李國偉

【摘 要】伴隨我國污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的城市污水處理水平有了顯著提升，尤其在污水處理過程中的節(jié)能降耗控制方面成效顯著。本文以國內(nèi)某城市污水處理廠CAST污水處理工藝為研究案例，著重分析了城市污水處理廠的自動控制節(jié)能降耗設(shè)施及相關(guān)技術(shù)，通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在保證污水處理質(zhì)量滿足相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，通過選用合理、可行的節(jié)能降耗自動控制技術(shù)能夠顯著降低污水處理廠的綜合能耗。

【關(guān)鍵詞】污水處理；節(jié)能降耗；自動控制技術(shù)

中圖分類號： X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0226-002

Discussion on Automatic Control Technology of Wastewater Treatment Plant Saving Energy

LI Guo-wei

（Shanxi Pingshuo gangue power generation limited liability company， Shuozhou， Shanxi 036800， China）

【Abstract】With the continuous development of sewage treatment technology in China， the level of urban sewage treatment in our country has been significantly improved，especially in the control of energy conservation and consumption during sewage treatment.In this paper，a domestic urban sewage treatment plant CAST sewage treatment process for the case study，focusing on analysis of urban sewage treatment plant automatic control energy-saving facilities and related technologies，through the investigation and study found that in ensuring the quality of sewage treatment to meet the relevant provisions of the basis， Through the selection of reasonable and feasible automatic energy saving control technology can significantly reduce the overall energy consumption of sewage treatment plants.

【Key words】Sewage treatment；Energy saving；Automatic control technology

0 引言

對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)及社會穩(wěn)定發(fā)展而言，水資源既是基礎(chǔ)資源，同時也是戰(zhàn)略能源，因此，做好城市水資源的綜合治理是實(shí)現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展的必要條件之一。對于城市污水而言，實(shí)現(xiàn)污水的無害化處理是水資源重復(fù)循環(huán)利用的重要方式。目前，國內(nèi)的城市污水處理技術(shù)已較為成熟，但美中不足的是，污水處理廠在實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)可持續(xù)利用的同時，伴隨出現(xiàn)了二次能耗，且能耗指標(biāo)在工業(yè)領(lǐng)域?qū)僦猩系匚?，耗能主要包括：電能、化學(xué)能等，其中電能占到總能耗的65%以上。研究發(fā)現(xiàn)，影響污水處理廠綜合能耗的因素來源于污水廠所處環(huán)境、污水廠工藝技術(shù)、污水廠自動化程度及被處理污水的污染程度等。本文在總結(jié)國內(nèi)某污水處理廠的相關(guān)自動化控制設(shè)備及方案的基礎(chǔ)上，具體分析了污水處理廠的節(jié)能指標(biāo)和能效。

1 污水處理廠污水二級處理方案建立

本文選取的城市污水處理廠選用的二級處理技術(shù)為活性污泥法，簡稱：CAST法，該方案在國內(nèi)絕大多數(shù)的城市污水處理廠中得到大量實(shí)踐應(yīng)用，屬于一種性價比較高的污水處理方案。該處理技術(shù)能夠同時在多個平行的反應(yīng)池中完成第一步生物降解過程，以分離沉淀物和水。具體工藝流程如圖1所示。

2 污水處理廠自動控制技術(shù)

本文研究的某市污水處理廠為了提高設(shè)備控制效率，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備統(tǒng)一調(diào)配，對全部設(shè)備加裝了可編程控制的單片機(jī)設(shè)備（PLC），每臺安裝了PLC的污水處理設(shè)備可以視為一個獨(dú)立的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r發(fā)送指令到總控臺，總控臺統(tǒng)一發(fā)出操作命令，以指揮各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，PLC設(shè)備還具備數(shù)據(jù)存儲功能，設(shè)備能夠收集設(shè)備的控制反饋信號機(jī)運(yùn)行參數(shù)。該市污水處理廠的自動控制功能由分散型控制設(shè)備完成，該設(shè)備能夠保證在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中實(shí)時收集和存儲設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和信息反饋數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的數(shù)據(jù)、參數(shù)分類化管理，優(yōu)化設(shè)備控制系統(tǒng)，提高設(shè)備的統(tǒng)一管理能力，此外，用過分散型設(shè)備控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障及危險分流，間接加強(qiáng)了設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。

3 污水廠自動控制系統(tǒng)節(jié)能降耗效果分析

3.1 大孔徑格柵

該市污水處理廠設(shè)置了兩套相同孔徑的大孔徑的格柵，并與一臺螺旋式推送設(shè)備串聯(lián)。安裝在大孔徑格柵位置的PLC設(shè)備根據(jù)時間序列或者格柵兩側(cè)的液面差值智能調(diào)節(jié)大孔徑格柵。大孔徑格柵與螺旋式輸送設(shè)備串聯(lián)，具體流程為螺旋式推進(jìn)設(shè)備-大孔徑格柵-儲藏池，污水通過大孔徑格柵后，隔離出的沉淀物通過螺旋式推進(jìn)設(shè)備及時清理。智能化控制體現(xiàn)在液面差通過傳感器將數(shù)據(jù)反饋至PLC設(shè)備，PLC設(shè)備內(nèi)部編寫了識別液面差與格柵阻塞之間邏輯關(guān)系的程序，程序計算結(jié)果自動控制大孔徑格柵設(shè)備運(yùn)行，通過PLC設(shè)備自動調(diào)節(jié)，可以避免格柵設(shè)備連續(xù)工作，降低了設(shè)備用電量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。

