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摘要：污水处理工作对于一个城市而言具有十分重要的意义，污水处理关系到一个城市的环境卫生与城市健康，关系到广大人民群众的生产生活，是一项重要的公共服务与城市职能。污水处理厂改善水质、降低能耗目标的实现离不开电气自动化技术的改进与优化，通过合理利用电气自动化技术可解决控制水平低、能耗偏高等问题，实现环保效益、经济效益、社会效益的协调统一。基于此，本文主要对水处理电气自动化技术应用进行分析探讨。
关键词：水处理；电气自动化；技术应用
1、前言
随着中国工业化的不断发展，工业上产生的污水问题越来越严重，人们已经意识到加大环境保护是当代社会人士应该履行的责任，各个工厂也通过各种技术对污水的排放进行有效的处理，政府也不断加大对污水处理标准的政策，但是传统的污水处理方式已经满足不了越来越严苛的污水处理标准。采用自动化控制技术处理污水不仅能准确控制各项数据，并且能够以最快的反应作出处理，所以，应用自动化控制技术去处理污水成了各个化工厂最热门的话题。
2、工程概述
重庆市某污水处理公司是三峡库区首批启动的19个水环境治理项目单位之一，负责重庆郊区广阔区域的污水处理任务，处理后的水排入长江，直接保障三峡库区的水质安全。该公司于2011年建成投产，处理能力为旱季5×104m3/d，雨季8×104m3/d。污水处理厂进水中工业废水占60%，生活污水占40%。废水处理使用改良A2/O工艺，预处理过程包括粗格栅处理、细格栅处理、曝气沉砂池和辐流式初沉池等，后期使用紫外线消毒渠，污泥经浓缩脱水后运至专业填埋场进行填埋，系统工艺流程如图1所示。
图 1 污水处理工艺流程
A2/O工艺设置厌氧、缺氧和好氧3种工作环境，多种类微生物包括聚磷菌、反硝化菌、硝化菌和异养菌等能够有机配合，在脱氮除磷的同时去除有机物，并且丝状菌不会大量繁殖生长，污泥不会大量膨胀，但多种微生物共存在同一个活性污泥池中，对基质、泥龄等条件必然产生竞争，对出水水质造成影响。为此对A2/O工艺进行改良，加强工艺流程的控制，对NH4+-N、PO43--P、DO等进行实时测定，并根据参数情况实时调整工艺的HRT、混合液回流比等，最后保证系统出水水质满足一定要求
出于对A2/O工艺改良的需求，需要加强对BOD5、COD、总磷、氨氮等多参数的测量与监控，大大增加了工作量和人力投入，因此在二期工程中逐步增加自动控制系统对各参数进行在线测控操作，根据水质情况调整混合液回流比、HRT等，同时引入物联网技术加强对工作场所的参数监控，提高系统工作效率。
2、自动控制技术应用
2.1自动控制结构
该污水处理厂需要保持24h不间断运行，且各类建筑物分布区域较广，因此按照“集中管理、分散控制”的原则控制布局，使用微型计算机+可编程逻辑控制器的松耦合控制结构，共分3层结构，其一级控制站进行集中管理，在厂控制中心设监控中心，二级控制站为各区域的可编程逻辑控制器分站，第三级为工作现场控制设备，其结构如图2所示。
图 2 自动控制结构
图2中，自动控制系统通过工业以太网和光纤冗余环网传输数据信息和控制信息，使用监控中心、二级控制站和现场控制器等设备实现自动控制功能的分级分散。在监控中心进行工艺管理和自动控制，实时监控各设备工作状态、工艺流程参数。下设2个二级控制站，分别位于鼓风机房和污泥脱水间内，二级控制站1控制3个现场控制设备，分别为鼓风机房、生化池和变电所，二级控制站2分别监控紫外线消毒间、1号脱水机和2号脱水机。这种松耦合控制结构可提高系统的可靠性，即使监控中心出现故障，下级的分控站和现场控制设备也能独立延续原状态运行，降低了通信系统故障可能引起的失控风险。
2.2自动控制策略
由于季节差异、流量变化、水质特征等因素影响，处理流程的各种状态参数实时变化，需要根据状态和自动控制策略实时应对调整，系统中可编程逻辑控制器使用西门子S7-300系列，主要硬件配置包括PS307电源模块、CPU314中央处理器、SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块、SM311模块量输入模块和SM332模拟量输出模块等。通过S7-300系列监视系统各部分工作情况并酌情采取自动控制措施。各现场控制设备的自动控制策略如表1所示。
表 1 各控制部位的自动控制策略
表1为主要控制部位及其控制策略，在工程应用中系统各环节也有监控措施。如预处理系统中有2台螺旋输送压榨机和3台粗格栅，通过液位差值智能监控粗格栅运行状态，栅格初始状态按设定的周期运转，在粗栅格前后各安装1个超声液位差计，测定液位差后输入到自动控制系统中，根据液位差是否大于阈值判定粗格栅是否存在堵塞，如大于阈值则判定堵塞，系统自动控制除污机增大运转量，直至液位差小于阈值的80%后除污机恢复常态工作量。细格栅、沉砂池等部位也有相应的监控部位执行功能，通过智能监控和自动控制策略减少人力操作，提高系统的工作效率和可靠性。
动控制必须实时、准确地监控各部位工作状态，而物联网技术可实现传感器与网络的多方互联，是解决自动监视问题的较优策略。在自动控制系统中采用物联网进行从下到上感知层、网络层、应用层的架构，对应结构如图3所示。
图 3 物联网架构
感知层使用传感器进行专业监测，要求具备数字化、高精度和实时性；网络层使用工业以太网和光纤冗余环网将感知层的传感器数据传入到应用层，实现物理链路的互联互通，使用TCP/IP协议，保证数据交互的安全性和高速率；应用层对传感器数据进行汇总分析、图文展示，并配置相关的应用程序进行动态处理。感知层状态监控是实现自动化控制的关键依据，其主要监控数据如表3所示。控制中心汇总各种传感器数据，经整理分析可得整个生产流程的关键数据如耗电量、进出口水量等，并算出出口水质指标如BOD5、COD、NH3-N等。
4、结语
集合以上观点，在污水处理工作中引入与应用电气自动化技术，是污水处理技术水平的改进与提高措施，是将现代科技元素融入污水处理技术当中而对污水处理工作进行的优化与调整。当今时代是一个科技化飞速发展的时代，科技在生产生活各个领域中的应用是一个总体的趋势，而对于各行各业来说，积极地利用科技进步带来的技术优势，与时俱进，进行技术革新与研发，以全新的姿态迎接与融入这一趋势，才能在未来的发展中谋求更大的发展空间。
污水处理工作是关系到国计民生的重要工作，而且工作任务繁重、环境恶劣，将现代科技元素有效的应用于污水处理工作中，可以有效改善污水处理工作的效率，降低污水处理工作的难度，因此，对于电气自动化在污水处理工作中的技术领域的研究具有十分重要的意义。本文对于这一课题的研究是概括性的，不够全面的，不过希望能抛砖引玉，通过探索与推进使得这一领域的技术探讨得到发展与推动，为我国污水处理工作技术水平的提高提供帮助。
参考文献：
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[2]赵路平.基于污水处理厂电气自控系统分析与研究[J].中国电子商务，2014(19):67.
[3]白龙.电气自控系统在污水处理厂的运用[J].数字技术与应用，2014(4):23.
论文作者:徐寅虎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/31
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