污水處理廠主要承載的是城市污水的處理改造，是排水系統(tǒng)的重要組成部分。只有排水系統(tǒng)完善良好，城市的環(huán)境以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)才稱得上完善，也能為城市各方面協(xié)調(diào)發(fā)展提供后備保障，它與城市的文明水平和現(xiàn)代化能力息息相關(guān)。除此之外，我國(guó)的污水處理標(biāo)準(zhǔn)日漸嚴(yán)格，不僅對(duì)于環(huán)境危害性有著嚴(yán)格要求，還要求能夠提高污水處理后的利用率，節(jié)約水資源，促進(jìn)資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)，為緊張的水資源現(xiàn)狀做出貢獻(xiàn)。
一、曝氣量控制概述
曝氣量控制概述曝氣量控制對(duì)于行業(yè)外人員來(lái)說(shuō)相對(duì)陌生，但曝氣量在污水處理工藝中是舉足輕重的一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，其控制的好壞對(duì)于污水處理結(jié)果和質(zhì)量影響較大。一般而言，曝氣量需要控制在特定范圍內(nèi)最為適宜，一旦曝氣量過(guò)高就會(huì)造成污水處理成本升高，效率降低。反之曝氣量控制過(guò)低的話，會(huì)造成氧濃度降低，從而使得消化反應(yīng)無(wú)法反應(yīng)完全;而且絮類菌體會(huì)獲得大量繁殖的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致水質(zhì)加速惡化。國(guó)家環(huán)保總局曾對(duì)我國(guó)污水處理廠和相關(guān)設(shè)施加以調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示在所抽調(diào)的600多個(gè)縣級(jí)以上城市中大半城市沒(méi)有設(shè)置污水處理廠，只有不到100的大型中型城市設(shè)有處理污水設(shè)施。但即使在這數(shù)十個(gè)設(shè)有污水處理設(shè)施的城市中，也有大半設(shè)施形同虛設(shè)，實(shí)際使用率極低，污水處理能力也不達(dá)標(biāo)。很多發(fā)達(dá)國(guó)家由于早期經(jīng)濟(jì)的粗放型發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題和資源短缺相對(duì)嚴(yán)重，因此發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開始注重污水處理來(lái)保護(hù)環(huán)境和節(jié)約水資源。尤其是伴隨著各項(xiàng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)日漸成熟，發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理工藝得到大大改進(jìn)，據(jù)悉，發(fā)達(dá)國(guó)家部分城市可將污水處理率提升到80%之高。由此可見，自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理中作用顯著，如能引入電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，就能進(jìn)一步提高污水處理率，對(duì)于緩解環(huán)境問(wèn)題和資源短缺都很有幫助，是值得投入研究的重要課題。
二、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在曝氣量控制方面的應(yīng)用
在電氣自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用于污水處理之前，該領(lǐng)域也有自己的控制曝氣量相關(guān)策略，這些策略方法各異，原理多樣，在此與主題關(guān)系不大，因此不多加贅述，主要聚焦于電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在控制曝氣量層面上的幾大應(yīng)用策略，下面是5種基本策略。
2.1 恒曝氣量控制
恒曝氣量控制是最為普通的一種策略，其切入的角度是使曝氣池提供相對(duì)恒定不變的曝氣量，大多數(shù)污水處理廠均喜歡采用此策略。但是這一策略存在固有缺陷，無(wú)法將池內(nèi)水量以及水質(zhì)納入考慮的范圍，也會(huì)受到溫差、溶解氧等因素的干擾，因此，該策略并不適合條件不夠穩(wěn)定的污水處理廠。該策略具體應(yīng)用的設(shè)備有空氣流量計(jì)，以此來(lái)測(cè)量空氣進(jìn)量，將所得信號(hào)傳導(dǎo)進(jìn)入PID控制器，進(jìn)一步施加指令于相關(guān)的閥門等設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)曝氣量的控制，做到恒定曝氣。
2.2 恒曝氣量的分時(shí)控制
此方法相較于恒曝氣量控制策略有很多相似之處，總體來(lái)講原理相近，但這個(gè)策略又有所完善，克服了恒曝氣量控制策略的一些固有缺陷。分時(shí)段恒曝氣量控制在恒曝氣量控制的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)根據(jù)不同時(shí)間段的池中變化來(lái)調(diào)整曝氣量，十分適合不同時(shí)段水量水質(zhì)變化較大的又有一定規(guī)律的污水處理廠。這一策略的主要方法是伴隨著時(shí)間段的特點(diǎn)來(lái)調(diào)整流量，由調(diào)節(jié)閥門來(lái)控制曝氣量，每個(gè)時(shí)段的曝氣量多少經(jīng)過(guò)嚴(yán)密計(jì)算，確保不同時(shí)段曝氣量有變化而同一時(shí)間段內(nèi)曝氣量恒定。一般以1h為一個(gè)時(shí)間段，將一天劃分為24個(gè)整時(shí)間段，研究其水量水質(zhì)規(guī)律，設(shè)定好流量大小和曝氣量多少，按需調(diào)節(jié)。但該策略也存在這些操作困難，主要體現(xiàn)在不同時(shí)段的規(guī)律變化較大，受天氣因素干擾，時(shí)間段又多，需要工作人員充分把握變化較大的規(guī)律，設(shè)定出最好的曝氣量值，還要能根據(jù)變化不斷調(diào)整，這就大大地增加了工作量和工作難度。
