污水處理廠控制系統(tǒng)的應(yīng)用

處理廠是我國各大城市市政工程的熱門項(xiàng)目，清華大學(xué)擁有*的環(huán)境模擬及控制實(shí)驗(yàn)中心，清華同方控制工程公司以此為技術(shù)基礎(chǔ)開發(fā)了污水處理廠系統(tǒng)。本文結(jié)合污水處理工藝過程，介紹控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。 
城市污水主要來自居民的生活污水，工業(yè)廢水因含有各種有毒化學(xué)物質(zhì)須先行處理。其中的污雜染物包括城市垃圾（如爛菜葉、果皮、紙張、塑料制品等）、泥沙、懸浮有機(jī)物（尿液、輕工業(yè)廢水）。污水處理過程要用泵將污水提升到高處的污水池中，然后逐級向下溢流到各級污水處理池中，在流動(dòng)過程中，除掉上述各種污染物。 
    目前城市污水處理廣泛采用二級生化處理工藝。在一級處理中去掉污水的城市垃圾及泥沙。在二級處理中用生物方法去除污水中的懸浮有機(jī)物及溶解有機(jī)物。 
一、一級處理及控制  
圖1 一級處理過程 
原污水的流量在變化，流入的污水首先存在集水井中。控制系統(tǒng)根據(jù)集水井的液位決定開動(dòng)提升泵群，使其負(fù)荷量均衡，并輪流撤出檢修。在提升泵的進(jìn)水及出口，設(shè)置粗格柵及細(xì)格柵，以除掉城市垃圾（如爛菜葉、果皮、紙張、塑料制品等）。控制系統(tǒng)要定時(shí)開動(dòng)或根據(jù)格柵兩邊液位差開動(dòng)垃圾的收集、脫水及運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備。除掉垃圾的污水流入沉沙地，用重力沉掉水中泥沙。為分離懸浮有機(jī)物及泥沙，沉沙地需用攪拌的方法或充氣的方法防止有機(jī)物沉淀。控制系統(tǒng)要控制攪拌設(shè)備或充氣設(shè)備的正確運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)沉淀泥沙的厚度開動(dòng)污泥的收集、脫水及轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。 
二、二級生物處理及控制  
圖2 二級生物處理 
污水二級生物處理可以形象的比喻成微生物養(yǎng)殖廠，用污水中的有機(jī)物作為飼料養(yǎng)殖微生物。部分有機(jī)物成為微生物的身體（活性污泥）；另一部分有機(jī)污物在微生物的繁衍過程中，以新陳代謝的方式變成CO2及NO2排放到大氣中。上述過程可除掉污水中大部分有機(jī)物而達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 
污水在厭氧池、氧化池、沉淀池中循環(huán)流動(dòng)。在厭氧池中溶解氧的濃度很低，厭氧菌大量繁殖。它們會(huì)分解懸浮有機(jī)物，去除污水中的含氮物質(zhì)。在氧化池中，溶解氧的濃度很高，好氧菌大量繁殖。它們?nèi)コ鬯械暮袡C(jī)物。控制系統(tǒng)的任務(wù)在于營造有用微生物的*生活環(huán)境，以使它們zui快繁殖，并防止有害微生物的大量生長。 
在生物處理過程中，將產(chǎn)生大量的微生物（活性污泥）。活性污泥在沉淀池中與污水分離，并由污泥泵抽出，一部分回流，一部分送出到污泥消化處理設(shè)備中。 
在氧化溝中有大型的攪拌設(shè)備或充氣設(shè)備以維持水中的溶解氧（好氧菌繁殖過程中會(huì)大量消耗氣氧）。控制系統(tǒng)要確保上述設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 
三、污泥消化處理  
圖3 污泥消化處理 
活性污泥經(jīng)過脫水、濃縮、進(jìn)入貯泥池。然后在消化池中，在缺氧及適合的溫度下，由厭氧菌大量產(chǎn)生沼氣。沼氣壓縮到儲(chǔ)氣罐中，可以用來燒鍋爐或開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，以降低污水處理的耗電。控制設(shè)備要保證污泥消化的*條件，以及所有設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 
四、污水處理長控制系統(tǒng)特點(diǎn) 
由上述可知，污水處理廠控制分布面積很大，污水處理過程時(shí)滯很大（50h以上），外部環(huán)境有許多不確定因素。清華同方工程公司的污水處理廠控制系統(tǒng)的硬件采用由PLC構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)。軟件采用清華同方開發(fā)的軟件系統(tǒng)以保證控制系統(tǒng)*運(yùn)行。 
五、硬件示意圖  
圖4 硬件示意圖 
六、軟件介紹 
控制系統(tǒng)的組態(tài)及運(yùn)行管理采用上流行的開放性組態(tài)軟件，如CTTECT、WIZCON等。如果投資允許，可以方便地?cái)U(kuò)充為冗余系統(tǒng)，并連接到INTERNET網(wǎng)上。在緊急情況下，主控人員通過ITERNET網(wǎng)在遠(yuǎn)處即可以了解污水處理廠全部生產(chǎn)現(xiàn)場的工作狀況。 
針對污水處理控制過程的大滯后、非線性，外部環(huán)境具有許多不確定因素的特點(diǎn)，在清華大學(xué)國家環(huán)境模擬與污染實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，清華同方推出了污水處理專家系統(tǒng)軟件。它由以下三部分組成： 
1、污水處理模擬預(yù)報(bào)軟件 
污水處理中的生物二級處理過程，耗時(shí)幾十個(gè)小時(shí)，生化反應(yīng)復(fù)雜多變，是個(gè)大滯后系統(tǒng)。按照現(xiàn)行管理方法根據(jù)檢測結(jié)果再調(diào)整控制，為時(shí)已晚，以致不合格污水大量排出。該軟件可以提前預(yù)測處理結(jié)果提前幾十小時(shí)調(diào)整控制參數(shù)。 
2、污水處理專家系統(tǒng) 
該軟件包含由世界各國污水處理廠多年運(yùn)行總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫。可以在控制系統(tǒng)的運(yùn)行中及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提出處理建議，是運(yùn)行人員的得力幫手。 
3、模糊控制軟件 
由于污水處理過程是時(shí)滯較長、非線性的生化過程控制系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的閉環(huán)反饋方法難以維持系統(tǒng)的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)。因而在現(xiàn)場控制站的PLC以及上位機(jī)中均裝有模糊控制軟件，以使系統(tǒng)達(dá)到*調(diào)節(jié)。 
清華同方控制工程公司在控制領(lǐng)域居國內(nèi)地位，污水處理系統(tǒng)控制設(shè)備及方法上熟練掌握系統(tǒng)技術(shù)，將工藝與控制系統(tǒng)很好地結(jié)合在一起。城市污水處理控制系統(tǒng)已在全國多家污水廠投入運(yùn)行，并帶來了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。