電氣控制在一體化污水處理設(shè)備中的應(yīng)用研究

摘 要：詳細(xì)介紹了一體化污水處理設(shè)備的基本原理，并以鶴山市雅瑤鎮(zhèn)南靖區(qū)的農(nóng)村污水改造項(xiàng)目為例，介紹了20 t一體化污水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用，通過分析污水A/O生物接觸氧化法處理工藝及污水排放標(biāo)準(zhǔn)，探討從一級(jí)B提升至一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的影響因素，并結(jié)合實(shí)際情況加以分析，目的是使污水處理系統(tǒng)的電氣控制方案發(fā)揮其最大的效果，從而解決農(nóng)村污水處理問題。

關(guān)鍵詞：電氣控制;一體化污水處理設(shè)備;應(yīng)用

0? ? 引言

目前，農(nóng)村水污染情況普遍存在且較為嚴(yán)重，原因是農(nóng)村存在大量污水直排的現(xiàn)象，且農(nóng)村污水處理率的增長(zhǎng)仍非常緩慢，污水管網(wǎng)不完善，部分污水管網(wǎng)破損嚴(yán)重，加上農(nóng)村周邊部分小企業(yè)存在偷排漏排的情況，造成周邊環(huán)境的水質(zhì)被污染。農(nóng)村污水問題制約了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，并嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境與村民的身體健康。因此，隨著新農(nóng)村建設(shè)工作的推進(jìn)，在農(nóng)村污水改造方面，我國(guó)加快了污水處理設(shè)施的建設(shè)，積極推進(jìn)污水處理工作，致力于農(nóng)村污水凈化與減排，尤其是對(duì)村鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施建設(shè)因地制宜選擇處理工藝，采用先進(jìn)技術(shù)，以提升污水處理設(shè)施治污效能。

針對(duì)農(nóng)村的污水系統(tǒng)改造問題，本工程從電氣控制、工藝技術(shù)等方面進(jìn)行探討，采用A/O生物接觸氧化一體化污水處理設(shè)備對(duì)農(nóng)村分散式污水進(jìn)行集中處理，希望能為解決我國(guó)新農(nóng)村水環(huán)境問題提供有益的參考借鑒。

1? ? 工程概況

鶴山市雅瑤鎮(zhèn)雅瑤河農(nóng)村分散式污水處理工程南靖項(xiàng)目區(qū)位于雅瑤鎮(zhèn)西南部，鋪設(shè)生活污水管網(wǎng)長(zhǎng)度17 018.73 m，均采用PE200聚乙烯給水管，配套檢查井370個(gè)，建設(shè)農(nóng)村污水處理設(shè)施11套，污水處理總規(guī)模190 m3/d，均采用A/O生物接觸氧化一體化污水處理設(shè)備，處理效果達(dá)到一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。本次每個(gè)站點(diǎn)原則上均配套工具房一間，每間工具房建筑面積9 m2，共9個(gè)站點(diǎn)。

2? ? 一體化污水處理設(shè)備技術(shù)方案

2.1? ? 工藝流程

本工程采用的A/O生物接觸氧化法處理工藝流程如圖1所示。

2.2? ? 工作原理

本工程的污水處理系統(tǒng)均采用碳鋼結(jié)構(gòu)一體化污水處理設(shè)備，其安裝狀況如圖2所示，一體化污水處理設(shè)備集成了調(diào)節(jié)池、初沉池、接觸池、沉淀池、污泵池等設(shè)施，埋地處理。采用A/O生物接觸氧化法處理工藝，其中包括風(fēng)機(jī)2臺(tái)，功率共1.1 kW;水泵2臺(tái)，每臺(tái)功率0.75 kW。格柵井采用鋼制，并設(shè)置不銹鋼提籃格柵;鋼制調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)停留時(shí)間8 h，配套?50ABS循環(huán)回流裝置。

工作原理如下：（1）生活廢水經(jīng)污水管道流入格柵井隔除大塊雜物。（2）經(jīng)格柵井進(jìn)入調(diào)節(jié)池，控制調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)。（3）調(diào)節(jié)池內(nèi)置污水提升泵，采用液位計(jì)控制提升泵開關(guān)，將污水提升至一體化設(shè)備處理。1）水解酸化池。厭氧發(fā)酵，提高污水的可生化性。2）接觸氧化池。降解凈化水中污染物。3）污泥沉淀池。沉淀脫落的生物膜以及無機(jī)物顆粒。4）清水消毒池。通入二氧化氯接觸消毒。（4）自流達(dá)標(biāo)一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)或回用。

