提要：　根据某污水处理厂的工艺特点，设计了一套计算机控制系统，采用了先进的控制策略进行pH 的区间控制，从而降低了生产成本。目前该处理厂已经能经济可靠地运行，处理后污水达到了国家标准。

关键词:　污水处理厂　自控系统　工控软件　PLC控制

　　近年来，为了实现高质量、低消耗、稳定可靠的运行，国内外许多污水处理厂采用了现代先进控制技术和计算机技术，从而构成计算机监督、控制、管理系统，使系统优化运行。

　　本文介绍的污水处理厂，采用了成熟先进的自动控制技术和计算机技术，对污水处理的整个过程进行实时监督和控制，达到降低系统运行成本，保证污水排放质量、实现少人/无人值守等目标。考虑到酸碱中和过程是污水处理的关键环节，对于污水处理的效果和效率有极大的影响，系统中采用了先进的自动控制策略，实现了污水pH区间控制，极大地降低了生产成本。

1　工艺流程简述

　　由于该污水处理厂需要处理的污水水质比较复杂，特别是来自工业区的污水COD浓度高，组分多变，处理难度大。为确保污水处理达标、运行管理可靠、处理费用经济，采用了A/O +接触氧化工艺，工艺流程见图1。

　　图1　A/O＋接触氧化工艺流程

　　污水进入污水处理厂后，经格栅由提升泵提升至均质池，池内有搅拌机搅拌以防止悬浮物沉淀，并使水质均匀。均质池停留时间为24 h。当进水流量超过设计允许流量时，污水由均质池溢流至事故调节池，若直接进水水质超过设计允许值(非正常)时，污水由提升泵提升至事故调节池。在来水流量正常时，将事故调节池内的污水逐量回流至提升泵房吸水井。事故调节池调节时间为8 h ，池内有潜水搅拌机搅拌，以防止悬浮物沉淀。当来水pH短时非正常波动时，加药间酸、碱高位槽通过计算机控制系统向均质池出水管上的静态混合器投加酸或碱来调节pH。

　　经过均质后的污水进入初沉池，以去除可沉的固体悬浮物及化学污泥。初沉池出水进入活性污泥法缺/好氧生化池的缺氧段，缺氧段水力停留时间为6 h，缺氧段有搅拌机搅拌，使进水与二沉池回流来的活性污泥及好氧段出水回流来的硝化液混合，并维持缺氧状态。污水在缺氧段中去除部分有机物并促使回流液中所含硝态氮还原成氮气排除。为强化生化处理效果，引入生物铁法处理技术。在投加少量铁盐的情况下，可有效提高微生物的活力，有利于维持生化系统较高的活性污泥浓度，生物铁法对COD的去除率及对含难降解物质的污水处理效果有明显提高。经缺氧段的污水进入好氧段，好氧段水力停留时间为12 h。通过曝气软管和曝气管对好氧段污水鼓风曝气，维持水中溶解氧2 mg/L以上，大部分有机物在该段中通过微生物的好氧生化作用降解去除，同时污水中有机氮及氨氮除微生物自身生长利用一部分外，其余部分大多被氧化成硝态氮。好氧段出水一部分回流至缺氧段，其余进入二沉池进行泥水分离，并将二沉池活性污泥回流至缺氧段。

　　二沉池出水进入接触氧化池进一步降解污水中剩余的有机物。接触氧化池水力停留时间为 6 h，池内设TB/TA＋TH混合弹性波纹立体填料及组合填料，接触氧化池出水进入终沉池进行泥水分离。

　　污泥浓缩采用重力浓缩方式。初沉池污泥、二沉池剩余污泥及终沉池污泥混合进入浓缩池浓缩，浓缩后的污泥由螺杆泵提升至带式压滤机进行脱水，同时投加聚丙烯酰胺絮凝剂。脱水后的泥饼通过胶带运输机送至污泥堆棚外运处置。浓缩池上清液及滤液排入厂区污水系统并进入提升泵房集水池［5］。

2　计算机自动控制系统结构

　　根据该污水厂处理过程的工艺设备及流程特点，从可靠性、易维护性、经济性出发，并根据管理集中、控制分散的原则，本控制系统采用了分布式系统结构，即将整个控制结构分为3层：第一层采用工业控制计算机的中央控制层(操作站)，主要完成设定值的操作输入(如流量设定值、pH控制设定值)、通讯、系统报警、运行管理以及所有工艺参数和设备运行状态的显示；第二层为现场控制层(PLC)，实现数据的采集、控制算法的实现、控制命令的下发以及工艺信号的连锁等功能；第三层为执行层，即各类传感器、变送器和执行机构，完成上一层下发的所有控制命令和数据采集。控制系统结构见图2。

