自動化儀表控制系統(tǒng)在城市生活污水處理中的應(yīng)用

一：前言

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)排放到四周下游水體之中，利用水體的稀釋以及水體自凈作用來進(jìn)行簡單的處理，但是隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)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(fù)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(dá)標(biāo)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治理方面，早期主要是由技術(shù)人員現(xiàn)場檢測、調(diào)試，由于處理廠的處理構(gòu)筑物較多，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的項(xiàng)目指標(biāo)多而復(fù)雜，例如：進(jìn)出水pH值、進(jìn)水流量、曝氣池溶解氧量等等，如要對這些指標(biāo)逐一實(shí)時(shí)檢測，無疑會耗費(fèi)大量的人力物力。隨之我國工業(yè)化進(jìn)程的迅速發(fā)展，自動控制系統(tǒng)漸漸應(yīng)用到污水處理工藝過程監(jiān)測過程當(dāng)中，并且取得了相當(dāng)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(shè)了一批城市污水處理廠，將先進(jìn)的工藝及設(shè)備引進(jìn)國內(nèi)，在提高工藝設(shè)備技術(shù)水平的同時(shí)，控制系統(tǒng)和治理水平也有了很大的提高。結(jié)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(dá)國家在二級處理普及以后投入大量資金和科研力量加強(qiáng)污水處理設(shè)施的監(jiān)測、運(yùn)行和治理，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制、警、計(jì)算和瞬時(shí)記錄。美國在20世紀(jì)70年代中期開始實(shí)現(xiàn)污水處理廠的自動控制，目前主要污水處理廠已實(shí)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(xué)術(shù)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(shí)用水平。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，進(jìn)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(jìn)國外成套自控設(shè)備，國產(chǎn)自動控制系統(tǒng)在污水處理廠應(yīng)用很少。

二：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(yīng)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(diǎn)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(gè)部分：中心控制室監(jiān)控設(shè)備，可編程控制器部分，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(shí)了解和把握污水廠處理過程的運(yùn)行工況、工藝參數(shù)的變化及大小、優(yōu)化各工藝流程的運(yùn)行，保證出水水質(zhì)，降低處理成本，節(jié)省能耗，提高運(yùn)行治理水平，使污水處理廠能長期正常穩(wěn)定地運(yùn)行，取得最佳效益。

三：系統(tǒng)控制說明

該廠主要在以下工藝過程中設(shè)置了自動控制系統(tǒng)：

1：在粗、細(xì)格柵前后均設(shè)置了超聲波液位差計(jì)，并在現(xiàn)場及中心控制室電腦顯示器上實(shí)時(shí)顯示粗、細(xì)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(shè)定了工藝值，當(dāng)前后液位差值大于或等于該工藝值時(shí)，可以自動實(shí)現(xiàn)對粗、細(xì)格柵的連鎖啟停。

2：在進(jìn)水管中安裝了電磁流量計(jì)，實(shí)時(shí)測量進(jìn)水流量并在現(xiàn)場及中心控制室電腦顯示器上顯示預(yù)處理進(jìn)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(jìn)水提升泵的啟停，使三臺提升泵的運(yùn)行時(shí)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(shè)置了pH計(jì)，可以測定瞬時(shí)進(jìn)水pH值，以反映進(jìn)水水質(zhì)是否符合處理要求。進(jìn)水pH值的設(shè)定要求范圍是4.0～9.0，當(dāng)進(jìn)水pH值不在此范圍內(nèi)時(shí)，中控室電腦上會發(fā)出聲光警信號，并自動關(guān)閉進(jìn)水閘門，以保證出水水質(zhì)。

