孟宪琦
中国石油天然气股份有限公司哈尔滨石化分公司工程管理部 黑龙江 哈尔滨 150000
摘要：随着水污染程度的不断加剧，污水处理过程自控系统的重要性不言而喻。污水处理是保证水的社会循环顺利进行的一个重要组成部分。生活中，污水处理厂的运行效率直接决定了水的社会循环效率，自控系统在污水厂中的广泛应用是现代化污水厂的一个标志。自控系统是保证污水工艺各个处理单元高效率运行的一个重要组成部分。本文的目的是通过介绍污水处理工艺自控系统的设计原则、功能、组成与相关应用研究，对污水处理工艺自控系统的发展进行了展望并提出了今后的研究方向。鉴于此，介绍了污水处理工艺自控系统的设计原则、功能、组成以及研究进展，并探讨了自控系统在污水处理工艺中的研究方向。
关键词：污水处理；自控系统
引言：水是人类赖以生存的自然资源、经济发展的战略性资源、社会进步的公共资源，水扮演的重要角色不言而喻。水的循环包括水的自然循环与水的社会循环。水的社会循环指的是源头取水后的水依次经过提升泵站、给水处理厂、承压管网进入千家万户，居民使用过后的水依次经过排水管网、一泵站、污水处理厂、二泵站排入河中。由此可见，水的社会循环是保证水资源循环利用的一个重要的过程。
1.污水厂自控系统概述
1.1污水厂自控系统的设计原则
污水处理自控系统的设计是整个污水处理工艺设计的一个重要方面，合理的自控系统设计能够提高污水处理效率、节约电能消耗、降低污水处理成本[1]。污水处理厂中各个构筑物的布置一般是分散的，因此每一个构筑物都有自己的分自控系统，分自控系统受总自控系的控制。不同的污水处理单元根据实际情况可以有不同的自控系统设计方案，但是必须基于一定的设计原则来进行。
1.2污水处理工艺自控系统的功能
污水处理工艺自控系统的主要作用是采集数据、分析数据、传输数据、运用数据，是通过对数据的处理、分析、整合来对各个处理单元进行监控、调节。污水处理工艺内的各个处理单元内都设有在线传感器，根据不同的控制指标设定不同种类的传感器，传感器连续在线检测污水指标。自控系统采集完数据后会对采集的数据进行分析，然后将分析结果反馈给各个处理单元，对各个单元的运行进行在线控制。自控系统运行的过程中不可避免地会发生故障，自控系统能够采集到异常信号值并反馈给控制器，控制器会做出相应的指示并进行报警。自控系统的管理功能也是非常重要的一个功能，管理功能是实现对污水处理工艺精细化管理的前提。
1.3污水处理工艺自控系统的组成
一般污水处理工艺自控系统的运行过程如下：曝气池中安装有在线溶解氧仪，溶解氧仪连续记录曝气池中的溶解氧含量，并将相应的溶解氧值转换成对应的电信号输入到控制器中；反应池的液位波动将被液位差传感器与液位高度传感器记录，该信号传入控制器中。控制器在接受电信号后会将设定值与输入值进行比较分析，然后做出决策，将决策信号值传给污水处理工艺中各个处理单元。泵类设备接收由控制器发出的信号后会及时改变其频率，对流量的大小进行调节；曝气设备接收到信号后会通过控制鼓风机的运行来控制曝气量的大小；格栅类设备会定时清理格栅上的污染物；污泥脱水设备与投药系统也会根据控制器输出的相应信号进行投药量控制。
2.应用研究
我国污水处理工艺自控系统的应用较晚，在早期的污水处理厂中由于自控系统的应用不成熟或者经费的投入不足，并没有安装自控系统。而在新建的污水处理厂中基本都配备了自控系统。随着我国对污水处理厂建设的重视以及资金的投入的加大，高级的计算机网络、通信技术、自动控制等新型技术的应用，结合了污水处理工艺技术进行设计，提高了污水处理工艺的管理的控制水平。一些自控要求高的污水处理工艺得到了新的发展，扩展了应用的范围。
目前，国内的污水处理的控制水平大体可以分为3 个层次。
2.1手动操作