　　图2　系统结构框图

　　中控室操作站、加药间一体化工控机、脱水机房一体化工控机、厂长室计算机、中控室PL C、加药间PLC以及脱水机房PLC通过8口HUB组成一个工业以太网。中控室操作站监控污水处理和污泥处理的全过程，是整个计算机系统的枢纽。加药间一体化工控机监控加药区域的过程，脱水机房一体化工控机监控浓缩池、脱水机房区域的处理过程。厂长室计算机系统仅有监测功能，没有控制功能，所监测的是污水处理、污泥处理的全过程。

　　中控室操作站和模拟屏之间通过RS232进行串行通信。上位机与上位机以及与PLC之间都是采用以太网通信方式。上位机只需插上普通网卡，装上SOFTNET软件，就可以通过工控软件自带的I/O SERVER软件和西门子SIMATIC S7-300 PLC通信。PLC的编程语言是STEP 7，通讯模块是CP340，它的I/O模块通过继电器隔离与现场信号连接［1，3］。

3　系统应用软件功能

　　系统应用软件分为PLC软件、InTouch工控软件和用VB软件开发的应用软件。

　　PLC软件从现场采集数据、控制流量和控制pH。InTouch软件实现中控室的组态，并且通过 I/O SERVER 和其它上位机及PLC进行通讯，传送数据和报警信号。用VB软件开发的应用软件实现其它几台上位机的组态功能、与模拟屏通讯和产生数据报表等功能。

3.1　PLC软件功能

　　PLC软件实现一些简单的控制算法、数据采集、与上位机通讯、控制指令下发和就地控制等。控制算法主要有进入初沉池流量的PID控制算法和混合器pH的模糊控制算法，参数由上位机给出。

　　因为曝气池中好氧菌的繁殖对pH大小有一定的要求，同时pH也会影响污水中氧化分解反应的速度。一般要求pH的范围保持在7.5～9.0左右［2］。根据测量得到的混合器pH以及pH的设定值，采用模糊控制方法通过调节稀释硫酸或稀释氢氧化钠管道上的电动控制阀实现pH的区间设定控制。如果pH已满足设定要求，控制系统自动停止加药，以节省运行成本。模糊控制器结构示意见图3［6～7］。

图3　模糊控制器结构示意

3.2　InTouch软件功能

　　InTouch工控软件实现了画面组态，形象地反映污水处理实际现场工艺控制过程，动态显示数据，同时可以查看数据的历史趋势、实时趋势和历史报警表。报警上、下限参数的设定和PLC控制参数的设置也是通过它来进行。

　　全厂工艺流程界面见图4。

图4　全厂工艺流程界面

　　历史趋势图最多可以同时显示8根曲线，操作人员可以随意改变要显示的变量和显示的时间，并可打印。可以指示当前值，一段区域内的平均值、最大值和最小值［4］。

　　报警系统包括故障报警和超限报警。有报警产生时，相应部分的画面变成红色并不断闪烁地报警，一直到异常情况消失为止，同时把报警产生的时间和报警的情况记录下来。

4　结语

　　本系统在检测仪表、PLC控制、上位机以及网络上都选用了较为先进、成熟和可靠的设备，并采用了先进的控制策略进行pH的区间控制。由于对控制工艺的比较了解，开发、调试等过程都比较顺利，满足了用户的需求，实践证明了本控制系统的优越性。本控制系统的特点如下：

　　(1)易维护，通过计算机的操作界面，很直观地进行系统的检测和维护；

　　(2)操作方便，利用人机工程学理论设计的操作界面充分考虑了操作的简便。另外，所有现场的开关(包括电气开关)可以通过计算机系统的操作界面实现其软开关，从而对于一些简单的维护、检测等，可以直接在操作界面上完成，而不需要到现场或不需在仪表柜上操作开关(现场的电气开关仍保留)。

　　(3)高可靠性，系统采用了集中管理、分散控制的分布式控制技术，从而保证了系统具有较高的可靠性。

　　(4)采用了先进的控制策略来进行pH的区间控制，节省了生产成本。

参考文献