3：在氧化溝厭氧池中設(shè)置氧化還原電位測定儀一臺，在缺氧池及好氧池中分別設(shè)置溶解氧測定儀兩臺，在現(xiàn)場及中控室電腦上均可實(shí)時(shí)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1.0mg/L左右；好氧池DO一般在2.0～2.5mg/L左右。當(dāng)監(jiān)測到的實(shí)時(shí)值不在設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，中控室電腦上會發(fā)出聲光警信號，工作人員可據(jù)此決定鼓風(fēng)機(jī)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(chǔ)上為用戶節(jié)省了能源消耗。并通過切換主機(jī)、副機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使三臺鼓風(fēng)機(jī)的累計(jì)工作時(shí)間基本相等。

4：在好氧池中設(shè)置污泥濃度計(jì)兩臺，實(shí)施監(jiān)測好氧池中的污泥濃度，當(dāng)池中污泥濃度較大時(shí)，會及時(shí)減少二沉池中的污泥回流量，增加排泥；當(dāng)濃度較小時(shí)時(shí)，會適當(dāng)增加污泥回流量。以上控制過程均可以在中心控制室內(nèi)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

5：在二沉池中設(shè)置一臺泥位計(jì)，當(dāng)監(jiān)測泥位值偏高時(shí)，可自動調(diào)節(jié)刮吸泥機(jī)、排泥設(shè)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(shè)置pH計(jì)、COD測定儀、污泥濃度計(jì)各一臺，并在現(xiàn)場及中控室實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示測定值，工作人員可隨時(shí)把握出水水質(zhì)情況，并判定出水是否達(dá)標(biāo)排放。赤坎水質(zhì)凈化廠出水要求達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)。

四：總體評價(jià)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(jìn)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)，控制理論及算法，實(shí)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(shí)、準(zhǔn)確地反映工藝過程中各個(gè)工藝參數(shù)的變化情況，并通過聲光警，數(shù)據(jù)溢出時(shí)自動暫停設(shè)備等方式提醒工作人員根據(jù)參數(shù)變化及時(shí)做出調(diào)整對策，保證整套處理過程長期穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。

自動化控制應(yīng)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(shí)例，近年來，我國也有許多污水處理廠借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，將自動化控制合理地應(yīng)用到污水處理工藝過程當(dāng)中，并且取得了良好的效果。但是在兩者相結(jié)合的過程中仍然存在許多問題，現(xiàn)作如下總結(jié)：

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(shè)備、儀表、閥門的功能和精度目前還很不完善，在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)不到預(yù)期的效果，誤差很大，因此，假如單純依靠這些檢測設(shè)備來判定污水處理情況并實(shí)施自動控制，往往很難達(dá)到處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)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(dāng)控制器無法找到ORP特征點(diǎn)時(shí)，污水處理系統(tǒng)仍然會按照時(shí)間來控制整個(gè)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(fēng)機(jī)的曝氣風(fēng)量，由于生化處理系統(tǒng)本身是處于動態(tài)平衡當(dāng)中的，操作人員通過實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)DO偏低，并通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)增加曝氣量，在此過程中，DO值監(jiān)測與鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)之間的滯后可能會導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)無法準(zhǔn)確地根據(jù)好氧池中實(shí)際溶解氧的濃度來提供曝氣量，難以真正達(dá)到節(jié)能的目的。

4：儀器設(shè)備維護(hù)難度大。例如pH計(jì)、污泥濃度計(jì)、泥位計(jì)等儀器均有嚴(yán)格的使用維護(hù)要求，包括接觸探頭的定期清洗、標(biāo)定，設(shè)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(jìn)口設(shè)備儀器，價(jià)格昂貴，這也在一定程度上增加了污水處理廠的投資費(fèi)用。

五：結(jié)語

現(xiàn)今我國污水處理廠多是采用國外進(jìn)口設(shè)備與控制系統(tǒng)，價(jià)格高，維護(hù)困難。并且目前我國國產(chǎn)的分析測定儀器設(shè)備還不能達(dá)到精度要求，因此，進(jìn)行我國自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造自動化控制系統(tǒng)，并提高儀器設(shè)備的測量精度和質(zhì)量，降低維護(hù)費(fèi)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。