論污水廠節能降耗自動控制技術

李國偉

【摘 要】伴隨我國污水處理技術的不斷發展，我國的城市污水處理水平有了顯著提升，尤其在污水處理過程中的節能降耗控制方面成效顯著。本文以國內某城市污水處理廠CAST污水處理工藝為研究案例，著重分析了城市污水處理廠的自動控制節能降耗設施及相關技術，通過調查研究發現，在保證污水處理質量滿足相關規定的基礎上，通過選用合理、可行的節能降耗自動控制技術能夠顯著降低污水處理廠的綜合能耗。

【關鍵詞】污水處理；節能降耗；自動控制技術

中圖分類號： X703 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0226-002

Discussion on Automatic Control Technology of Wastewater Treatment Plant Saving Energy

LI Guo-wei

（Shanxi Pingshuo gangue power generation limited liability company， Shuozhou， Shanxi 036800， China）

【Abstract】With the continuous development of sewage treatment technology in China， the level of urban sewage treatment in our country has been significantly improved，especially in the control of energy conservation and consumption during sewage treatment.In this paper，a domestic urban sewage treatment plant CAST sewage treatment process for the case study，focusing on analysis of urban sewage treatment plant automatic control energy-saving facilities and related technologies，through the investigation and study found that in ensuring the quality of sewage treatment to meet the relevant provisions of the basis， Through the selection of reasonable and feasible automatic energy saving control technology can significantly reduce the overall energy consumption of sewage treatment plants.

【Key words】Sewage treatment；Energy saving；Automatic control technology

0 引言

對于國家經濟建設及社會穩定發展而言，水資源既是基礎資源，同時也是戰略能源，因此，做好城市水資源的綜合治理是實現國家可持續發展的必要條件之一。對于城市污水而言，實現污水的無害化處理是水資源重復循環利用的重要方式。目前，國內的城市污水處理技術已較為成熟，但美中不足的是，污水處理廠在實現水資源循環可持續利用的同時，伴隨出現了二次能耗，且能耗指標在工業領域屬中上地位，耗能主要包括：電能、化學能等，其中電能占到總能耗的65%以上。研究發現，影響污水處理廠綜合能耗的因素來源于污水廠所處環境、污水廠工藝技術、污水廠自動化程度及被處理污水的污染程度等。本文在總結國內某污水處理廠的相關自動化控制設備及方案的基礎上，具體分析了污水處理廠的節能指標和能效。

1 污水處理廠污水二級處理方案建立

本文選取的城市污水處理廠選用的二級處理技術為活性污泥法，簡稱：CAST法，該方案在國內絕大多數的城市污水處理廠中得到大量實踐應用，屬于一種性價比較高的污水處理方案。該處理技術能夠同時在多個平行的反應池中完成第一步生物降解過程，以分離沉淀物和水。具體工藝流程如圖1所示。

2 污水處理廠自動控制技術

本文研究的某市污水處理廠為了提高設備控制效率，實現各設備統一調配，對全部設備加裝了可編程控制的單片機設備（PLC），每臺安裝了PLC的污水處理設備可以視為一個獨立的控制系統，能夠實時發送指令到總控臺，總控臺統一發出操作命令，以指揮各設備運轉。此外，PLC設備還具備數據存儲功能，設備能夠收集設備的控制反饋信號機運行參數。該市污水處理廠的自動控制功能由分散型控制設備完成，該設備能夠保證在設備運轉過程中實時收集和存儲設備運行參數和信息反饋數據，并實現各設備的數據、參數分類化管理，優化設備控制系統，提高設備的統一管理能力，此外，用過分散型設備控制系統，實現了設備故障及危險分流，間接加強了設備的穩定性和安全性。

3 污水廠自動控制系統節能降耗效果分析

3.1 大孔徑格柵

該市污水處理廠設置了兩套相同孔徑的大孔徑的格柵，并與一臺螺旋式推送設備串聯。安裝在大孔徑格柵位置的PLC設備根據時間序列或者格柵兩側的液面差值智能調節大孔徑格柵。大孔徑格柵與螺旋式輸送設備串聯，具體流程為螺旋式推進設備-大孔徑格柵-儲藏池，污水通過大孔徑格柵后，隔離出的沉淀物通過螺旋式推進設備及時清理。智能化控制體現在液面差通過傳感器將數據反饋至PLC設備，PLC設備內部編寫了識別液面差與格柵阻塞之間邏輯關系的程序，程序計算結果自動控制大孔徑格柵設備運行，通過PLC設備自動調節，可以避免格柵設備連續工作，降低了設備用電量，實現了節能降耗的目的。

