电气自动化控制技术在污水处理厂曝气量控制中的应用 分析

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　　摘  要：当下，环境友好型社会建设如火如荼，对于环境污染的整治愈加重要，这其中污水的处理是一大难题，曝气量的控制也是一大重难点。该文对于电气自动化控制技术在污水处理方面的应用加以关注，主要分析了控制曝气量这一关键环节，介绍了控制曝气量的几大策略以及相关系统，以期为污水处理技术提供了更多的参考，助力于环境的改善和提高，促进水资源的节约使用以及经济的可持续发展。
　　关键词：电气自动化控制技术  曝气量控制  应用分析
　　中图分类号：X703   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（c）-0053-02
　　污水处理厂主要承载的是城市污水的处理改造，是排水系统的重要组成部分。只有排水系统完善良好，城市的环境以及基础设施建设才称得上完善，也能为城市各方面协调发展提供后备保障，它与城市的文明水平和现代化能力息息相关。除此之外，我国的污水处理标准日渐严格，不仅对于环境危害性有着严格要求，还要求能够提高污水处理后的利用率，节约水资源，促进资源节约型社会的建设，为紧张的水资源现状做出贡献。
　　1  曝气量控制概述
　　曝气量控制对于行业外人员来说相对陌生，但曝气量在污水处理工艺中是举足轻重的一个调节参数，其控制的好坏对于污水处理结果和质量影响较大。一般而言，曝气量需要控制在特定范围内最为适宜，一旦曝气量过高就会造成污水处理成本升高，效率降低。反之曝气量控制过低的话，会造成氧浓度降低，从而使得消化反应无法反应完全;而且絮类菌体会获得大量繁殖的机会，导致水质加速恶化。国家环保总局曾对我国污水处理厂和相关设施加以调查，调查结果显示在所抽调的600多个县级以上城市中大半城市没有设置污水处理厂，只有不到100的大型中型城市设有处理污水设施。但即使在这数十个设有污水处理设施的城市中，也有大半设施形同虚设，实际使用率极低，污水处理能力也不达标[1]。很多发达国家由于早期经济的粗放型发展，环境问题和资源短缺相对严重，因此发达国家很早就开始注重污水处理来保护环境和节约水资源。尤其是伴随着各项技术的迅猛发展，自动化控制技术日渐成熟，发达国家污水处理工艺得到大大改進，据悉，发达国家部分城市可将污水处理率提升到80%之高。由此可见，自动化控制技术在污水处理中作用显著，如能引入电气自动化控制技术，就能进一步提高污水处理率，对于缓解环境问题和资源短缺都很有帮助，是值得投入研究的重要课题。
　　2  电气自动化控制技术在曝气量控制方面的应用
　　在电气自动化控制技术应用于污水处理之前，该领域也有自己的控制曝气量相关策略，这些策略方法各异，原理多样，在此与主题关系不大，因此不多加赘述，主要聚焦于电气自动化控制技术在控制曝气量层面上的几大应用策略，下面是5种基本策略。
　　2.1 恒曝气量控制
　　恒曝气量控制是最为普通的一种策略，其切入的角度是使曝气池提供相对恒定不变的曝气量，大多数污水处理厂均喜欢采用此策略。但是这一策略存在固有缺陷，无法将池内水量以及水质纳入考虑的范围，也会受到温差、溶解氧等因素的干扰，因此，该策略并不适合条件不够稳定的污水处理厂。该策略具体应用的设备有空气流量计，以此来测量空气进量，将所得信号传导进入PID控制器，进一步施加指令于相关的阀门等设备上，实现对曝气量的控制，做到恒定曝气。
　　2.2 恒曝气量的分时控制
