儀一臺，在缺氧池及好氧池中分別設置溶解氧（DO）在線測定儀兩臺，在現(xiàn)場及中控室電腦上均可實時顯示測定值，本廠的氧化溝厭氧池ORP一般在－200mv左右；缺氧池DO一般在1.0 mg/L左右；好氧池DO一般在2.0～2.5mg/L左右。當監(jiān)測到的實時值不在設定值范圍內(nèi)時，中控室電腦上會發(fā)出聲光報警信號，工作人員可據(jù)此決定鼓風機開啟的臺數(shù)和曝氣量，在保證溶解氧在正常范圍內(nèi)的基礎上為用戶節(jié)省了能源消耗。并通過切換主機、副機的運行狀態(tài)，使三臺鼓風機的累計工作時間基本相等。

　　4 在好氧池中設置污泥濃度計兩臺，實施監(jiān)測好氧池中的污泥濃度，當池中污泥濃度較大時，會及時減少二沉池中的污泥回流量，增加排泥；當濃度較小時時，會適當增加污泥回流量。以上控制過程均可以在中央控制室內(nèi)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行遠程控制。

　　5 在二沉池中設置一臺泥位計，當在線監(jiān)測泥位值偏高時，可自動調(diào)節(jié)刮吸泥機、排泥設備，將剩余污泥外排，防止沉淀污泥發(fā)生腐敗。

　　6 在出水池中設置pH計、COD在線測定儀、污泥濃度計各一臺，并在現(xiàn)場及中控室實時監(jiān)測顯示測定值，工作人員可隨時掌握出水水質(zhì)情況，并判定出水是否達標排放。赤坎水質(zhì)凈化廠出水要求達到國家二級標準。

　　總體評價及存在的問題

　　本廠所采用的污水處理自動化控制系統(tǒng)借鑒了國內(nèi)外先進的計算機軟、硬件技術，控制理論及算法，實現(xiàn)了污水處理全過程自動智能控制，節(jié)省了人力資源，能夠及時、準確地反映工藝過程中各個工藝參數(shù)的變化情況，并通過聲光報警，數(shù)據(jù)溢出時自動暫停設備等方式提醒工作人員根據(jù)參數(shù)變化及時做出調(diào)整對策，保證整套處理過程長期穩(wěn)定、高效地運行。

　　自動化控制應用于污水處理工藝過程，在國外已有許多成功范例和典型工程實例，近年來，我國也有許多污水處理廠借鑒國外先進技術，將自動化控制合理地應用到污水處理工藝過程當中，并且取得了良好的效果。但是在兩者相結合的過程中仍然存在許多問題，現(xiàn)作如下總結：

　　1 污水處理自動控制系統(tǒng)中所采用的一些自動化檢測設備、儀表、閥門的功能和精度目前還很不完善，在實際應用中達不到預期的效果，誤差很大，因此，如果單純依靠這些檢測設備來判斷污水處理情況并實施自動控制，往往很難達到處理水質(zhì)達標排放和節(jié)約能源的目的。

　　2 雖然許多污水處理廠采用ORP、DO、pH值作為參數(shù)來控制出水水質(zhì)，調(diào)節(jié)曝氣量，但是當控制器無法找到ORP特征點時，污水處理系統(tǒng)仍然會按照時間來控制整個處理過程。

　　3 污水水質(zhì)的監(jiān)測與控制存在滯后問題，例如根據(jù)好氧池中的DO來控制鼓風機的曝氣風量，由于生化處理系統(tǒng)本身是處于動態(tài)平衡當中的，操作人員通過在線實時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)DO偏低（或偏高），并通過調(diào)節(jié)鼓風機葉輪轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)增加（或減少）曝氣量，在此過程中，DO值監(jiān)測與鼓風機風量調(diào)節(jié)之間的滯后可能會導致鼓風機無法準確地根據(jù)好氧池中實際溶解氧的濃度來提供曝氣量，難以真正達到節(jié)能的目的。

　　4 儀器設備維護難度大。例如pH計、污泥濃度計、泥位計等儀器均有嚴格的使用維護要求，包括接觸探頭的定期清洗、標定，設備損耗維修等等，并且現(xiàn)階段我國污水處理廠大都采用是進口設備儀器，價格昂貴，這也在一定程度上增加了污水處理廠的投資費用。

　　結語

　　現(xiàn)今我國污水處理廠多是采用國外進口設備與控制系統(tǒng)，價格高，維護困難。并且目前我國國產(chǎn)的在線分析測定儀器設備還不能達到精度要求，因此，進行我國自主研發(fā)設計制造自動化控制系統(tǒng)，并提高儀器設備的測量精度和質(zhì)量，降低維護費用，是我們現(xiàn)階段以及今后污水處理廠自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。