機械設備自動化在污水處理工程中的應用

付 紅

山東東阿阿膠股份有限公司

隨著機械自動化技術(shù)的快速發(fā)展，污水處理設備的工作效率得到顯著提高，同時水資源緊缺的現(xiàn)象也得到了改善。本文從污水處理工藝入手，探討了機械設備自動化技術(shù)在污水處理過程中的作用。

機器或裝置在無人干預的情況下按預定的程序或指令自動進行操作或控制的過程稱為機械設備自動化。正因為機械設備自動化技術(shù)具有降低操作者的勞動強度、提高效率、易于產(chǎn)品質(zhì)量控制和方便統(tǒng)一監(jiān)控等優(yōu)點，在生產(chǎn)工藝不斷發(fā)展的情況下，機械設備自動化技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于機械生產(chǎn)制造的各個領(lǐng)域。污水處理過程是一個涉及物理原理、生物處理以及化學反應的多學科交叉的綜合過程。污水處理設備的多樣性以及控制工藝流程的復雜化，決定了僅僅依靠人力是無法滿足污水處理要求的。因此，提高污水處理系統(tǒng)的自動化水平，實現(xiàn)污水處理設備的自動化運行是解決問題的關(guān)鍵。

污水處理機械設備自動化設計原則

計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、PLC 站、儀表檢測系統(tǒng)加組態(tài)軟件是當前主流工業(yè)控制模式，其在污水處理機械自動化控制方面廣泛應用。當進行污水處理設備自動化系統(tǒng)組成設計時要針對污水處理過程中各個工藝特點展開，一般首先考慮“現(xiàn)場無人值守，分站少人值班”原則，并且要滿足以下要求。

（1）選擇在嚴格的工業(yè)環(huán)境下能夠安全、可靠性高以及穩(wěn)定性好的污水處理控制系統(tǒng)。

（2）污水處理系統(tǒng)必須符合當前先進的控制模式，例如現(xiàn)場總線技術(shù)等。

（3）污水處理設備必須方便擴展，有較好的可操作性和維護性，通信方式靈活。

（4）自動控制系統(tǒng)具備較好的實時性，降低控制滯后帶來的影響，對不同工作狀況擁有較強的適應性。

污水處理工藝與機械自動化設備

污水處理是將污染物與污水分離，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可回收利用的物質(zhì)，目的是充分利用水資源。污水處理一般工藝流程為：污水-截流井-粗格柵-污水泵-細格柵-沉沙池-生化池-終沉池-D 型濾池-紫外線消毒-出水。

污水處理設備主要分為通用、專用兩種，其中專用處理設備占主導地位，投資比重約占60%。通用機械設備主要包括：污水處理風機、污水處理閥門、污水處理水泵等；專用污水處理設備包括：機械攔污設備、刮泥設備、攪拌及曝氣設備、離子交換設備、污泥處理設備等。

按照污水處理流程和處理流程劃分，城市污水處理可分為一級處理、二級處理和三級處理，其中一級處理也稱為預處理。污水處理三級工藝過程與相應設備見表1 所示。

表1 污水三級處理工藝與相應設備

污水處理設備自動化發(fā)展情況

國內(nèi)發(fā)展情況

相對于國外進口污水處理設備，國產(chǎn)設備只能滿足污水處理的基本功能，可靠性、安全性以及先進性的研究方面總體水平偏低。其中，先進性主要指設備自動化方面，該方面國內(nèi)外差距最大。我國污水處理的自動化系統(tǒng)應用起步較晚，直至九十年代，污水處理的自動化水平才有了很大提高。我國污水處理自動系統(tǒng)有如下特點。

1）早期建設的污水處理廠污水處理設備自動化水平很低，大部分是靠手動調(diào)節(jié)；近幾年，隨著國外先進的污水處理控制模式的引入，國內(nèi)污水處理設備參差不齊，依然是手動控制模式與自動控制模式并存；

