自动化控制技术在污水处理过程中的应用和发展

唐军

（北京碧水源科技股份有限公司，北京 102206）

0 引言

随着以信息技术为主的现代科技的不断发展，自动化控制技术逐渐被引入工业建设之中。自动化控制技术的出现时间虽然较短，但由于其操作简单、使用方便的优势迅速形成了一个新兴的产业。最近几年来，随着我国政府部门对环境问题重视程度的不断提高，全国范围内的污水处理单位如雨后春笋不断出现。自动化控制技术在污水处理过程中的应用水平日益提高。不但有效弥补了人工现场操作的不足，大大提高了污水处理的效率，而且使污水处理的成本得到了节约，在很大程度上满足了节能减排的客观要求。

1 污水处理过程分析

污水处理过程由一些不同种类的工艺环节共同组成，这些工艺环节不但能够实现独立操作，也可以通过统一的操作提高排放的水质。所以，按照污水处理过程的不同，工艺环节的设计方式也不一样。一般来说，污水都是多种污染水质混合形成的，其中主要包括工业废水和生活污水，就当前来说，由于我国水资源问题的日益严峻，对污水处理过程的流程进行合理的设计越来越重要。通常污水处理的过程可以分为四个环节，现将其简单介绍如下：

1.1 预处理

在污水的预处理环节通常是通过格栅对来水中的比较大的固体污染物进行拦截，防止固体污染物对接下来的处理环节造成不良影响。然后通过沉砂池分离来水中其它较大的无机颗粒污染物，污水预处理的目的是保障污水处理后续环节的顺利进行[1]。

1.2 一级处理

在污水的一级处理环节主要利用的是物理法。污水通过初沉池，可以把来水中的一些污染物利用沉淀、泥水分离等物理方法进行处理。一级处理环节能够处理的污染物主要包括固体悬浮物（SS）、生化需氧量（BOD）以及化学需氧量（COD）等。但是污水中还包含大量的通过物理方法难以去除的污染物，这些污染物仍残留在污水中，不能满足污水处理的目标。尤其是对于工业污水来说，其中常常包含化学污染物，通过一级处理难以达到污水排放要求，所以在一级处理环节后还要对污水进行进一步处理[2-3]。

1.3 二级处理

污水处理二级处理环节通常是利用生物法。通过高效沉淀池等设施设备，将来水中的微小的有机物以及可溶解的有机物等成分进行处理。在污水处理的整个流程中，二级处理是最重要的一个环节，处理过程非常复杂，大部分污水处理单位都是利用活性污泥对来水中的污染物进行去除。通过二级处理环节可以去除来水中大部分的污染物，基本上能够满足污水处理的目标。但由于来水还会有一些细菌残留其中，经过二级处理的污水难以重复利用，所以二级处理环节后仍需要进一步处理。

1.4 三级处理

污水处理三级处理环节主要是利用化学法。通过中和、过滤、沉淀等等过程将来水中的杂质、细菌等进行加工、消毒，经过三级处理的水质不但能够完全符合相关的环境排放标准，还可以实现水资源的重复利用，满足可持续发展的要求[4]。

2 污水处理自动化控制系统简介

将自动化控制技术和污水处理过程进行有机结合，能够有效弥补人工现场操作的不足，大大提高了污水处理的效率。通常来说，污水处理自动化控制系统就是由PC、PLC等部分共同组成的DCS控制系统，该系统能够对污水处理进行三级控制。其中一级控制为集中控制模式，通过自动化控制总站实现，主要由上位机等部分组成；二级控制为分散控制模式，主要由分散在污水处理单位各个区域的PLC站组成；三级控制为实时控制模式，主要由操作现场的相关设备组成。要想对污水处理的整个过程进行自动化控制，首先要保障各级控制系统之间相关信息的传递，对相关信息传输网络的要求非常高，污水处理单位通常利用用赫斯曼RS2系列交换机，实现系统相关信息的及时传递，系统控制线路一般采用屏蔽双绞线实现对处理现场的实时控制[5]。各PLC站相关信息的传递通常采用MPI进行全局数据通讯，各PLC站之间能够独立运行，如果某一个或几个PLC站发生故障，也不会对其它PLC站造成影响。

3 自动化控制技术在污水处理过程中的应用

3.1 进水泵的自动控制

进水泵是对污水处理过程中来水的水量和速度进行控制的设备，进水泵的自动化控制最重要的就是利用水位测量装置对水位的变化情况进行监测，当水位升高时，控制按钮自动发生动作，从而启动进水泵。进水泵通常由三台以上，在没有发生故障的前提下，进水泵的启动顺序一般是在参考累计工作时长的基础上进行选择，按照工作时长的长短进行合理安排。而当水位下降时，自动控制系统就会控制进水泵按照相应的顺序停止工作，需要注意的问题是，停止工作的顺序和开始工作的顺序是相反的。自动化控制系统通过累计进水泵的工作时长，可以实现进水泵的自动轮值，充分保障进水泵的运行状态。另外，当水位持续下降超过相应的保护水位时，自动控制系统能够控制进水泵自动停止工作，具体的保护水位的数值可以由管理人员通过监控管理系统参考相关的规范文件进行设定[6]。

