摘 要：在城市污水處理的過程中，控制系統(tǒng)具有非常重要的作用，為了高效、經(jīng)濟(jì)的處理污水，文章對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其在整體控制系統(tǒng)和曝氣控制系統(tǒng)方面存在明顯的缺陷，進(jìn)而對其優(yōu)化設(shè)計，為實際應(yīng)用提供有意義的參考價值。

關(guān)鍵詞：污水；處理；工藝；控制系統(tǒng)；優(yōu)化

引言

隨著科技水平的進(jìn)步，城市工業(yè)迅速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，使得生活用水和工業(yè)廢水逐漸增加，這就需要加快城市污水處理工程的建設(shè)，減少對環(huán)境的污染。然而，整體來說，我國目前的處理技術(shù)與國際水平相比還較落后，水質(zhì)也得不到有效提高，不能充分利用。所以，急需優(yōu)化設(shè)計出一套先進(jìn)的控制系統(tǒng)，提高污水處理效率，節(jié)約能源。

1 城市污水處理傳統(tǒng)控制系統(tǒng)概述

污水處理過程中，控制系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，其具有環(huán)路多、系統(tǒng)龐大、鏈接復(fù)雜的特點。一個污水處理廠控制系統(tǒng)要設(shè)計數(shù)百個開關(guān)量、模擬量，而且這些被控變量常常要根據(jù)一定的時間順序和邏輯關(guān)系運行，許多參數(shù)需要精確調(diào)節(jié)，所以選擇污水處理自控系統(tǒng)要充分考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性、控制變量的多樣性等，要盡可能實現(xiàn)閉環(huán)控制[1]。

1.1 城市污水處理工藝流程

城市污水首先進(jìn)入格柵以除去大塊污物和一些生活垃圾，然后進(jìn)入泵房到沉砂池以降低含沙量，再到初沉池除去可沉物和漂浮物，接著到反應(yīng)池，這也是整個工藝中關(guān)鍵的部分，再到二次沉淀池進(jìn)行泥水分離，再到污泥濃縮池進(jìn)行污泥濃縮，最后到污泥消化池，利用各種微生物分解處理污泥。污水經(jīng)過一級、二級以及深度處理后即可排出。

1.2 城市污水處理傳統(tǒng)控制系統(tǒng)分析

隨著自動化控制系統(tǒng)在污水處理中的廣泛應(yīng)用，其缺點也日益突顯。如當(dāng)在正常狀態(tài)下工作時，設(shè)備運行良好，一旦受到周圍環(huán)境人為的或自然的干擾時就偏離正常軌道，雖然監(jiān)控室里監(jiān)測到異常，但由于系統(tǒng)反應(yīng)存在時間滯后，就會不能及時調(diào)整儀表而導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差，這些問題，傳統(tǒng)的控制無法解決。因此，為了能排出干凈的水，有必要對現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1.2.1 DCS控制系統(tǒng)分析

目前污水處理廠普遍使用集散（DCS）控制系統(tǒng)[2]，這種控制體系結(jié)構(gòu)分為三級：分散過程控制級，集中操作監(jiān)控級和綜合信息管理級，各級之間由通信網(wǎng)絡(luò)連接。通信網(wǎng)絡(luò)是DCS的神經(jīng)中樞，它將物理上分散配置的多臺電腦有機連接起來，實現(xiàn)相互協(xié)調(diào)、資源共享的集中管理。其中分散控制級是直接面向生產(chǎn)過程的，控制單元與現(xiàn)場各種裝置如測量儀與變送器、執(zhí)行器、記錄儀表等直接相連，完成數(shù)據(jù)的采集與控制、設(shè)備運行狀況的監(jiān)測與故障診斷等。集中操作監(jiān)控級以監(jiān)視為主要任務(wù)，兼有部分管理功能，它是面向操作員與控制系統(tǒng)工程師的，所以這級需要配備先進(jìn)技術(shù)、功能強大的計算機系統(tǒng)及各類外部裝置，當(dāng)然還需要軟件支持，確保工作人員的監(jiān)視與操作。綜合信息管理級是實現(xiàn)整個工廠的綜合信息的管理，主要執(zhí)行污水處理量、成本核算等信息匯總、綜合、協(xié)調(diào)等管理功能，為實際處理過程提供決策指導(dǎo)，以保工廠的最佳經(jīng)營狀態(tài)。整個操作過程理論上貌似很完善，但實際中存在很多問題，如隨著企業(yè)規(guī)模的擴大，現(xiàn)場的控制單元由原來處理幾個設(shè)備，現(xiàn)在可能要增加到幾十個，控制儀表的功能和精度可能還完不成這么多任務(wù)，而且一個設(shè)備出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致現(xiàn)場多處設(shè)施不能正常運行甚至停轉(zhuǎn)，這就嚴(yán)重影響污水處理的效率。因此，需要對現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以解決其運行過程中存在的問題。