2.3 恒溶解氧控制
此策略不強(qiáng)調(diào)曝氣量的恒定，而將目光放于溶解氧含量的恒定控制上。目前已有眾多污水處理廠采用了溶解氧檢測(cè)儀表，對(duì)于溶解氧含量能夠有實(shí)時(shí)的監(jiān)控。推出恒溶解氧分布控制策略。該策略的主要方法流程是將溶解氧檢測(cè)儀表應(yīng)用于反應(yīng)器上，由儀表實(shí)時(shí)反應(yīng)池中的溶解氧含量。但由于污水處理池較大，一個(gè)儀表無(wú)法準(zhǔn)確反映所有區(qū)域，因此通常將曝氣池進(jìn)行分區(qū)分片管理，每個(gè)區(qū)域放置一定的儀表加以監(jiān)測(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥門予以控制。
2.4 溶解氧綜合控制
這一策略與恒溶解氧分布控制策略有相似之處，一樣聚焦于溶解氧這一參數(shù)的控制，它的主要流程是在系統(tǒng)中加入控制器，在溶解氧變化的過(guò)程中設(shè)定出動(dòng)態(tài)參數(shù)，根據(jù)變化自動(dòng)調(diào)節(jié)。控制器主要分為主控制器和從控制器，主控制器發(fā)揮采集信號(hào)，合理分配不同區(qū)域溶解氧的設(shè)定值，而從控制器主要接受信號(hào)，根據(jù)主控制器的指令來(lái)控制調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶解氧量值的控制。但是，該策略是以出水信號(hào)為參照的，存在一定滯后性，屬于事后調(diào)節(jié)。為減少不穩(wěn)定性和滯后性，也可將進(jìn)水參數(shù)作為參照物，在事前進(jìn)行控制，便可使得出水指標(biāo)波動(dòng)會(huì)比較平穩(wěn)。
2.5 系統(tǒng)化曝氣控制
精準(zhǔn)化曝氣控制相對(duì)來(lái)說(shuō)是最為復(fù)雜的策略，但它精準(zhǔn)度高、自動(dòng)化水平突出、經(jīng)濟(jì)效益好，實(shí)在是十分優(yōu)秀的控制策略。這種策略是博采眾長(zhǎng)，充分利用了污水處理技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)，將其融合，采用數(shù)學(xué)建模的形式綜合處理。它的主要流程是一水質(zhì)監(jiān)測(cè)信號(hào)作為前期的基本參照，預(yù)先制定相關(guān)策略方法和調(diào)節(jié)方式，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過(guò)自動(dòng)閥門施加指令，進(jìn)行自動(dòng)化控制。這一策略明顯更為綜合自動(dòng)，技術(shù)含量高，但是礙于技術(shù)手段要求較高，眾多污水處理廠無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求，因此該策略普及度不夠高，需要提供技術(shù)支持來(lái)幫助該策略的推廣。
三、自動(dòng)化控制系統(tǒng)在污水處理方面的應(yīng)用
3.1 DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)
這一系統(tǒng)中存在眾多臺(tái)相對(duì)獨(dú)立的微機(jī)，它們之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)產(chǎn)生聯(lián)系，系統(tǒng)中同時(shí)還具有控制站、工程師、操作員等多個(gè)組成部分，他們之間相互連接、相互合作協(xié)調(diào)配合，共同完成控制工作。該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于協(xié)調(diào)性強(qiáng)，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)性的控制。
3.2 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)
這個(gè)系統(tǒng)相對(duì)于DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，它的各個(gè)設(shè)備之間采用的是多向串聯(lián)，多接點(diǎn)的連接方式，這樣的方式能夠使各個(gè)設(shè)備之間有更強(qiáng)的能力進(jìn)行資源信息的共享。然而，同樣囿于不同廠家設(shè)備兼容性問(wèn)題，這一系統(tǒng)內(nèi)部缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)整體化協(xié)調(diào)，因此這一系統(tǒng)普及度不高。
四、結(jié)語(yǔ)
我國(guó)的污水處理設(shè)施已盡量采用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，以期改進(jìn)污水處理工藝。該文推出了幾個(gè)應(yīng)用策略和相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，以期為污水處理技術(shù)的提升添磚加瓦，必將有利于污水處理事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，亦能促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。( >
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