王懷祥

摘 要：結(jié)合成都第四污水處理廠自控系統(tǒng)工程實例，簡要介紹了自動化控制系統(tǒng)之膜池系統(tǒng)控制--在城市污水處理工藝中的過程監(jiān)控及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：污水處理；自動控制

一、前言

城市污水是城市發(fā)展過程中的產(chǎn)物，早期的城市污水處理主要是通過污水收集系統(tǒng)排放到附近下游水體之中，利用水體的稀釋以及水體自凈作用來進行簡單的處理，但是隨著我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，人口數(shù)目迅速增長，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)過程更加復(fù)雜，人民的生活更加豐富多彩，隨之而來的是城市污水量不斷加大，水質(zhì)也越來越復(fù)雜，僅僅依靠稀釋及水體自凈作用處理污水已經(jīng)無法滿足達(dá)標(biāo)排放的要求，會對下游水體產(chǎn)生較大的污染和影響。在這種情況下，我們就不得不采取措施加大對城市污水的處理力度，以改善不斷惡化的水環(huán)境污染趨勢。

在城市污水處理廠的管理方面，早期主要是由技術(shù)人員現(xiàn)場檢測、調(diào)試，由于處理廠工藝復(fù)雜，構(gòu)筑物較多，需要進行實時監(jiān)控的項目指標(biāo)多而復(fù)雜，例如：進出水pH值、進水流量、曝氣池溶解氧量等等，如要對這些指標(biāo)逐一監(jiān)控，無疑會耗費大量的人力物力，無法達(dá)到實時監(jiān)控的目的。隨著我國工業(yè)化進程的迅速發(fā)展，自動控制系統(tǒng)漸漸應(yīng)用到污水處理工藝監(jiān)測過程中，并且取得了相當(dāng)好的效果，既節(jié)省了人力、物力，又大大提高了污水處理的效果和能力，有著廣闊的發(fā)展前景。近年來，各地相繼建設(shè)了一批城市污水處理廠，應(yīng)用先進的污水處理自控技術(shù)及設(shè)備，系統(tǒng)的控制和管理水平也有了很大的提高，實行了污水處理的自動控制和管理。結(jié)束了以往污水處理全部用人工和傳統(tǒng)的繼電控制的落后局面。

二、成都第四污水處理廠簡介

本文以成都第四污水處理廠為例，簡要介紹了自動化控制系統(tǒng)在該廠污水處理工藝過程中進水泵房應(yīng)用情況。

成都第四污水處理廠是成都市的重點工程，一期工程日處理量為15萬噸/天（二級處理），主要生物處理工藝采用的是“膜工藝”法。

該廠的自動化控制系統(tǒng)主要包括：中央控制室監(jiān)控設(shè)備、可編程控制器（PLC）、檢測儀表、避雷和閉路監(jiān)控等。目的在于使廠方能夠及時了解、掌握并控制污水處理過程的運行工況、工藝參數(shù)的大小及變化、優(yōu)化各工藝流程的運行，保證出水水質(zhì)，降低處理成本，節(jié)省能耗，提高運行管理水平，使污水處理廠能長期正常穩(wěn)定地運行，取得最佳效益。

2.1 控制方式

根據(jù)設(shè)計，該廠自控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用既集中又分散的方式，實行三級控制，即就地手動控制、現(xiàn)場PLC自動控制和中央控制室控制，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。該控制系統(tǒng)采用光纖以太環(huán)網(wǎng)高速通訊網(wǎng)絡(luò)，將中央控制室和各PLC現(xiàn)場控制站連接起來。各PLC現(xiàn)場控制站負(fù)責(zé)設(shè)備的自動控制及信號狀態(tài)采集。中央控制室負(fù)責(zé)提供設(shè)備的控制方式，能進行單獨設(shè)備或系統(tǒng)的控制。

2. 2 中央控制室

本控制系統(tǒng)設(shè)有一個中央控制室，內(nèi)有一面模擬屏及兩臺監(jiān)控計算機（上位機），用于集中監(jiān)視、控制、操作、管理污水處理廠的生產(chǎn)過程。

中央控制室兩臺計算機操作員站互為備用，它們均可各自獨立完成整個工藝過程的監(jiān)控。上位機人機界面是操作者和系統(tǒng)交互聯(lián)系的平臺，它直接面向操作者，是用戶認(rèn)識評價一個系統(tǒng)的首要部分。本系統(tǒng)采用在WINDOWS環(huán)境下運行的AB的SE軟件包，它把實時動態(tài)的各種信息量以圖形、文字、畫面的方式有機地結(jié)合在一起，立體感強，操作簡便，直觀舒適。將整個生產(chǎn)工藝過程制作成直觀彩色畫面。操作員站具有以下功能：

· 顯示工程設(shè)備的運行狀態(tài)，顯示工藝流程的動態(tài)參數(shù)，顯示相關(guān)參數(shù)的趨勢，歷史數(shù)據(jù)及歷史記錄。