1.2.2 曝氣控制系統(tǒng)分析

在不同的時期內(nèi)，進(jìn)入污水廠的水質(zhì)和水量是不一樣的，則在處理過程中所消耗的氧氣量當(dāng)然也不一樣，然而，只有保證供氧量和耗氧量相等，才能保證污水處理過程穩(wěn)定運行，才能使得水質(zhì)達(dá)標(biāo)，這在廢水的二級處理也就是生物處理階段是十分重要的。在該階段主要是通過對曝氣機的控制來控制供氧量的[2]。

城市污水傳統(tǒng)處理流程中對曝氣系統(tǒng)的控制采用單回路控制， 這是最簡單也是最基本的一種控制過程。該控制系統(tǒng)共有四個環(huán)節(jié)，依次是調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、被控過程和測量元件與變送器，每個環(huán)節(jié)既要接受上一個環(huán)節(jié)的作用，同時還要為下個環(huán)節(jié)提供輸入信號。當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾時，控制系統(tǒng)的被控變量即溶氧量發(fā)生變化，經(jīng)過溶氧儀的測量和變送器的傳輸，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差值，然后輸入到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差的大小，經(jīng)過內(nèi)部自行運算后，輸出一個控制信號，來指示執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥門大小，最后達(dá)到控制溶解量的目的。但是在這個控制系統(tǒng)中，沒有鼓風(fēng)機，簡言之，如果鼓風(fēng)機帶入干擾影響到最終的測量值，這個系統(tǒng)是無法自動調(diào)節(jié)的，這當(dāng)然讓就會影響到正常的污水處理過程；另外該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度和準(zhǔn)確度也不高，還會磨損設(shè)備。

2 城市污水處理控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

2.1 DCS系統(tǒng)的改進(jìn)

用FCS（即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）代替DCS控制系統(tǒng)，將控制站化整為零，分散分布到各臺現(xiàn)場總線儀表中，現(xiàn)場總線上構(gòu)成分散的控制回路，實現(xiàn)了徹底的分散控制。相比較DCS控制系統(tǒng)，F(xiàn)CS優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾方面：（1）用一對通信線連接多臺數(shù)字儀表；（2）用多變量、雙向、數(shù)字式的傳輸方式；（3）現(xiàn)在儀表用多功能的；（4）虛擬控制站用分散式；（5）改變了傳統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；（6）從自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法和調(diào)試安裝方法方面進(jìn)行了改革[3]。這樣就使得，生產(chǎn)現(xiàn)場，當(dāng)一臺設(shè)備出現(xiàn)故障，并無影響其他設(shè)備的正常運行，解決了同一級相互影響的缺點。

2.2 曝氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

把曝氣控制系統(tǒng)由原來的單回路控制改為串級回路控制，也就是再增加一套副控制回路，即增加對鼓風(fēng)機的自動控制，進(jìn)而控制曝氣量，加快控制速度，經(jīng)濟(jì)而高效。

串級控制回路中，把曝氣池內(nèi)溶氧量DO作為主調(diào)參數(shù)，把鼓風(fēng)機的壓力作為副調(diào)參數(shù)，以便快速穩(wěn)定DO。在正常情況下，曝氣池內(nèi)的需氧量恒定，曝氣量保持不變，DO與設(shè)定值相等。事實上，在操作過程中，不可避免地要受到各種干擾，大致可以分為三種情況：（1）干擾進(jìn)入副回路；（2）干擾進(jìn)入主回路；（3）干擾同時進(jìn)入主、副回路；但不管干擾進(jìn)入哪個回路，通過副回路的粗調(diào)和主回路的細(xì)調(diào)，都能使DO快速恢復(fù)到設(shè)定值，調(diào)節(jié)速度明顯要快于單回路的控制。

3 結(jié)束語

對于廢水處理各國都投資了大量的人力、財力、物力，只有不斷的去尋找問題，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這樣才能使廢水處理技術(shù)不斷的完善成熟起來。而且隨著社會的發(fā)展，高科技應(yīng)用得到蓬勃發(fā)展，未來城市的廢水處理技術(shù)一定會更高效更經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]佟玉衡.廢水處理[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2004，10.

[2]梅從明.大型污水處理處理處理廠自動控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].2009，12.

[3]王毅，張早.過程裝備與控制技術(shù)及應(yīng)用[M].2012，7.

作者簡介：王瑞（1981-），女，陜西府谷人，碩士，延安大學(xué)講師；研究方向：過程裝備與控制工程。