摘要：随着社会的发展，可持续发展已经成为了人们日益关心和研究的问题。在城市发展过程中，不可避免的会产生污水，而做好污水处理工作对于城市的生活环境来说至关重要。本文将对城市污水处理的发展现状进行阐述，对曝气技术的运用意义进行探讨，通过分析曝气节能技术的试验和控制细节，希望为曝气技术在污水处理中的发展提供帮助。
关键词：电气自动化控制技术；污水处理；曝气量控制；应用
引言
电气自动化技术包含了自动化的控制技术、电子技术以及电力系统所依赖的IT技术等先进技术，而曝气量作为污水处理中对好氧工艺进行调节的可靠参数值，对于实现污水处理也有着重大效用。据此，本文对于污水处理中曝气量控制运用在电气自动化控制技术中的具体方法分析，也有着十分深刻的现实意义。
一、城市污水处理曝气技术概述
目前，我国的城市污水处理的曝气技术要依靠鼓风曝气系统实现。鼓风曝气系统总体来说较为复杂，组成的构件较多，其工作原理为：首先，空气要经由曝气通道进入到曝气器中，在曝气器中，空气会形成一些气泡。由于空气扩散设备产生的作用，这些气泡的大小和形状都有不同，而气泡大小的不同也决定了鼓风曝气系统的类型不同。这些气泡会在水中不断上升，最终，在浮出水面的刹那发生破裂，而氧气则通过气泡上升的过程，最终达到了进入污水的目的。气体在进入曝气器之前，已经受到了加热处理。这种处理是通过通道内的接触和鼓风机在运行过程中进行压缩处理的结果。气体在曝气池内，会接受降温处理，从而受冷形成水珠，这些水珠经由收集管道排除。曝气器的分类主要有产生的气泡大小决定，大气泡曝气器释放气泡的空洞较大，而微气泡系统释放气泡的方式主要是通过多孔材料来进行释放。两者相比较，大气泡曝气系统的优点是对于氧气的转移效果更好，但由于通常都设置在曝气区下部的位置，所以不容易进行清洗，同时也很容易造成堵塞。而小气泡系统相比来说效率更高些，这是由于微气泡对于微生物的破碎作用较小，需要的空气量也不大，清洗起来也要比大气泡曝气器的清洗更加容易，但相对来说氧气的转移效率要低些，同时对于材料和使用时间也有比较严格的要求。
二、电气自动化技术在污水处理中的应用现状
污水处理的方式有多种，主要包括厌氧生物处理技术、好氧生物处理技术、离子交换树脂处理技术、反渗透工业污水处理技术、电气自动化污水处理技术等。其中厌氧生物处理技术虽然已经进行了第二代、第三代的升级，具有是增大了高径比，加快了上升流速，经过处理的污水质量也有所提升。
好氧生物处理技术也具有高负荷转化利用空气中氧含量，加快微生物代谢速度，减少泥污量的作用。离子交换树脂处理技术具有处理重金属的功能，可以将排出来的污水置换为冷却水，以达到回收再利用的环保、可持续的效果。膜分离技术具有分离精华功能和浓缩功能，具有流程简单、节约电量、操作便捷的优点。
在工业污水处理中，上述几种技术都被因地制宜的使用，污染它们拥有上述不同的技术优势，但是与电气自动化技术相比，均有自动化不足的劣势，即没有完全自动化。
电气自动化技术在污水处理中的优势在于，能够全自动化，犹如全自动洗衣机一样，即该技术无需人力，仅仅需要借助电脑、监视器、中央控制设备等远程一起对工作区域的各类设备进行控制，通过预设程序即可完成处理污水的任务。
该项技术应用于污水处理技术中有利于减少人力成本，可以集中人力做出污水处理以外的工作。这项技术在大型工业生产基地更为适用，能够高效处理污水，降低处理的人力、物力、经济成本，实现工业效益的最大化。
三、电气自动化控制技术的应用
3.1温度和曝气系统充氧的关系