· 打印過程回路控制的參數(shù)給定值、報警記錄和班報表等。

· 報警設(shè)有優(yōu)先級管理，任意管理均在屏幕上顯示。

· 在操作過程中，設(shè)有啟動、停止、復(fù)位和選擇等軟手動操作功能。

· 實現(xiàn)編程、組態(tài)和修改等，操作員站裝有功能強大的上位軟件，以便能方便地、直觀地組態(tài)和編程。

2. 3 PLC現(xiàn)場控制站

本工程根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)控制要求及現(xiàn)場位置情況，設(shè)有四個現(xiàn)場控制站，包括進水泵房及沉砂池與中提泵房和膜格柵、生化池、膜池系統(tǒng)、脫水機房及加藥等生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制站。每個現(xiàn)場控制站用施耐德公司的M580系列PLC，都配有GT6330操作員終端，代替常規(guī)設(shè)備如按鈕、信號燈、數(shù)顯表，并具有較強的報警能力。

三、膜池系統(tǒng)控制說明

本文主要解釋膜池工藝過程中自動控制系統(tǒng)：

1、系統(tǒng)中20個獨立膜池，每10個膜池合為一組控制單元，共2組膜控制單元。

2、本項目MBR膜系統(tǒng)由膜區(qū)、膜化學(xué)清洗、反洗系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、空氣吹掃系統(tǒng)組成。其中膜組件是MBR處理工藝的核心部件，采用過濾精度為0.1微米的浸沒式聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維超濾膜組件，安裝于膜區(qū)中。

3、MBR系統(tǒng)設(shè)計流量為15萬噸/天，整個膜系統(tǒng)共200個膜池，20組膜控制單元，共分2個系列，每個系列10個膜控制單元，100個膜池。各系列單獨控制，每個系列內(nèi)的膜池按開9停1運行；

4、單個膜系列的10個膜控制單元獨立運行，每個膜池配置1臺產(chǎn)水泵產(chǎn)水，利用膜的高效截留作用截留大部分污染物，從而獲得滿足設(shè)計要求的出水水質(zhì)。

5、膜系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計，易于增容，膜元件可方便修補和更換，不會影響系統(tǒng)的正常運行。系統(tǒng)設(shè)備的耐壓性、防腐性、防滲漏性需滿足設(shè)計規(guī)定。

6、膜組件的設(shè)計通量將根據(jù)進水水質(zhì)選擇，不大于規(guī)定的通量值，并預(yù)留有足夠的余量。選擇合理的膜數(shù)量，保證膜組件在設(shè)計年限內(nèi)正常運行和維持合理的清洗周期以及合理的反洗間隔，以盡可能降低系統(tǒng)的自用水耗和運行能耗。

7、膜系統(tǒng)設(shè)有真空泵系統(tǒng)等輔助裝置用于首次起動膜系統(tǒng)，系統(tǒng)檢修維護后或者長時間不運行后啟動時抽真空。

8、膜系統(tǒng)產(chǎn)水管設(shè)取樣點，以便能快速、有效地診斷、確定系統(tǒng)的故障。

9、當(dāng)膜產(chǎn)水不達(dá)標(biāo)時，可通過專業(yè)的手段和方法盡快查出故障，當(dāng)故障破損的膜組件定位后，可將其隔離，然后再進行修補。應(yīng)考慮盡量減少因膜組件的維修而造成的系統(tǒng)膜組件的停運量。

10、為防止膜污染，膜組件設(shè)有空氣擦洗系統(tǒng)，利用鼓風(fēng)吹掃產(chǎn)生的大孔氣泡進行膜絲的振蕩擦洗，并設(shè)有（但不限于）在線水反洗、在線化學(xué)反洗及離線化學(xué)清洗系統(tǒng)等膜通量維持及恢復(fù)系統(tǒng)。

11、膜系統(tǒng)所配儀器、儀表的性能、配置點及數(shù)量等滿足本系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行之需要。每系列膜系統(tǒng)產(chǎn)水及反洗水管路上都配置電磁流量計、壓力變送器，以便控制膜系統(tǒng)的正常安全運行。

12、專業(yè)詞匯

產(chǎn)水模式：膜池按產(chǎn)9停1的工作模式，此工作模式中，膜池自動運行

手動模式：膜池系統(tǒng)手動工作模式

抽真空：膜池運行前要將產(chǎn)水管道中的空氣抽完

在線反洗：膜池運行一段時間后要進行維護性清洗

故障模式：膜池相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)問題處理

四、總體評價及存在的問題

目前將此控制系統(tǒng)應(yīng)用到成都第四污水處理工藝過程當(dāng)中，系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動控制，出現(xiàn)設(shè)備問題或儀表問題能及時反應(yīng)到中央控制室，系統(tǒng)能自動正常處理出現(xiàn)問題的膜池并提醒操作人員處理，取得了良好的效果。但是在運行過程中仍然存在一些問題：

膜池系統(tǒng)中有一些儀表閥門存在可能出現(xiàn)問題而引起膜池系統(tǒng)停產(chǎn)；膜池系統(tǒng)由于儀表無法精確取樣，不能實現(xiàn)依工藝的需要來調(diào)整產(chǎn)水量的設(shè)定大小，只能人為依進水情況來設(shè)定產(chǎn)水量，這一點需要人工干擾，由此還難以達(dá)到中控?zé)o人值守。

五、結(jié)語

現(xiàn)今我國污水處理廠多是采用國外進口設(shè)備與控制系統(tǒng)，價格高，維護困難。并且目前我國國產(chǎn)的在線分析測定儀器設(shè)備還不能達(dá)到精度要求，因此，我們自主研發(fā)設(shè)計制造自動化控制系統(tǒng)，并提高儀器設(shè)備的測量精度和質(zhì)量，降低維護費用，是我們現(xiàn)階段以及今后污水處理廠自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的主要方向。