污水自动化控制设备技术分析

李素花刘玖红

摘要：随着我国工业化进程的迅速发展,污水自动化控制技术渐渐应用到污水处理工艺过程监测过程当中,并且取得了相当好的效果,既节省了人力资源又节约了能源,有着广阔的发展前景。近年来,各地相继利用外资建设了一批新型城市污水处理厂,将先进的工艺及设备引进国内,在提高工艺设备技术水平的同时,控制系统和管理水平也有了很大的提高。本文对污水设备自动化控制技术和系统设计的应用解决方法进行了简单的探讨。

关键词:污水处理；自动化技术；系统设计应用；

Abstract: With the rapid development of the country''s industrialization process, the sewage automation and control technology is gradually applied to the sewage treatment process monitoring process, and it has made a very good effect; saving human resources and saving energy, there are broad prospects for development. Sewage equipment automation and control technologies and systems design applications, a simple discussion.Key words: wastewater treatment; automation technology; system design applications

中图分类号：U664.9+2文献标识码： A 文章编号：

一、污水处理设备自动化技术在污水处理工程中的应用举例

(1)在粗、细格栅前后可以设置超声波液位差计, 并在现场及中央控制室电脑显示器上实时显示粗、细格栅前后液面的液位差值。根据处理水质水量设定了工艺值, 当前后液位差值大于或等于该工艺值时, 可以自动实现对粗、细格栅的连锁启停。

(2)在进水管中可以安装电磁流量计,实时测量进水流量并在现场及中央控制室电脑显示器上显示预处理进水泵站的液位值,并自动根据该液位值的高低控制多台进水提升泵的启停, 使多台提升泵的运行时间基本上保持平衡,并在电脑上显示出各台提升泵的启停状态。在调节池中设置了pH 计,可以测定瞬时进水pH 值,以反映进水水质是否符合处理要求。进水pH值的设定要求范围是4.0～9.0,当进水pH 值不在此范围内时,中控室电脑上会发出声光报警信号, 并自动关闭进水闸门, 以保证出水水质。

(3)在氧化沟厌氧池中设置氧化还原电位(ORP)在线测定仪,在缺氧池及好氧池中分别设置溶解氧(DO) 在线测定仪两台, 在现场及中控室电脑上均可实时显示测定值。当监测到的实时值不在设定值范围内时, 中控室电脑上会发出声光报警信号, 工作人员可据此决定鼓风机开启的台数和曝气量, 在保证溶解氧在正常范围内的基础上为用户节省了能源消耗。并通过切换主机、副机的运行状态, 使三台鼓风机的累计工作时间基本相等。

(4)在好氧池中设置污泥浓度计,实施监测好氧池中的污泥浓度, 当池中污泥浓度较大时, 会及时减少二沉池中的污泥回流量,增加排泥; 当浓度较小时时, 会适当增加污泥回流量。以上控制过程均可以在中央控制室内根据监测数据进行远程控制。

(5)在二沉池中设置泥位计,当在线监测泥位值偏高时,可自动调节刮吸泥机、排泥设备,将剩余污泥外排, 防止沉淀污泥发生腐败。

(6)在出水池中设置pH计、COD 在线测定仪、污泥浓度计, 并在现场及中控室实时监测显示测定值, 工作人员可随时掌握出水水质情况, 并判定出水是否达标排放。

二、污水处理设备智能化技术目前存在的不足

(1)污水处理自动控制系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表、阀门的功能和精度目前还很不完善, 在实际应用中达不到预期的效果,误差很大,因此,如果单纯依靠这些检测设备来判断污水处理情况并实施自动控制,往往很难达到处理水质达标排放和节约能源的目的。(2)虽然许多污水处理厂采用ORP、DO、pH 值作为参数来控制出水水质,调节曝气量,但是当控制器无法找到ORP 特征点时,污水处理系统仍然会按照时间来控制整个处理过程。(3)污水水质的监测与控制存在滞后问题, 例如根据好氧池中的DO 来控制鼓风机的曝气风量,由于生化处理系统本身是处于动态平衡当中的, 操作人员通过在线实时监测发现DO 偏低(或偏高),并通过调节鼓风机叶轮转速来实现增加(或减少)曝气量,在此过程中,DO 值监测与鼓风机风量调节之间的滞后可能会导致鼓风机无法准确地根据好氧池中实际溶解氧的浓度来提供曝气量, 难以真正达到节能的目的。(4)仪器设备维护难度大。例如pH 计、污泥浓度计、泥位计等仪器均有严格的使用维护要求,包括接触探头的定期清洗、标定, 设备损耗维修等等, 并且现阶段我国污水处理厂大都采用是进口设备仪器, 价格昂贵, 这也在一定程度上增加了污水处理厂的投资费用。

