馮慧淵

（忻州市神達潔源環(huán)境科技集團五寨水凈化有限公司，山西 五寨 036200）

引言

污水處理是對人類生產(chǎn)生活污水進行凈化的過程，是現(xiàn)階段實現(xiàn)污水“零排放、內循環(huán)”的重要途徑。然而，污水處理是復雜的生化反應過程，涉及儀器儀表種類繁多，如污水電磁流量計、流量控制器、液位控制器、液位計等，傳統(tǒng)的人工控制污水處理廠技術在安全、穩(wěn)定、長周期和優(yōu)化運行等方面存在較大的缺陷，且在廢水量激增的現(xiàn)代化社會處理成本超出預計，處理效果有所堪憂，可以說，這種控制方式已遠遠不能滿足現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展的需求[1-2]。

自動化控制是一種機電一體自動化集成控制技術，主要包括過程自動化、管理自動化、機械制造自動化[1]。自動化控制系統(tǒng)是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的重要條件，其能自動調節(jié)、檢測、加工的機器設備、儀表，以達到增產(chǎn)、提質，降低成本和勞動強度，保障安全等目標。因此，采用包含控制器與控制對象的自動化控制方式，構建可視化的污水處理系統(tǒng)，以提高污水處理的質量和效率，保障污水處理廠正常高效運行，同時節(jié)省人力、物力，最終實現(xiàn)滿足排放要求且質量好、效率高、成本低等目標就顯得尤為必要[3]。

1 某污水處理廠工藝流程

本文依托某項目煤三期項目為背景，遵循污水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢，對污水處理的控制系統(tǒng)進行改進研究設計，實現(xiàn)了設備運行狀況的可視化及污水處理系統(tǒng)的自動控制，達到了企業(yè)的預期目標。

1.1 基本工藝

傳統(tǒng)的污水處理過程大致分為一級、二級、三級處理三步[2]。

首先，通過格柵去除污水中較大的固體污染物及顆粒較小的雜質，這里所說的格柵包括粗格柵和細格柵，污染物和雜質包括有機物質及無機物質，但是一級處理主要是物理處理，并沒有達到國家規(guī)定的污水排放標準，還需要通過化學方法對其進一步處理。

其次，通過生化藥物將經(jīng)一級處理后的水進行二次凈化，即經(jīng)過具有活性污泥的曝氣池及沉淀池的處理，進一步降低污水中的雜質含量。二級處理后污水基本已經(jīng)達到國家規(guī)定的污水排放標準，對保護環(huán)境起到了一定作用。

第三，為了進一步降低二級處理后水中的磷、氮和有機物、礦物質、病原體等，通過離心力進行深度處理，形成水與污泥的最終分離。三級處理是污水處理三個級別中的最后一級，可以較好地除去二級處理后污水中依然含有的部分病毒以及細菌。

三級別處理后的污水可以進入水道，即三級處理后主要用于污水資源化，以在一定程度上解決水資源短缺問題，但是三級處理后的水仍不能作為非飲用水使用[4]。

1.2 煤三期污水處理工藝流程

本次煤三期污水處理工藝流程也遵循污水處理的三級處理工藝。首先，進行污水處理的初級處理，即通過格柵進行基本清理，初步降低水中的污染物及雜質含量；其次，進行污水處理的二級處理，即通過在反應池中加入藥劑的方式，對其進行生化藥物處理，使其變成無害的物質；第三，進行污水處理的三級處理，即將凈化后的污水會注入沉淀池，在沉淀池中加入混凝劑和絮凝劑，最后污水通過脫水機進行分離。本項目的污水處理廠工藝流程如圖1所示。

其中，污水處理中最重要的是二級處理，對污水中有害物質去除率最高。同時，在本次優(yōu)化設計的污水處理系統(tǒng)中，為了能夠實現(xiàn)自動化和可視化控制，系統(tǒng)在進水泵房的潛水泵上裝有液位傳感器，粗、細格柵兩端安裝有超聲波液位差計，氧化池中安裝有裝有感應器的溶解氧儀及超聲波液位差計，它們皆可將檢測的信息傳送到PLC上，分別控制潛水泵、清污機、曝氣機的運行和停止。

2 污水處理廠實現(xiàn)功能分析

2.1 污水處理系統(tǒng)主要功能

PLC（可編程邏輯控制器）是一種專用于工業(yè)控制的計算機，通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各類機械或生產(chǎn)過程。本次設計的污水處理系統(tǒng)需實現(xiàn)以下功能：

