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隨著電子信息技術(shù)及污水處理行業(yè)自身的迅速發(fā)展，自控系統(tǒng)逐漸應用到污水處理過程檢測過程中，并取得了良好的效果。采用自控系統(tǒng)后，不僅大量節(jié)約了生產(chǎn)運營成本、節(jié)約了資源，更主要的是由于自控系統(tǒng)采用了“集中管理、分散控制”的原則以及先進的PID算法、模糊控制等理論，使得污水處理運營起來更容易做到精確控制，有效的避免了很多失誤，這都使得它在污水行業(yè)有更廣闊的發(fā)展空間，同時也給我們自動化公司帶來良好的發(fā)展機遇。
城市污水的處理方法，按原理可分為物理處理法、化學處理法和生物處理法三類。
物理處理法：利用物理作用分離污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)的處理方法，主要有篩濾法(格柵、篩網(wǎng))、沉淀法(沉砂池、沉淀池)、氣浮法、過濾法(快濾池、慢濾池等)和反滲透法(有機高分子半滲透膜)等。
化學處理法：利用化學反應分離污水中的污染物質(zhì)的處理方法，主要有中和、電解、氧化還原和電滲析、氣提、吸附、吹脫、萃取等。
生物處理法：利用微生物的代謝作用，使污水中呈溶解性、膠體狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無害物質(zhì)的處理方法。主要可分為兩大類：利用好氧微生物作用的好氧氧化法和利用厭氧微生物作用的厭氧還原法。好氧氧化法廣泛用于處理城市污水，主要有活性污泥法(氧化溝、曝氣池等)，生物膜法(生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池、接觸氧化法等)；厭氧還原法主要有厭氧塘，污泥的厭氧消化池等。
污水處理工藝流程一般包括機械處理系統(tǒng)、污水生化處理、深度處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)4部分。
1、機械處理系統(tǒng)：機械(一級)處理工段包括格柵、沉砂池、初沉池等構(gòu)筑物，以去除粗大顆粒和懸浮物為目的，處理的原理在于通過物理法實現(xiàn)固液分離，將污染物從污水中分離，這是普遍采用的污水處理方式。機械(一級)處理是所有污水處理工藝流程必備工藝(盡管有時有些工藝流程省去初沉池)，城市污水一級處理BOD5和SS的典型去除率分別為25％和50％。在生物除磷脫氮型污水處理廠，一般不推薦曝氣沉砂池，以避免快速降解有機物的去除；在原污水水質(zhì)特性不利于除磷脫氮的情況下，初沉的設置與否以及設置方式需要根據(jù)水質(zhì)特性的后續(xù)工藝加以仔細分析和考慮，以保證和改善除磷除脫氮等后續(xù)工藝的進水水質(zhì)。
2、污水生化處理：污水生化處理屬于二級處理，以去除不可沉懸浮物和溶解性可生物降解有機物為主要目的，其工藝構(gòu)成多種多樣，可分成活性污泥法、AB法（生物吸附氧化法）、A/O法（生物脫氮工藝）、A/A/Ｏ法（生物除磷脫氮工藝）、SBR法（序列間歇式活性污泥法）、曝氣池法、氧化溝法、穩(wěn)定塘法（通過水塘中的“藻菌共生系統(tǒng)”進行廢水凈化）、土地處理法等多種處理方法。石家莊橋西污水處理廠16萬噸/日污水處理項目采用的是微型曝氣池法；而安國污水處理廠采用奧貝爾氧化溝處理工藝。
生物處理的原理是通過生物作用，尤其是微生物的作用，完成有機物的分解和生物體的合成，將有機污染物轉(zhuǎn)變成無害的氣體產(chǎn)物(CO2)、液體產(chǎn)物(水)以及富含有機物的固體產(chǎn)物(微生物群體或稱生物污泥)；多余的生物污泥在沉淀池中經(jīng)沉淀池固液分離，從凈化后的污水中除去。
A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的條件下（O段），被硝化菌硝化為硝態(tài)氮，大量硝態(tài)氮回流至A段，在缺氧條件下，通過堿性厭氧反硝化菌作用，以污水中有機物作為電子供體，硝態(tài)氮作為電子受體，使硝態(tài)氮被還原為無污染的氮氣，逸入大氣從而達到最終脫氮的目的。
硝化反應：NH4+＋2O2→NO3－＋2H++H2O
反消化反應：6NO3-＋5CH3OH（有機物）→5CO2↑＋7H2O＋6OH-+3N2↑
