探討電氣自動化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用趨勢

吳官韜

(深圳市水務(wù)(集團)有限公司羅湖分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

傳統(tǒng)的水處理技術(shù)和流程較為復(fù)雜，具有較大的人力、物力消耗，難以滿足新時期人們對水處理工作質(zhì)量和效率的要求，因此進行技術(shù)更新與創(chuàng)新是水處理工作未來發(fā)展的重要內(nèi)容。以計算機技術(shù)、電子技術(shù)、電力工程技術(shù)為主的電氣自動化技術(shù)，如今已在多個行業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，成為各行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要推動力。

1 電氣自動化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用必要性

首先，能夠滿足水處理工作現(xiàn)代化發(fā)展對處理效率的全新要求，顯著提升水處理工作的經(jīng)濟效益。電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用，無需增加過多的設(shè)備，僅通過PLC系統(tǒng)、傳感器、配置監(jiān)視器、變頻器、工控機、自動化儀表等簡單的設(shè)備系統(tǒng)，便可以實現(xiàn)對水處理工作的實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作，從一定程度上提升水處理工作的自動化、智能化水平，使水處理過程變得精簡、高效，達(dá)到提高污水處理效率及技術(shù)經(jīng)濟性的效果。

其次，能夠滿足水處理工作現(xiàn)代化發(fā)展對處理質(zhì)量的全新要求，顯著提升水處理工作的生態(tài)效益。相較于傳統(tǒng)人工操作，以計算機控制為主的電力自動化技術(shù)，在應(yīng)用過程中具有更好的運行穩(wěn)定性和精確性，能夠有效避免不規(guī)范的人為操作對污水處理質(zhì)量的影響，顯著提升污水處理的質(zhì)量，使其符合新時期生態(tài)環(huán)保工作的具體要求，進一步凸顯水處理工作的生態(tài)價值[1]。

2 電氣自動化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用形式

2.1 PLC技術(shù)的應(yīng)用

PLC技術(shù)指的是利用編程邏輯控制系統(tǒng)對設(shè)備進行控制，使其能夠自動化完成預(yù)先制定的工作。該技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有極為廣泛的重要應(yīng)用價值。PLC技術(shù)是電氣自動化技術(shù)在水處理工作中的最基本應(yīng)用形式，是水處理工作智能化、自動化發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前，PLC技術(shù)在水處理中的應(yīng)用主要以下面3種形式為主。

2.1.1 格柵自動化控制

水處理過程中，普遍會利用粗細(xì)2種格柵對進出水中的懸浮物進行物理處理，其中粗格柵的作用主要是截留、篩除廢水中顆粒較大的懸浮物，避免水泵、管道出現(xiàn)堵塞問題；細(xì)格柵的作用主要是處理廢水中顆粒較小的懸浮物，以此補充粗格柵的功能，進一步提升廢水預(yù)處理的質(zhì)量。可利用PLC技術(shù)，根據(jù)液位傳感器采集的水位差值以及預(yù)先在PLC裝置中設(shè)定時間，實現(xiàn)格柵的自動化控制。具體控制過程為：在進水泵中利用雷達(dá)液位計實時檢測和采集水位數(shù)據(jù)，變頻器會根據(jù)采集到的水位數(shù)據(jù)自動化進行數(shù)值調(diào)節(jié)，而剩余水泵則由工頻器進行控制。水處理工作開始后，PLC會根據(jù)采集到的水位數(shù)據(jù)，預(yù)先設(shè)定好程序自動調(diào)節(jié)工頻泵的啟閉狀態(tài)，從而實現(xiàn)格柵的自動化控制[2]。

