地埋式污水廠電氣自動化控制系統的設計

李 炯

（浙江中控信息產業股份有限公司，浙江杭州 310051）

污水處理廠是城市基礎設施中的重要組成部分。當前城市中的污水處理廠普遍建設在建筑物附近，設備長期運行會對居民生活產生很大影響，所以需要做好污水處理廠的設計優化。地埋式污水廠的許多機械設備都埋藏在地下場所中，設備運行不會對地面產生影響，能夠減少對環境的影響。在地埋式污水廠建設期間，通過采用電氣自動化控制模式，能夠有效提高系統運行效率，從而提升污水處理廠的處理能力，是當前建設地埋式污水廠的關鍵所在。

1 地埋式污水廠及電氣自動化控制的基本內涵

在城市人口不斷增加的情況下，污水廠所面臨的污水處理量不斷加大，為了能夠滿足污水處理需求，在總結國內外生活污水處理裝置運行經驗的基礎上，結合我國城市污水處理的實際情況，地埋式污水處理模式逐漸被應用。地埋式污水廠中的大部分機械設備埋藏在地表下，設備上的地面可以作為綠化或其他用地使用，不需要建房、采暖以及保溫；地埋式污水廠整體設備處理系統采用全自動電氣控制系統和設備保障故障報警系統，運行可靠性和安全性良好，通過采用自動化控制系統能夠有效提高運行控制效率。城市地埋式污水廠以國家所規定的環保等級為標準，并結合城市建設實際情況對當前的污水處理系統進行升級和改造，使經過處理的污水能夠達到相應的等級規定。電氣自動化控制污水處理系統是指通過電氣控制的方式來實現污水處理過程的自動化。電氣自動化控制系統的應用需要地埋式污水廠滿足兩個基本條件：

（1）需要根據地埋式污水廠的實際處理效果，對電氣自動化控制進行合理的配置，制定多種不同自動化控制方案，選擇處理效果最佳的控制方案，最終污水處理達到國家規定相關標準，例如一級A、地標準四等，根據當地的實際要求而確定。

（2）電氣自動化控制污水處理系統需要選擇合理的電氣設備，確保電氣設備能夠正常運行，按照設計方案的圖紙進行安裝，確保電氣自動化控制污水處理系統在投入使用后能夠正常運行，滿足污水處理的實際需求。

2 當前地埋式污水廠建設存在的主要問題

根據當前我國城市污水處理廠的建設情況來看，雖然污水處理廠建設規模不斷擴大，各項污水處理工藝技術水平提升，但是依然存在著一些顯著的問題，導致污水處理廠在實際運行中出現許多問題，具體包括如下幾項。

2.1 負荷率較低且運行能耗較高

根據相關統計報告，當前我國城鎮地埋式污水處理廠的平均運行負荷率僅為79.2%，其中還有一部分建設水平較差的城鎮地埋式污水廠處理負荷效率低于60%，同時城鎮地埋式污水處理廠的處理能耗較高，平均單位耗電量超過0.308 kW·h/m3，處理能耗較高不僅會導致地埋式污水處理廠成本提升，同時會消耗大量的電力能源，不利于資源節約型社會建設，是當前城鎮地埋式污水處理廠存在的主要問題。負荷率較低會導致城鎮地埋式污水處理廠大量資源被限制，處理設施沒有得以充分利用，從而導致污水處理資源被嚴重浪費；處理能耗高會增加城鎮地埋式污水處理廠成本負擔。所以需要加強相關優化措施的制定，通過對電氣自動化控制系統的優化處理，提升地埋式污水廠的負荷率，并降低污水處理能耗。

2.2 電氣自動化控制建設不足

電氣自動化控制與傳統的人工處理方式相比，在建設前期需要大量的設備投入、資金投入以及技術投入，部分城市地埋式污水廠為了節約成本，電氣自動化控制建設水平不高，許多城市地埋式污水處理廠目前處于半自動化或全人工方式，能夠實現基本電氣自動化控制污水處理的城市地埋式污水處理廠數量不多。電氣自動化控制模式的應用，需要以完善的電氣系統作為基礎，才能夠取得良好的運行控制效果，但是顯然當前部分地埋式污水廠在電氣基礎設施方面建設不夠完善，難以為電氣自動化控制系統應用提供支持，使得電氣自動化控制難以落實，是當前地埋式污水廠建設存在的主要問題。

