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自動化控制系統處理城市生活汙水
添加時間:2017.05.29

  城市生活污水是城市发展过程中的产物,早期的城市生活污水处理主要是通过污水收集系统排放到附近下游水体之中,利用水体的稀释以及水体自净作用来进行简单的处理,但是随着我国国民经济的迅猛发展,城市规模不断扩大,人口数目增长迅速,随之而来的是城市生活污水的水量不断加大,水质也越来越复杂,仅仅依靠稀释及水体自净作用处理过的污水已经无法满足达标排放的要求,会对下游水体产生较大的污染和影响。在这种情况下,我們就不得不采取措施加大对城市生活污水的处理力度,以改善不断恶化的水环境污染趋势。

  在城市汙水處理廠的管理方面,早期主要是由技術人員現場檢測、調試,由于處理廠的處理構築物較多,需要進行實時檢測的項目指標多而複雜,例如:進出水pH值、進水流量、曝氣池溶解氧量等等,如要對這些指標逐一實時檢測,無疑會耗費大量的人力物力。隨之我國工業化進程的迅速發展,自動控制系統漸漸應用到汙水處理工藝過程監測過程當中,並且取得了相當好的效果,既節省了人力資源又節約了能源,有著廣闊的發展前景。近年來,各地相繼利用外資建設了一批城市汙水處理廠,將先進的工藝及設備引進國內,在提高工藝設備技術水平的同時,控制系統和管理水平也有了很大的提高。結束了以往汙水處理全部用人工或簡單的電器控制的落後局面。

  發達國家在二級處理普及以後投入大量資金和科研力量加強汙水處理設施的監測、運行和管理,實現了計算機控制、報警、計算和瞬時記錄。美國在20世紀70年代中期開始實現汙水處理廠的自動控制,目前主要汙水處理廠已實現了工藝流程中主要參數的自動測試和控制。80年代以來在美國召開了兩次水處理儀器和自動化的國際學術會議,會上發表的數百篇論文反映出水處理自動化已發展到實用水平。與國外相比,我國汙水處理自動化控制起步較晚,進入90年代以後汙水處理廠才開始引入自動控制系統,但多是直接引進國外成套自控設備,國産自動控制系統在汙水處理廠應用很少。

  湛江市赤坎水質淨化廠簡介
  
  本文以廣東省湛江市赤坎水質淨化廠爲例,簡要介紹了自動化控制系統在該廠汙水處理工藝過程中的應用情況,並提出了尚需解決的問題。

  赤坎水質淨化廠是湛江市的重點工程,一期工程日處理量爲5萬噸/天,主要生物處理工藝采用的是“A2/O微曝氣氧化溝”法。該廠的處理工藝流程如下:

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  該廠采用的自動化控制系統主要包括以下幾個部分:中央控制室監控設備,可編程控制器(PLC)部分,檢測儀表部分,避雷部分,閉路監控部分。目的在于使廠方能夠及時了解和掌握汙水廠處理過程的運行工況、工藝參數的變化及大小、優化各工藝流程的運行,保證出水水質,降低處理成本,節省能耗,提高運行管理水平,使汙水處理廠能長期正常穩定地運行,取得最佳效益。

  系統控制說明
  
  該廠主要在以下工藝過程中設置了自動控制系統:

  1.在粗、細格柵前後均設置了超聲波液位差計,並在現場及中央控制室電腦顯示器上實時顯示粗、細格柵前後液面的液位差值。根據本廠的處理水質水量設定了工藝值,當前後液位差值大于或等于該工藝值時,可以自動實現對粗、細格柵的連鎖啓停。

  2.在進水管中安裝了電磁流量計,實時測量進水流量並在現場及中央控制室電腦顯示器上顯示預處理進水泵站的液位值,並自動根據該液位值的高低控制三台進水提升泵的啓停,使三台提升泵的運行時間基本上保持平衡,並在電腦上顯示出各台提升泵的啓停狀態。在調節池中設置了pH計,可以測定瞬時進水pH值,以反映進水水質是否符合處理要求。進水pH值的設定要求範圍是4.0~9.0,當進水pH值不在此範圍內時,中控室電腦上會發出聲光報警信號,並自動關閉進水閘門,以保證出水水質。

