摘要：国内传统污水处理设备多以人工手动操作完成，污水处理效率低下，安全隐患多。而且以手动操作与人工经验进行控制，存在诸多缺点，如信息分散、实时反馈差、效果不理想等。随着科学技术的发展，我们利用计算机自动控制系统进行污水处理是非常必要的。这样不仅可以提高污水处理效率，而且更加安全环保，还能节省资源。
关键词：自动控制；PLC；污水处理；水质PH值
0 引言
中国处于污水处理行业初级阶段主要有两方面原因：第一，由于我们的污水处理设备与发达国家相比存在明显的差距，再加上我国工业发展迅猛、用水量大，所以污水处理的速度远跟不上排放的速度，导致了污水处理效率底下。第二，我国对污水处理的政策法律法规体系还不够完善，与发达国家相比污水处理的积极性不高，应当积极推行污水处理的市场化与经济化，采用较多的激励机制来促进污水处理的发展。污水处理行业是一个有潜力、可持续的绿色产业，具有非常重要的意义。
1 污水处理水质标准
根据我国相关规定，污水处理的水质一般分为三个标准，对水质的要求有着相应的指标。本文着重介绍的水质指标有：化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD2）、浊度或者悬浮物（SS）、总氮量（N）、总磷量（P）、色度、酸碱度（PH）和大肠杆菌群数等。对于各种产生渠道不同的污水分为生活污水和工业生产污水，对他们的排放也有着不同的标准。对于污水排放的地点，水域也有不同的规定。总之对于污水的排放根据污染的不同程度会有三个不同的标准，具体污水水质参数与标准如下表1所示。
表1 水质等级划分表
2 CASS工艺
CASS是周期循环活性污泥法的简称，CASS（Cyclic-Activated-Sludge-System）工艺是目前国际上污水处理行业中运用较多，也是比较先进的一种污水处理工艺。CASS的反应池可分为预反应区和主反应区两个区域。污水通过进水口首先进入预反应区中，此时向预反应区内通入空气，这个过程称之为曝气过程，然后污水中的微生物与生物酶进行结合，可溶性有机物得到有效吸附，同时微生物中的菌得到抑制，从而很好的防止污泥膨胀，水质的PH值，水质等得到一个缓冲的过程。然后进入主反应池中，经历一个有效的降解过程，通过滗水器的作用将沉淀与清水分离。CASS工艺是一个一体化的过程，整个过程在一个反应池内进行，经历进水、曝气、沉淀、排水等过程，并且使微生物经历了有氧、无氧等环境，让其代谢环境发生变化，从而去除这些微生物使水质得到改善。CASS工艺同时具有较好的脱氮除磷功能，整个过程在同一时间段和固定的一个区域中进行，省去了常规的污泥回收设备与沉淀池等设备，节省空间与资源；同时可连续进水、间断排水。对于一般的污水在进入CASS反应池前需要进行预处理，首先让污水通过粗格栅、细格栅以及沉淀池，将体积较大的废物以及部分泥沙去除，然后经过预处理的水才可以进入CASS反应池。
3 PLC污水处理控制系统设计
PLC污水处理控制系统组成：加药加氯分站PLC1（包括反应池，沉淀池的控制及PLC1-01子站），配电间分站PLC2（包括送水泵房，反冲洗泵房及滤池#1~#6子站）。
（1）PLC1功能描述
加药间分站PLC1的控制及检测范围包括以下内容：低压系统配电柜中各个断路器的工作状态，低压配电柜进线电流、电压信号以及各个其他设备的运行状态。进水泵房、粗格栅等主要设备运行状态及仪表检测信号。根据水位差信号（或定时）自动控制粗格栅的开停，根据水位信号自动控制进水泵开停及轮换运行。
加药间PLC1的检测范围包括以下内容：进水流量、进水浊度、进水PH值等。沉淀池出水浊度等。加药间主要设备的运行状态信号以及各个仪表信号。根据程序自动控制反应池排泥阀和沉淀池刮泥机的运行，根据进水流量、浊度、PH值等程序控制加药计量泵的运行及调节。
