朱曉兵

【摘要】隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化不斷推進(jìn)，水環(huán)境遭到了很大程度的破壞，特別是一些湖泊、流域的水體達(dá)到了不可逆轉(zhuǎn)的態(tài)勢(shì)。十二五到十三五期間，我國(guó)加大了污水處理廠建設(shè)力度，水環(huán)境的治理取得了一定的成效。目前的污水處理廠大多已經(jīng)建成了自控系統(tǒng)，能夠完成污水處理設(shè)備和過(guò)程的本地控制，但由于這些污水處理廠大多是由專業(yè)的公司運(yùn)營(yíng)管理，孤立的本地自控系統(tǒng)方式無(wú)法滿足集團(tuán)化運(yùn)營(yíng)管理需要，因此需要設(shè)計(jì)一種遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)完成污水處理廠生產(chǎn)本地自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的目的。

【關(guān)鍵詞】污水處理;自動(dòng)控制;遠(yuǎn)程監(jiān)控;處理分析

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的特點(diǎn)和遠(yuǎn)程監(jiān)控需求，并對(duì)系統(tǒng)做出總體設(shè)計(jì)。論文詳細(xì)介紹了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心軟硬件設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際使用進(jìn)行了效果分析。

1、污水處理監(jiān)控系統(tǒng)

與國(guó)外相比，我國(guó)對(duì)污水處理的研究起步比較晚，而且進(jìn)展緩慢。在七十年代我國(guó)開始利用熱工儀表，對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè);到八十年代后，我國(guó)開始應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)到污水處理過(guò)程中;九十年代后，一大批利用國(guó)際貸款的大型污水處理廠在我國(guó)建成投產(chǎn)，在污水處理廠建設(shè)過(guò)程中開始引入了監(jiān)控系統(tǒng)，雖然大部分監(jiān)控系統(tǒng)直接由國(guó)外成套引進(jìn)，如：山東濟(jì)寧市污水處理廠全套引進(jìn)德國(guó)的機(jī)電、自控工藝和控制設(shè)備;安徽宿州城南污水處理廠利用挪威資金建設(shè)并引進(jìn)挪威的設(shè)備和控制系統(tǒng)，但污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也隨之有了很大提高。從國(guó)外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已廣泛采用分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，開始大量應(yīng)用了高度自動(dòng)化的檢測(cè)儀表，新工藝、新設(shè)備。我國(guó)在學(xué)習(xí)國(guó)外引進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的同時(shí)，也開始了自主研發(fā)工作，先后出現(xiàn)了像北京和利時(shí)、上海新華、臺(tái)灣臺(tái)達(dá)、北京亞控、北京三維力控、天健創(chuàng)新、博克斯等一大批優(yōu)秀的企業(yè)，他們研發(fā)、生產(chǎn)的PLC控制器、組態(tài)軟件、檢測(cè)儀表也開始在國(guó)內(nèi)新建的污水處理廠中得到廣泛應(yīng)用。

2、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠特點(diǎn)

2.1 規(guī)模小、數(shù)量多

廬江縣和肥東縣共有鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠21座，一期建設(shè)規(guī)模為37300m3/d，日處理規(guī)模100 m3至5000 m3。其中，日處理規(guī)模3000 m3以上污水處理廠3座，總處理規(guī)模14000 m3/d，日處理規(guī)模1000-3000 m3污水處理廠共計(jì)12座，總處理規(guī)模達(dá)21000 m3/d，日處理規(guī)模1000 m3及以下污水處理廠6座，總處理規(guī)模僅為2300 m3/d。

2.2 分布范圍廣且分散，相互距離遠(yuǎn)

肥東縣和廬江縣分別位于巢湖的北側(cè)和南側(cè)，兩地隔湖相望，相距較遠(yuǎn)。位于肥東縣內(nèi)最北端的陳集鄉(xiāng)與廬江縣內(nèi)最南端的泥河鎮(zhèn)相距約170km左右，行車時(shí)間約需3小時(shí)。

肥東縣內(nèi)8座污水處理廠基本呈南北兩個(gè)區(qū)域分布，區(qū)域內(nèi)各廠距離相對(duì)較近。北部陳集鄉(xiāng)、元疃鎮(zhèn)、梁園鎮(zhèn)3個(gè)鎮(zhèn)污水處理廠之間相距較近;南部的石塘鎮(zhèn)、橋頭集鎮(zhèn)、復(fù)興鄉(xiāng)、長(zhǎng)臨河鎮(zhèn)和長(zhǎng)樂(lè)鎮(zhèn)5個(gè)鎮(zhèn)污水處理廠之間相距較近。最北端的陳集鄉(xiāng)與最南端的長(zhǎng)臨河鎮(zhèn)相距約80km。

廬江縣內(nèi)13座污水處理廠也基本呈南北兩個(gè)區(qū)域分布，區(qū)域內(nèi)各廠距離相對(duì)較近。廬江北部的同大鎮(zhèn)、郭河鎮(zhèn)、湯池鎮(zhèn)、金牛鎮(zhèn)、萬(wàn)山鎮(zhèn)、白山鎮(zhèn)、石頭鎮(zhèn)、盛橋鎮(zhèn)和許橋集9座污水處理廠之間相距較近，南部白湖鎮(zhèn)、龍橋鎮(zhèn)、礬山鎮(zhèn)和泥河鎮(zhèn)4座污水處理廠之間相距較近。最北端的同大鎮(zhèn)與最南端的泥河鎮(zhèn)相距約58km，最東端的湯池鎮(zhèn)至最西端的許橋集距離約54km。

