污水处理厂监控系统国内外研究现状

        [摘 要]随着社会发展，人们对生活质量要求越来越高，对环境的保护越来重视，对空气和水的质量也提出了越来越高的标准。本文通过对污水处理监控系统国内外现状的研究，设分析污水厂水处理中的主要工艺和技术，对污水处理建造有一定的建设行意义。 

　　[关键词]污水处理 监控系统 人机界面 

　　中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0378-01 

　　1 国外发展状况 

　　国外一些发达国家，如英美日等国，这些国家经济发达，在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自动控制系统的研究。先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表，一些发达国家经过多年的努力，污水处理率已经达到80%～90%，成功地解决了来自城市和工业的点源污染问题。 

　　发达国家在二级处理基本普及以后，投人大量资金和科研力量加强污水处理设施的监测运行管理。实现计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在70年代中期开始实现污水处理厂的自动控制。目前主要污水处理厂已实现了污水处理工艺流程中主要参数的自动测试和控制。80年代以来在美国召开了两次水处理仪器化和自动化的国际学术会议，会上发表的数百篇论文反应了水处理自动化已发展到实用水平。 

　　由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制。国外同时注重水处理中的PLC的开发，相继研制出了一些功能稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列；同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国E+H公司，美国的哈希公司相继研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析仪。 

　　2 国内发展状况 

　　解放初期由于工农业生产刚刚起步，当初的污水污染程度很低，并且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为实验进行推广，所以全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂，在线工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小，每天有几千立方米，最大的只有每天5万立方米左右，致使污水处理技术和管理水平处于落后的状态。 

　　我国第一座大型城市污水处理厂天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，1984年竣工投产运行，处理规模为26万立方米/天。纪庄子污水处理厂投产运行后多年来达到设计出水水质标准，使黑臭的污水变为清泉，它的诞生填补了我国大型污水处理厂建设的空白。在此成功经验的带动下，北京、上海等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂。 

　　近年来，国内外均有学者对污水处理自动控制工艺进行研究，寻求更精确、更可靠的方法实施自动控制。Zipper等研发了适用于小型污水处理厂的自动控制系统，该系统采用基于氧化还原电位（ORP）的控制器。这个控制器自动工作，并可以在硝化和反硝化之间进行优化，从而减少能耗。在验试中，他们发现，污水处理厂的实际负荷与ORP曲线变化具有很强的相关性。采用两点ORP控制保证了在增加负荷时硝化时间占运行时间的比率也随着增加。这些都为开发小型污水处理厂控制规则奠定了基础。随着改革开放，我国在开展经济建设的同时，也开始重视加强环境保护，修建了许多城市污水处理厂和工业废水处理厂，进入90年代以后，修建的污水处理厂开始引入自动控制系统，但很多污水处理厂是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少，如山东济宁市污水处理厂全套引进德国的机电、自控工艺和设备。因此，研究开发适合我国国情的污水处理自动化设备是摆在我国水处理专家的一项重要课题，同时也是以后发展的必然趋势。 

　　与国外相比，我国污水处理自动控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集体巡检；八十年代应用分析仪表和DCS系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建成投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大提高。从国外引进污水厂的自动控制系统已广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺、新设备大量出现并得到应用。可以说我国污水处理自动化的现状是：手动和自动皆备，自制和引用并举。可以看出我国的污水处理自动控制系统存在以下问题： 

　　（1）传统污水处理自动控制系统要求建立精确的数学模型。并且提出必须遵循一些比较苛刻的线性化假设，然而实际污水处理系统由于存在复杂性、非线性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型和与实际相符合的假设。因此，采用传统控制理论建立的污水处理自动控制系统在实际工程应用上存在出水水质波动较大等问题。 

　　（2）污水处理自动控制系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表的功能目前还很不完善，在实际检测中达不到预期效果，误差很大。因此.依靠这些检测设备判断污水处理情况，并实施自动控制。往往很难达到处理水质达标排放和节约能源的目的。 

　　（3）国内外许多学者为提高污水处理厂的处理效率和降低能耗。开展了许多实时控制研究，如采用氧化还原电位（ORP）、溶解氧（DO）和PH值作为控制参数来控制出水水质和减小曝气量。但这些方法也存在一些问题，例如，控制污水处理厂硝化-反硝化过程所使用的ORP就很难判定，因此，绝大多数基于ORP控制的污水处理厂也执行时间控制，作为当控制器无法找到ORP特征点时的应急控制，这样就导致许多污水处理系统实际上仍然采用的是按时间控制整个处理过程。 

　　（4）污水处理自动控制有别于其它控制系统，它需要对大量阀门、泵、鼓风机和吸、刮泥机、曝气池和污泥消化池内的搅拌器等机械设备及沉淀池和清化池进、排泥量进行控制，因此，污水处理厂需要自动控制的开关量多。它们常常要根据一定时间或逻辑顺序定时开关。但是，目前我国生产的开关质量存在一些问题，使用寿命较短。如果购买国外进口的，价格又很昂贵，一般污水处理厂又很难承受。因此，笔者认为制约我国污水处理自动控制发展的主要原因不是生产工艺问题，而是设备问题。 

　　不难看出，整体上和国外相比，我国污水的自动控制系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。 

　　3 结论 

　　本文通过对国内外污水处理技术的回顾和研究，发现国内与国外技术存在的差距，不仅仅是硬件和软件控制系统的不足，还有工艺技术和控制方案的差距，希望研制控制系统不仅可以实现对污水厂水处理中各种设备的控制，还能完成对重要的工艺参数的监视，从而使整个水处理工艺流程工作在最佳状态。 

　　参考文献 

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