摘要：本文以某市污水處理廠為例，給出了在目前的技術(shù)條件下污水處理廠自控系統(tǒng)的設(shè)計原則、設(shè)計過程，分析了不同可選設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，并對污水處理廠自控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了簡單評價。
關(guān)鍵詞：污水處理 自控系統(tǒng) 設(shè)計 力控組態(tài)軟件
       污水處理廠自控系統(tǒng)是整個污水處理工程的重要組成部分，其設(shè)計好壞與控制設(shè)備選擇是否適當(dāng)，不僅關(guān)系著自控系統(tǒng)的性價比的高低而且對以后整個污水處理廠運(yùn)行維護(hù)的難易有著重要影響。筆者以某市污水處理廠這個實(shí)際工程為例，對污水處理廠自控系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)闡述。
一、污水處理廠概況
       該污水處理廠位于市中區(qū)，為日處理能力為5萬噸/天的污水處理廠，出水排入黃海，水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
       本工程采用水解－AICS處理工藝。其具體流程為：污水首先分別經(jīng)過粗格柵去除粗大雜物，接著污水進(jìn)入泵房及集水井，經(jīng)泵提升后流經(jīng)細(xì)格柵和沉砂池，然后進(jìn)入水解池，。水解池出水自流入AICS進(jìn)行好氧處理，出水達(dá)標(biāo)提升排入黃海。AICS反應(yīng)器為改進(jìn)SBR的一種。其工藝流程如下圖1所示：
     
                        圖1 污水處理廠處理工藝流程

   
                          圖2 污水處理廠自控拓補(bǔ)圖
五、自控系統(tǒng)的儀表選擇
      儀表系統(tǒng)遵循“工藝必需、計量達(dá)標(biāo)、實(shí)用有效、免維護(hù)”的原則進(jìn)行設(shè)計，儀表配置如下：
粗格柵渠配置超聲波液位差測量儀表1套；
集水池配置超聲波液位測量儀表1套；
細(xì)格柵進(jìn)水井：pH及溫度測量儀表1套；
細(xì)格柵渠配置超聲波液位差測量儀表1套；
AICS反應(yīng)池配置溶解氧測量儀表及懸浮物濃度測量儀表各4套；
AICS反應(yīng)池進(jìn)氣管路流量測量儀表3套；
鼓風(fēng)機(jī)房配置鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)出風(fēng)管壓力測量儀表6套；
集泥池配置超聲波液位測量儀表1套；
脫水機(jī)房配置脫水機(jī)進(jìn)泥管路流量測量儀表2套(隨污泥脫水設(shè)備成套)；
絮凝制藥裝置液位開關(guān)2套(隨污泥脫水設(shè)備成套)；
變電所配置各出線回路的電量測量儀表。
盡管上述儀表中部分儀表已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的國產(chǎn)化，但是在精度和穩(wěn)定方面與進(jìn)口產(chǎn)品還有一定的差距，因此上述儀表中除通用的流量、溫度和壓力儀表外，其它均采用進(jìn)口產(chǎn)品。
六、自控系統(tǒng)的功能設(shè)計
      自動控制系統(tǒng)除了保證污水處理工藝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)外，還有可以提高處理工藝的整體優(yōu)化水平等，本工程的功能設(shè)計主要?dú)w納如下；
1、單體設(shè)備控制
      對單體設(shè)備來說其控制分為三個層次，其優(yōu)先順序?yàn)楝F(xiàn)場手動控制、上位手動控制和PLC自動控制，這樣現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時可以最快的速度切斷故障設(shè)備的運(yùn)行，最大程度地降低設(shè)備的損壞程度。在整個系統(tǒng)中，單體設(shè)備的損壞時保證系統(tǒng)其它無關(guān)聯(lián)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、節(jié)能控制
       本工程的節(jié)能設(shè)計主要包括提升水泵的變頻控制和好氧部分溶解氧自動調(diào)節(jié)控制兩部分。
