刍议城市污水处理自动化技术

陈纪程

城市建设规模逐步扩大，常住人口有所增加，在此发展趋势下，日常生产、生活、活动更加频繁，污水排出规模尤为可观，衍生出严重的水污染和水资源浪费等问题。此时以何种方法有效处理城市污水成为业内热议的话题。其中，自动化技术是重要的发展方向，其对城市污水处理有重要的推动作用。于此，文章以城市污水处理为背景，着重探讨自动化技术在其中的具体应用要点，阐述主要的技术应用要求和作业方法，以供参考。

信息技术日益发展，逐步融合至生产生活中，此时自动化特征随之彰显。在节能减排的发展趋势下，城市污水的处理水平需有所提高，在此领域的技术发展中，合理应用自动化技术为重要的思路，由此促进污水处理系统运行水平的提高，以更加自动化的方式高效处理污水，提高水资源利用率，减小对水域生态环境的污染。

一、自动化系统概述

目前，较为成熟的控制系统一般有现场控制站、操作员站、工程师站、服务器及管理平台4个单元构成，控制系统采用开放系统和标准的通信协议，其基本控制思想是功能与危险分散，监测与管理集中。现场控制作为控制系统的核心，主要负责信号的采集与掌握控制策略：操作员站连接系统与操作员，完成人机界面的各种功能;工程师站负责配置系统，控制回路组态，下装目标运行系统到操作员站和现场控制站，服务器及管理平台则是为全套系统提供服务[1]。

二、城市污水處理综合自动化系统

（一）控制网络服务系统

以2个PLC工作站为核心，分别布设在水区和污泥区，并配套适量I/O站点，建成两个子控制系统。其中，水区的I/O站点主要布设在旋流沉砂池、终沉池内，功能在于对污水采样并针对获得的样品做物理化学分析，工作站发挥出调控的作用，保证装置灵活地启动和停止，实现对药剂用量、污水回流量的有效控制，还具备全程监控的功能，明确污水的微生物含量、污水的pH值、悬浮物的浓度等关键参数，根据实测参数展开计算，确定下一环节适宜的药剂投加量，以便后续作业的顺利进行。污泥控制工作站可实现对污泥的浓度及加药量的有效控制，运行流程与水区具有相似性。工作站执行操作，同时确定污水处理期间涉及到的各项指标，管理网络服务系统可及时接收到此类信息。

（二）管理网络服务系统

中央工作室属于此系统的核心，其与工作站保持连接，以便获取污水的相关信息，也可监控工作站的运行状态。配置方面，中央工作室内有监督控制装置和优化软件，可及时分析污水处理状况，确定污水pH值微生物含量、污泥微生物含量等关键的参数，基于此类数据绘制图表，以此来预测指标的走势，估算当前的水质状况，也能够预测工作站的运行状况和检验污水处理系统是否有异样，在对现场各装置的运行情况形成系统性的把握后，能够给后续工作的开展提供引导。此外，中央工作室统计污水处理设备的耗电量、药剂的投加量等相关数据，据此展开计算，确定每吨污水的平均处理成本，再结合污水实际处理成效，富有针对性地采取成本控制措施。远程监管系统则具有安全防护的作用，若现场存在异常，可及时做出响应，报警并生成报警信息，以便相关技术人员根据实际情况有效应对。

三、制造执行系统功能

集能源管理、质量管理、设备管理等各类特定功能的子系统于一体，共同构成完善的制造执行系统。在该系统的设计中，综合考虑污水达标率要求、处理量等基础指标，以此为导向，制定生产作业计划，明确具体的流程，阐述在预处理、一二级处理、污泥处理等各环节的各项关键工艺要点。在管理子系统的应用中，以生产作业计划为基准，富有针对性地调控污水处理过程，消除各类不利于系统正常运行的因素，以保证生产的有效性，依据既定的计划有序完成污水处理作业。同时，还可全面统计生产完成情况，根据各项数据量化分析污水处理状况，得到可用于反映实际情况的评价结果[2]。