3.2 沉砂池的自动控制

通过上文对污水处理过程的分析，沉砂池的作用是对来水进行沉淀处理，沉砂池自动控制的实现主要有以下两点：如果搅拌叶轮正在运行，可以利用自动控制系统定时进行排沙，同时能够通过 PLC 自动化控制系统对排沙泵、冲洗水和排沙阀门等设备设施的自动控制实现沙水分离过程的控制，自动化控制系统能够确保相关的设备设施处于运行或休息状态，提高污水处理的效率[7-8]。

3.3 氧化沟曝气量的自动控制

在污水处理过程中需要一定的氧气供应，为了实现节能降耗，应当根据污水处理过程中对氧气量的具体需求和污水处理相关设备的负荷要求对氧气供应量进行准确的控制。通过自动化控制系统的应用不但能够自动控制曝气机的运行转速，还可以对氧气的供应进行实时控制。当氧气量较小时，自动控制系统就可以在调节曝气机转速的同时，提高氧气的供应量；相对的，当氧气量较大时，该系统就可以调整曝气机转速，并适当降低系统氧气的供应量。自动化控制系统对于相关指标的控制，是按照实时监测到的溶解氧的浓度以及氧化还原电位的具体数值进行的，因此，通过自动化控制系统能够实现污水处理系统供氧能力和处理工程实际氧气需求量实时控制，从而满足节能降耗的可持续发展要求。

3.4 污泥回流量的自动控制

对于污水处理过程中污泥回流量的自动化控制，主要通过时间控制和手动控制两种方式进行。污泥回流过程中的设备设施依据自动控制系统发出的相关指令按照一定的顺序启动，启动的顺序一般为倾斜式螺旋输送机——浓缩脱水机——加药泵;而停止运行的顺序则为加药泵——浓缩脱水机——倾斜式螺旋输送机。当相关的设备设施发生故障时，自动控制系统就会发出停止工作的指令，只有当所有的故障都排除时，系统才会恢复正常的工作状态[9]。

4 污水处理自动化控制技术应用中应注意的问题

4.1 做好科学规划

在自动化控制技术具体的应用过程中，要求污水处理厂按照自身的实际情况，进行科学的规划，主要包括以下两点：首先，对自动化控制技术的可行性进行科学的分析。污水处理单位要根据自身的处理工艺，找准自动控制技术和污水处理工艺的结合点，从经济、技术、环境等层面综合考虑自动化控制技术的可行性，特别是要准确判断自动化控制技术的效益。其次，要制定出符合自身条件的应用方案。污水处理单位要聘请相关专家，对自动化控制技术方案进行深入的论证和分析，从成本投入、施工条件等多个角度对不同实施方案进行相应的评估，保证实施方案的科学性。同时在应用自动化控制技术时，要严格要求系统硬件、软件的质量，为自动化控制系统的稳定运行提供保障。

4.2 建立健全相应的管理制度

为保证污水处理自动化控制系统的稳定运行，污水处理单位应建立健全响应的管理制度，使得岗位人员明确自身的职责，确保所有人员各司其职，管理制度的健全可以从以下几个方面考虑进行：第一，完善上岗制度。污水处理单位在应明确自动化控制技术要求的基础上，健全上岗制度，对岗位工作的内容进行合理细分，对相关岗位人员的行为进行规范；第二，健全考核制度。为确保相关人员能够积极完成自身的工作，污水处理单位应针对不同岗位的特点健全考核制度，明确相应的考核指标，完善考核工作，以鼓励相关人员积极学习自动化控制技术。第三，落实岗位工作责任制。为提高污水处理岗位人员的自觉性，污水处理单位应积极落实工作责任制，确保所有工作都落实到具体人员，防止出现事故相关人员之间相互推诿[10]。

5 结论

从当前我国污水处理单位自动化控制技术的应用效果上来说，大部分污水处理单位应用的自动化控制技术只是实现了人对污水处理设备简单的机械性能的操作，这样的应用水平显然无法满足环境的可持续发展要求。污水处理效率的影响因素有很多种，如水量、污染程度、温度、暴气量、微生物状态以及设备运行情况等，污水处理过程无疑是复杂的，单纯依靠预先设定的相应程序就实现对处理过程的全面控制是不可能的。需要通过自动化控制技术应用水平的提高，将污水处理过程中的相关指标和数据进行广泛采集、准确计算、合理分析，逐步实现自动化控制系统的智能化。由于网络技术的持续发展，应用到污水处理领域的先进技术日益增多，但是为了有效缓解我国的水资源问题，相关技术人员应当将进一步加强对自动化控制技术的研究，在不断提升自动化控制技术应用水平的基础上不断横向拓展其应用领域，进一步减少我国自动化控制技术和西方国家的差距。