2.1.2 脫水機房自動化控制

水處理過程中會出產(chǎn)生大量的污泥及其附屬污染物，這就需要利用脫水房對其進行脫水處理，以此為后續(xù)處理環(huán)節(jié)的開展奠定良好基礎(chǔ)。在脫水房中通常會有許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、專業(yè)性很強的處理設(shè)備，若要獲得最佳的脫水處理效果必須確保各處理設(shè)備的精確控制以及協(xié)調(diào)配合。利用PLC技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對脫水房中所有處理設(shè)備的集成化、統(tǒng)一化管理，還能夠通過安裝不同類型的傳感器對脫水處理過程中的各項參數(shù)指標(biāo)進行實時檢測，在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體工藝需求和預(yù)先設(shè)定的控制程序，對運行參數(shù)進行智能調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)絮凝劑投放、設(shè)備清洗等處理環(huán)節(jié)的自動化控制，顯著提升脫水處理的工作效率和穩(wěn)定性。

2.1.3 加藥自動化控制

污水處理工藝通常會因廢水中污染物成分、出水水質(zhì)要求等因素的不同而發(fā)生一定的改變。為達(dá)到相應(yīng)的水處理要求，往往會在水處理過程中根據(jù)實際情況加入特定的藥劑。在以人工操作為主的傳統(tǒng)水處理模式中，藥劑投入量的合理性難以得到有效控制，容易出現(xiàn)投入量過大的情況，不僅會造成藥劑浪費，還會對出水水質(zhì)造成二次污染，影響用水安全性。而應(yīng)用PLC技術(shù)，則可以利用相應(yīng)的傳感器科學(xué)有效地采集數(shù)據(jù)，從而對藥劑投入量進行精準(zhǔn)化、自動化控制。以加氯水控制為例，通過加氯水的方式對水體進行消毒是水處理工作中的一個重要環(huán)節(jié)，而氯水本身具有一定的毒性，因此，氯水的加入量必須嚴(yán)格控制[3]。利用PLC技術(shù)可精準(zhǔn)控制氯水的加入量，具體控制流程如圖1所示。在具體應(yīng)用過程中需要注意以下內(nèi)容：①廢水過濾前的加氯消毒處理，此階段應(yīng)以流量比的模式對加氯消毒工藝進行控制，即根據(jù)加氯速率和水流速度對各項運行參數(shù)進行調(diào)節(jié)。②過濾后的加氯消毒處理，此階段應(yīng)采用復(fù)合環(huán)路加氯方式，并主要以流量為依據(jù)對加氯過程進行控制。對比之下，濾后控制更為復(fù)雜，對PLC技術(shù)的應(yīng)用需求更高。

圖1 PLC技術(shù)的加氯控制流程圖

2.2 PLC與DCS技術(shù)的整合應(yīng)用

PLC技術(shù)雖具有極快的響應(yīng)速度和較強的邏輯分析與處理能力，但面對極為復(fù)雜的運算或控制需求時，仍存在一定的技術(shù)局限性[4]。而分散控制系統(tǒng)(DCS)是以微處理器為技術(shù)基礎(chǔ)，以分散控制、集中操作和管理為設(shè)計原則，以多層分級、合作自治為結(jié)構(gòu)形式的新一代儀表控制系統(tǒng)，能夠進行十分復(fù)雜的運算。因此，在水處理過程中，將PLC技術(shù)與DCS整合應(yīng)用，能夠使二者的技術(shù)優(yōu)勢形成互補，即使面對更加復(fù)雜的處理情況，也能夠有效實現(xiàn)各項運行數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)、高效、實時采集以及自動化控制。擁有DCS技術(shù)支持的PLC技術(shù)，具備更強的抗外部因素干擾能力，能夠開展更為復(fù)雜的自動化控制功能，從而顯著提升水處理工作的穩(wěn)定性、質(zhì)量性以及高效性。

2.3 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

無線網(wǎng)技術(shù)是電氣自動化技術(shù)在水處理工作中最主要的應(yīng)用形式，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制水處理各項參數(shù)、操作的目的。相較于有線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有能耗小、組織方式和分布方式更加靈活、便捷的特點。其在水處理中的應(yīng)用價值主要體現(xiàn)在兩個方面：①實現(xiàn)水處理過程的遠(yuǎn)程操作，提高水處理效率。②實現(xiàn)運行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高水處理工作的穩(wěn)定性。