2.3 工藝技術(shù)要求高、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高

根據(jù)項(xiàng)目要求，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠污水處理工藝除要求采用常規(guī)城鎮(zhèn)污水處理廠三級(jí)處理工藝外，還要求設(shè)尾水人工濕地處理工藝，工藝流程長(zhǎng)，技術(shù)要求高。

根據(jù)項(xiàng)目要求，處理規(guī)模1000m3/d以下各鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，處理規(guī)模1000m3/d及以上各鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求在一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，COD、NH3-N、TP三項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)高。

2.4 進(jìn)水水量、水質(zhì)波動(dòng)大

各污水處理廠所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)具有人口數(shù)量少、人均用水量低、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在差異、經(jīng)濟(jì)總量小等特點(diǎn)，絕大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施不完善、污水管網(wǎng)配套差、雨污分流不到位，受居民生活用水量時(shí)變化、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)間歇性外排廢水及降水等因素影響，進(jìn)水量、水質(zhì)波動(dòng)大。高、低峰值水質(zhì)、水量變化規(guī)律非常明顯，且變化的差值加大。白天高峰值往往集中于早晨、中午和晚上三個(gè)時(shí)間段內(nèi)，夜間特別是午夜之后，污水量非常小，甚至可能斷流。雨季水量大、各廠的進(jìn)水濃度普遍較低，旱季各廠進(jìn)水水量少、進(jìn)水污水濃度普遍較高。

2.5 自動(dòng)化控制要求高

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠布置分散，需要配置現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表和視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程全自動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制不需要現(xiàn)場(chǎng)人員干預(yù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心能通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)污水處理的全過(guò)程。

3、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心功能性需求

3.1 多站點(diǎn)接入、監(jiān)控畫面自由切換

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要能夠滿足多座污水處理廠的接入，廠站監(jiān)控之間互不干擾，在登陸的用戶有相關(guān)權(quán)限的前提下可以方便、自由切換各廠監(jiān)控畫面，以滿足監(jiān)控管理人員可以在接入的各污水處理廠之間來(lái)回切換監(jiān)控和操作的需要，達(dá)到一個(gè)中心對(duì)多做污水處理廠監(jiān)控的目的。

3.2 畫面顯示

工藝畫面顯示功能主要是人機(jī)界面功能，在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的操作員站計(jì)算機(jī)顯示器展示現(xiàn)場(chǎng)工藝流程、工藝設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)工藝和電氣等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的顯示，使生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)掌握各鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行情況，并且能夠從監(jiān)控總圖一覽到各廠詳圖多層次監(jiān)視。

4、趨勢(shì)曲線

趨勢(shì)曲線圖展示工藝參數(shù)和電氣參數(shù)的變化趨勢(shì)，可以實(shí)時(shí)顯示也可以查詢歷史趨勢(shì)曲線，可在同一個(gè)畫面上展示1個(gè)至展示多個(gè)參數(shù)的同一時(shí)間內(nèi)的變化曲線圖，并用不同顏色標(biāo)識(shí)，顯示數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)實(shí)時(shí)變化不斷校正，光標(biāo)值應(yīng)在畫面顯示。

監(jiān)控人員可根據(jù)需要改變趨勢(shì)顯示時(shí)間坐標(biāo)，查詢的時(shí)間周期可任意設(shè)定，考慮數(shù)據(jù)查詢速度和效率的最大為一周，監(jiān)控人員可以通過(guò)輸入開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間改變查詢時(shí)間段，隨著查詢起訖時(shí)間的設(shè)置，數(shù)據(jù)采樣頻率也做相應(yīng)調(diào)整。

5、預(yù)警報(bào)警

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的預(yù)警、報(bào)警值或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上及時(shí)彈出報(bào)警窗口，閃爍提醒值班人員，通過(guò)點(diǎn)擊報(bào)警框可以查看詳細(xì)報(bào)警的信息，同時(shí)計(jì)算機(jī)外設(shè)音響發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)相應(yīng)的工藝畫面顯示報(bào)警提示和報(bào)警圖標(biāo)，所有報(bào)警信息記錄在報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便打印分析。

監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)報(bào)警復(fù)位功能對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行消除，對(duì)于未確認(rèn)的報(bào)警信息持續(xù)發(fā)出聲光報(bào)警，監(jiān)控人員可以查詢報(bào)警記錄全面了解設(shè)備的故障情況。

結(jié)語(yǔ)：

論文圍繞鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施及運(yùn)行做了比較細(xì)致的研究，實(shí)現(xiàn)了地區(qū)分散的小型污水處理廠的集中監(jiān)控，為政府監(jiān)管部門、大型水務(wù)公司提供了一種全新污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案，實(shí)現(xiàn)了污水處理點(diǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)向面源監(jiān)控的重大轉(zhuǎn)變，節(jié)約了污水處理的人力成本、廠區(qū)監(jiān)控中心的投資成本，提高了污水處理的運(yùn)營(yíng)效率。

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