全方位采集污水处理各环节的各项能源消耗数据，高效整合，针对此类数据做统计分析，评价污水处理的能耗情况，予以有效的控制，力争将能源消耗控制在最低的状态。依据生产成本计划，在线计量物耗、能耗，将此类数据与预设值做对比分析;也能够进行成本预测，进而与标准成本指标加以比对，判断污水处理在经济效益方面的表现。根据各项对比分析结果，灵活地做出操作指导，以便在低成本的方式下保质保量完成污水处理的各项工作。

四、自动化PLC技术

以污水处理自动化为目标，综合考虑现阶段污水处理厂在日常运行中存在的突出问题，综合应用以PLC技术为代表的主流技术。系统设计时，遵循“横向分站、纵向分层”的基本原则，建立具有层次化特征的系统。横向，以污水处理工艺为基准，合理设定适量的控制站，赋予用户权限，使其可以根据实际情况选择合适的系统，有效开展污水处理工作;纵向，建设的是远程终端、集成生产系统、控制网络、现场设备等（见图1）。

污水泵是污水处理中的重要装置，其应用的是自耦启动或变频器控制的方式。考虑系统高精度的、全面化的控制要求，在电气部分的设计中，开发远程控制功能。

（二）污水预处理工序自控系统

主控制器选用PLC，提供就地、远程手动、远程自动三种控制方式，以便工作人员根据实际需求做合理的选择。沉淀池的硬件设施配套方面，包含电动排泥阀和刮沫机两大部分，前者既可现场手动作业，也可以在工作不便时启用远程操作功能。后者产生的控制信号有一套顺畅的流动机制，可反馈至上位机的PLC中。无论是电动排泥阀还是刮泥机，两者均受主控制器的控制。

（三）曝气池溶解氧与鼓风曝气自动控制系统

各曝气池溶解氧含量的控制为重点内容（见图2），在溶解氧传感器和控制器等装置的联合作用下，精准完成控制动作，通过调节阀开度，实现对溶解氧的有效控制，将其稳定在合理的区间内。为了提高对鼓风曝气总量的控制水平，联合应用到变频调速器、溶解氧传感器及综合参数流量控制器，在三类仪器的协同作用下，提升控制效果。以保证曝气池供氧量为基本目标，对鼓风总量做灵活的调整（依托于调节风机转速的方式而实现），在该动态控制机制下，可以有效保证控制效果，并减少鼓风机运行过程中的电力资源消耗量。

串级控制回路为主要的组成部分，各回路的硬件包含混合液浓度传感器和控制器、电动调节阀等。在系统运行中，执行机构、电动调节阀多类装置均有纯滞后时间，针对此特点，在配置串级控制系统时，将采样值PI控制作为控制器进行使用。回流污泥调节阀的工作量较大，为适度降低动作频率，针对混合液浓度控制器做深度的优化，即实施的是“采样-保持式增量控制”的方式，根据需求设定时间间隔，由控制器定期采样，分别检测各阶段混合液的浓度，并对前后数据做对比分析，确定各区间对应的变化量。在此基础上，综合对比当前混合液浓度及其标准控制范围的中值，经计算后确定两项参数的差值，最后综合多项数据确定给定流量，以便主、从控制器的合理运行。

（五）二沉池泥水界面检测及排泥控制系统

核心组成包含工业控制机、泥水界面计、无线传输装置。配套无线发射模块，在其支持下，能够将二沉池泥水界面值高效传输给无线接收模块，在此基础上，进一步传至工业控制机（此处借助RS-485总线实现）。在排泥控制系统的组成中，控制和执行单元为重点部分，在多元件的联合作用下，控制二沉池泥水界面值，保证其合理性。