水温的变化也可以对曝气系统产生影响，具体来说当水温发生变化的时候，水的物理性质也会发生改变，从而氧气在水中的传播速度和溶解性能也会收到相应的影响。当水的温度减小的时候，水中的粘度变大，分子的活动能力减弱，液膜厚度将会增大，从而导致氧气的传播速度下降，但此时相对应的是氧气的饱和溶解度会升高。所以氧气的饱和溶解度和氧气的传输速度之间呈现出负相关的关系。在进行试验的时候，要注意这种负相关关系，选择合适的温度区域确保试验的效果。
3.2流量仪表的应用
在对污水进行处理的过程中，流量仪表同样发挥着非常重要的功能，能够对污水处理的进出水量、污泥回流量以及曝气量等关键参数起到监测的目的，进而使污水处理设备额运行条件得到控制，同时给污水处理设备运行的状况进行评判提供参考，促进污水处理经济效益的提升。比较常用的流量仪表包括电磁流量计、超声波流量计和压差式流量计等，通过多个不同的工艺化解能够实现对流量进行监测的目的，进而促进污水处理设备运行的稳定性和安全性。
3.3化学需氧量分析仪的应用
在对污水处理效果进行衡量时，化学需氧量是其中非常重要的衡量指标。所谓化学需要量指的使在一定的条件状况下，污水强氧化剂在单位体积中所消耗的总量，它使对污水中有机物含量进行衡量的重要参数。所以，在对污水进行处理的过程中，要强化对COD指标的测定，这对于污水处理工艺流程的调节以及污水处理效果的提升都具有非常重要的指导价值。
3.4溶解氧仪的应用
从当前对污水进行处理的过程来看，得到广泛应用的主要有活性污泥法、好氧厌氧微生物处理法以及生物膜法等。而水中溶解氧则是使微生物可以维持正常生命活动的重要影响因素之一，因此，监测水中的溶解氧，对于微生物活性的保持具有十分主要的帮助，同时可以为曝气量的调节提供科学的依据，有助于避免出现止活性污泥法中污泥丝状膨胀问题，促进污水处理效果的提升。从构成来看，溶解氧仪可以分成变送器和传感器两个部分，因此在对其进行使用时，一定要对溶解氧仪的安装位置给予关注，确保仪器测量的准确性。
3.5精准化曝气控制
精准化曝气控制是一种精准化、经济化、自动化的控制策略是将污水处理工艺、自动化控制和计算机三种技术通过以建立数学模型的方式予以实现的综合性智能化控制技术该控制方式主要是通过引入水质监测信号作为前馈信号提前选择控制策略并动态确定各曝气池溶解氧和空气流量设定值的分配洛池溶解氧和曝气量的调节主要通过电动调节阀实现总曝气量主要通过分配鼓风机的投入数量及导叶开度或变频器完成压力信号作为安全和分配的限制条件这些过程控制参数通过仪器仪表输入到PLC后进入计算机的数学模型经过分析计算下达调控指令实现对曝气控制精准化。
四、电气自动化控制技术运用于曝气量控制中的具体方法
电气自动化的控制技术在污水处理厂的曝气量控制中的应用方法是多样的，简要概括起来主要有以下方法：
4.1关于横曝气量的控制方法
横曝气量的控制指的是通过对曝气池内部供气量保持恒定的供应，制定出一些合适的策略。此种方法在污水处理厂的应用是较为普遍的。但是由于该项方法在策略的制定上并不能对进水的水质、水量、曝气池内溶解氧、昼夜温度以及其他能够产生的因素起到一个综合考虑的效果，所以该方式也更加适用于水质、进水量以及相关生产工艺更为稳定的处理环境中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而要实现恒曝气量的控制，则需要通过安装空气流量计的方法完成，首先布设好空气流量的装置，将其输出的信号作为由PLC所控制的信号，接着将PID的控制器引入其中，利用对风机或是已经在空气管线上安装好的电动阀门实施控制任务，从而使供气量能够达到预先的PLC设定值，并且使之保持一个稳定、恒定的控制状态。
4.2恒溶解氧的分布控制方法