2.3 電氣自動化控制污水處理效果不足

電氣自動化控制與傳統人工模式相比，是依靠自動化系統以及相應的設備進行處理，因為缺乏實際經驗以及技術水平較低，許多地埋式污水處理廠的電氣自動化控制系統污水處理效果不夠精確，經過處理的污水不能達到國家標準或地方標準，導致污水沒有達到相關標準就排出，從而對我國生態環境造成了較為惡劣的影響。電氣自動化控制系統的建設能夠提升地埋式污水廠污水處理效果，但是由于系統設計缺乏科學性，從而導致污水處理實際效果難以提升，所以需要加強對電氣自動化控制系統的優化設計，以此提高電氣自動化控制運行效果。

2.4 電氣自動化控制技術水平較低

電氣自動化控制污水處理系統是一項對技術要求較高的模式，但是因為相關人才儲備不足，導致電氣自動化控制在污水處理系統中的應用效果不夠明顯，技術水平較低，部分地埋式污水處理廠在應用電氣自動化控制系統后反而起到了相反的效果，污水處理綜合效果反而出現了下降的問題，亟須提高電氣自動化控制技術水平。電氣自動化控制對于技術水平要求較高，需要穩定、完善的電氣自動化系統，才能夠發揮出自動化運行控制的作用，但是當前許多地埋式污水廠在自動化控制技術方面還存在著問題，無法有效滿足地埋式污水廠建設需求，所以需要加強對電氣自動化控制系統的設計。

3 地埋式污水廠電氣自動化控制系統設計方案及優化措施

通過上文的分析可以看出，在城鎮地埋式污水廠建設中，電氣自動化控制系統具有重要的意義，是保障污水廠運行效率以及處理效果的基礎。因此，結合相關實踐經驗，總結出如下電氣自動化控制系統設計要點。

3.1 PLC自動化控制系統設計

電氣自動化控制系統結構設計，需要在按照分散控制、集中化管理以及數據資源共享等基本原則基礎上開展，控制系統主要包括現場設備控制站PLC、網絡傳輸軟件以及中央監控系統等工程，每個模塊都具有不同的特點。中央監控系統與現場設備控制站通過以太網實現數據傳輸；地埋式污水處理廠通信采用光纖冗余以太環網，利用各個控制站性能強大的PLC實現自動化控制目標，能夠提升數據信息傳輸效率。在設計過程中，設計人員需要通過數據庫管理系統實現地埋式污水廠的信息資源集中化管理，從而構成具有綜合性特征的自動化辦公系統，外加監控系統則能夠對地埋式污水處理廠的全過程實現自動化控制。

3.2 儀表監測自動化系統設計

在地埋式污水廠建設過程中，儀表監測是電氣自動化控制系統功能實現的重要環節，所以設計人員需要按照技術先進性、經濟可靠性以及使用安全性等基本原則進行設計工作。從當前地埋式污水廠電氣自動化控制系統的實際需求來看，應用最為普遍的是超聲波液位監測儀表，通過液位開關明確液位實際變化，以液位控制反應作為水泵自動化控制的基礎，格柵區域的液位監測主要采用超聲波差測量儀表進行操作，基于格柵周圍首位的實際變化情況對格柵運行進行調整。與此同時，針對地下管道內部的液體流量自動化監測，采用電磁流量計儀表，設計過程中需要充分考慮到出水流量、消毒劑使用量以及混凝劑等多項因素，在進出水區域設置pH、TN、TU、TP 以及COD 等自動化監測儀表。自動化監測儀表在地埋式污水廠建設中具有重要的作用，是電氣自動化控制系統功能實現的基礎，主要功能是獲取各監測區域的實際流量情況，以此為基礎為電氣自動化控制系統運行提供數據，使其能夠按照實際數據對運行狀態進行調整。

3.3 變配電系統設計

地埋式污水廠的供電系統一般為一級負荷狀態，也就是支持雙電源供電，兩路電源同時工作運行，且互相為對方備用作為保障，使得雙方的使用需求標準都能夠得到滿足。在對變配電自動化控制系統進行設計時，需要考慮到應急供電的問題。因為地埋式污水處理廠的設備大多埋設在地下，如果出現火災供電將會中斷，對于工作人員生命安全會產生很大威脅，所以需要應急供電自動化設計工作，確保當發生意外情況時，應急供電系統能夠保持正常運行，從而能夠提升電氣自動化控制系統可靠性，為工作人員提供更加完善的安全保障；在變配電電氣自動化控制系統設計中，需要做好消防風機自動化、消防風閥自動化、事故截斷閥自動化、應急照明自動化、疏散指示燈自動化以及防火卷簾門自動化設計等，保證意外情況發生時各項應急設備能夠自動化啟動，從而提升地埋式污水廠運行安全性。

