污水处理自动化控制系统设计及研究

污水处理自动化控制系统设计及研究

作者：程凯

来源：《城市建设理论研究》2013年第12期

摘要：随着人们生活水平的提高和可持续发展战略的需要，污水处理越来越受到社会的重视。它既能够起到环境保护的作用，又可以进行处理水的回收和利用，从而节约水资源。为了提高污水处理的质量和效率，同时节省大量的人力物力资源，设计一套先进实用的污水处理自动控制系统，是十分必要的。

关键词：污水处理；自动控制系统设计

中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号： ;;;;一、污水处理的意义及现状

随着现代工业和城市建设的发展, 我国水污染问题日趋严重; 同时我国是一个水资源极其匾乏的国家, 水污染严重和水资源的短缺已经成为严重制约我国社会经济持续发展、影响人民生活和身体健康的突出问题。国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。降低运营成本，提高污水处理率，一直是污水处理行业面临的最现实的问题。因此建设污水处理自动控制系统对改善环境、建立可持续发展社会、繁荣经济都具有重要意义。 二、研究的目的和意义：

本文研究的目的就是充分利用各种最新的工业计算机网络技术、中控制计算机管理软件硬件技术、PLC集散控制技术、现场总线技术、在线监测的仪器仪表设备、防雷系统、图像监控系统等设计并应用于藁城市水处理中心，形成一套稳定的自动控制系统，从而保障全厂生产设备安全稳定的运行，保障全厂排水的各项指标合格. 采用计算机技术、跟踪经常变化的水处理情况，检测不同时间的水质指标数据，在计算机上动态现实，对这些数据进行分析处理，并记录下来，以备在需要的时候查阅。通过分析数据趋势走向，随时调整个设备及工艺过程参数，使其达到优化控制状态，经济运行，节省能耗。采用计算机代替人工操作，减少事故，保证安全，降低劳动强度，节约人力，甚至可以完成许多人工难以完成的任务，提高运行的可靠性。随着污水处理工艺的不断改进，工程的复杂程度也越来越大，传统的依靠人员操作工艺运行的方式也远远不能满足污水处理的要求，因此，应用和开发先进的自动控制系统，不仅可以提高污水处理和监控的自动化程度、减轻监测人员于现场人员的劳动强度，也提高了对排污企业的监测的连续性，其意义是十分明显的。 三、污水处理工艺过程 ：

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污水处理是将污水中的污染物质分离去除，使有害的物质转化为无害的物质、有用的物质，水得到净化，并使资源得到充分利用。城市生活污水处理工艺按流程和处理程序划分可分为预处理工艺、一级处理工艺、二级处理工艺、深度处理工艺和污泥处理工艺，以及最终的污泥处置。

预处理工艺：主要是物理处理，通过格栅、沉砂池等将污水中大块污物拦截出来，保证后续单元的正常运行。预处理过程就去除污染物质而言，可能不起关键作用，但是至关重要。预处理不好，对一级处理影响水质均匀及管道畅通、潜水泵的运转；对二级处理，沙粒进入曝气池，在池底沉积，减少有效容积，增大曝气阻力；对污泥处理，极易从格栅流走的一些破布条、塑料袋等杂物，进入浓缩池后将在浓缩机栅条上缠绕，影响排泥均匀。一些破布片、毛发有时会塞满污泥泵螺杆泵定子与转子之间的空间，使设备过载。污泥处理，主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或者农用填埋等。 四、污水处理自动控制过程

近年来随着计算机技术的飞速发展 工业控制也逐步由传统的单机控制走向网络化，工业控制中多采用 PLC来实现自动控制。

我国城市污水处理厂一般都采用活性污泥法。其自动控制系统一般由污水提升泵房控制站、鼓风机控制站、一级污水处理控制站、污泥回流泵房控制站、污泥脱水间控制站、等几个 PLC控制站组成，其自动控制过程描述如下：

