城市生活污水是城市發(fā)展過(guò)程中的產(chǎn)物,早期的城市生活污水處理主要是通過(guò)污水收集系統排放到附近下游水體之中,利用水體的稀釋以及水體自?xún)糇饔脕?lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理,但是隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,城市規模不斷擴大,人口數目增長(cháng)迅速,隨之而來(lái)的是城市生活污水的水量不斷加大,水質(zhì)也越來(lái)越復雜,僅僅依靠稀釋及水體自?xún)糇饔锰幚磉^(guò)的污水已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足達標排放的要求,會(huì )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生活污水的處理力度,以改善不斷惡化的水環(huán)境污染趨勢。
在城市污水處理廠(chǎng)的管理方面,早期主要是由技術(shù)人員現場(chǎng)檢測、調試,由于處理廠(chǎng)的處理構筑物較多,需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的項目指標多而復雜,例如:進(jìn)出水pH值、進(jìn)水流量、曝氣池溶解氧量等等，如要對這些指標逐一實(shí)時(shí)檢測，無(wú)疑會(huì )耗費大量的人力物力。隨之我國工業(yè)化進(jìn)程的迅速發(fā)展，自動(dòng)控制系統漸漸應用到污水處理工藝過(guò)程監測過(guò)程當中，并且取得了相當好的效果，既節省了人力資源又節約了能源，有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景。近年來(lái)，各地相繼利用外資建設了一批城市污水處理廠(chǎng)，將先進(jìn)的工藝及設備引進(jìn)國內，在提高工藝設備技術(shù)水平的同時(shí)，控制系統和管理水平也有了很大的提高。結束了以往污水處理全部用人工或簡(jiǎn)單的電器控制的落后局面。
發(fā)達國家在二級處理普及以后投入大量資金和科研力量加強污水處理設施的監測、運行和管理，實(shí)現了計算機控制、報警、計算和瞬時(shí)記錄。美國在20世紀70年代中期開(kāi)始實(shí)現污水處理廠(chǎng)的自動(dòng)控制，目前主要污水處理廠(chǎng)已實(shí)現了工藝流程中主要參數的自動(dòng)測試和控制。80年代以來(lái)在美國召開(kāi)了兩次水處理儀器和自動(dòng)化的國際學(xué)術(shù)會(huì )議，會(huì )上發(fā)表的數百篇論文反映出水處理自動(dòng)化已發(fā)展到實(shí)用水平[1]。與國外相比，我國污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，進(jìn)入90年代以后污水處理廠(chǎng)才開(kāi)始引入自動(dòng)控制系統[2]，但多是直接引進(jìn)國外成套自控設備，國產(chǎn)自動(dòng)控制系統在污水處理廠(chǎng)應用很少。
二 湛江市赤坎水質(zhì)凈化廠(chǎng)簡(jiǎn)介
本文以廣東省湛江市赤坎水質(zhì)凈化廠(chǎng)為例，簡(jiǎn)要介紹了自動(dòng)化控制系統在該廠(chǎng)污水處理工藝過(guò)程中的應用情況，并提出了尚需解決的問(wèn)題。
赤坎水質(zhì)凈化廠(chǎng)是湛江市的重點(diǎn)工程，一期工程日處理量為5萬(wàn)噸/天，主要生物處理工藝采用的是“A2/O微曝氣氧化溝”法。該廠(chǎng)的處理工藝流程如下：
該廠(chǎng)采用的自動(dòng)化控制系統主要包括以下幾個(gè)部分：中央控制室監控設備，可編程控制器（PLC）部分，檢測儀表部分，避雷部分，閉路監控部分。目的在于使廠(chǎng)方能夠及時(shí)了解和掌握污水廠(chǎng)處理過(guò)程的運行工況、工藝參數的變化及大小、優(yōu)化各工藝流程的運行，保證出水水質(zhì)，降低處理成本，節省能耗，提高運行管理水平，使污水處理廠(chǎng)能長(cháng)期正常穩定地運行，取得最佳效益。
三 系統控制說(shuō)明
該廠(chǎng)主要在以下工藝過(guò)程中設置了自動(dòng)控制系統：
1：在粗、細格柵前后均設置了超聲波液位差計，并在現場(chǎng)及中央控制室電腦顯示器上實(shí)時(shí)顯示粗、細格柵前后液面的液位差值。根據本廠(chǎng)的處理水質(zhì)水量設定了工藝值，當前后液位差值大于或等于該工藝值時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現對粗、細格柵的連鎖啟停。
2：在進(jìn)水管中安裝了電磁流量計，實(shí)時(shí)測量進(jìn)水流量并在現場(chǎng)及中央控制室電腦顯示器上顯示預處理進(jìn)水泵站的液位值，并自動(dòng)根據該液位值的高低控制三臺進(jìn)水提升泵的啟停，使三臺提升泵的運行時(shí)間基本上保持平衡，并在電腦上顯示出各臺提升泵的啟停狀態(tài)。在調節池中設置了pH計，可以測定瞬時(shí)進(jìn)水pH值，以反映進(jìn)水水質(zhì)是否符合處理要求。進(jìn)水pH值的設定要求范圍是4.0～9.0，當進(jìn)水pH值不在此范圍內時(shí)，中控室電腦上會(huì )發(fā)出聲光報警信號，并自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水閘門(mén)，以保證出水水質(zhì)。