　　此方法相较于恒曝气量控制策略有很多相似之处，总体来讲原理相近，但这个策略又有所完善，克服了恒曝气量控制策略的一些固有缺陷。分时段恒曝气量控制在恒曝气量控制的基础上强调根据不同时间段的池中变化来调整曝气量，十分适合不同时段水量水质变化较大的又有一定规律的污水处理厂。这一策略的主要方法是伴随着时间段的特点来调整流量，由调节阀门来控制曝气量，每个时段的曝气量多少经过严密计算，确保不同时段曝气量有变化而同一时间段内曝气量恒定。一般以1h为一个时间段，将一天划分为24个整时间段，研究其水量水质规律，设定好流量大小和曝气量多少，按需调节。但该策略也存在这些操作困难，主要体现在不同时段的规律变化较大，受天气因素干扰，时间段又多，需要工作人员充分把握变化较大的规律，设定出最好的曝气量值，还要能根据变化不断调整，这就大大地增加了工作量和工作难度。
　　2.3 恒溶解氧控制
　　此策略不强调曝气量的恒定，而将目光放于溶解氧含量的恒定控制上。目前已有众多污水处理厂采用了溶解氧检测仪表，对于溶解氧含量能够有实时的监控。推出恒溶解氧分布控制策略。该策略的主要方法流程是将溶解氧检测仪表应用于反应器上，由仪表实时反应池中的溶解氧含量。但由于污水处理池较大，一个仪表无法准确反映所有区域，因此通常将曝气池进行分区分片管理，每个区域放置一定的仪表加以监测，通过调节阀门予以控制。
　　2.4 溶解氧综合控制
　　这一策略与恒溶解氧分布控制策略有相似之处，一样聚焦于溶解氧这一参数的控制，它的主要流程是在系统中加入控制器，在溶解氧变化的过程中设定出动态参数，根据变化自动调节。控制器主要分为主控制器和从控制器，主控制器发挥采集信号，合理分配不同区域溶解氧的设定值，而从控制器主要接受信号，根据主控制器的指令来控制调节阀，实现对溶解氧量值的控制。但是，该策略是以出水信号为参照的，存在一定滞后性，属于事后调节。为减少不稳定性和滞后性，也可将进水参数作为参照物，在事前进行控制，便可使得出水指标波动会比较平稳[2]。
　　2.5 系统化曝气控制
　　精准化曝气控制相对来说是最为复杂的策略，但它精准度高、自动化水平突出、经济效益好，实在是十分优秀的控制策略。这种策略是博采众长，充分利用了污水处理技术、电气自动化技术、计算机技术等多种技术，将其融合，采用数学建模的形式综合处理。它的主要流程是一水质监测信号作为前期的基本参照，预先制定相关策略方法和调节方式，同时利用计算机动态调整，通过自动阀门施加指令，进行自动化控制。这一策略明显更为综合自动，技术含量高，但是碍于技术手段要求较高，众多污水处理厂无法达到相应的技术要求，因此该策略普及度不够高，需要提供技术支持来帮助该策略的推广[3]。
　　3  自动化控制系统在污水处理方面的应用
　　3.1 DCS自动化控制系统
　　这一系统中存在众多台相对独立的微机，它们之间通过网络架构产生联系，系统中同时还具有控制站、工程师、操作员等多个组成部分，他们之间相互连接、相互合作协调配合，共同完成控制工作。该系统的优势在于协调性强，能够进行实时性的控制。
　　3.2 工业现场控制系统
　　这个系统相对于DCS自动化控制系统更为复杂，它的各个设备之间采用的是多向串联，多接点的连接方式，这样的方式能够使各个设备之间有更强的能力进行资源信息的共享。然而，同样囿于不同厂家设备兼容性问题，这一系统内部缺乏统一的规划标准，无法实现整体化协调，因此这一系统普及度不高。
　　4  结语
　　我国的污水处理设施已尽量采用电气自动化控制技术，以期改进污水处理工艺。该文推出了几个应用策略和相关应用系统，以期为污水处理技术的提升添砖加瓦，必将有利于污水处理事业的进一步发展，亦能促进资源节约型、环境友好型社会的建设。
　　参考文献
　　[1] 夏辛明.可编程控制器技术及应用[M].北京：理工大学出版社，1999：3-10.
　　[2] 马勇，彭永臻.城市污水处理系统运行及过程控制[M].北京：科学出版社，2007.
　　[3] 刘锴，周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
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