污水处理控制与监控系统中的自动化设计实现

摘要：我国经济发展带动了工业化的快速发展，也带来了负面影响，水资源污染越来越严重，特别是污水排放量不断增加促使水资源的污染不断加剧，严重的影响了人们的居住环境。所以一定要加强污水治理，将污水处理控制与监控系统结合在一起，促使各种类型的污水处理工艺达到最佳效果，确保设备正常稳定的运行，以便对污水处理中的水质量和使用量进行准确检测。

一、污水处理控制与监控系统中的自动化设计

1、系统构成

该系统是采用先进的WebAccessSCADA软件，可编程的自动化控制器、APAX系列模块以及EKI系列以太网络交换器结合在一起的，这样就让污水处理系统形成了一个整体，既不需要对软件和硬件的兼容问题进行担心，还可以很好的做好污水处理系统的开发和建设工作。同时该方案还可以提供更加全面的冗余功能，所以具有很强的可靠性，就能确保系统能够不间断运行，WebAccess因为具有强大、功能丰富的特征，开发人员从中获取了很多好处，既可以非常轻松对数据资料进行获取，还可以将其与很多个节点或者平台整合在一起，从而满足项目需求，此外还可以大大降低系统开发和维护的成本。

该系统是由管理和监控控制两个层面组成的。①管理层。是由网络服务器、工作站以及打印机等部分组成的，网络进行传输的介质是光纤和双绞线，数据进行传输的时候是采用高速以太网，传输的速度是100Mbit/s。此外该系统具有很强大的功能，可以通过INTERNET网络进行远程诊断和管理。②监控控制层。是由PLC主机、工控机、打印机以及操作台等几个部分组成的，其中监控设备PLC之间、PLC与工控机之间都是采用的工业以太网对数据进行交换，从而对系统进行实时监控。

2、设计方案

（1）水处理系统中自动化监控系统的总体设计

首先，将已配备各种模块的控制器SIEMENS400模块安装在四个处理子站，系统就能采集各站的数位和类比讯号，并透过工业以太网络交换器EKI-7659C传送到控制中心。而虽然数据处于随时可能变动的状态，但WebAccess都能实时显示所收集来的资料，从而实现了集中式远端监控管理。此外，WebAccess还能接收视频讯号，透过GigabitPoE交换器EKI-9312P来连接摄影机或CCTV，使用者就能直接透过影像来监控现场设备和设施。不同于市面上的其他同类型软件，We-bAccess提供了更多优秀又好用的功能。比如，作为核心平台的WebAccess不仅能集中管理所有独立运行的SCADA节点，同时还提供冗余节点和通讯埠以确保任何故障都不会影响系统的整体运行。支援多种开放界面、实时数据连接和数百种装置的驱动程序（如Modbus协定）则使其具有卓越的整合能力。

（2）水处理系统中自动化监控系统的详细设计

①污水检测系统

污水检测及控制的目的在于控制污水的水质及水量，以经常维持安定有效的污水处理。

水量检测设备，第一种流量计：常用的流量计有电磁、超声波、轮叶以及孔口方式；第二种液位计，常用的液位计有浮球、气泡以及压力差方式。

水质检测设备：主要常见的设备有污泥浓度计、DO计、MLSS计、pH计、温度计、氨氮及COD/TOC计等。

水质检测项目：一调整池：水流量、pH值、水位；二初沉池：抽出污泥量及浓度、污泥界面计；三曝气池：送风量、回流污泥量、DO及MLSS浓度；四二沉池：回流污泥量及其浓度，剩余污泥量；五放流渠：处理水量、COD、浊度计、加氯流量计、余氯浓度计。