2.4 工業(yè)數(shù)據(jù)總線及數(shù)字儀表技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字儀表及現(xiàn)場總線技術(shù)在水處理工作中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢：①能夠顯著提升水處理過程中各系統(tǒng)設(shè)備間數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)谋憷砸约皩嵭裕瑥亩鰪姼飨到y(tǒng)設(shè)備之間的互操性以及水處理過程的整體性，使水處理工作的效率和質(zhì)量得到有效增強。②能夠增強設(shè)備間的互用性，尤其是涉及數(shù)字儀表技術(shù)的設(shè)備，相互間能夠更便捷地進行交換使用。③能夠一定程度上減少變速器的使用量，從而降低設(shè)備投入成本，提升水處理工作的經(jīng)濟性。

在水處理工作中，數(shù)字儀表及現(xiàn)場總線技術(shù)不僅包含工業(yè)技術(shù)總線，還包含電氣自動化技術(shù)的底層數(shù)據(jù)通信情況，具有轉(zhuǎn)換現(xiàn)場機械設(shè)備數(shù)字信息、串聯(lián)不同數(shù)據(jù)線之間的關(guān)系、數(shù)據(jù)信息可視化呈現(xiàn)等功能，以此切實提升水處理工作的智能化、自動化水平，提高水處理質(zhì)量與效率。

3 電氣自動化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用趨勢

“智慧水務(wù)”視域下，電氣自動化技術(shù)與水處理工作的融合應(yīng)用，將會向以下趨勢發(fā)展：①可視化管理系統(tǒng)的普及應(yīng)用。即根據(jù)實際操作和工藝技術(shù)的需求，設(shè)置多個監(jiān)測點，將水處理過程中監(jiān)測到的水壓、pH值、流速等實時數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為可視化數(shù)字信息并在中央控制系統(tǒng)或各終端設(shè)備的顯示屏上呈現(xiàn)出來，以此幫助技術(shù)人員隨時隨地了解水處理情況，及時處理過程中存在的問題并進行調(diào)整，提高水處理的效率和工作穩(wěn)定性。②智慧決策系統(tǒng)的普及應(yīng)用。引入機器學(xué)習(xí)、人工智能等前沿性智慧技術(shù)，提高官網(wǎng)監(jiān)控、故障報警及控制、循環(huán)利用、水處理工藝技術(shù)等方面的智能水平。一方面實現(xiàn)感知、診斷、決策、執(zhí)行等更高級的智能控制行為；另一方面幫助技術(shù)人員制定更具參考機制和實踐作用的決策，以此全面提升水處理的技術(shù)水平。③數(shù)據(jù)定位采集系統(tǒng)的應(yīng)用。通過三維建模技術(shù)、3S定位設(shè)備、無線傳感設(shè)備等電子自動化技術(shù)，對水資源數(shù)據(jù)進行高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)采集與測量，并基于人工智能技術(shù)，從采集到的數(shù)據(jù)信息中篩選出符合當(dāng)前水處理工作需求并具有較高參考價值的數(shù)據(jù)信息，以此為水處理相關(guān)決策制定提供可靠保障。閥門、無線傳感設(shè)備等智能化、自動化電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用是構(gòu)建數(shù)據(jù)定位采集系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，其應(yīng)用和部署的合理性將直接影響采集數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，整合運用GPS、GIS等空間管理技術(shù)，可實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的可視化以及突發(fā)事件的緊急預(yù)警，從而為水處理工作的順利、安全開展提供有力保障。

4 結(jié)語

電氣自動化技術(shù)的融合應(yīng)用是水處理工作發(fā)展的必然趨勢，具有提升處理效率和質(zhì)量，增強水處理經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的突出作用。新時期背景下，相關(guān)單位應(yīng)注重PLC、DCS、無線通信、數(shù)字儀表及現(xiàn)場總線等技術(shù)在水處理工作中的運用，并基于對“智慧水務(wù)”觀念的理解，加強可視化管理系統(tǒng)、智慧決策系統(tǒng)的運用，以此實現(xiàn)電氣自動化技術(shù)在水處理工作中的滲透和整合運用，切實推動水處理工作的智慧化、現(xiàn)代化發(fā)展。