1）控制操作。在中央控制室中可以實現(xiàn)對設備的實時控制，即實現(xiàn)被控設備的在線遠程控制，如設備啟動、停止等。

2）數(shù)據(jù)處理。獲得相關有用的經(jīng)驗參數(shù)，為參數(shù)的調整提供數(shù)據(jù)支撐。

3）設備信息的直觀描述。即實現(xiàn)設備相關參數(shù)以及運行狀況的實時觀察。

4）報警功能。出現(xiàn)運行異常時，污水處理系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信息，實現(xiàn)設備在運行過程中能夠保持平穩(wěn)快速運行。

5）打印功能。即實現(xiàn)數(shù)據(jù)的文本化歸檔。

2.2 控制系統(tǒng)性能要求

要實現(xiàn)污水處理的自動化控制，最終經(jīng)過處理的污水達到國家規(guī)定的排放標準，需要滿足“穩(wěn)”“快”“準”三個硬性標準。

1）“穩(wěn)”。即當控制系統(tǒng)受到外界干擾后，可保持系統(tǒng)變化在一定誤差范圍內。

2）“快”。即當控制系統(tǒng)受到外界干擾后，自動控制系統(tǒng)需要快速自動調節(jié)參數(shù)達到預設值。

3）“準”。即控制系統(tǒng)性能優(yōu)異，給定系統(tǒng)的輸入值與系統(tǒng)相對應的輸出值之間差值較小。

3 控制系統(tǒng)總體設計方案

3.1 控制系統(tǒng)結構

被控對象以及自動化裝置對實現(xiàn)污水處理的自動控制極為重要，其中自動化裝置一般通過可編程程序控制器來實現(xiàn)[3]。本次選定的被控對象主要有閥門、離心機、水泵及攪拌器等，自動化裝置主要有儀器儀表的測量部分、相應的參數(shù)調節(jié)裝置及發(fā)生故障的報警裝置等。本次設計的自動控制系統(tǒng)采用多層控制系統(tǒng)，以達到既定的控制目標及較好的控制效果，同時控制系統(tǒng)主要通過PLC、計算機監(jiān)測及測量儀器儀表實現(xiàn)。控制系統(tǒng)基本結構如圖2所示。

其中，控制層主要是實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的控制功能，一般采用PLC作為控制系統(tǒng)的主要控制器件?？刂茖又饕芯繉ο笫窍到y(tǒng)的生產(chǎn)過程，基于將獨立的一個個設備通過傳感器連接在一起的基礎上，主要針對生產(chǎn)過程中設備的運行狀況進行數(shù)據(jù)采集，然后通過綜合的分析判斷，從而達到對控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

監(jiān)控層主要是對運行中的設備狀態(tài)進行監(jiān)控。監(jiān)控層主要面對操作人員，其可以通過顯示屏等輸出設備觀察設備的運行狀況及其參數(shù)，并對觀察到的信息進行判斷處理，以進一步改進控制系統(tǒng)的狀態(tài)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)化升級?？刂茖又饕晒た貦C、存儲信息的服務器及相應的設備組成，并利用成熟的組態(tài)軟件對控制系統(tǒng)進行軟硬件連接。

管理層一般是信息的管理與存儲。管理層可以實現(xiàn)信息的分類存儲、方便信息的隨時調用，還可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫的綜合評估，有問題及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，為參數(shù)的調整提供數(shù)據(jù)支撐，最終實現(xiàn)相關生產(chǎn)、質量管理及成本控制的綜合處理。

3.2 三大控制子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由格柵機、泵房潛水、曝氣沉砂池控制子系統(tǒng)組成。其中，格柵機啟停一般是根據(jù)注入池中的污水液位差來決定的，故需要在格柵前、后安裝有超聲波液位計等檢測液位的儀器，且啟停周期可以視水中雜質情況進行人工修改或者自動調整，以最終較好地實現(xiàn)過濾掉污水中雜質的目的[4]。本次污水處理系統(tǒng)進水泵房共有4臺潛水泵，三臺主泵機與備用泵機為輪流啟動方式，采用液位分區(qū)的方式實現(xiàn)水泵的啟動。曝氣沉砂池主要實現(xiàn)污水中雜質的分離，在正常運行過程中，通過攪拌機將污水在沉砂池中飛速旋轉，且一般可以通過改變曝氣的強度從而改變污水旋流的速度，本次設計依靠PLC程序設計實現(xiàn)吸砂機以砂水分離器的啟停。

4 結語

以污水處理廠的工藝流程為理論基礎，設計相應的PLC程序指令對運行過程進行控制，并采用多層控制的方式進行設計，不僅達到了對設備實時監(jiān)測的目的，提高了污水自動控制系統(tǒng)的性能，還實現(xiàn)了較好的污水處理效果。