自动化控制系统在城市生活污水处理中应用

      城市生活污水是城市发展过程中的产物，早期的城市生活污水处理主要是通过污水收集系统排放到附近下游水体之中，利用水体的稀释以及水体自净作用来进行简单的处理，但是随着我国国民经济的迅猛发展，城市规模不断扩大，人口数目增长迅速，随之而来的是城市生活污水的水量不断加大，水质也越来越复杂，仅仅依靠稀释及水体自净作用处理过的污水已经无法满足达标排放的要求，会对下游水体产生较大的污染和影响。在这种情况下，我们就不得不采取措施加大对城市生活污水的处理力度，以改善不断恶化的水环境污染趋势。

　　在城市污水处理厂的管理方面，早期主要是由技术人员现场检测、调试,由于处理厂的处理构筑物较多，需要进行实时检测的项目指标多而复杂，例如：进出水pH值、进水流量、曝气池溶解氧量等等，如要对这些指标逐一实时检测，无疑会耗费大量的人力物力。随之我国工业化进程的迅速发展，自动控制系统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。结束了以往污水处理全部用人工或简单的电器控制的落后局面。

　　发达国家在二级处理普及以后投入大量资金和科研力量加强污水处理设施的监测、运行和管理，实现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在20世纪70年代中期开始实现污水处理厂的自动控制，目前主要污水处理厂已实现了工艺流程中主要参数的自动测试和控制。80年代以来在美国召开了两次水处理仪器和自动化的国际学术会议，会上发表的数百篇论文反映出水处理自动化已发展到实用水平。与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，进入90年代以后污水处理厂才开始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少。

　　湛江市赤坎水质净化厂简介

　　本文以广东省湛江市赤坎水质净化厂为例，简要介绍了自动化控制系统在该厂污水处理工艺过程中的应用情况，并提出了尚需解决的问题。

　　赤坎水质净化厂是湛江市的重点工程，一期工程日处理量为5万吨/天，主要生物处理工艺采用的是“A2/O微曝气氧化沟”法。该厂的处理工艺流程如下：

　　该厂采用的自动化控制系统主要包括以下几个部分：中央控制室监控设备，可编程控制器（PLC）部分，检测仪表部分，避雷部分，闭路监控部分。目的在于使厂方能够及时了解和掌握污水厂处理过程的运行工况、工艺参数的变化及大小、优化各工艺流程的运行，保证出水水质，降低处理成本，节省能耗，提高运行管理水平，使污水处理厂能长期正常稳定地运行，取得最佳效益。

　　系统控制说明

　　该厂主要在以下工艺过程中设置了自动控制系统：

　　1 在粗、细格栅前后均设置了超声波液位差计，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。根据本厂的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 在进水管中安装了电磁流量计，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三台进水提升泵的启停，使三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）在线测定仪一台，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，本厂的氧化沟厌氧池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。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两台，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 在二沉池中设置一台泥位计，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、污泥浓度计各一台，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。赤坎水质净化厂出水要求达到国家二级标准。

　　总体评价及存在的问题

　　本厂所采用的污水处理自动化控制系统借鉴了国内外先进的计算机软、硬件技术，控制理论及算法，实现了污水处理全过程自动智能控制，节省了人力资源，能够及时、准确地反映工艺过程中各个工艺参数的变化情况，并通过声光报警，数据溢出时自动暂停设备等方式提醒工作人员根据参数变化及时做出调整对策，保证整套处理过程长期稳定、高效地运行。

　　自动化控制应用于污水处理工艺过程，在国外已有许多成功范例和典型工程实例，近年来，我国也有许多污水处理厂借鉴国外先进技术，将自动化控制合理地应用到污水处理工艺过程当中，并且取得了良好的效果。但是在两者相结合的过程中仍然存在许多问题，现作如下总结：

　　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。

　　结语

　　现今我国污水处理厂多是采用国外进口设备与控制系统，价格高，维护困难。并且目前我国国产的在线分析测定仪器设备还不能达到精度要求，因此，进行我国自主研发设计制造自动化控制系统，并提高仪器设备的测量精度和质量，降低维护费用，是我们现阶段以及今后污水处理厂自动化控制系统发展的主要方向。