在污水生化處理過程中，影響微生物活性的因素可分為基質(zhì)類和環(huán)境類兩大類。基質(zhì)類包括營養(yǎng)物質(zhì)，如以碳元素為主的有機化合物即碳源物質(zhì)、氮源、磷源等營養(yǎng)物質(zhì)、以及鐵、鋅、錳等微量元素；另外，還包括一些有毒有害化學物質(zhì)如酚類、苯類等化合物、也包括一些重金屬離子如銅、鎘、鉛離子等。環(huán)境類影響因素主要有：
◆ 溫度：溫度對微生物的影響是很廣泛的，盡管在高溫環(huán)境(50℃～70℃)和低溫環(huán)境(-5～0℃)中也活躍著某些類的細菌，但污水處理中絕大部分微生物最適宜生長的溫度范圍是20-30℃。在適宜的溫度范圍內(nèi)，微生物的生理活動旺盛，其活性隨溫度的增高而增強，處理效果也越好。超出此范圍，微生物的活性變差，生物反應過程就會受影響。一般控制反應的進程最高和最低限值分別為35℃和10℃。
◆ PH值：活性污泥系統(tǒng)微生物最適宜的PH值范圍是6.5-8.5，酸性或堿性過強的環(huán)境均不利于微生物的生存和生長，嚴重時會使污泥絮體遭到破壞，菌膠團解體，處理效果急劇惡化。
◆ 溶解氧：對好氧生物反應來說，保持混合液中一定濃度的溶解氧至關(guān)重要。當環(huán)境中的溶解氧高于0.3mg/l時，兼性菌和好氧菌都進行好氧呼吸；當溶解氧低于0.2-0.3mg/l接近于零時，兼性菌則轉(zhuǎn)入?yún)捬鹾粑^大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧菌(多數(shù)為絲狀菌)還可能生長良好，在系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢后常導致污泥膨脹。一般的，曝氣池出口處的溶解氧以保持2mg/l左右為宜，過高則增加能耗，經(jīng)濟上不合算。
在所有影響因素中，基質(zhì)類因素和PH值決定于進水水質(zhì)，對這些因素的控制，主要靠日常的監(jiān)測和有關(guān)條例、法規(guī)的嚴格執(zhí)行。對一般城市污水而言，這些因素大都不會構(gòu)成太大的影響，各參數(shù)基本能維持在適當范圍內(nèi)。溫度的變化與氣候有關(guān)，對于萬噸級的城市污水處理廠，特別是采用活性污泥工藝時，對溫度的控制難以實施，在經(jīng)濟上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通過設計參數(shù)的適當選取來滿足不同溫度變化的處理要求，以達到處理目標。因此，工藝控制的主要目標就落在活性污泥本身以及可通過調(diào)控手段來改變的環(huán)境因素上，控制的主要任務就是采取合適的措施，克服外界因素對活性污泥系統(tǒng)的影響，使其能持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)揮作用。
實現(xiàn)對生物反應系統(tǒng)的過程控制關(guān)鍵在于控制對象或控制參數(shù)的選取，而這又與處理工藝或處理目標密切相關(guān)。
溶解氧是生物反應類型和過程中一個非常重要的指示參數(shù)，它能直觀且比較迅速地反映出整個系統(tǒng)的運行狀況，運行管理方便，儀器、儀表的安裝及維護也較簡單，這也是近十年我國新建的污水處理廠基本都實現(xiàn)了溶解氧現(xiàn)場和在線監(jiān)測的原因?！?/P>
3、深度處理系統(tǒng)：三級處理是對水的深度處理，現(xiàn)在的我國的污水處理廠投入實際應用的并不多。它將經(jīng)過二級處理的水進行脫氮、脫磷處理，用活性炭吸附法或反滲透法等去除水中的剩余污染物,并用臭氧或氯消毒殺滅細菌和病毒,然后將處理水送入中水道，作為沖洗廁所、噴灑街道、澆灌綠化帶、工業(yè)用水、防火等水源。
4、污泥處理系統(tǒng)：污水處理工藝的作用僅僅是通過生物降解轉(zhuǎn)化作用和固液分離，在使污水得到凈化的同時將污染物富集到污泥中，包括一級處理工段產(chǎn)生的初沉污泥、二級處理工段產(chǎn)生的剩余活性污泥以及三級處理產(chǎn)生的化學污泥。由于這些污泥含有大量的有機物和病原體，而且極易腐敗發(fā)臭，很容易造成二次污染，消除污染的任務尚未完成。污泥必須經(jīng)過一定的減容、減量和穩(wěn)定化無害化處理井妥善處置。污泥處理處置的成功與否對污水廠有重要的影響，必須重視。如果污泥不進行處理，污泥將不得不隨處理后的出水排放，污水廠的凈化效果也就會被抵消掉。所以在實際生產(chǎn)過程中，污水處理過程中的污泥處理也是相當關(guān)鍵的。污泥問題必將成為中國下一階段重要的環(huán)境問題，各界應加強對污泥處理處置問題的重視，并使污泥處理處置的若干認識誤區(qū)得以澄清，進而幫助和促進有關(guān)技術(shù)路線和技術(shù)政策的制定，使城市污水處理行業(yè)得以健康發(fā)展。