溶解氧的串级控制也是电气自动化技术在曝气量控制中的重要应用内容。这种操作方式是随着仪表、仪器的逐步完善而发展起来的新型技术，主要依赖于关于溶解氧的检测仪器的功能。该仪器能够对所需处理的污水展开普遍的适用，并且溶解氧物质也可以作为一项重要的参数内容，能够在曝气量的控制中进行参与，并且起到一定的控制效用。目前，该方法也在企业管理的工作中得到了越来越广泛的运用。
对污水需氧生物进行处理的工艺手段是多样的，在不同的曝气系统中也有所区分。以常见的推流式来说，技术人员将溶解氧仪器安装在其反应器的末端位置上，便可以实现对于曝气系统的状态探测。但是通常情况下，一台溶解氧仪器是无法满足整个曝气系统的状态反应的，所以在具体环境中，通常采用将曝气池区域进行分段隔开后者划分开的方式来完成小范围的反应检测。这种分布方式也能够实现在一定数量范围内的关于溶解氧的过程检测，并及时建立起溶解氧的曲线模型，以此实现管理者对于不同区域的曝气调节阀对于PID的控制调节。值得注意的是，因为溶解氧的分析检测仪器具有一定的滞后性特点，因而在对PID的各项参数进行设定时，技术人员要认真予以考虑，将PID的调节死区数值设置的更为合理，以此保障调阀的动作能够适应各项工艺调节的要求，并且对调节阀的频繁变动起到一个有效减少的效果。
4.3分时段的恒曝气量控制方式
该方式主要指的是在曝气量控制的前提下所制定出的一项优化策略。分时段的曝气量控制针对的是在一天中不同时段的进水量与水质具有规律性的变化，并且作出及时的控制，这项方法也被广泛地运用于城市的污水处理中。而要实现分时段的曝气控制，首先需要在不同的时间段内，根据所设定的不同调节流量，通过PID调节方式的实施，完成自动控制曝气量的目的。
在对调节阀进行操作调节的过程中，需要遵循一定的原则。简单来说有以下方面：其一，调节量要根据时间段来完成曝气量的设定，并且完成整点调节。其二，调节过程中，需要对实践段进行选定，那么可以选定的整点时间段（0：00-23：00）则可以有24个，为了避免在此过程中调节阀的频繁动作而给设备造成损害，那么在对流量值进行设定时，需要做到有意义的对应。其三，在设定过程中，这项控制策略也存在显著的缺点，这项缺点集中体现在对曝气量的控制工作上，要取得正确的曝气量数值则需要技术人员在不断的生产实践中，将好氧区的DO在各个工艺阶段的内容进行总结，对于不同的天气、不同时间以及不同季节的规律变化都要做到认真归纳。才能保证以此制定出最为正确、最优化的曝气设定值。在得出曝气量数值后，工作人员也要对曝气量所设定的曲线进行不断地修正，以此保障整个曝气量得到最为优质、节能的使用控制效果。
4.4溶解氧的串级控制方法
关于溶解氧的串级控制指的是通过对主控制器、从控制器进行引入的方式，实现设定溶解的氧动态参数的设定任务。而这个队曝气量进行自动调节的行为，主要是通过控制器完成。主控制器将收集到的水体氨氮信号以及其他信息进行汇总，并对各个曝气池内设定的溶解氧数值进行分配确定，再对各个区域内部的曝气阀实施PID控制调节。该方法主要将出水口的氨氮当做是主控制器进行信号传输的串级控制，但是由于此时的生化系统也出现了较大变化，所以这也是一种对于事后展开干扰的一项控制策略，带给出水氨氮具有波动性大的特点。当前这项技术在实际工作中的研究与应用趋势已经逐渐走上让进水参数引入到控制器之中，以此实现事前控制的效果这一方向，导致出水的指标波动状况也往往较为平稳。
4.5精准化的曝气量控制方法