  3.在氧化沟厌氧池中设置氧化还原电位(ORP)在线测定仪一台,在缺氧池及好氧池中分别设置溶解氧(DO)在线测定仪两台,在现场及中控室电脑上均可实时显示测定值,本厂的氧化沟厌氧池ORP一般在-200mv左右;缺氧池DO一般在1.0 mg/L左右;好氧池DO一般在2.0~2.5mg/L左右。当监测到的实时值不在设定值范围内时,中控室电脑上会发出声光报警信号,工作人员可据此决定鼓风机开启的台数和曝气量,在保证溶解氧在正常范围内的基础上为用户节省了能源消耗。并通过切换主机、副机的运行状态,使三台鼓风机的累计工作时间基本相等。

  4.在好氧池中設置汙泥濃度計兩台,實施監測好氧池中的汙泥濃度,當池中汙泥濃度較大時,會及時減少二沈池中的汙泥回流量,增加排泥;當濃度較小時時,會適當增加汙泥回流量。以上控制過程均可以在中央控制室內根據監測數據進行遠程控制。

  5.在二沈池中設置一台泥位計,當在線監測泥位值偏高時,可自動調節刮吸泥機、排泥設備,將剩余汙泥外排,防止沈澱汙泥發生腐敗。

  6.在出水池中設置pH計、COD在線測定儀、汙泥濃度計各一台,並在現場及中控室實時監測顯示測定值,工作人員可隨時掌握出水水質情況,並判定出水是否達標排放。赤坎水質淨化廠出水要求達到國家二級標准。

  總體評價及存在的問題
  
  本廠所采用的汙水處理自動化控制系統借鑒了國內外先進的計算機軟、硬件技術,控制理論及算法,實現了汙水處理全過程自動智能控制,節省了人力資源,能夠及時、准確地反映工藝過程中各個工藝參數的變化情況,並通過聲光報警,數據溢出時自動暫停設備等方式提醒工作人員根據參數變化及時做出調整對策,保證整套處理過程長期穩定、高效地運行。

  自動化控制應用于汙水處理工藝過程,在國外已有許多成功範例和典型工程實例,近年來,我國也有許多汙水處理廠借鑒國外先進技術,將自動化控制合理地應用到汙水處理工藝過程當中,並且取得了良好的效果。但是在兩者相結合的過程中仍然存在許多問題,現作如下總結:

  1.汙水處理自動控制系統中所采用的一些自動化檢測設備、儀表、閥門的功能和精度目前還很不完善,在實際應用中達不到預期的效果,誤差很大,因此,如果單純依靠這些檢測設備來判斷汙水處理情況並實施自動控制,往往很難達到處理水質達標排放和的目的。

  2.雖然許多汙水處理廠采用ORP、DO、pH值作爲參數來控制出水水質,調節曝氣量,但是當控制器無法找到ORP特征點時,汙水處理系統仍然會按照時間來控制整個處理過程。

  3.污水水质的监测与控制存在滞后问题,例如根据好氧池中的DO来控制鼓风机的曝气风量,由于生化处理系统本身是处于動態平衡当中的,操作人员通过在线实时监测发现DO偏低(或偏高),并通过调节鼓风机叶轮转速来实现增加(或减少)曝气量,在此过程中,DO值监测与鼓风机风量调节之间的滞后可能会导致鼓风机无法准确地根据好氧池中实际溶解氧的浓度来提供曝气量,难以真正达到的目的。

  4.儀器設備維護難度大。例如pH計、汙泥濃度計、泥位計等儀器均有嚴格的使用維護要求,包括接觸探頭的定期清洗、標定,設備損耗維修等等,並且現階段我國汙水處理廠大都采用是進口設備儀器,價格昂貴,這也在一定程度上增加了汙水處理廠的投資費用。

  結語
  
  现今我国污水处理厂多是采用国外进口设备与控制系统,价格高,维护困难。并且目前我国国产的在线分析测定仪器设备还不能达到精度要求,因此,进行我国自主研发设计制造自动化控制系统,并提高仪器设备的测量精度和质量,降低维护费用,是我們现阶段以及今后污水处理厂自动化控制系统发展的主要方向。