目前，我國寒冷地區(qū)的中小城鎮(zhèn)污水處理廠普遍存在著能耗高、運(yùn)行穩(wěn)定性低的問題，其主要原因有污水處理廠所處地區(qū)的自然環(huán)境、運(yùn)行負(fù)荷率、處理工藝以及污染物的性質(zhì)等。良好的污水廠運(yùn)行管理能很大程度地改善污水處理廠的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)污水處理廠自動(dòng)控制是提高運(yùn)行管理水平的重要途徑。榆樹市江北污水處理廠采用自動(dòng)控制系統(tǒng)獲得了穩(wěn)定的出水水質(zhì)和較好的節(jié)能效果。

榆樹市江北污水處理廠位于中國吉林省長(zhǎng)春五棵樹開發(fā)區(qū)，地處中國東北平原腹地，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季寒冷漫長(zhǎng)，工程（一期）的建設(shè)規(guī)模為：2.0×104m3/d，是典型的寒冷地區(qū)中小型污水廠。污水處理廠污水來源為開發(fā)區(qū)的工業(yè)廢水和部分生活污水，處理工藝以CASS工藝為主體，前段為預(yù)處理系統(tǒng)，包括粗格柵、細(xì)格柵、旋流沉砂池以及酸化水解池等，后端為D型濾池、紫外線消毒渠。污泥采用濃縮脫水一體機(jī)處理后，運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)填埋，處理工藝流程如圖1所示。

榆樹市屬中溫帶半濕潤溫和氣候區(qū)，四季分明，冰封期污水水溫較低。根據(jù)國內(nèi)外大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)〕，低溫對(duì)污水廠氨氮出水達(dá)標(biāo)率影響較大，需采取適當(dāng)增大溶解氧、維持較高的污泥濃度、降低污泥負(fù)荷、延長(zhǎng)泥齡等措施；污水處理廠配套的管網(wǎng)不健全，設(shè)計(jì)不滿負(fù)荷，這對(duì)污水廠的運(yùn)行管理是嚴(yán)峻考驗(yàn)。采用自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控并對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)控可以使系統(tǒng)處于穩(wěn)定的最佳平衡點(diǎn)，獲得穩(wěn)定的出水水質(zhì)，同時(shí)減少了提升泵、曝氣泵、加藥裝置的頻繁啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)間，減少電耗和藥耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

歸納總結(jié)了榆樹市江北污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和組成，并對(duì)其控制流程和控制策略進(jìn)行重點(diǎn)介紹，旨在為寒冷地區(qū)中小型污水處理廠的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供示范。

1自動(dòng)控制系統(tǒng)組成及功能
自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程序控制器（PLC）及自動(dòng)化儀表組成檢測(cè)控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)分控站對(duì)各生產(chǎn)過程進(jìn)行分散控制；再由通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成中央控制系統(tǒng)，即中央控制室，實(shí)行集中管理；各分控站與中央控制室之間由工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。控制系統(tǒng)如圖2所示。

1.1中央控制系統(tǒng)
中央控制系統(tǒng)以數(shù)據(jù)服務(wù)器為核心，監(jiān)控工作站冗余配置，采用具有客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)；中央控制室通過光纖冗余環(huán)和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與各分控站連接，傳輸速率為100Mbps。

中央控制系統(tǒng)設(shè)有工程師站、操作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)圖表打印記錄等裝置。按照工藝及控制對(duì)象的功能、設(shè)備量，根據(jù)工藝流程和平面布置，工程設(shè)一個(gè)中央控制室（CCR）。中控室完成工程自動(dòng)控制和生產(chǎn)的管理，集中了監(jiān)視、管理、控制生產(chǎn)過程和工藝過程。對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操作、總調(diào)節(jié)、以及工藝流程中的各重要參數(shù)、設(shè)備工況等都進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
具有PLC的區(qū)域分控站LCS，可以獨(dú)立運(yùn)行�，F(xiàn)場(chǎng)分控站通過PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線連接現(xiàn)場(chǎng)總線型測(cè)控設(shè)備。按照工藝及控制對(duì)象的功能、設(shè)備量，根據(jù)工藝流程和平面布置，設(shè)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)分控站（LCS1和LCS2）。

