馮慧淵

（忻州市神達(dá)潔源環(huán)境科技集團(tuán)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(jìn)行凈化的過程，是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)污水“零排放、內(nèi)循環(huán)”的重要途徑。然而，污水處理是復(fù)雜的生化反應(yīng)過程，涉及的儀器儀表種類繁多，如污水電磁流量計(jì)、流量控制器、液位控制器和液位計(jì)等。傳統(tǒng)的人工控制污水處理廠技術(shù)在安全、穩(wěn)定、長周期和優(yōu)化運(yùn)行等方面存在較大的缺陷，在廢水量激增時，處理成本超出預(yù)計(jì)，處理效果令人堪憂，人工控制方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

自動化控制是機(jī)電一體自動化集成控制技術(shù)，主要包括過程自動化、管理自動化和機(jī)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(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要條件，通過自動化控制對機(jī)器、設(shè)備和儀表進(jìn)行自動調(diào)節(jié)、檢測，以達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)、降低成本和勞動強(qiáng)度、保障安全等目標(biāo)。因此，有必要采用包含控制器與控制對象的自動化控制方式，構(gòu)建可視化的污水處理系統(tǒng)，提高污水處理的質(zhì)量和效率，保障污水處理廠正常高效運(yùn)行，節(jié)省人力、物力，最終實(shí)現(xiàn)滿足排放要求。

1 某污水處理廠工藝流程

本文以某企業(yè)煤三期項(xiàng)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(jìn)行改進(jìn)研究設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀況的可視化及污水處理系統(tǒng)的自動控制，達(dá)到了企業(yè)的預(yù)期目標(biāo)。

1.1 基本工藝

傳統(tǒng)污水處理的三個步驟為一級處理、二級處理和三級處理[2]。

1）一級處理。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(zhì)，這里所說的格柵包括粗格柵和細(xì)格柵，污染物和雜質(zhì)包括有機(jī)物質(zhì)及無機(jī)物質(zhì)，一級處理主要是物理處理，并沒有達(dá)到國家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，還需要通過化學(xué)方法對其進(jìn)一步處理。

2）二級處理。經(jīng)過一級處理后的污水，加入生化藥物進(jìn)行二次凈化，通過具有活性污泥的曝氣池及沉淀池的處理，進(jìn)一步降低污水中的雜質(zhì)含量。二級處理后污水基本已經(jīng)達(dá)到國家規(guī)定的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，對保護(hù)環(huán)境起到了一定作用。

3）三級處理。為了進(jìn)一步降低二級處理后水中的磷、氮和有機(jī)物、礦物質(zhì)、病原體等，通過離心力進(jìn)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，可以較好地除去污水中的部分病毒以及細(xì)菌。

三級處理后的污水可以進(jìn)入水道，實(shí)現(xiàn)污水資源化，可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生活用水使用。

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遵循污水處理的三級處理工藝。首先進(jìn)行污水一級處理，通過格柵進(jìn)行基本清理，初步降低水中的污染物及雜質(zhì)含量。再進(jìn)行污水二級處理，通過在反應(yīng)池中加入藥劑的方式，對其進(jìn)行生化藥物處理，使其變成無害的物質(zhì)。對污水進(jìn)行三級處理，將凈化后的污水注入沉淀池，在沉淀池中加入混凝劑和絮凝劑，最后污水通過脫水機(jī)進(jìn)行分離。本項(xiàng)目的污水處理廠工藝流程如圖1所示。

污水處理中最重要的是二級處理，對污水中有害物質(zhì)去除率最高。在本次優(yōu)化設(shè)計(jì)的污水處理系統(tǒng)中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)自動化和可視化控制，系統(tǒng)在進(jìn)水泵房的潛水泵上裝有液位傳感器，粗、細(xì)格柵兩端安裝有超聲波液位差計(jì)，氧化池中安裝有感應(yīng)器的溶解氧儀及超聲波液位差計(jì)，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(jī)和曝氣機(jī)的運(yùn)行、停止。

