污水处理技术的难点分析和解决

摘要：污水处理的技术有很多，而在各种环境、目的、要求等各种影响因素之下。污水处理技术也就发展的多种多样，以适应不一样的外界因素。本文将以几个污水处理的例子来解释不一样的污水处理需求的技术。然后拓展开来，进一步的解释各类污水处理技术的优势，以及他们所适用的环境条件，回头看了看国内外污水处理的大部分历史和记录。渐渐发现了城市污水处理工艺以及污水处理的一些应用现状。 
正文：污水处理厂的控制系统设计基于现代先进控制思想，采用分散控制、集中监测管理的控制方式，采用以和利时公司LK系列可编程控制器（PLC）为核心的控制系统。基于LK自动化控制系统应用于污水处理厂，完全能满足污水处理工艺的要求，提供了一种高可靠性、低成本、更优化的控制方案。 
整个污水处理的系统由中央控制室1个、现场PLC控制站4个形成。现场PLC控制站的组成是可编程序控制器系统及检测仪表，以此来满足污水处理厂各工艺过程进行分散控制；再通过中央控制室，对全厂实行集中管理。中央控制室、PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，网络结构为环形，通讯速率为100Mbps，传输介质为光纤。中央控制站设于综合楼中控室；现场控制站设4个，分别位于进水泵房、变配电间、鼓风机房、污泥浓缩脱水机房（4#PLC控制站），均采用和利时公司 LK系列PLC。整个系统采用二级网络结构，即生产管理网和生产控制网，将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。生产管理网采用工业以太网，网络结构为环形，传输介质为光纤。生产控制网采用现场总线形式，采用PROFIBUS国际通用的开放式现场总线，传输介质为屏蔽双绞线。 
污水处理厂自动化控制系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、自动化控制系统远程手动控制、自动化控制系统远程自动控制三种控制方式。三种方式的级别由高到低依次为就地手动、远程手动、远程自动。 
下面我将以某县的污水处理位案例来分析污水处理的过程以及其技术。 
某县县城坐落在长江北岸巫峡西口、大宁河与长江汇合处，其污水排放水体为长江，故建立完善的污水处理系统，是维护长江水系水质清澈的重要保障。污水处理厂各处理设备分布分散，每个工艺区段相对独立；I/O点中以离散量为主，模拟量为辅；这些特点，使其更适宜以PLC为主要控制器的分散式控制方案。本文介绍的就是这样一套以PLC为主组成的顺控系统。 
经多方论证，决定采用Orbal氧化沟并辅助化学除磷装置的污水处理工艺。该厂污水处理过程主要分为机械处理、生化处理、污泥处理3个阶段，其工艺流程如图1。该污水处理过程是按一定流程和顺序循环进行的，有其固有的顺序性和周期性。 
控制系统设计目的是对污水处理过程进行顺序控制，及在故障情况下的紧急停车等一系列处理过程进行全自动PLC控制。 
1. 机械处理段的自动控制系统 
每台格栅会安装一台液位计，PLC会使用液位计检测到的水位差值和时间设定，自动控制除污机的进一步运行；当水位差值超过设定值时，自动控制格栅和螺旋输送机按照预先编制的程序运行。这样就实现了机械化处理阶段的自动管理。减少了人力的浪费。解放了人的双手。 
然后在前池的液位计将检测到的水位信号送到控制运算器，PLC根据检测值与设定值的差值来自动控制污水提升泵运行。每当水位升高到预定水位值时候，自动控制水泵按照预先编制的程序依次逐台启动；当水位减低到预定水位值，则按预先编制的程序依次逐台关闭。同时累积水泵运行时间，自动轮换水泵，保证水泵累计运行时间均等，并处于最佳运行状态。当水位降到设定下限水位时，干运转保护起动，自动控制水泵会渐渐全部停止运行，以此来保证水泵安全。 
钟式沉砂池由一套变速及调整系统机构控制箱就地控制，其转盘的转速和高度均可根据除砂效率和有机物分离效率，哪个要求更高来进行调整。另外，进出水口及池中水位可视需要去除砂粒的粒径而定。沉砂池系统各设备的运行状态及故障信号送至中控室显示监控。 
2. 生化处理段的自动控制系统 
Orbal氧化沟的运行控制：在外沟、中沟、内沟各设置1台溶解氧测量仪，将检测到的溶氧仪测量值送至现场PLC控制子站，PLC根据氧化沟中的溶解氧含量，按照预先已编制好的程序（为保证氧化沟内流速均匀所预先编制的动作顺序），自动控制转碟的运转台数和运行时间，以满足外、中、内沟的溶氧值稳定在生化反应的设定值。在外沟，因所需溶氧值较低，溶氧仪将不能工作在其测量范围的精确度量程内，检测值误差较大，为此在外沟另设有一台氧化―还原电位计，用来校正被监控参数的测量。同时，还可调节氧化沟的出水堰板，以改变转碟浸没水深来增减空气曝气量，既保证了氧化沟生物处理过程的稳定又节约了能源。 
根据以往Orbal氧化沟的运行情况，在编制氧化沟运行控制程序时，还需注意3点：考虑水中溶解氧的变化速率，避免控制系统的不稳定，需设置溶解氧的控制死区；为避免转碟的控制不稳定，在程序中设置转碟的时间死区，在此时间内转碟不可启停；为平衡转碟工作时间，应开转碟和应停转碟要符合先开先停、先停先开的原则，目的是减少转碟电机的损耗，达到节能要求。 
3. 污泥沉淀浓缩处理段的自动控制系统 
污泥浓缩加药系统――我们根据容积比设置了一套自动控制配药系统（见图2）。加药系统按照预先编制的程序运行，定时加药、配水及搅拌。首先进行药液的配置控制，由PLC根据所确定的容积比去自动控制除磷药剂原液与稀释水的投加量，配制成所需浓度的除磷药剂；在配药罐上还设有超声波液位计，液位信号送至PLC，当药液量和水量比例满足配比要求，配药过程结束后，PLC自动控制打开配药罐出口的电动球阀，进入加药阶段。除磷药剂的投加量由PLC控制计量泵完成。 
结束语：除了本文所详细介绍的污水处理技术以外还有各个种类不同的技术，他们适合于各种不同的环境，人类的智慧是伟大的，每解决一个难题就会多一种技术。就我所知，污水处理技术分为以下几类：不溶态污染物的分离技术、污染物的生物化学转化技术、污染物的化学转化技术、溶解态污染物的物理化学分离技术等大分类。不知道以后还会不会出现新的技术以适应更大的环境。 
参考文献： 
[1] 刘峰，蔡红，刘英. 城市污泥农用存在的问题与对策[J]. 中国农学通报. 2010（17） 
[2] 姚金玲，王海燕，于云江，王琪，王兴润. 城市污水处理厂污泥重金属污染状况及特征[J]. 环境科学研究. 2010（06）