二、控制方案（以安國污水項目為例）
城市污水處理廠一般有以下幾個檢測參數(shù)：BOD（生化需氧量）、COD（化學需氧量）、SS（固體懸浮物）、NH3-N（氨基氮檢測）、MLSS（污泥濃度）、DO（溶解氧）、PH值、溫度、流量、液位等等。
以安國污水處理廠3萬噸/日自控系統(tǒng)為例：全廠分為兩級控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場控制級和中央監(jiān)控管理級。根據(jù) “集中監(jiān)測，分散控制”的控制原則，由廠級中央監(jiān)控工作站和現(xiàn)場分散控制站通過工業(yè)以太網(wǎng)絡共同組成全廠控制系統(tǒng)網(wǎng)。
現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)與中央監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖為介質(zhì)的工業(yè)以太網(wǎng)絡通過交換機連接，通訊速率為100MB/S。通訊網(wǎng)絡采用開放式的結(jié)構(gòu)及目前國際上主流的TCP/IP通訊規(guī)約，可以非常方便地與其他標準網(wǎng)絡相兼容。
污水處理控制系統(tǒng)設置1臺廠級中央控制操作站和1臺工程師站，互為冗余配置，全部通過工業(yè)冗余交換機接入核心光纖網(wǎng)絡。為整個系統(tǒng)的監(jiān)控和管理核心?，F(xiàn)場控制站一共3套PLC站，分別負責污水預處理、氧化溝轉(zhuǎn)碟曝氣、出水參數(shù)檢測等工作。
污水處理工藝主要包括粗/細格柵控制、提升泵房控制、氧化溝轉(zhuǎn)碟曝氣機控制、污泥處理（一般有獨立的控制系統(tǒng)）等。
格柵控制
主要是粗格柵和細格柵的控制。自動控制情況下，根據(jù)格柵前后的超聲波液位計檢測到的液位差值，和用戶設定的差值進行比較，當檢測到的差值大于用戶設定的差值時開啟格柵運行，否則則關(guān)閉格柵運行。在檢測差值和設定差值之間相差不多或波動狀態(tài)下通過死區(qū)處理的方式保證格柵狀態(tài)不變。另外，格柵還可以根據(jù)時間控制，用戶設定的等待時間到后啟動格柵，運行時間到后停止格柵。在手動控制情況下通過確認用戶可以直接啟動或停止設備。
根據(jù)提升泵房液位的檢測值自動控制多臺泵組的輪值運行。當物位升高至某一設定值時，自動增加泵的運行臺數(shù)；當物位降低到某一設定值時，逐臺減少泵的運行臺數(shù)。同時，檢測各提升泵泵的累積運行時間，本著累積運行時間最短優(yōu)先運行的原則順序啟停，以保證各提升泵累積運行時間大致相等，、延長了提升泵的維護周期。當物位降到干運轉(zhuǎn)保護位置時，自動停止全部泵的運行，以保證各泵的安全。
為了保證泵的自動輪詢程序開始自動計算并分配一個標識號給每一個泵，按照對等使用的原則進行處理，也可以指定泵處于檢修狀態(tài)不參與自控。程序?qū)崟r檢測控制參考值的狀態(tài)，并有嚴格的保護連鎖程序和報警機制，以保證系統(tǒng)運行的安全性。
氧化溝轉(zhuǎn)碟曝氣控制
安國污水處理廠項目采用的是奧貝爾氧化溝，每個氧化溝均分為外溝、中溝、內(nèi)溝三部分，分別對應一個溶氧探頭檢測氧化溝中污水的溶解氧含量。當其溶氧含量低于某一設定值時，自動增加開啟的轉(zhuǎn)碟臺數(shù)；當其溶氧含量高于某一設定值時，自動減少開啟的轉(zhuǎn)碟臺數(shù)。為了適應生產(chǎn)工藝及日后設備維護的需要，我們采用了先進的輪詢控制理論，即通過對每臺轉(zhuǎn)碟定義其啟停順序ID，根據(jù)其ID標識的先后，依次順序啟停。
需要說明的是，每個氧化溝對應的10個轉(zhuǎn)碟中，8#、9#、10#三個轉(zhuǎn)碟為雙速轉(zhuǎn)碟，分為低速啟動和高速啟動；在輪詢過程時，根據(jù)電氣控制原則，不允許同時出現(xiàn)高、低速啟動同一臺轉(zhuǎn)碟。在下位PLC程序中要考慮增加保護措施。
安國污水處理廠每個氧化溝均裝有10臺轉(zhuǎn)碟曝氣機，其中外溝裝有6臺，中溝及內(nèi)溝共用4臺。根據(jù)現(xiàn)場工藝的需要，外溝6臺轉(zhuǎn)碟采用的是“四用兩備”的控制模式，中（內(nèi)）溝4臺轉(zhuǎn)碟采用了“兩用兩備”的控制方式，具體控制流程可參照圖4、圖5所示：
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