1.2.1現(xiàn)場(chǎng)分控站LCS1
LCS1設(shè)在鼓風(fēng)機(jī)房，由主站PLC1和一個(gè)遠(yuǎn)程I/O站RIO11以及測(cè)控區(qū)域內(nèi)的自控儀表等組成。

PLC1包括1套可編程控制器、1臺(tái)HMI、1臺(tái)UPS電源，以變電所、鼓風(fēng)機(jī)房、生化池為監(jiān)控范圍，I/O配置（含15%冗余量）為：DI=144（手動(dòng)/自動(dòng)、運(yùn)行、報(bào)警信號(hào)），DO=38（開停/控制信號(hào)），儀表4～20mA輸入信號(hào)AI=24，設(shè)備4～20mA變頻控制信號(hào)AO=9。

RIO11監(jiān)控范圍為預(yù)處理間和初沉池，I/O配置（含15%冗余量）為：DI=120（手動(dòng)/自動(dòng)、運(yùn)行、報(bào)警信號(hào)），DO=43（開停/控制信號(hào)），儀表4～20mA輸入信號(hào)AI=15，設(shè)備4～20mA變頻控制信號(hào)AO=0。

1.2.2現(xiàn)場(chǎng)分控站LCS2
由主站PLC2和2個(gè)遠(yuǎn)程I/O站以及測(cè)控區(qū)域內(nèi)的自控儀表等組成。PLC2包括1套可編程控制器、1臺(tái)HMI、1臺(tái)UPS電源。LCS2設(shè)在綜合泵房?jī)?nèi)，監(jiān)控范圍為綜合泵房，I/O配置（含15%冗余量）：DI=55，DO=20，AI=7，AO=0。RIO21設(shè)在污泥脫水間，I/O配置（含15%冗余量）：DI=63，DO=22，AI=7，AO=0。

RIO22設(shè)在D型濾池，I/O配置（含15%冗余量）：DI=150，DO=51，AI=15，AO=5。

2現(xiàn)場(chǎng)分控站監(jiān)控流程及控制策略
針對(duì)臨江市污水處理廠規(guī)模較小、水質(zhì)水量變化大、污水水溫季節(jié)差異較大的特點(diǎn)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制策略也將根據(jù)處理效果進(jìn)行調(diào)整。

2.1鼓風(fēng)機(jī)房LCS1站
主要對(duì)鼓風(fēng)機(jī)房、CAST生化池、變配電室進(jìn)行監(jiān)測(cè)及控制。

2.1.1鼓風(fēng)機(jī)房
LCS1PLC站主要對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，保護(hù)風(fēng)機(jī)和調(diào)節(jié)風(fēng)量，優(yōu)化鼓風(fēng)量，在確保氧轉(zhuǎn)移效率的前提下最大可能地節(jié)省能耗。鼓風(fēng)機(jī)的控制流程為：安裝在好氧池的DO測(cè)定儀的檢測(cè)值輸入PLC站內(nèi)，PLC根據(jù)該測(cè)定值與DO濃度設(shè)定值（一般為2mg/L）之間的差值來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，自控系統(tǒng)利用溶解氧儀、流量計(jì)以及壓力表等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋的信號(hào)Uf，與PLC中設(shè)定值Us比較，兩者作差得到控制量Ut，并根據(jù)Ut調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的開動(dòng)及閥門的開閉，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，如圖3所示。

