污水廠改造中儀表及自動化優化設計

肖 蘭，張 劍

(1.漢口學院，湖北 武漢 430212；2.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000)

隨著我國城市化進程加快，城市水環境問題日益凸顯[1]。作為現代城鎮生活必不可少的組成設施，城市污水處理廠可以有效改善城市生態環境[2]。

某污水處理廠一期工程建設規模為12.5萬m3/d，目前實際處理規模達11萬m3/d，尚有一定的富裕。本次對現狀規模為12.5萬m3/d的污水廠增加深度處理設施，提高出水標準，改善受納水體的沖擊負荷，執行GB/T 50159—2015《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A排放標準[3]。設計進、出水水質見表1。

表1 污水處理廠設計進出水水質

污水處理廠深度處理工藝擬采用“高效沉淀池+反硝化深床濾池”工藝；污水廠原設計采用污泥濃縮脫水一體機，但在實際運行中，污水廠管理人員改造現狀均質池為重力濃縮池，根據廠里的運行要求，本次設計增加重力濃縮池，本次工程污泥濃縮脫水推薦采用重力濃縮+機械脫水方式。污泥脫水至80%后運至新建的污泥深度處置廠，將污泥干化后到含水率30%～40%之后再與垃圾進行摻燒發電；本工程出水經過紫外消毒后已達一級排放A標準，直接通過現狀排放口排放。

本次深度處理工程建(構)筑物主要包括：二次提升泵房及變配電間、高效沉淀池、反硝化生物濾池、加藥間。同時對現有構筑物進行改造，需要改造的現狀構筑物有：A2/O生物池、紫外線消毒池等。

1 儀表及自控現狀

現狀污水處理廠尾水執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》規定的一級排放B標準[4-5]，根據工藝流程及環保部門要求，全廠已設置超聲波液位計、電磁流量計等過程儀表，pH/溫度計、固體懸浮物(污泥)濃度計等水質分析儀表，在出水設置COD、總磷、總氮、氨氮等水質分析儀表。

全廠集中管理系統設于中心控制室，配備2臺工控機并行工作。現狀設有自動化控制系統，由中控室、4套PLC分站組成。PLC分站分別為鼓風機房PLC1分站、進水泵房PLC2分站、污泥泵房PLC3分站、脫水車間PLC4分站。PLC分站通過工業級以太網交換機及光纖組成工業級光纖環網。中控室內主要設備為操作員計算機、歷史數據服務器、工程師計算機、拼接大屏、A3/A4彩色打印機、A3/A4黑白打印機及UPS等組成。設備已使用多年，性能參數已顯落后。

2 檢測儀表設計

儀表必須按照污水處理的工作流程以及計算機控制系統的要求來進行選型，應該滿足各種測量要求，比如測量對象所處的環境，測量范圍及其精度等要求。水質分析、氣體檢測分析等檢測儀表均選用進口名牌產品，物位、流量、溫度與壓力檢測可考慮國內先進產品。

為準確控制污水處理廠的工藝生產過程，精確反映污水處理廠出水水質情況，設置必要的工藝過程在線檢測儀表。

2.1 現狀進出水工藝過程在線檢測儀表

現狀污水處理廠尾水執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》規定的一級排放B標準，根據工藝流程及環保部門要求，全廠在進水部分設置有pH/溫度計、固體懸浮物(污泥)濃度計、COD、硝氮等水質分析儀表，在出水部分設置有pH/溫度計、固體懸浮物(污泥)濃度計、COD、總磷、總氮、氨氮等水質分析儀表。

2.2 新增工藝過程在線檢測儀表

進水儀表間：總磷檢測；

改良型A2/O生物池：厭氧池、缺氧池氧化還原電位檢測；

二次提升泵房：液位檢測；

高效沉淀池：沉淀區污泥界面檢測、沉淀區污泥濃度檢測、污泥回流管流量檢測、泵房硫化氫檢測、高效沉淀池進水管流量等；

反硝化深床濾池：單格濾池液位檢測檢測、清水池和廢水池液位檢測、濾池進出水硝酸鹽監測、濾池進水溶解氧監測、濾池出水污泥濃度檢測、反硝化深床濾池進水管流量、反沖洗進水總管流量監測、反沖洗風機總管及支管壓力檢測等；

