城市污水處理系統(tǒng)的控制模式研究

　　 城市污水來源通常為生活污水與生產(chǎn)污水，是各種形式的有機(jī)物和無機(jī)物的復(fù)雜混合物。在進(jìn)行污水處理時(shí)，凈化等過程是為了使污水達(dá)到排水再次使用水質(zhì)。城市污水處理應(yīng)用廣泛，例如：餐飲、環(huán)保、醫(yī)療、能源、農(nóng)業(yè)、交通、城市景觀、建筑等領(lǐng)域。城市中應(yīng)建立自動控制網(wǎng)絡(luò)，是城市污水處理控制系統(tǒng)的主要概念，是控制污水處理的對象。城市污水處理控制系統(tǒng)分為管理、協(xié)調(diào)、現(xiàn)場等分級控制，而在環(huán)保監(jiān)督、調(diào)度管理以及控制工藝設(shè)備等方面也將城市污水處理控制系統(tǒng)的作用劃分出來。文章提出了城市污水處理系統(tǒng)控制模式，為處理、解決城市污水提供技術(shù)基礎(chǔ)。

　　一、污水處理工藝

　　城市污水的處理的工藝流程較為復(fù)雜，該工藝在物理、化學(xué)、生物等學(xué)科中充分涉獵，是一項(xiàng)綜合性技術(shù)。現(xiàn)階段，在對處理效果、運(yùn)營成本、投資、水質(zhì)量等因素綜合考慮的前提下，我國采用了物理法與生化法污水處理方式，即一級處理和二級處理。物理處理法具有較快的工藝過程，除渣機(jī)、沉淀池、沉砂池、水泵、篩網(wǎng)、格柵等均為該方法所使用設(shè)備。城市污水中所包含的泥沙和懸浮物SS利用一級物理處理方法進(jìn)行分離、處理、和回收。城市污水中的有機(jī)污染物質(zhì)多呈現(xiàn)膠體狀亦或溶解，對此，為了能夠有效降解代謝有機(jī)物功能，就需要利用生化法。傳統(tǒng)的活性污泥法來對城市污水進(jìn)行治理具有滯后性大、變化過于緩慢等特點(diǎn)，因此控制生物處理過程時(shí)，采用傳統(tǒng)的控制方法難于提升效果。通過物理處理和生化處理，能夠?qū)⑽鬯邪俜种攀陨系腂OD以及SS去除。城市污水處理工藝流程圖如圖1所示。

　　二、創(chuàng)建系統(tǒng)及系統(tǒng)功能

　　1.加強(qiáng)環(huán)保監(jiān)督力度

　　通過對城市污水處理廠各指標(biāo)的定期檢測，如能耗、進(jìn)出水、流量等，可為科學(xué)、合理管理及規(guī)劃城市污水處理提供必要數(shù)據(jù)，并評價(jià)出各處理廠的運(yùn)營效率。這是因?yàn)楸M管城市污水系統(tǒng)具有社會效益巨大，但存在較差的經(jīng)濟(jì)效益和較高的運(yùn)行成本。在污水處理廠和環(huán)保局的管理下，有序開展環(huán)保監(jiān)督，并對污水處理數(shù)據(jù)是否完整、準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)等方面進(jìn)行確保，對各個(gè)污水處理廠的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

　　2.管理調(diào)度

　　隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的誕生與發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及給予人們工作極大的幫助，提升了生活品質(zhì)。在城市污水處理方面，計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的應(yīng)用也發(fā)揮出很大作用。在優(yōu)化污水處理廠運(yùn)行為目標(biāo)，進(jìn)行調(diào)度的優(yōu)化，計(jì)算最佳工作參數(shù)是調(diào)度管理應(yīng)負(fù)責(zé)的工作，并對各項(xiàng)工序之間質(zhì)量和負(fù)荷存在的關(guān)系進(jìn)行大力協(xié)調(diào)。在設(shè)備狀況、氣候、季節(jié)、時(shí)間等因素都與污水處理工藝的運(yùn)行密切相關(guān)。

　　3.控制工藝設(shè)備

　　為了促使污水處理廠能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高安全性，降低勞動強(qiáng)度，從而確保污水處理質(zhì)量，自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠協(xié)助滯后性大、連續(xù)性強(qiáng)、隨機(jī)干擾因素多、分布范圍廣、被控設(shè)備與監(jiān)測參數(shù)多、過程復(fù)雜等特點(diǎn)的污水處理工藝進(jìn)一步提高質(zhì)量。該控制系統(tǒng)具有計(jì)算性能參數(shù)、連鎖保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)控制等一系列功能，而工藝的流程、機(jī)電機(jī)械設(shè)備、變電站等都是控制系統(tǒng)所控制的對象。

　　三、控制系統(tǒng)介紹

　　控制城市污水處理系統(tǒng)分別涉及到分析、監(jiān)視、質(zhì)量、調(diào)度、管理等方方面面，而不只是控制或調(diào)整各項(xiàng)工藝流程。