三、污水处理设备智能化技术系统设计中的问题及解决方法

3.1 硬件和软件方面的问题

3.1.1 硬件方面的问题

在污水处理系统中, 主要的硬件问题包括机械结构和PLC 的外围电路设计和接线处。机械结构上的问题主要是转碟曝气机的安装位置, 需要根据氧化池的结构, 放置在合适的位置上。若位置合适则可使用少量的曝气机就能完成供氧的功能。在PLC 的外围硬件连线方面, 主要是增加一些保护设备。由于输出都是和接触器等元件连接, 接触器的突然断开和闭合会形成突变波形对 PLC 的输出端子造成损坏, 因此需要加装一些保护装置, 例如, 续流二极管等, 增加触点的寿命。

3.1.2 软件方面的问题

在程序编写完毕后, 需要首先在电脑上对程序进行软件仿真, 主要是检查是否存在各种错误。然后通过模拟硬件的方式检查程序是否存在逻辑上的错误。调试时, 可根据功能模块分类分别调试, 最后进行总体调试。

3.2 系统控制的设计实现

采用现场总线或DCS 系统方案实现生产过程监控, 若融入 MIS 系统功能则可更进一步增强信息管理功能。工控机在整个污水处理工程中是一个核心的作用, 实现系统的显示、检测和控制, 下面介绍该系统的具体实现方法。

系统要求：系统功能按污水处理厂生产工艺流程的特性, 可将系统划分为如下几个子系统：机械处理, 生化处理, 污泥处理等三个部分。

3.3 系统结构

污水处理自动控制部分包括中央控制室、分控制室和成套控制单元。其中1＃分控站主要完成进厂污水的预处理,2＃分控站为其他化学物理处理。根据工艺和管理的需要, 系统采用了两层控制网络结构。

(1)系统现场数据采集与控制层采用PROFIBUS 现场总线过程控制系统(FCS),其中过程检测仪表信号以PROFIBUS－PA 信号为主, 有部分仪表信号采用 4mA～20mADC标准信号和PROFIBUS－DP信号,控制阀门采用现场总线PROFIBUS －DP 信号型电动阀门。(2 )系统上层管理网分为二层:一层为100Mbps 的工业以太网,采用光纤工业以太网控制器将1个中央控制室和其他分控室连接成一个局域网络。通过操作员站、工程师站和通讯卡和光纤链路模块相连接, 满足操作员站、工程师站对现场设备的监视、控制和管理, 实现数据共享。另一层为符合TCP/IP 协议的管理以太网,通过操作员站、工程师站上的网卡连接, 主要实现工程师和操作员站之间文件管理、拷贝以及远程WEB 浏览功能。

3.4 系统特点

采用这样的网络结构,系统可以用1.5Mbps以上的速率处理来自0.5平方公里厂区不同位置的两千余个信号。这充分体现了采用PROFIBUS通讯协议与传统4mA～20mA信号传输相比的优点：信号传输安全高速,节约硬件和安装费用。同时系统采用工控计算机为主控系统, 更加提高了整个系统的可靠性、稳定性、系统的扩展性好,系统利用了局域网的资源, 实现多点监视, 完全保证了系统的常年运行, 优点多多。

四、结束语

对污水进行自动化控制处理是现代技术进步的成果，在自动化控制过程中必须要做好多个方面控制，这样才能让系统正常运行，使污水处理运行实现了全自动化。

参考文献

[1]陈向农.污水处理厂设计与建设中值得探讨的几个问题[J].福建建设科技, 2005(5).

[2]饶姗姗,王拯,李剑.SBR 工艺和自动化控制技术的结合[J].甘肃科技,2004(1).

[3]左伍衡.基于组件技术的污水处理计算机监控系统软件开发研究[D].浙江工业大学,2002.

[4]高峰,何昌军,杨顺生.自动控制系统在污水处理中的应用[J].环境科学与管理,2008(2).