此种方法是一种具有自动化、精准化、经济化的控制手段，通过计算机技术、自动化技术与污水处理技术相互结合起来，以此完成综合性的智能控制任务。其控制方式主要是通过构建数学模型而实现，并通过将水质监测的内容作为反馈信号，以此完成对于控制策略的预先选择，并且同步实现各个曝气池内的溶解氧与空气的流量值等分配任务的确定。对各个池内的溶解氧与曝气量进行调节的方法主要是通过电动的调节阀进行控制，而总曝气量的控制也需要投入一定数量的鼓风机、导叶开度或者是变频器，并将压力信号视为分配与安全的限制条件，由此可见。通过以上过程中对于控制仪表仪器中个性参数的控制，再利用这些参数数值经过PLC后传入到计算机建立的数学模型中，经过科学的计算与分析后，计算机再下达出控制的指令，通过上述一系列操作过程，便实现了对于曝气的精准化控制。
五、加强电气自动化技术在污水处理中应用的措施
1、加强对污水处理设备的改造。为了提高污水处理效率，需要增加脱水机和PLC柜，把新增的脱水机PLC柜的运行信号联到中控室，避免重新进行布线。使用交换机联接脱水间PLC柜，通过一根信号线接到中控室交换机。改造现场的配电线路，互锁了曝气机的二次控制回路，解决了中控室不能控制曝气机启停的问题。氧化沟的变频曝气机由于控制转换开关处在开关柜控制和机旁控制方式时，变频器模拟量4～20mA电流输入电路断开，使得不能输入变频器运行频率，变频器控制失效，不能运行。经研究，我们短接模拟量电流输入的转换开关控制回路，保证变频器的有效运行；变频器频率信号（模拟量）未能转化为运行信号（开关量）进而输出给PLC，使得上位机无法判断曝气机是否运行。经自动化人员改进后，只需给出变频器频率信号（模拟量）即可实现设备正常运行。
2、强化PLC源程序的修改、优化。电气自动化技术在污水处理运行中，采用的是巡检制度，将各分散值班点集中到中心控制室值班操作。所以必须对比较重要的报警参数根据实际情况做进一步修改。通过对PLC可编程控制器的源程序进行修改、编译，主要是启停液位、报警液位、逻辑控制、出水流量、加药间液位、提升泵站液位差等。不仅实现了设备按工艺流程运行的要求，而且机械设备运行的准确性、安全性有了很大提高，电气故障大为减少。故障点检查也很方便，降低了电气设备的故障率，使自动化运行更加稳定。
3、加强电气自动化技术的发展。我国现行电气自动化污水处理技术主要应用的控制技术主要集中在格栅单元控制、进水泵房单元控制、改良SBR池单元控制、鼓风机房单元控制、加氯间单元控制、脱水机房单元控制几种方式。国外的电气自动化污水处理技术较为发达，自动控制方式多于我国的控制方式。虽然现行的自动化污水处理技术发展较为滞后，距离实现真正的完全电气自动化污水处理技术具有一定的差距，但是随着科技的发展与研究的进步，未来污水处理结合电气自动化技术的发展趋向将是改善水质、降低耗能、提升效益。因此必须加强电气自动化技术的发展，未来电气自动化污水处理技术将是集计算机技术、信息技术、自动化技术、网络技术、智能化于一体的系统，水处理自动化控制的网络化作业、智能化将是未来发展的主导趋势，远程访问和管理也将逐渐应用到水处理中去。
结束语
随着国家对环境保护的重视，污水处理在城市发展中所起到的作用也越来越大。目前，我国的污水处理系统得到了很大的发展，在能源消耗方面有了明显的降低。在实际工作中，科研技术人员要对污水处理中的曝气系统进行科学认识，对曝气节能的技术原理，运行机制和未来发展方向进行广泛研究，注重污水的处理效果和减少能源的消耗，加强污水处理系统的可操作性，为我国污水处理工作的有效展开贡献力量。
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论文作者:李钜祥
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：污水处理论文; 曝气论文; 技术论文; 溶解氧论文; 气泡论文; 污水论文; 曝气池论文; 《电力设备》2018年第26期论文;