（六）污泥脱水工序自控系统

絮凝剂作为污泥脱水工序中的重要材料，其用量控制尤为关键，具体根据污泥量、污泥浓度做合理的调节，以便污泥脱水发生于最佳絮凝状态。为了实现污泥脱水的自动化控制目标，建立自动化系统，用于在线监测以及实时控制。设备配套方面，其数量根据污泥脱水工艺流程而定，以PLC为控制器，提供手动和自动两种控制模式。其中，在手动控制方式下，工作人员可结合工艺要求予以有效的操作。对于阀门控制器和定量控制器，两者也分别提供了手动、自动两种方式，必要时可以由专员借助面板完成手动操作。自动运行环节，核心要点在于精细化控制阀门开度和定量泵加药量等。但需注意的是，加药量和阀门开度控制器均有延时，因此在对两者进行控制时，采用的是带有滞后的多因素非线性控制方式。

五、提高城市污水处理自控技术应用

水平的具体策略

（一）注重PLC数据采集的准确性和全面性

按点检查，编制一套可行的程序。将MBR系统、PLC系统的各项信号完整采集到中控室监控计算机，具体包含自动信号、运行信号、故障信号等，存在不完善的数据点时，需结合实际情况重新编制PLC程序和上位软件程序，在此方式下实现历史数据报表、数据存储等功能。充分关注原系统网络的特性，若为星型拓扑结构，可增设两条光纤，目的在于建立光纤环网，以此来提升系统的稳定性。依托中控室监控计算机，完成一系列远程控制动作，如MBR系统的设备启动、停止。在采取前述技术措施后，进一步保证MBR系统和污水系统的图纸描述准确性，后续可高效核对MBR系统的数据点，同时也能够更便捷地开展扩建和检修工作。

（二）提升系统的完整性

增设高性能工控机和数据服务器各1台（必要时可适当增加数量），配套第三方监控软件KingTrolSCADA，在该优化方式下，围绕上位监控系统重新设计、集成，此时可构建统一的监控平台，以便开展对污水系统和MBR系统的监测与管控工作，随之提升数据的全面性，相关工作人员也能够高效查询数据，便捷操作。

（三）加强信息化建设

积极推进信息化建设进程，提高污水处理厂的信息化水平，进而实现如下功能。

1.电能管理

构建与现有系统的通信路径，将配电中心的电力数据传输至系统并做完整的存储。以车间为单位，按特定的周期开展电能监测和成本核算工作，产生的数据可作为绩效考核的参考，同时也能够为管理者的优化调度管理提供引导。

2.成本分析

全面统计全厂的电费和药剂费，建立运营管理成本分析系统，综合考虑水量数据，在明确全厂的总体运行状况后，监控和管理单位污水处理成本，尽可能减少不必要的成本投入。

3.数据仓库

考虑到大规模数据的存储需求，建立全厂实时数据仓库，联合应用到IBM服务器和企业版SQLSever实时数据库软件，此时可对报表做深度的改进，不再局限于传统的表格格式中，而是扩展至趋势图、柱状图等层面，以更加直观的方式予以呈现，便于管理者查阅、分析，准确判断全厂的运行状况。

4.网站建设

为有效推进污水处理厂的信息化建设进程、提高管理效率，需要结合管理系统的运行特点建立相适配的网站，提供WEB远程访问与管理的功能，通过此类措施的落实，提高管理者的远程管理水平，使其能够更加准确地掌握污水厂的运行情况，以便进行科学的决策。

六、结语

综上所述，从既有的污水處理厂建设状况出发，采用自动化技术，配合硬件设施，建立高度自动化的污水处理系统。在保证污水处理质量、提高污水处理效率、减少人力资源投入等方面均有良好的作用。当然，现阶段我国的污水处理自动化领域仍有诸多困境，在复杂化的行业环境下，相关技术人员仍需加强探索，提高技术应用水平，着力解决各类问题，持续提高污水的自动化处理水平，以便更好地满足污水处理要求，给社会经济、生态环境多个层面的可持续发展提供助推力。

参考文献：

[1]郑冬妮.浅议城市污水处理自动化技术[J].水电水利，2018，2（4）：28.

[2]许莹莹，李滨.关于城市供水与废水处理自动化技术探讨[J].化工管理，2014（15）：19.