當(dāng)?shù)蜏氐仍斐伤�處理效果下降時(shí)，可在一定范圍內(nèi)提高PLC站內(nèi)的DO濃度設(shè)定值，以保證該廠冰封期污水可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2生化池LCS1
CAST生化池一期共2座，在每座池內(nèi)設(shè)置液位計(jì)、pH/溫度檢測(cè)、溶解氧測(cè)量?jī)x和懸浮物濃度測(cè)量?jī)x。液位計(jì)用于監(jiān)視池內(nèi)的水位，控制潷水器；溶解氧儀用于監(jiān)視每座池內(nèi)溶解氧含量；每座池子在不同的時(shí)間段內(nèi)按曝氣-沉淀-潷水-閑置順序工作；使生物池在同一時(shí)間按時(shí)間順序或液位分別潷水。

CAST生化池按連續(xù)進(jìn)水，間歇曝氣，周期排水運(yùn)行，每個(gè)周期為6h，曝氣3h，沉淀1h，潷水1.5h，閑置0.5h。CAST生化池運(yùn)行以時(shí)間過程控制，曝氣量根據(jù)池內(nèi)溶解氧含量與控制程序中溶解氧的預(yù)先設(shè)定值對(duì)比來控制，所有控制均由PLC站自動(dòng)控制。

CAST生化池的曝氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)房的壓力控制系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，相互影響，最終使生化池的生物處理過程處在最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)生化池曝氣量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證生化池中的生物處理過程能夠順利進(jìn)行。

泵池吸水井設(shè)置超聲波液位計(jì)，控制和保護(hù)水泵的運(yùn)行。對(duì)水泵進(jìn)行輪值控制，并均衡各泵的運(yùn)行時(shí)間。

進(jìn)入冰封期后，根據(jù)污水廠出水水質(zhì)、DO濃度值等參數(shù)調(diào)整運(yùn)行周期內(nèi)各階段時(shí)間，以保證該廠冰封期污水可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)潛水?dāng)嚢杵鳌��?nèi)回流泵的運(yùn)行控制。

2.2粗格柵、污水提升泵房、細(xì)格柵及沉砂池RIO11
RIO11主要對(duì)粗格柵間、污水提升泵房?jī)?nèi)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

根據(jù)粗格柵前后的水位差或者時(shí)間間隔起動(dòng)粗細(xì)格柵。由PLC根據(jù)集水池液位通過變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的流量，減少了電機(jī)頻繁起動(dòng)，另外在設(shè)計(jì)中利用PLC的計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能，對(duì)各泵的運(yùn)行時(shí)間加以累計(jì)，然后自動(dòng)切換運(yùn)行泵和備用泵，使各泵的運(yùn)行時(shí)間基本一致，延長(zhǎng)泵的使用壽命。

細(xì)格柵間的控制對(duì)象主要有細(xì)格柵、輸送機(jī)、壓榨機(jī)、旋流沉砂池鼓風(fēng)機(jī)、旋流攪拌機(jī)。格柵的運(yùn)行依據(jù)格柵前后水位差或時(shí)間間隔來控制。只要1臺(tái)格柵運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送機(jī)就會(huì)啟動(dòng)并持續(xù)至格柵停止運(yùn)轉(zhuǎn)后一段時(shí)間。旋流沉砂池自帶控制箱，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)閉路自動(dòng)運(yùn)行。葉片隨來水連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，定時(shí)完成氣洗、氣沖、氣提動(dòng)作并保持砂水分離機(jī)和主機(jī)聯(lián)鎖。提砂后砂水分離機(jī)動(dòng)作，提砂停止后，砂水分離機(jī)滯后停止。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.3綜合泵房及消毒間LCS2

2.3.1綜合泵房
泵房吸水井設(shè)置超聲波液位計(jì)，控制和保護(hù)水泵的運(yùn)行。對(duì)水泵進(jìn)行輪值控制，并均衡各泵的運(yùn)行時(shí)間。配合生產(chǎn)需要，對(duì)相關(guān)閥門進(jìn)行控制。

在綜合泵房集水井設(shè)置水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)，內(nèi)容有NH3-N、濁度（MISS）、酸堿度/溫度（pH/T）。泵房吸水井還設(shè)置有自動(dòng)取樣器，自動(dòng)進(jìn)行進(jìn)水取樣，供化驗(yàn)室分析和存樣。