3.2 污水處理廠提升泵站

在整套城市污水處理系統中，污水及沉淀物的提升泵綜合能耗占據了系統總能耗的15%以上，因此，控制提升泵的綜合能耗，能夠顯著降低處理系統的能耗指標。目前，提升泵的通行量一般按照污水最大流量設定，考慮到污水廠污水處理量呈明顯的周期性變化，需要提升泵滿負荷運轉的時間段極其有限，絕大多數運行階段為平峰作業時間，這樣一來，設備運轉同污水處理量極不匹配，既造成了大量的能耗浪費，還縮短了設備的服役年限。綜上，該污水處理廠在提升泵位置埋設了2臺潛水泵，其中1臺為變頻潛水泵，潛水泵直接與液面傳感器連接。設備運行過程中，按照在變頻潛水泵上的PLC設備能夠根據傳感器反饋回的數據動態調節變頻泵的工作頻率，在運行頻率達到一定參數后，自動開啟提升泵，實現了提升泵的智能停啟，極大地降低了提升泵的耗電量。除此以外，PLC設備還能夠實時監測提升泵的運行情況，收集并存儲運行數據，一旦提升泵出現故障，系統將自動開啟備用提升泵，確保了整套污水處理系統的連貫性，提高了設備的綜合工作效率。

3.3 鼓風設備

在整套污水處理系統中，曝氣設備是能耗占比最大的系統之一，占到整套污水處理系統綜合能耗的55%以上。該污水處理廠單一反應池均配套兩臺鼓風設備。CAST活性處理池內安裝實時DO含指標測定儀，能夠動態監測處理池內的DO濃度，并及時將DO值反饋至PLC設備，PLC設備自動計算出實時供氣量和減氣量，并指揮鼓風設備調節池內供氣量，保證池內DO值始終維持在合理范圍。反應池中的氧溶解量調節可以通過以下方式調整：第一，若池內DO值低于設定含量，可以先開啟其中1臺鼓風機，并按照線性增大的方式增加鼓風機頻率。第二，當一臺鼓風機設備的頻率達到極值后，在第一臺設備運行的基礎上，繼續開啟第二臺設備，也按照頻率線性增大的方式，直至池內DO值達到規定值。與之相適應的是，若池內DO值超過規定含量時，依照上述流程反向執行。除了能夠實現鼓風設備的智能停啟及工作頻率調節外，PLC控制系統還能夠依照不同鼓風設備的工作時間，智能化選擇當前工作負荷較低的設備切換到高頻工作狀態，保證前期處于高負荷狀態的鼓風設備得到充分的冷卻，均衡各設備之間的工作量，以提高設備的使用效率，延緩設備老化進程。

3.4 CAST活性反應池

該污水處理廠滿負荷工作狀態下，能夠同時維持4臺CAST活性反應池運轉，為了全方位動態監測活性反應池內部的工況，在池底安設超聲波液面監測儀、酸堿度測定儀、溫度測定儀、氧氣溶解量測定儀、懸浮物及沉淀物測定儀等設備，并分別在設備上安裝傳感器，實現數據信息的及時收集和存儲。各個CAST反應池內能夠在不同時間段內分別獨立完成曝氣-顆粒物沉淀-潷水處理流程。該污水處理廠中使用的CAST活性處理池能夠滿足連續供水、間歇性排氣、定時排水等基本功能，能夠在給定時間段內完成自動控制工作。CAST活性處理池內的曝氣量調節系統同鼓風機的壓力控制系統為串聯關系，二者通過PLC設備實現數據共享和傳輸，共同維持CAST活性處理池處于最佳工作環境。

4 結論

在污水處理系統中，通過推廣使用PLC智能控制設備及相關操作技術，能夠從根本上實現設備的智能化，顯著提高設備的工作效率，為實現污水處理系統自動控制系統建立提供技術支撐。此外，通過普及智能化控制技術，能夠避免設備無效運轉，降低總體能耗，達到節能降耗的目的。

【參考文獻】

[1]于進，胡漢青.CASS污水處理工藝的自動控制[J].中國給水排水，2011，27（8）：103-105.

[2]臧超，詹健.城市污水廠節能降耗措施初探[J].凈水技術，2015（1）：75-77.

[3]周望，韓相奎，劉海燕等.中小型污水處理廠自動控制系統及其節能降耗效能[J].工業水處理，2015，35（2）：106-108.