通過變頻器與液位計形成閉環(huán)控制，保持集水井內(nèi)液面的穩(wěn)定，這樣可以減少因提升泵的啟動對處理系統(tǒng)造成的沖擊，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時根據(jù)水量變化調(diào)節(jié)水泵頻率，降低了運(yùn)行能耗。
為保持AICS反應(yīng)器曝氣部分溶解氧濃度穩(wěn)定在2mg/l左右，通過控制鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉角度來實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)的流量的調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的目的。
       此外，液位差控制的格柵的按需運(yùn)轉(zhuǎn)也是節(jié)能設(shè)計的一部分。
3、信息處理設(shè)計
       通過上位監(jiān)控軟件系統(tǒng)直接采集的在線儀表數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)報表和圖形顯示，還可根據(jù)處理工藝原理自動對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和推導(dǎo)，提煉出對運(yùn)行操作更有指導(dǎo)意義的數(shù)據(jù)。如：
污泥負(fù)荷、 提升水泵運(yùn)行效率、污泥齡、絮凝劑投加比例、鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率、泵房提升單方水量的電耗、鼓風(fēng)機(jī)每1000m3供風(fēng)的電耗、單方污水污泥處理的電耗、低壓總電量、附屬設(shè)施耗電量、工藝設(shè)施總耗電量、提升電耗、供風(fēng)電耗以及工藝其它各個工藝構(gòu)筑物的電耗等等。
七、自控特點(diǎn)：
1、低投資：投資少
       本工程除一些精度要求高的在線監(jiān)測儀表(污泥濃度計、溶解氧儀和液位計)為進(jìn)口儀表外，其余部分在線儀表實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，節(jié)省了一部分投資費(fèi)用。
另外，從工藝控制角度看，省區(qū)了一些不影響工藝運(yùn)行要求的在線儀表，如ORP計、氣體流量計等。不設(shè)現(xiàn)場監(jiān)視設(shè)備的也是降低投資的重要原因之一。
        在自控系統(tǒng)的總線技術(shù)選取上、現(xiàn)場I/O控制設(shè)備和上位監(jiān)控設(shè)備的選取上，均采用了性價比較高的產(chǎn)品。如PLC采用西門子S7-300系列等。
本自控系統(tǒng)從以上幾點(diǎn)節(jié)約了大量的費(fèi)用。
2、低費(fèi)用：運(yùn)行費(fèi)用低
       在占全廠能耗90%的原水提升和鼓風(fēng)曝氣這兩個環(huán)節(jié)上，依托自動控制系統(tǒng)，進(jìn)水段實(shí)現(xiàn)恒液位、變流量控制，由大功率變頻裝置拖動大流量潛污泵，完全涵蓋了500—3000m3/h的流量范圍，克服了多臺泵切換啟停，流量突變對后續(xù)工藝的水力沖擊，也達(dá)到節(jié)能的目的，立式潛污泵的提水電耗為4.75kwh/km3。
占全廠能耗75%以上的鼓風(fēng)機(jī)選用單級高速離心風(fēng)機(jī)，通過控制進(jìn)口導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)風(fēng)量，從而降低能耗，具體的作法是在夜間小水量和過渡工序時自動減小供氣量。
3、管理操作簡便
       本自控工程在上位軟件二次開發(fā)過程從人性化角度出發(fā)，提高自控系統(tǒng)的可操作性，使管理者在任意時間和地點(diǎn)可對工藝系統(tǒng)進(jìn)行全方面的監(jiān)控，及時了解到處理系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)劣狀態(tài)。
八、投資
       本工程自控系統(tǒng)的預(yù)算費(fèi)用約占污水處理廠總投資的5%左右。與其它污水處理廠相比，本工程的自控系統(tǒng)投資是中等偏下，性價比較高。
九、結(jié)語
        該污水處理廠自控系統(tǒng)是根據(jù)工藝要求在確定的設(shè)計原則下進(jìn)行設(shè)計，既保證污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又盡可能的降低了工程的造價投資，其設(shè)計過程和結(jié)果對其它污水處理工程的自控設(shè)計具有一定的借鑒意義。