2.3.2污泥濃縮脫水機(jī)房RIO21
在各污泥濃縮脫水機(jī)進(jìn)泥管和加藥管設(shè)置電磁流量計(jì)，數(shù)據(jù)送入污泥控制系統(tǒng)，為污泥濃縮脫水機(jī)進(jìn)行比例加藥控制提供參數(shù)。絮凝劑制備為全自動(dòng)控制裝置，但其與各濃縮脫水機(jī)、螺旋污泥輸送器等設(shè)備必須實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制。

2.3.3D型濾池RIO22
D型濾池設(shè)置有反沖洗泵總管、鼓風(fēng)機(jī)總管、空壓機(jī)總管、每格濾池出水口壓力，鼓風(fēng)機(jī)總管空氣流量，每格濾池水位和出水口壓力，濾池出水濁度等；反沖洗泵房的吸水池設(shè)有液位計(jì)和液位開關(guān)對(duì)反沖洗水泵進(jìn)行控制和保護(hù)。

濾池是污水深度處理工藝過程的核心部分，濾池控制的主要任務(wù)是要自動(dòng)控制濾池的運(yùn)行和反沖洗。

濾池的過濾控制：根據(jù)每格濾池的水位自動(dòng)控制出水閥門的開啟度，水位下降到設(shè)定低限時(shí)，減小閥門的開啟度，反之，加大閥門的開啟度，使得濾池內(nèi)的水位在過濾過程中保持恒定。保證濾池有一個(gè)相對(duì)恒定的濾速，從而保證濾池正常、穩(wěn)定的過濾。

濾池的反沖洗控制：每一濾池的反沖洗按照氣沖洗-氣水沖洗-水沖洗-表洗的程序步進(jìn)完成，同一時(shí)刻只能夠有1座濾池進(jìn)行反沖洗。反沖洗可分為自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式。自動(dòng)控制濾池的反沖洗，可以保證濾池的過濾質(zhì)量，節(jié)約反沖洗水。

濾池反沖洗判斷功能：過濾周期控制方式——操作員根據(jù)工藝上提出的要求，在PLC的程序中設(shè)定濾池的最大過濾時(shí)間。在濾池開始過濾運(yùn)行時(shí)，PLC就開始計(jì)時(shí)，并將實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間與設(shè)定的最大過濾時(shí)間相比較，兩值相等時(shí)PLC判斷該格濾池需要反沖洗。水頭損失控制方式——在PLC的程序中設(shè)定濾池的最大阻塞水頭損失，當(dāng)濾池運(yùn)行時(shí)，PLC通過超聲波液位計(jì)和出水管上的壓力變送器連續(xù)測(cè)量每格濾池的水頭損失，并將其值與設(shè)定值進(jìn)行比較，水頭損失大于其設(shè)定值時(shí)PLC判斷該格濾池需要反沖洗。

3運(yùn)行結(jié)果
運(yùn)行期間對(duì)12個(gè)月出水水質(zhì)指標(biāo)、噸水耗電量等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，取平均值，結(jié)果如表1所示。

計(jì)算得出12個(gè)月出水平均COD、BOD5、SS、TP、NH3-N分別為40.84、16.38、17.91、0.67、6.22mg/L，標(biāo)準(zhǔn)差分別為2.23、0.85、0.90、0.08、1.24，年平均噸水耗電量為0.31kW•h�？梢姡�采用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，使該廠運(yùn)行穩(wěn)定性和出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高，且該廠的噸水耗電量也較低。

4總結(jié)
榆樹市江北污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行1a以來，取得了很好的處理效果，出水水質(zhì)達(dá)到（GB18918—2002）《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中B標(biāo)準(zhǔn)，在保證出水水質(zhì)的同時(shí)噸水耗電量也較低。同時(shí)，污水處理達(dá)到了集中管理、分散控制的目的，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化。實(shí)踐結(jié)果表明，該自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于CAST工藝中小型污水處理廠是成功的，對(duì)于寒冷季節(jié)的出水達(dá)標(biāo)有顯著作用。