2.3? ? 電氣控制

（1）控制范圍。根據(jù)農(nóng)村污水處理項(xiàng)目工藝需求設(shè)置了本電氣控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主要涉及的內(nèi)容為污水處理系統(tǒng)中液位與水泵的聯(lián)鎖、預(yù)警、鼓風(fēng)機(jī)的交替工作、加藥消毒系統(tǒng)、污泥提升泵定時(shí)工作及污泥池間隙曝氣。

（2）控制方式。系統(tǒng)放置在專門工具房?jī)?nèi)，由電源柜、配電自動(dòng)控制柜構(gòu)成。

（3）用電負(fù)荷及等級(jí)。本一體化污水處理設(shè)備總裝機(jī)容量約45.61 kW，均為380 V或220 V的低壓用電負(fù)荷。

（4）電氣控制。主要控制污水泵提升、風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開閉及相互切換、污泥泵的定時(shí)工作，也可以從維修狀態(tài)切換到手動(dòng)工作狀態(tài)。

污水提升泵的啟動(dòng)受調(diào)節(jié)池液位控制器控制，高水位開泵，低水位停泵。液位控制器能通過機(jī)械式或電子式的方法來進(jìn)行高低液位的控制，從而控制電磁閥或水泵實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或全自動(dòng)化。液位控制器根據(jù)調(diào)節(jié)池液位分設(shè)3只。當(dāng)液位控制器及污水提升泵出現(xiàn)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)無法出水時(shí)，調(diào)節(jié)池的污水由超水位警戒排放口直接排入事故應(yīng)急池，待故障排除后由人工復(fù)原至自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

污水經(jīng)潛污泵提升后進(jìn)入生化設(shè)備。系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)入正常處理進(jìn)水狀態(tài)。風(fēng)機(jī)設(shè)置2臺(tái)，功率為0.55 kW，正常處理水量狀態(tài)為一用一備，并且在4 h內(nèi)自動(dòng)交替使用，系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)入正常處理曝氣狀態(tài)。當(dāng)污水調(diào)節(jié)池內(nèi)的水位處于低液位時(shí)，HZ-30S風(fēng)機(jī)能自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)：即開機(jī)10 min，停機(jī)30 min。這樣既保證了污水中溶解氧的含量，又可節(jié)約部分電能耗，滿足系統(tǒng)生物供氧需求。

污泥中的污泥泵，按預(yù)先設(shè)定時(shí)間定時(shí)啟停。污泥池曝氣由電磁閥控制，定時(shí)間隙運(yùn)行（每小時(shí)進(jìn)氣1次，每次5～8 min）。其他各類電氣設(shè)備均設(shè)置過載保護(hù)和電路短路裝置;動(dòng)力電源由各村供電所提供，進(jìn)入一體化污水處理設(shè)備的動(dòng)力配電柜。

3? ? 技術(shù)改進(jìn)

3.1? ? 排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)改進(jìn)

為達(dá)到更佳的排放效果，對(duì)由一級(jí)B提升至一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用研究，從現(xiàn)污水處理設(shè)備至改造后污水出水口，包括一體化設(shè)計(jì)工藝、構(gòu)（建）筑物、設(shè)備、管線、電氣、儀表及自動(dòng)控制設(shè)計(jì)等各方面進(jìn)行探討。技術(shù)改進(jìn)的方向?yàn)楸Ａ衄F(xiàn)有的污水處理設(shè)備，對(duì)污水處理工藝流程進(jìn)行整改。由于一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)處理設(shè)施停留時(shí)間要加長(zhǎng)，內(nèi)回流比例要提高，而且必須增加深度處理構(gòu)筑物（一般采用混合沉淀過濾工藝），從污水處理設(shè)備沉淀池安裝水泵取水至膜反應(yīng)器設(shè)備，由膜反應(yīng)器出水至清水池，清水池消毒后排放，清水池可用作膜反應(yīng)器的反清洗用水。