2）國產(chǎn)在線檢測設備的穩(wěn)定性能較差，不能長期可靠運行；

3）污水處理廠各個站點間無信息交換，無法滿足“資源共享”的原則；

4）無法對整個處理廠區(qū)內(nèi)的設備實時監(jiān)控，大部分數(shù)據(jù)需要人工記錄；

5）國內(nèi)污水處理設備的互換性、通用性較差。

國外發(fā)展情況

發(fā)達國家在污水處理設備自動化方面投入了大量資金和科研力量，尤其在污水處理設施的綜合管理、實時監(jiān)測和自動運行方面效果顯著。在20 世紀70年代，美國就已經(jīng)實現(xiàn)自動控制污水處理設備，近幾年，國外污水處理設備能夠自動檢測和控制工藝流程中的主要參數(shù)。隨著自動控制技術(shù)、總線技術(shù)以及通信技術(shù)的快速發(fā)展，國外污水處理設備已經(jīng)實現(xiàn)了分布式控制和現(xiàn)場總線控制。國外污水處理自動系統(tǒng)有如下特點。

1）符合“集中管理、分散控制、資源共享”原則；按照污水處理工藝階段劃分若干個控制站點，站點之間通過總線控制系統(tǒng)實現(xiàn)資源互通、相互協(xié)調(diào)，同時全廠監(jiān)測數(shù)據(jù)與運行狀態(tài)由總站點負責；

2）由上位機在線實時監(jiān)測、分析處理和記錄當前水質(zhì)處理情況；

3）滿足“智能控制”原則，總控系統(tǒng)可以根據(jù)當前水質(zhì)監(jiān)測情況自動更改控制方式；

4）污水處理設備可實現(xiàn)遠程控制，例如遙控、網(wǎng)絡、GSM 以及無線等方式。

實現(xiàn)污水處理設備自動化系統(tǒng)的具體方案

圖1 自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

如圖1 所示某污水處理廠自控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡控制方式。該控制系統(tǒng)共分為中控室和分控站。實現(xiàn)相應控制層設備的監(jiān)視、操作、控制和網(wǎng)絡通訊連接。中央控制室的監(jiān)控管理操作站系統(tǒng)完成全廠的自動控制。中央控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)，采用光纜與各現(xiàn)場控制PLC 站連接。將光纖當做信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椋軌虮ＷC數(shù)據(jù)傳送的有效性、穩(wěn)定性以及可靠性。當中控室監(jiān)控工作站故障退出運行或通道故障使分控站控制單元和主控級監(jiān)控工作站通訊中斷時，各現(xiàn)地控制單元能獨立運行，進行控制和監(jiān)視，提高運行可靠性。由于控制設備的分布特點及控制的獨立性，采用現(xiàn)地元件層實現(xiàn)自動化儀表的數(shù)據(jù)采集，采用現(xiàn)地控制單元實現(xiàn)了相對獨立設備的本體控制；從而大大減輕了操作員工作站監(jiān)控操作站的負荷，有利于各級控制設備監(jiān)控功能的合理分配和利用。為觀顯示全廠工藝過程全貌，方便管理，在中控制室能夠顯示全廠工藝流程圖和主要參數(shù)及設備運行狀態(tài)。根據(jù)污水處理廠工藝特點，構(gòu)筑物的布置和現(xiàn)場控制的分布情況，設置多個PLC 現(xiàn)場子站，PLC 現(xiàn)場子站選用可編程序控制器（PLC），PLC 為模塊化結(jié)構(gòu)，硬件配置較靈活，易于擴展，軟件編程方便。

總結(jié)

我國現(xiàn)代工業(yè)進程的迅猛發(fā)展和污水處理工藝實現(xiàn)自動化的要求，促使污水處理機械設備自動化控制技術(shù)得到了很大提升，同時，為污水處理工藝的創(chuàng)新提供了機械設備技術(shù)支持，并且在污水處理監(jiān)測過程中自動化技術(shù)取得了很好效果。近幾年，隨著國外先進污水處理設備與新技術(shù)的不斷引入，我國污水處理的工藝水平也得到提高，結(jié)束了完全依靠人力進行污水處理操作的落后局面，污水處理機械設備機電一體化向著更加智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。