污水處理廠控制系統的應用

處理廠是我國各大城市市政工程的熱門項目，清華大學擁有*的環境模擬及控制實驗中心，清華同方控制工程公司以此為技術基礎開發了污水處理廠系統。本文結合污水處理工藝過程，介紹控制系統的特點。 
城市污水主要來自居民的生活污水，工業廢水因含有各種有毒化學物質須先行處理。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、懸浮有機物（尿液、輕工業廢水）。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物及溶解有機物。 
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?？刂葡到y根據集水井的液位決定開動提升泵群，使其負荷量均衡，并輪流撤出檢修。在提升泵的進水及出口，設置粗格柵及細格柵，以除掉城市垃圾（如爛菜葉、果皮、紙張、塑料制品等）?？刂葡到y要定時開動或根據格柵兩邊液位差開動垃圾的收集、脫水及運轉設備。除掉垃圾的污水流入沉沙地，用重力沉掉水中泥沙。為分離懸浮有機物及泥沙，沉沙地需用攪拌的方法或充氣的方法防止有機物沉淀?？刂葡到y要控制攪拌設備或充氣設備的正確運轉，并根據沉淀泥沙的厚度開動污泥的收集、脫水及轉運設備。 
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殖廠，用污水中的有機物作為飼料養殖微生物。部分有機物成為微生物的身體（活性污泥）；另一部分有機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物而達到排放標準。 
污水在厭氧池、氧化池、沉淀池中循環流動。在厭氧池中溶解氧的濃度很低，厭氧菌大量繁殖。它們會分解懸浮有機物，去除污水中的含氮物質。在氧化池中，溶解氧的濃度很高，好氧菌大量繁殖。它們去除污水中的含氮有機物?？刂葡到y的任務在于營造有用微生物的*生活環境，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，將產生大量的微生物（活性污泥）?；钚晕勰嘣诔恋沓刂信c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備中。 
在氧化溝中有大型的攪拌設備或充氣設備以維持水中的溶解氧（好氧菌繁殖過程中會大量消耗氣氧）。控制系統要確保上述設備的正常運轉。 
三、污泥消化處理  
圖3 污泥消化處理 
活性污泥經過脫水、濃縮、進入貯泥池。然后在消化池中，在缺氧及適合的溫度下，由厭氧菌大量產生沼氣。沼氣壓縮到儲氣罐中，可以用來燒鍋爐或開動發動機，以降低污水處理的耗電?？刂圃O備要保證污泥消化的*條件，以及所有設備的正常運轉。 
四、污水處理長控制系統特點 
由上述可知，污水處理廠控制分布面積很大，污水處理過程時滯很大（50h以上），外部環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的硬件采用由PLC構成的集散控制系統。軟件采用清華同方開發的軟件系統以保證控制系統*運行。 
五、硬件示意圖  
圖4 硬件示意圖 
六、軟件介紹 
控制系統的組態及運行管理采用上流行的開放性組態軟件，如CTTECT、WIZCON等。如果投資允許，可以方便地擴充為冗余系統，并連接到INTERNET網上。在緊急情況下，主控人員通過ITERNET網在遠處即可以了解污水處理廠全部生產現場的工作狀況。 
針對污水處理控制過程的大滯后、非線性，外部環境具有許多不確定因素的特點，在清華大學國家環境模擬與污染實驗成果的基礎上，清華同方推出了污水處理專家系統軟件。它由以下三部分組成： 
1、污水處理模擬預報軟件 
污水處理中的生物二級處理過程，耗時幾十個小時，生化反應復雜多變，是個大滯后系統。按照現行管理方法根據檢測結果再調整控制，為時已晚，以致不合格污水大量排出。該軟件可以提前預測處理結果提前幾十小時調整控制參數。 
2、污水處理專家系統 
該軟件包含由世界各國污水處理廠多年運行總結出的經驗數據庫?？梢栽诳刂葡到y的運行中及時發出警報，提出處理建議，是運行人員的得力幫手。 
3、模糊控制軟件 
由于污水處理過程是時滯較長、非線性的生化過程控制系統，采用傳統的閉環反饋方法難以維持系統的平衡運轉。因而在現場控制站的PLC以及上位機中均裝有模糊控制軟件，以使系統達到*調節。 
清華同方控制工程公司在控制領域居國內地位，污水處理系統控制設備及方法上熟練掌握系統技術，將工藝與控制系統很好地結合在一起。城市污水處理控制系統已在全國多家污水廠投入運行，并帶來了很好的經濟效益和社會效益。