排放標(biāo)準(zhǔn)由一級(jí)B提升至一級(jí)A的方法，在于以現(xiàn)有農(nóng)污處理的工藝為基礎(chǔ)，在二沉池與生化池之間增添絮凝沉淀，或在原工藝的二沉池之后增加絮凝氣浮工序，并將原先的消毒更換成電解工藝，具體步驟如下：（1）絮凝。使B級(jí)達(dá)標(biāo)排放水流入絮凝反應(yīng)池，投加助凝劑使絮凝礬花進(jìn)入沉淀分離步驟。（2）沉淀分離。絮凝后的污水經(jīng)過布水器進(jìn)入二沉池或氣浮池，經(jīng)過沉淀分離為清液和泥漿。（3）電解。沉淀分離所得的清液泵入電解機(jī)中電解，即全面達(dá)到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)。其中清液在電解機(jī)中的停留時(shí)間為30 s～5 min，電解機(jī)的工作電壓為1～36 V，兩電極間的電壓為1～3 V，電流密度為5～320 mA/cm2。在低電壓、大電流作用下會(huì)產(chǎn)生電擊效應(yīng)，一方面，電流直接擊穿水中微生物的細(xì)胞壁，導(dǎo)致微生物的死亡;另一方面，帶有電荷的微生物被奪取自帶的電子，使微生物失去電子而死亡。

因此，本文污水處理系統(tǒng)中可以設(shè)置電路控制系統(tǒng)，使用時(shí)間微電位器設(shè)置時(shí)長(zhǎng)，通過PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)器設(shè)定外部數(shù)據(jù)，控制曝氣池的處理時(shí)間，以達(dá)到一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2? ? 監(jiān)控測(cè)量水質(zhì)的改進(jìn)

參與工藝過程的一體化污水處理主要用電設(shè)備，采用微電腦控制系統(tǒng)就地電氣控制、就地監(jiān)控方式，設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)箱手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)置于現(xiàn)場(chǎng)箱手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可在機(jī)旁就地手動(dòng)操作，主要用于單機(jī)檢修、調(diào)試，當(dāng)置于自動(dòng)控制時(shí)，該系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行及監(jiān)控測(cè)量出水水量和水質(zhì)。

通過監(jiān)控測(cè)量整個(gè)污水處理運(yùn)行全過程，可計(jì)算、繪制、統(tǒng)計(jì)各種曲線、圖幅、事故報(bào)警記錄等。這種監(jiān)控既可自動(dòng)運(yùn)行，又可由操作者通過計(jì)算機(jī)操作實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)工藝對(duì)控制及管理的要求，連續(xù)在線監(jiān)測(cè)工藝參數(shù)，監(jiān)控檢測(cè)值除供現(xiàn)場(chǎng)顯示外，工藝流程中所有儀表信息經(jīng)PLC同時(shí)送入微電腦控制系統(tǒng);另外，進(jìn)出水水質(zhì)檢測(cè)采集數(shù)據(jù)接入微電腦控制系統(tǒng)。

將相關(guān)技術(shù)與傳統(tǒng)電氣技術(shù)深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)如故障記錄分析、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控等功能。利用在線智能化監(jiān)測(cè)儀表將實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿㈦娔X系統(tǒng)并記錄下來。智能化在線監(jiān)測(cè)儀表的廣泛使用，實(shí)現(xiàn)了出水水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可提高水質(zhì)控制速度和測(cè)量精度。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)農(nóng)村污水處理采用一體化污水處理設(shè)備進(jìn)行改造治理，滿足了農(nóng)村污水治理的可持續(xù)發(fā)展與提高人民生活質(zhì)量的迫切需要。穩(wěn)步推進(jìn)農(nóng)村環(huán)境綜合整治，可以減少污水細(xì)菌滋生，減少疾病傳播，也為新冠疫情防控筑起基礎(chǔ)防線，從而建立一個(gè)和諧優(yōu)美的新農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“河暢、水清、岸綠、景美”的農(nóng)村整治總體目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處。

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收稿日期：2021-03-30

作者簡(jiǎn)介：王師（1984—），男，廣東江門人，機(jī)電工程師，從事市政工程電氣控制工作。