3.4 污水池溶解氧監測自動化設計

污水中溶解氧的含量對于污水的處理質量管理而言具有重要的意義，因此可以通過電氣自動化控制系統對污水池溶解氧濃度進行監測，從而能夠更加快速準確地判斷出當前污水處理現狀。通過在污水池中加入監測設備，監測設備能夠實時收集當前污水池中溶解氧的含量，并將含量信息傳遞給工作人員，使工作人員能夠更加清晰、直觀地了解當前污水池的處理能力，從而調整污水池處理方案，增加或降低溶解氧含量，能夠使污水處理效果得到很大程度的提升。最為重要的是通過對溶解氧的自動化監測，系統能夠根據監測數據對系統運行狀態進行調整，從而使得系統運行狀態能夠滿足當前地埋式污水廠的需求，以此能夠提升污水處理工作效率，是溶解氧自動化監測與控制系統的重要作用。

3.5 污水溫度控制自動化設計

在地埋式污水廠的處理工作中，污水溫度控制是影響污水處理效果的重要因素之一。我國當前城市污水中污水來源較多，例如雨水、工業廢水、生活廢水等。以化工企業的工業廢水為例，其中很有可能含有沸點較低的化學物質，如果污水溫度過高，達到了這部分化學物質的沸點，則會導致這部分化學物質溶解在污水中，在污水溫度發生變化時，有害物質則會通過揮發的方式進入空氣中，從而對空氣造成污染。因此，為了解決該問題，通過采用電氣自動化控制的方式，對污水溫度進行實時監測。例如在污水池中加入鉑熱電阻溫度傳感器。鉑熱電阻對于溫度變化非常敏感，一般情況下可以精確到0.1 ℃，通過電氣自動化控制溫度監測系統，當溫度超過所設定的閾值時就會自動發出報警信號，還可以通過電氣自動化控制進行溫度調節。通過對污水溫度控制系統的自動化設計，利用傳感器監測數據，對污水溫度進行實時化、自動化調控，從而能夠更好地滿足污水處理工作目標，有利于全面提升污水處理工作效率。

3.6 污水酸堿度監測自動化設計

酸堿度是分析污水現狀的重要指標，國家在對污水等級標準中規定，一級B 與一級A 標準的酸堿度值范圍為6～9，如果超過或低于該范圍，則說明污水處理效果不合格。將電氣自動化控制加入到污水酸堿度監測中，通過采用電位法結合信號放大器，能夠將當前污水的酸堿度值自動上傳到該系統中，從而使工作人員更加準確地掌握當前污水的酸堿度數值，當數值過高時可以采用加入中和劑的方式降低或提高污水酸堿度數值，使其能夠達到相應的污水排放標準。酸堿度作為污水處理過程中的基本評價標準，通過自動化控制系統對其調控，利用監測設備獲取酸堿度數據，在過高或過低時自動對其進行調節，從而能夠全面提升地埋式污水廠處理效果。

4 地埋式污水廠電氣自動化控制系統設計應用實例

2020年H 市某地埋式污水廠在其自動化控制系統中加入了電氣自動化控制技術，采用上述設計方案，通過電氣自動化控制技術對污水的酸堿度、溫度、溶解氧濃度、氨氮含量、磷含量以及固定懸浮物濃度等多種參數進行監測，并將原本一級B 排放標準提高到一級A 排放標準。將電氣自動化控制在污水處理系統中應用一段時間后，工作人員對污水處理效果進行隨機抽樣檢測，出水化學需氧量為36.8～48.5 mg/L，溶解氧量為3.1～7.2 mg/L，氨氮含量為1.2～5.2 mg/L，磷含量為0.04～0.5 mg/L，固體懸浮物濃度為4.5～9.5 mg/L，達到了國家規定的一級A 標準，取得了良好的應用效果。

5 結束語

本文全面闡述了地埋式污水廠及電氣自動化控制的基本內涵，對當前地埋式污水廠建設存在的問題進行了分析，最后提出了電氣自動化控制系統設計方案，并將系統進行應用檢驗，結果證明電氣自動化控制系統具有良好的應用效果。希望能夠對我國地埋式污水廠建設起到一定的借鑒和幫助作用。