污水提升泵房控制站 PLC 要对进水井 、粗格栅间 、污水提升泵房内的设备 进行监测和控制。粗格栅间是根据设定的栅前栅后液位差如H=10cm或定时 如T=5min 开停机泵房内水泵的开启台数以及变速泵的转速都是由 PLC 根据集水池液位自动控制。另外还可以利用 PLC的计时计数功能，记录每台泵的工作时间，然后自动切换运行泵和备用泵 使各泵运行时间基本一致，延长泵的使用寿命

在一级污水处理阶段 PLC 主要控制设备有初沉池的刮泥机、 排泥泵、排泥阀、 沉砂池的刮砂机、洗砂设备、细格栅间的细格栅以及输送带当沉砂池采用曝气沉砂池时，

还应控制鼓风机、初沉池排泥泵根据污泥井中液位计来控制。排泥阀定时开启，排渣阀根据连续运行的刮泥机周期定期开启。一般应在刮泥机行进至排渣阀前一段距离时开启 然后延时一段时间关闭。格栅的运行仍根据栅前 、栅后的水位差或时间间隔来控制。输送带与栅格联动，格栅不停输送带就不停， 沉砂池的刮砂机需要定时启动。

鼓风机房控制站 PLC 主要用于风机和风量的控制与调节，一般根据曝气池中溶解氧的浓度来自动调节风机的转速或风机出口挡板的角度进而改变供风量。 另外通往每个池子的空气干管上应设置电动控制阀门 以保证送往各个池子 中的空气量平衡对于 A/O 工艺AB 工艺等非

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均匀供氧曝气池 应通过溶解氧 量的测定开闭带电动执行机构的电动调节阀 实现对曝气池不同部位进气量进行 控制的目的

污泥泵房控制站 PLC 主要用来控制二沉池的刮吸泥机，剩余污泥泵和回流泵等，刮吸泥机按贮泥时间确定连续运行速度，排泥泵一般为连续排泥。剩余污泥泵依时间程序定时开机， 每次抽送设定体积的污泥， 备用泵根据累计工作时间自动切换回流污泥泵。一般连续运行 ，一些特殊工艺也可以间歇运行 ，由污泥井中的液位计控制，同时也受进水流量大小变化控制。

污泥处理系统控制站 PLC 控制的主要设备有 ：污泥浓缩池刮机及排泥阀 ，污泥脱水机、脱水车间自动加药系统、污泥投配泵等。 污泥脱水机每台自带一小型 PLC控制器，用来控制脱水机、污泥投配泵 、反冲洗泵 污泥传送带等 并与污泥处理系统。 PLC子站相互交换信息，脱水机和投配泵均根据流量采用变频，调速控制，浓缩池刮泥机按设定的速度连续运行。排泥阀根据污泥贮存池的液位来进行控制。加药系统中的加药泵根据流量和设定的加药比控制，溶药搅拌设备的运行根据时间控制。 ;四、污水处理自动控制系统设计要求

系统控制设计采用近控/远控方式，方式选择通过提升泵控制箱中的二次回路、接触器、中间继电器、选择开关等的切换实现。正常情况下，选择开关置于远控位置，当远程控制系统出现问题时，需到现场切换为近控方式。远控包含两种控制方式：中控软手动（点动）和自动，切换方式在中控监控画面中点击点动/自动按钮。每台设备的控制方式都可以单独选择。 根据污水处理厂实际的控制情况及要求，自动控制方案参考模型见图 3-1 整个污水处理自动控制系统从下到上可划分为三个控制管理层次： 控制层 监控层 管理层 图 3-1 污水处理自动控制系统层次图 1 控制层

控制层是污水处理控制的最低层 是污水处理各生产单元实际控制执行部分由若干 PLC 控制站组成负责对处理设备及相关监测点进行控制监测采集信号 控制生产设备控制层主要按照污水处理工艺要求 实现开关量模拟量控制，完成数据采集计算和逻辑运算执行闭环控制对多样化的污水处 理工艺设备泵站系统和排泥设备能够根据实时处理情况和要求控制设备的启停和工作强度达到设备的最优化调度节约药剂的投加量保证污水处理效果。