污水处理行业自控设计方案

一、概述
随着电子信息技术及污水处理行业自身的迅速发展，自控系统逐渐应用到污水处理过程检测过程中，并取得了良好的效果。采用自控系统后，不仅大量节约了生产运营成本、节约了资源，更主要的是由于自控系统采用了“集中管理、分散控制”的原则以及先进的PID算法、模糊控制等理论，使得污水处理运营起来更容易做到精确控制，有效的避免了很多失误，这都使得它在污水行业有更广阔的发展空间，同时也给我们自动化公司带来良好的发展机遇。
城市污水的处理方法，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三类。
物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质的处理方法，主要有筛滤法(格栅、筛网)、沉淀法(沉砂池、沉淀池)、气浮法、过滤法(快滤池、慢滤池等)和反渗透法(有机高分子半渗透膜)等。
化学处理法：利用化学反应分离污水中的污染物质的处理方法，主要有中和、电解、氧化还原和电渗析、气提、吸附、吹脱、萃取等。
生物处理法：利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解性、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质的处理方法。主要可分为两大类：利用好氧微生物作用的好氧氧化法和利用厌氧微生物作用的厌氧还原法。好氧氧化法广泛用于处理城市污水，主要有活性污泥法(氧化沟、曝气池等)，生物膜法(生物转盘、生物滤池、接触氧化法等)；厌氧还原法主要有厌氧塘，污泥的厌氧消化池等。
污水处理工艺流程一般包括机械处理系统、污水生化处理、深度处理系统和污泥处理系统4部分。
1、机械处理系统：机械(一级)处理工段包括格栅、沉砂池、初沉池等构筑物，以去除粗大颗粒和悬浮物为目的，处理的原理在于通过物理法实现固液分离，将污染物从污水中分离，这是普遍采用的污水处理方式。机械(一级)处理是所有污水处理工艺流程必备工艺(尽管有时有些工艺流程省去初沉池)，城市污水一级处理BOD5和SS的典型去除率分别为25％和50％。在生物除磷脱氮型污水处理厂，一般不推荐曝气沉砂池，以避免快速降解有机物的去除；在原污水水质特性不利于除磷脱氮的情况下，初沉的设置与否以及设置方式需要根据水质特性的后续工艺加以仔细分析和考虑，以保证和改善除磷除脱氮等后续工艺的进水水质。
2、污水生化处理：污水生化处理属于二级处理，以去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成活性污泥法、AB法（生物吸附氧化法）、A/O法（生物脱氮工艺）、A/A/Ｏ法（生物除磷脱氮工艺）、SBR法（序列间歇式活性污泥法）、曝气池法、氧化沟法、稳定塘法（通过水塘中的“藻菌共生系统”进行废水净化）、土地处理法等多种处理方法。石家庄桥西污水处理厂16万吨/日污水处理项目采用的是微型曝气池法；而安国污水处理厂采用奥贝尔氧化沟处理工艺。
生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物的作用，完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转变成无害的气体产物(CO2)、液体产物(水)以及富含有机物的固体产物(微生物群体或称生物污泥)；多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离，从净化后的污水中除去。
A/O法生物去除氨氮原理：污水中的氨氮，在充氧的条件下（O段），被硝化菌硝化为硝态氮，大量硝态氮回流至A段，在缺氧条件下，通过碱性厌氧反硝化菌作用，以污水中有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，使硝态氮被还原为无污染的氮气，逸入大气从而达到最终脱氮的目的。
硝化反应：NH4+＋2O2→NO3－＋2H++H2O
反消化反应：6NO3-＋5CH3OH（有机物）→5CO2↑＋7H2O＋6OH-+3N2↑
在污水生化处理过程中，影响微生物活性的因素可分为基质类和环境类两大类。基质类包括营养物质，如以碳元素为主的有机化合物即碳源物质、氮源、磷源等营养物质、以及铁、锌、锰等微量元素；另外，还包括一些有毒有害化学物质如酚类、苯类等化合物、也包括一些重金属离子如铜、镉、铅离子等。环境类影响因素主要有：