PLC1站模块接口：此接口包括AI（模拟输入）、AO（模拟输出）、DI（数字输入）和DO（数字输出）四部分，其中AI模块包括进水浊度、进水流量和出水浊度；DI模块包括刮泥机、清污机以及螺旋压榨机的各种启停信号、故障信号等，DO模块包括刮泥机正转信号、反转信号、刮泥机停止信号和清污机的启停信号等。
（2）PLC2功能描述
配电中心分站PLC2的控制及检测范围包括以下内容：高压系统配电柜中各个断路器的工作状态，高压配电柜进线电流、电压信号以及各个其他设备的运行状态，水泵电机的电流、电压、无功电度及有功电度等。
出水水质的检测包括：出水流量、出水压力、出水浊度、出水PH值、出水余氯等。
滤池子站的检测范围包括以下内容：
一、每格滤池的水位信号。
二、送水泵房的送水泵等主要设备的运行状态信号以及各个仪表信号，根据出水压力（或程序）自动控制送水泵的开/停、变频控制及轮转运行。
三、反冲洗泵房的冲洗泵、鼓风机、空压机等主要设备运行状态及仪表检测信号，根据滤池水位或者水位差信号自动控制滤池的运行和反冲洗。
程序控制每格滤池自动运行。
PLC2站模块接口：此接口包括AI（模拟输入），AO（模拟输出），DI（数字输入）和DO（数字输出）四部分，其中AI模块包括出水流量，出水压力，出水余氯，出水PH，出水浊度，水泵出水压力，清水池水位等信号；AO模块包括1#、2#的水泵频率调节信号；DI模块包括1#~4#水泵以及排污泵的手自动切换信号、启动停止信号、故障信号等，DO模块包括1#~4#水泵以及排污泵的开停信号。
4 水质PH值的控制
污水经过一系列的工艺流程处理，最终流入生物反应池，与水中微生物发生反应进行沉淀，由于微生物经过生物反应之后沉淀下来，再加上微生物的代谢产生的物质，生物池中的水质总体呈酸性。根据污水排放指标的要求，最终经过处理的污水的PH值应该达到6~8左右，这就需要我们对处理过的污水加入碱性物质来中和它的酸性物质以便达到上述要求。在水质PH值的控制上，通常采用加药泵加入碱性物质下进行，由于加药泵是用电机驱动的，所以电机转速的稳定性、抗干扰能力与加药速率有着非常密切的关系，电机响应的实时性与水质PH值变化息息相关。PH值自动调节仪采用整机结构采用一体化设计，安装方便、操作简单。用户只需要将执行机构（加药泵、搅拌机等）接入相应的端口便可以调节水质的PH值。
由于水质PH值变化复杂，容易受外界环境因素干扰，所以对其控制必须采用闭环有反馈的方式来增强被控对象的抗干扰能力，经典PID控制是一种闭环有反馈的控制理论，对于水质PH值的调节有着一定的效果。
结语
随着我国工业现代化技术的发展，自动控制系统和计算机远程控制越来越受到人们的青睐，将 PLC 自动控制技术应用于污水处理中可以实时监视并控制污水处理流程各个环节的基本状态，从而使系统更加便于维护和管理，并节省了大量的人力物力。污水处理自动控制系统在实际应用过程中还需要不断开展和完善，一套安全、方便、成本低、效率高，可行性强的污水处理自动控制系统是今后污水处理的发展趋势。
参考文献：
[1]彭红涛.基于PID恒液位系统在污水处理中的应用[J].给水排水，2015，（4）：112
[2]蒋耘玮，王小艺，魏伟等.基于抗扰动-模糊PID污水处理控制方法研究[J].计算机与应用化学，2013，30（7）：748-752.
论文作者:李雪强,杨培周
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/17
标签：污水处理论文; 信号论文; 水质论文; 污水论文; 浊度论文; 滤池论文; 泵房论文; 《基层建设》2018年第25期论文;