3.2 污水處理廠提升泵站

在整套城市污水處理系統(tǒng)中，污水及沉淀物的提升泵綜合能耗占據(jù)了系統(tǒng)總能耗的15%以上，因此，控制提升泵的綜合能耗，能夠顯著降低處理系統(tǒng)的能耗指標(biāo)。目前，提升泵的通行量一般按照污水最大流量設(shè)定，考慮到污水廠污水處理量呈明顯的周期性變化，需要提升泵滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時間段極其有限，絕大多數(shù)運(yùn)行階段為平峰作業(yè)時間，這樣一來，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)同污水處理量極不匹配，既造成了大量的能耗浪費(fèi)，還縮短了設(shè)備的服役年限。綜上，該污水處理廠在提升泵位置埋設(shè)了2臺潛水泵，其中1臺為變頻潛水泵，潛水泵直接與液面?zhèn)鞲衅鬟B接。設(shè)備運(yùn)行過程中，按照在變頻潛水泵上的PLC設(shè)備能夠根據(jù)傳感器反饋回的數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)節(jié)變頻泵的工作頻率，在運(yùn)行頻率達(dá)到一定參數(shù)后，自動開啟提升泵，實(shí)現(xiàn)了提升泵的智能停啟，極大地降低了提升泵的耗電量。除此以外，PLC設(shè)備還能夠?qū)崟r監(jiān)測提升泵的運(yùn)行情況，收集并存儲運(yùn)行數(shù)據(jù)，一旦提升泵出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動開啟備用提升泵，確保了整套污水處理系統(tǒng)的連貫性，提高了設(shè)備的綜合工作效率。

3.3 鼓風(fēng)設(shè)備

在整套污水處理系統(tǒng)中，曝氣設(shè)備是能耗占比最大的系統(tǒng)之一，占到整套污水處理系統(tǒng)綜合能耗的55%以上。該污水處理廠單一反應(yīng)池均配套兩臺鼓風(fēng)設(shè)備。CAST活性處理池內(nèi)安裝實(shí)時DO含指標(biāo)測定儀，能夠動態(tài)監(jiān)測處理池內(nèi)的DO濃度，并及時將DO值反饋至PLC設(shè)備，PLC設(shè)備自動計算出實(shí)時供氣量和減氣量，并指揮鼓風(fēng)設(shè)備調(diào)節(jié)池內(nèi)供氣量，保證池內(nèi)DO值始終維持在合理范圍。反應(yīng)池中的氧溶解量調(diào)節(jié)可以通過以下方式調(diào)整：第一，若池內(nèi)DO值低于設(shè)定含量，可以先開啟其中1臺鼓風(fēng)機(jī)，并按照線性增大的方式增加鼓風(fēng)機(jī)頻率。第二，當(dāng)一臺鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的頻率達(dá)到極值后，在第一臺設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開啟第二臺設(shè)備，也按照頻率線性增大的方式，直至池內(nèi)DO值達(dá)到規(guī)定值。與之相適應(yīng)的是，若池內(nèi)DO值超過規(guī)定含量時，依照上述流程反向執(zhí)行。除了能夠?qū)崿F(xiàn)鼓風(fēng)設(shè)備的智能停啟及工作頻率調(diào)節(jié)外，PLC控制系統(tǒng)還能夠依照不同鼓風(fēng)設(shè)備的工作時間，智能化選擇當(dāng)前工作負(fù)荷較低的設(shè)備切換到高頻工作狀態(tài)，保證前期處于高負(fù)荷狀態(tài)的鼓風(fēng)設(shè)備得到充分的冷卻，均衡各設(shè)備之間的工作量，以提高設(shè)備的使用效率，延緩設(shè)備老化進(jìn)程。

3.4 CAST活性反應(yīng)池

該污水處理廠滿負(fù)荷工作狀態(tài)下，能夠同時維持4臺CAST活性反應(yīng)池運(yùn)轉(zhuǎn)，為了全方位動態(tài)監(jiān)測活性反應(yīng)池內(nèi)部的工況，在池底安設(shè)超聲波液面監(jiān)測儀、酸堿度測定儀、溫度測定儀、氧氣溶解量測定儀、懸浮物及沉淀物測定儀等設(shè)備，并分別在設(shè)備上安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的及時收集和存儲。各個CAST反應(yīng)池內(nèi)能夠在不同時間段內(nèi)分別獨(dú)立完成曝氣-顆粒物沉淀-潷水處理流程。該污水處理廠中使用的CAST活性處理池能夠滿足連續(xù)供水、間歇性排氣、定時排水等基本功能，能夠在給定時間段內(nèi)完成自動控制工作。CAST活性處理池內(nèi)的曝氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)同鼓風(fēng)機(jī)的壓力控制系統(tǒng)為串聯(lián)關(guān)系，二者通過PLC設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和傳輸，共同維持CAST活性處理池處于最佳工作環(huán)境。

4 結(jié)論

在污水處理系統(tǒng)中，通過推廣使用PLC智能控制設(shè)備及相關(guān)操作技術(shù)，能夠從根本上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化，顯著提高設(shè)備的工作效率，為實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)建立提供技術(shù)支撐。此外，通過普及智能化控制技術(shù)，能夠避免設(shè)備無效運(yùn)轉(zhuǎn)，降低總體能耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

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