2 污水處理廠系統(tǒng)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(jì)算機(jī)，通過數(shù)字或模擬方式控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。本次設(shè)計(jì)的污水處理系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）控制操作。在中央控制室中可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備實(shí)時控制，即在線遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟動、停止等。

2）數(shù)據(jù)處理。獲得相關(guān)有用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，為參數(shù)調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐。

3）設(shè)備信息的直觀描述。實(shí)現(xiàn)設(shè)備相關(guān)參數(shù)以及運(yùn)行狀況的實(shí)時觀察。

4）報警功能。出現(xiàn)運(yùn)行異常時，污水處理系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備平穩(wěn)快速地運(yùn)行。

5）打印功能。實(shí)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(shí)現(xiàn)污水處理的自動化控制，最終經(jīng)過處理的污水達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，需要滿足“穩(wěn)”、“快”、“準(zhǔn)”三個硬性標(biāo)準(zhǔn)。

1）“穩(wěn)”，即當(dāng)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(nèi)。

2）“快”，即當(dāng)控制系統(tǒng)受到外界干擾后，自動控制系統(tǒng)能快速自動調(diào)節(jié)參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值。

3）“準(zhǔn)”，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(yīng)的輸出值之間差值較小。

3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

被控對象及自動化裝置對實(shí)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(shí)現(xiàn)[3]。本次選定的被控對象主要有閥門、離心機(jī)、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(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)裝置及發(fā)生故障的報警裝置等。本次設(shè)計(jì)的自動控制系統(tǒng)采用多層控制系統(tǒng)，以達(dá)到既定的控制目標(biāo)及較好的控制效果，同時控制系統(tǒng)主要通過PLC、計(jì)算機(jī)監(jiān)測及測量儀器儀表實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

控制層主要是實(shí)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。控制層的主要研究對象是系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，將各個獨(dú)立的設(shè)備通過傳感器連接在一起，對生產(chǎn)過程中的設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過綜合分析判斷，達(dá)到對控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

監(jiān)控層主要是對運(yùn)行中的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控層主要面對操作人員，可以通過顯示屏等輸出設(shè)備觀察設(shè)備的運(yùn)行狀況及其參數(shù)，并對觀察到的信息進(jìn)行判斷處理，以進(jìn)一步改進(jìn)控制系統(tǒng)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的優(yōu)化升級。控制層主要由工控機(jī)、存儲信息的服務(wù)器及相應(yīng)的設(shè)備組成，并利用成熟的組態(tài)軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)信息的分類存儲，便于隨時調(diào)用信息，還可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫與實(shí)時數(shù)據(jù)庫的綜合評估，及時發(fā)現(xiàn)問題并處理，為參數(shù)的調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程、質(zhì)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(jī)、泵房潛水泵和曝氣沉砂池控制子系統(tǒng)組成。其中，格柵機(jī)的啟停一般是根據(jù)注入池中的污水液位差來決定，故需要在格柵前、后安裝超聲波液位計(jì)等檢測液位的儀器，且啟停周期可以視水中雜質(zhì)情況進(jìn)行人工修改或者自動調(diào)整，更好地過濾掉污水中的雜質(zhì)[4]。本次污水處理系統(tǒng)共有4臺潛水泵，三臺主泵機(jī)與一臺備用泵機(jī)為輪流啟動方式，采用液位分區(qū)的方式實(shí)現(xiàn)水泵的啟動。曝氣沉砂池主要實(shí)現(xiàn)污水中雜質(zhì)的分離，在正常運(yùn)行過程中，沉砂池中的污水通過攪拌機(jī)飛速旋轉(zhuǎn)，改變曝氣的強(qiáng)度就可改變污水旋流的速度，通過PLC程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)吸砂機(jī)以及砂水分離器的啟停。

4 結(jié)語

以污水處理廠的工藝流程為理論基礎(chǔ)，采用多層控制的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過PLC對運(yùn)行過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測，達(dá)到較好的污水處理效果。