②污水控制系统

a.曝气槽有关控制。送气量控制，以废水量调整控制送气量。鼓风机输出压控制，送风量以调节鼓风机吸入阀门的开度及鼓风机之台数控制，输出压力以压力控制于定值，确保稳定送风量。关于DO控制就是以DO之控制量调节送气量使槽内的DO与目标值一致。MLSS控制在对回流污泥量进行调节控制可以促使槽内浓度与目标保持一致，对回流污泥量进行控制就是用流入的废水量与比率相乘，所得的数值作为回流污泥控制的目标值，从而对回流污泥量进行调整。

b.加氯量控制。以处理水量作比率调节加氯量，也有以余氯测定计测定结果作回授控制，并由水量作比率调节。

c.沉淀池控制。该环节的控制在操作过程中以污泥泵浦、刮泥机以及浮除的清除为主，将定时器与顺序控制相结合。

二、污水处理系统中自动化监控系统的优化

以沉淀池污泥停留时间的调控为例，已知进流SS浓度为128mg/L，若需达到放流水标准以下（设定值为25mg/L）所对应之累加质量约占20%，推估对应管柱之安全水深应为15cm以内，对应管柱安全水深于15cm时，所对应的浓度为30%，换算成浓度约为38.4mg/L。安全水深于15cm下，推估30min沉降后浓度约为24.3mg/L。

无机性废水是采用的污泥回流的方式进行操作，这样不仅可以对污泥形式、特征进行中和，还可以很大程度减少药剂的使用量，对于浮除系统应该将出水添加到24L/hr、浓度12500mg/L的化学回流污泥，进水SS浓度为272mg/L。依目前实际污水处理厂添加混凝剂与助凝剂于沉淀池的操作方式，其停留时间可缩短至1h，进而增加一倍的处理水量；保守估计，可增加5000CMD处理水量，虽操作成本将有所增加，但可以减低扩建的需求，节省扩建成本的支出。

三、污水处理厂控制系统新趋势

近年来，随着电子信息技术及社会经济的迅猛发展，污水处理厂控制系统的设计和实施也正处于一个技术变革的时期，对控制系统的需求、设计、结构以及控制要求出现了一些新趋势：

1、减少人力成本，向“少人（无人）值守”方向发展

随着各地经济发展越来越富裕、人力成本越来越高，污水处理厂需要考虑降低人力成本，提高劳动生产率，因此要求污水处理厂工艺机械设备均可实现就地自动控制，中控室远程监控。这就需要增加多种智能化检测手段并能进行智能化判断，减少操作人员的工作强度，达到正常运行时现场少人（无人）值守，操作人员定时巡检。

2、降低能耗，采用精细化智能控制

一直以来污水处理厂能耗大的问题重视不够，随着经济的发展，排放标准的提升，污水处理厂能耗越来越大，这使得污水处理厂能耗的问题越来越受到重视。目前常规的自动化控制手段还比较粗放，对电耗、药耗控制不够精细化，导致能耗较高，需要采用精细化智能控制手段来有效的降低能耗。譬如曝气鼓风机是电耗大户，占污水处理厂用电成本一半左，若采用基于模型算法的智能曝气控制系统的话，可节能电耗10%-20%左右。

3、加强管理决策，提高信息化管理手段

随着现代企业制度的建立，污水处理厂对管理决策的需求也越来越高，需要对全厂进行实时地、动态地监视，用信息化的手段，科学合理、经济有效的方法，达到管理、调度、控制的目的，为运行管理决策提供依据，实现社会效益的最大化，因此需要建立厂级信息化管理平台。

4、保障人员安全，增加智能化检测方法

污水处理厂会产生有毒有害气体，及易造成人员伤害，例如地下式污水处理厂生物反应池盖板下观察生物反应池水面曝气状况，目前只能采用目视观察法观察生物反应池水面曝气状况，会增加了操作人员的工作强度及危险性。因此需要增加智能化检测手段来代替人工，对污水处理厂进行监视。

结束语

对污水处理系统进行监控与控制的自动化设计时，每道工艺均由一个或者若干个构筑物、设备组成，各工艺环节均留有一定的系数，通过监控各个设备运行参数及进出水指标，就能发现污水在本艺环节的处理能力和处理效率，在稳定运行时，能够预测污水处理各环节的指标，提前预测出水指标，如果系统进水指标偏差较大，可以根据设计处理能力和以往的处理经验来判断系统承受能力，以便提早预警，这些对大数据应用来说，非常容易。