　　1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　從下階段我國已投入運(yùn)行的城市污水處理廠的情況來看，主要應(yīng)用的雙層分布式監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場PLC和中央管理微機(jī)組成。該控制方式不僅僅應(yīng)用于我國，世界很多國家都在應(yīng)用。工藝設(shè)備級控制系統(tǒng)為現(xiàn)場控制設(shè)備，主要的工作就是控制污水處理工藝。將執(zhí)行機(jī)構(gòu)、MCC柜、測量儀表等連接于PLC后，可處理并完成，自控控制、傳輸數(shù)據(jù)、采集開關(guān)量和模擬量的數(shù)據(jù)等一系列功能。根據(jù)被控設(shè)備及分散程度和工程規(guī)模，通常有6臺至10臺PLC。現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)通訊應(yīng)用于PLC之間，并分別設(shè)置與中制室、物理處理步驟、生化處理步驟、變電站等處。在對PLC進(jìn)行選型時(shí)，僅僅考慮復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)與組成網(wǎng)絡(luò)即可，引起具有很高的可靠性。人機(jī)界面的主要設(shè)備時(shí)CRT，可通過靈活操作CRT畫面來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制及操作。系統(tǒng)采用了SCADA軟件，硬件平臺則為IPC。以此為基礎(chǔ)，現(xiàn)場可不需要安裝控制盤臺。操作人員能夠?qū)刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，并糾正、修改設(shè)置值，實(shí)時(shí)監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的PLC，實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)控制。

　　2.管理調(diào)度及監(jiān)督

　　一般采用冗余設(shè)計(jì)廠級控制級別的調(diào)度管理，工作站和服務(wù)器構(gòu)成了調(diào)度管理，在直接連接了現(xiàn)場PLC后，可可實(shí)現(xiàn)深度處理數(shù)據(jù)，并向城市監(jiān)督系統(tǒng)和MIS提供該數(shù)據(jù);并為了確保最高全廠效率，以實(shí)現(xiàn)控制協(xié)調(diào)各項(xiàng)工序的目的。冗余設(shè)計(jì)的目的是為了讓服務(wù)器具有逐步開發(fā)分析應(yīng)用軟件的能力。而通訊方面，相比于傳統(tǒng)采用無線傳輸?shù)姆绞剑性捑W(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)打包傳輸?shù)姆绞焦δ軐?shí)用且成本低廉，極大程度上降低了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和投資，只需將MODEM加裝于各項(xiàng)污水處理廠即可實(shí)現(xiàn)。

　　四、控制方法

　　處理城市污水工藝過程中，參數(shù)具有復(fù)雜性，且還會呈現(xiàn)出非線性特征。例如：污泥泵、水泵、曝氣機(jī)等受控設(shè)備以及進(jìn)水量、溶解氧量、濃度、溫度等參數(shù)過程都較為復(fù)雜。污泥回流量和曝氣量的確定都采用了經(jīng)驗(yàn)法。應(yīng)用智能控制的措施能偶達(dá)到良好控制效果。輸入變量與水指標(biāo)之間的關(guān)系用該公式進(jìn)行描述：

　　，公式中，Qw代表回流污泥量，為調(diào)節(jié)變量;t代表處理時(shí)間;T代表水溫，為隨機(jī)變量;D0代表水中溶氧量，為調(diào)節(jié)變量，其可通過對曝氣量進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn);Q代表進(jìn)水流量，為隨機(jī)變量;Si代表進(jìn)水水質(zhì)，為隨機(jī)變量;S0代表出水水質(zhì)，為被調(diào)量。

　　五、結(jié)束語

　　城市污水處理應(yīng)用廣泛，例如：餐飲、環(huán)保、醫(yī)療、能源、農(nóng)業(yè)、交通、城市景觀、建筑等領(lǐng)域。文章簡要討論了城市污水處理系統(tǒng)的控制，城市中應(yīng)建立自動控制網(wǎng)絡(luò)，是城市污水處理控制系統(tǒng)的主要概念，是控制污水處理的對象，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息化管理，如通過MODEM，向城市監(jiān)督管理部門實(shí)時(shí)提供城市污水處理廠工作情況，這樣有助于為決策和管理提供有效依據(jù)。該系統(tǒng)還具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和靈活性，根據(jù)重構(gòu)和需要，系統(tǒng)中PLC之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)量將不同功能的系統(tǒng)功能單元實(shí)現(xiàn)。通過對城市污水處理廠各指標(biāo)的定期檢測，可為科學(xué)、合理管理及規(guī)劃城市污水處理提供必要數(shù)據(jù)，在城市污水處理方面，計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的應(yīng)用也發(fā)揮出很大作用。在優(yōu)化污水處理廠運(yùn)行為目標(biāo)，進(jìn)行調(diào)度的優(yōu)化，除此之外，系統(tǒng)還具有很高的可靠性，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全、可靠。功能單元互相之間為獨(dú)立的關(guān)系，在并行多臺PLC后，通過底層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，有效控制整個(gè)工藝流程。