◆ 温度：温度对微生物的影响是很广泛的，尽管在高温环境(50℃～70℃)和低温环境(-5～0℃)中也活跃着某些类的细菌，但污水处理中绝大部分微生物最适宜生长的温度范围是20-30℃。在适宜的温度范围内，微生物的生理活动旺盛，其活性随温度的增高而增强，处理效果也越好。超出此范围，微生物的活性变差，生物反应过程就会受影响。一般控制反应的进程最高和最低限值分别为35℃和10℃。
◆ PH值：活性污泥系统微生物最适宜的PH值范围是6.5-8.5，酸性或碱性过强的环境均不利于微生物的生存和生长，严重时会使污泥絮体遭到破坏，菌胶团解体，处理效果急剧恶化。
◆ 溶解氧：对好氧生物反应来说，保持混合液中一定浓度的溶解氧至关重要。当环境中的溶解氧高于0.3mg/l时，兼性菌和好氧菌都进行好氧呼吸；当溶解氧低于0.2-0.3mg/l接近于零时，兼性菌则转入厌氧呼吸，绝大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧菌(多数为丝状菌)还可能生长良好，在系统中占据优势后常导致污泥膨胀。一般的，曝气池出口处的溶解氧以保持2mg/l左右为宜，过高则增加能耗，经济上不合算。
在所有影响因素中，基质类因素和PH值决定于进水水质，对这些因素的控制，主要靠日常的监测和有关条例、法规的严格执行。对一般城市污水而言，这些因素大都不会构成太大的影响，各参数基本能维持在适当范围内。温度的变化与气候有关，对于万吨级的城市污水处理厂，特别是采用活性污泥工艺时，对温度的控制难以实施，在经济上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通过设计参数的适当选取来满足不同温度变化的处理要求，以达到处理目标。因此，工艺控制的主要目标就落在活性污泥本身以及可通过调控手段来改变的环境因素上，控制的主要任务就是采取合适的措施，克服外界因素对活性污泥系统的影响，使其能持续稳定地发挥作用。
实现对生物反应系统的过程控制关键在于控制对象或控制参数的选取，而这又与处理工艺或处理目标密切相关。
溶解氧是生物反应类型和过程中一个非常重要的指示参数，它能直观且比较迅速地反映出整个系统的运行状况，运行管理方便，仪器、仪表的安装及维护也较简单，这也是近十年我国新建的污水处理厂基本都实现了溶解氧现场和在线监测的原因。
3、深度处理系统：三级处理是对水的深度处理，现在的我国的污水处理厂投入实际应用的并不多。它将经过二级处理的水进行脱氮、脱磷处理，用活性炭吸附法或反渗透法等去除水中的剩余污染物,并用臭氧或氯消毒杀灭细菌和病毒,然后将处理水送入中水道，作为冲洗厕所、喷洒街道、浇灌绿化带、工业用水、防火等水源。
4、污泥处理系统：污水处理工艺的作用仅仅是通过生物降解转化作用和固液分离，在使污水得到净化的同时将污染物富集到污泥中，包括一级处理工段产生的初沉污泥、二级处理工段产生的剩余活性污泥以及三级处理产生的化学污泥。由于这些污泥含有大量的有机物和病原体，而且极易腐败发臭，很容易造成二次污染，消除污染的任务尚未完成。污泥必须经过一定的减容、减量和稳定化无害化处理井妥善处置。污泥处理处置的成功与否对污水厂有重要的影响，必须重视。如果污泥不进行处理，污泥将不得不随处理后的出水排放，污水厂的净化效果也就会被抵消掉。所以在实际生产过程中，污水处理过程中的污泥处理也是相当关键的。污泥问题必将成为中国下一阶段重要的环境问题，各界应加强对污泥处理处置问题的重视，并使污泥处理处置的若干认识误区得以澄清，进而帮助和促进有关技术路线和技术政策的制定，使城市污水处理行业得以健康发展。
二、控制方案
城市污水处理厂一般有以下几个检测参数：BOD（生化需氧量）、COD（化学需氧量）、SS（固体悬浮物）、NH3-N（氨基氮检测）、MLSS（污泥浓度）、DO（溶解氧）、PH值、温度、流量、液位等等。
以安国污水处理厂3万吨/日自控系统为例：全厂分为两级控制系统，即现场控制级和中央监控管理级。根据 “集中监测，分散控制”的控制原则，由厂级中央监控工作站和现场分散控制站通过工业以太网络共同组成全厂控制系统网。
现场PLC控制系统与中央监控系统采用光纤为介质的工业以太网络通过交换机连接，通讯速率为100MB/S。通讯网络采用开放式的结构及目前国际上主流的TCP/IP通讯规约，可以非常方便地与其他标准网络相兼容。
污水处理控制系统设置1台厂级中央控制操作站和1台工程师站，互为冗余配置，全部通过工业冗余交换机接入核心光纤网络。为整个系统的监控和管理核心。现场控制站一共3套PLC站，分别负责污水预处理、氧化沟转碟曝气、出水参数检测等工作。


污水处理工艺主要包括粗/细格栅控制、提升泵房控制、氧化沟转碟曝气机控制、污泥处理（一般有独立的控制系统）等。
格栅控制
主要是粗格栅和细格栅的控制。自动控制情况下，根据格栅前后的超声波液位计检测到的液位差值，和用户设定的差值进行比较，当检测到的差值大于用户设定的差值时开启格栅运行，否则则关闭