采用常规的仪器对污水处理工艺中的流量、温度、浊度、pH 值等一些指标进行离线或者在线的采集，然后分析数据以得到控制的要求， 操作人员进行现场的控制。该控制模式主要由人工进行操作，工艺的设计参数不能得到保证，稳定性差，失误率高，运行设备和装置不能保证最佳的工作状态。但该方式投资小，容易实现，适合于小型的污水处理厂。
2.2半自动控制
污水处理厂的一些数据可通过数据采集器或其他方式进行采取，并且传递至控制室。控制室人员对这些数据进行分析，对其中一部分设备进行控制，开启或者关闭，而某些设备的控制需要人工进行操作，产生的数据也需要人工进行记录。这种控制方式需要人工频繁介入，使得工艺流程不能连续进行，进而影响出水水质的稳定。这类控制方式在国内中、小型污水处理厂应用较为广泛。
2.3全自动控制
利用计算机技术以及多层次的网络控制系统对污水处理厂整个工艺的运行进行全程无人值守的控制。污水处理厂运行过程中各个部分的控制数据通过相应的通信网络传送到中央控制室，在计算机控制下对现场各个监控设备、数据记录仪器进行全程控制，通过网络信息技术传送指令，以保证污水处理厂的正常运行。该方式为目前控制技术的发展方向。
污水处理工艺中泵站全自动控制是提高污水势能使污水能够在各个工艺中靠重力自流以及顺利排入河道的重要组成部分，对污水泵站的自动化控制是保证各构筑物在设计流量下进行反应的前提。相关研究人员对污水厂的进水泵站设计PCL控制系统，基于新型的控制网络结构对某一污水MBR工艺进行了自控设计，利用计算机对前后池的水量以及泵的运行曲线为污水厂以及泵站编制优化运行程序，实现了MBR工艺的高效运行，达到了节能减排作用。长期的运行结果表明，泵组能够在最佳工况下运行，从而实现了泵组的经济运行，大量减少了污水处理成本。研究者从前埔污水提升泵站的实际情况出发，研究了提升泵站自控系统的设计，创新性地开发了自控系统的水泵分时段运行及PI控制器，并完成了相应软件的开发，软件界面的直观清晰等得到了用户的好评。
对污水处理工艺中各个处理单元进行自动化控制有利于各个反应阶段的高效反应。CASS工艺是一种能够实现脱氮除磷的污水处理工艺，由于其操作烦琐，控制变量较多，因此对其进行自动控制成为解决该问题的关键。相关研究人员对某污水厂的CASS工艺进行了自控设计，将CASS工艺与PLC自控系统有机结合，完全实现了对CASS工艺的自动控制，并取得了良好污水处理效果，节省了大量的能源。膜生物反应器（MBR）工艺是膜处理技术与微生物处理技术的结合，具有占地面积小、处理负荷高、出水水质良好的等优点。
现代化污水处理各个工艺产生的污泥都要求无害化处理，因此污水处理工艺中的污泥处理也是污水处理系统中不可缺少的一部分，对污泥的处理进行自动控制是提高污泥处理效率的重要条件。有研究以南京使某一污水厂为例，从自控系统的设计、方案比较、设计实现等方面对该污水厂污泥处理过程的自控系统进行了详细介绍。运行结果显示，污泥处理效率高，自控系统的安全可靠性高，节省电能。自控系统的引进不但没有提高处理成本，反而大大提高了经济效益。
3.结语
随着我国经济的快速发展，生产力及人民的物质生活水平不断提高，对良好的生活环境要求也相应提高。由于环境污染问题日趋严重，国家和地方政府加大了环保投入，促使化工业污染处理领域中自控系统的使用有了快速的发展。在污水处理领域采用自动控制系统同传统的人工控制相比，不仅大大提高了污水处理质量，而且在工艺、设备仪器仪表及管理上采用了现代化高新技术，极大地推动了污水治理技术的发展，创造了良好的社会经济效益。
参考文献：
[1]王茜．污水处理厂自动化系统研发与设计[D].西安：长安大学，2016.
[2]陈进东，潘丰．污水处理控制系统设计[J].自动化与仪表，2018(12):123-125.