3：在氧化溝厭氧池中設置氧化還原電位（ORP）在線(xiàn)測定儀一臺，在缺氧池及好氧池中分別設置溶解氧（DO）在線(xiàn)測定儀兩臺，在現場(chǎng)及中控室電腦上均可實(shí)時(shí)顯示測定值，本廠(chǎng)的氧化溝厭氧池ORP一般在－200mv左右；缺氧池DO一般在1.0 mg/L左右；好氧池DO一般在2.0～2.5mg/L左右。當監測到的實(shí)時(shí)值不在設定值范圍內時(shí)，中控室電腦上會(huì )發(fā)出聲光報警信號，工作人員可據此決定鼓風(fēng)機開(kāi)啟的臺數和曝氣量，在保證溶解氧在正常范圍內的基礎上為用戶(hù)節省了能源消耗。并通過(guò)切換主機、副機的運行狀態(tài)，使三臺鼓風(fēng)機的累計工作時(shí)間基本相等。
4：在好氧池中設置污泥濃度計兩臺，實(shí)施監測好氧池中的污泥濃度，當池中污泥濃度較大時(shí)，會(huì )及時(shí)減少二沉池中的污泥回流量，增加排泥；當濃度較小時(shí)時(shí)，會(huì )適當增加污泥回流量。以上控制過(guò)程均可以在中央控制室內根據監測數據進(jìn)行遠程控制。
5：在二沉池中設置一臺泥位計，當在線(xiàn)監測泥位值偏高時(shí)，可自動(dòng)調節刮吸泥機、排泥設備，將剩余污泥外排，防止沉淀污泥發(fā)生腐敗。
6：在出水池中設置pH計、COD在線(xiàn)測定儀、污泥濃度計各一臺，并在現場(chǎng)及中控室實(shí)時(shí)監測顯示測定值，工作人員可隨時(shí)掌握出水水質(zhì)情況，并判定出水是否達標排放。赤坎水質(zhì)凈化廠(chǎng)出水要求達到國家二級標準。
四 總體評價(jià)及存在的問(wèn)題
本廠(chǎng)所采用的污水處理自動(dòng)化控制系統借鑒了國內外先進(jìn)的計算機軟、硬件技術(shù)，控制理論及算法，實(shí)現了污水處理全過(guò)程自動(dòng)智能控制，節省了人力資源，能夠及時(shí)、準確地反映工藝過(guò)程中各個(gè)工藝參數的變化情況，并通過(guò)聲光報警，數據溢出時(shí)自動(dòng)暫停設備等方式提醒工作人員根據參數變化及時(shí)做出調整對策，保證整套處理過(guò)程長(cháng)期穩定、高效地運行。
自動(dòng)化控制應用于污水處理工藝過(guò)程，在國外已有許多成功范例和典型工程實(shí)例，近年來(lái)，我國也有許多污水處理廠(chǎng)借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，將自動(dòng)化控制合理地應用到污水處理工藝過(guò)程當中，并且取得了良好的效果。但是在兩者相結合的過(guò)程中仍然存在許多問(wèn)題，現作如下總結：
1：污水處理自動(dòng)控制系統中所采用的一些自動(dòng)化檢測設備、儀表、閥門(mén)的功能和精度目前還很不完善，在實(shí)際應用中達不到預期的效果，誤差很大，因此，如果單純依靠這些檢測設備來(lái)判斷污水處理情況并實(shí)施自動(dòng)控制，往往很難達到處理水質(zhì)達標排放和節約能源的目的。
2:雖然許多污水處理廠(chǎng)采用ORP、DO、pH值作為參數來(lái)控制出水水質(zhì)，調節曝氣量，但是當控制器無(wú)法找到ORP特征點(diǎn)時(shí)，污水處理系統仍然會(huì )按照時(shí)間來(lái)控制整個(gè)處理過(guò)程。
3：污水水質(zhì)的監測與控制存在滯后問(wèn)題，例如根據好氧池中的DO來(lái)控制鼓風(fēng)機的曝氣風(fēng)量，由于生化處理系統本身是處于動(dòng)態(tài)平衡當中的，操作人員通過(guò)在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測發(fā)現DO偏低（或偏高），并通過(guò)調節鼓風(fēng)機葉輪轉速來(lái)實(shí)現增加（或減少）曝氣量，在此過(guò)程中，DO值監測與鼓風(fēng)機風(fēng)量調節之間的滯后可能會(huì )導致鼓風(fēng)機無(wú)法準確地根據好氧池中實(shí)際溶解氧的濃度來(lái)提供曝氣量，難以真正達到節能的目的。
4：儀器設備維護難度大。例如pH計、污泥濃度計、泥位計等儀器均有嚴格的使用維護要求，包括接觸探頭的定期清洗、標定，設備損耗維修等等，并且現階段我國污水處理廠(chǎng)大都采用是進(jìn)口設備儀器，價(jià)格昂貴，這也在一定程度上增加了污水處理廠(chǎng)的投資費用。
五 結語(yǔ) 現今我國污水處理廠(chǎng)多是采用國外進(jìn)口設備與控制系統，價(jià)格高，維護困難。并且目前我國國產(chǎn)的在線(xiàn)分析測定儀器設備還不能達到精度要求，因此，進(jìn)行我國自主研發(fā)設計制造自動(dòng)化控制系統，并提高儀器設備的測量精度和質(zhì)量，降低維護費用，是我們現階段以及今后污水處理廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統發(fā)展的主要方向。
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