加藥間：溶解池液位、溶液池液位、PAC管流量檢測、PAM管流量檢測、碳源管流量檢測等；

巴氏計量槽：出水流量；

中水回用泵坑：液位；

污泥濃縮池：污泥界面檢測。

儀表的供電電源由區域所屬該PLC分站供給。儀表輸出4～20mA信號均引至區域所屬PLC分站。

本工程建筑物均屬第三類防雷建筑物。為使檢測儀表免招雷擊損壞，所有進出建筑物的儀表電源和信號電纜的兩側均應加裝電源及信號防雷器。戶外安裝儀表均應配套儀表保護箱，材質選用優質不銹鋼304，箱內儀表電源線和信號線上應加裝電源和信號防浪涌保護裝置。所有的儀表外殼都應該安全接地，且接地電阻小于4Ω。儀表信號電纜(雙絞屏蔽電纜)的屏蔽層應在PLC分站側可靠接地。

2.3 新增電量儀表

對于電量測量本設計采用智能電力監測儀。智能電力監測儀表帶有標準RS485接口并支持多種通信協議，方便與廠內現狀電力監控系統的連接。

合適的儀表必須具有較高的可靠性，檢測數據的準確度高；為了將被檢測的數據傳送到電力監控系統，要求儀表不僅具有就地檢測功能，還需要有遠程傳送數據的功能。

3 計算機控制系統設計

本工程計算機控制系統應結合現有自控系統進行改造，滿足集中管理、分散控制的原則。

污水處理廠控制系統由中央監控站、化驗室終端、現場控制站組成，本次深度處理工程新增2個PLC控制站，1個位于二次提升泵房變配電間內，1個位于反硝化深床濾池配電間內。

中控室和各現場控制單元之間采用環形的網絡結構通訊，現場控制站與監測裝置通過RS485現場總線進行通訊[6]。

3.1 計算機控制系統選型

計算機控制系統的選型尤為重要，經過綜合考慮，選擇操作靈活，維修方便快捷，而且穩定可靠的PLC產品，為方便維護管理，應選擇與現狀自控品牌相一致的產品。

3.2 計算機控制系統功能設計

管理功能：具有清晰地人機界面，方便操作者直觀地、全面地觀察污水水處理過程。

控制功能：計算機控制系統能根據檢測的數據，對全廠的生產進行控制和調節。

本次深度處理工程新增PLC分站2座：

PLC5分站：位于二次提升泵房變配電間，負責二次提升泵房及變配電間、高效沉淀池及巴氏計量槽及中水回用泵坑的工藝控制及新增進水總磷數據的采集。

PLC6分站：位于反硝化深床濾池配電間，負責反硝化深床濾池及加藥間的工藝控制。

原PLC1分站增加IO模塊，負責新建污泥濃縮池新增設備的控制。

3.3 計算機控制系統管理設計

現狀廠區計算機控制管理系統設置于綜合樓中控室內，主要設置操作員站(工控型)，工程師站(工控型)、工業交換機、網絡激光打印機、數據服務器及UPS等。結合本次深度處理工程，對現狀控制主機硬件升級更換、監控軟件及監控畫面進行更新完善以及全廠軟件重新編制，達到統一的全廠工藝流程實時監控，全廠工藝流程監控系統框圖如圖1所示。

圖1 全廠工藝流程監控系統框圖

4 結語

在線工藝參數檢測儀表和計算機集散控制系統是提高污水廠的控制和科學管理水平的主要手段，在升級改造過程中，要注重全廠自控系統的整合與改造，使改造后系統具有完整性和兼容性。結合本次深度處理工程，通過對現狀自控系統的升級改造，在滿足污水處理廠出水達到工藝要求的一級A排放標準的同時，統一了運維管理，節約了投資，提高了污水處理廠的經濟效益。