1、智能化污水处理工艺集成应用研究与实验摘要：智能化污水处理工艺集成应用是今后污水处理工艺的发展趋势。工艺集成应用需要依照特定参数实现多个耦合环节的高效运行,同时还需要综合考虑工艺执行过程中的流量和污水水质因素,才能够实现理想的污水处理效果。本文就智能化污水处理工艺集成应用进行了探讨。 关键词：污水处理；智能化；应用 中图分类号：TU992 文献标识码： A 一、概述 污水处理工艺方法众多，通常需要若干个相互耦合的处理环节按照恰当的参数运行才能达到理想的处理效果。在具体的工艺执行过程中，处理效果会受到污水水质状况和流量的影响，因此需要更具水质和流量等情况适时调整工艺运行参数，这就需要准确获取水质和
2、流量参数等指标。自动化的监测和控制设备已经在不少污水处理厂实际运行中使用，如可以利用 PLC 组成的监控系统对污水处理工艺进行全方位的监控，并且可以通过现场控制总线将分布在多个点的数据实时采集并且通过远程计算机实时发出控制指令，但是这两个环节往往是分离的，污水处理工艺的执行实际在很大程度上还是依赖于操作员工的经验，实际采集的数据并不能够及时精确地反映到工艺调整中去，这样可以避免系统出现较大偏差，但是存在的问题是精度不高，且过多地依赖于现场操作员的经验。 受此启发，在此基础上分别提出了将人类工程师和专家的经验进行系统整理，通过专家系统方法，如模糊系统、人工神经网络等指导工艺的调整与执行，这样可以
3、在一定程度上避免现场操作员的经验不足问题，但是对于不同的工艺和实际的现场条件则需要设计专门的专家系统方案，这本身就限制了这种方法的大规模应用推广。同时，比较精确的数学模拟技术也得到了长足发展，理论上对于特定的污水处理工艺来说，在某一水质状况下较优的工艺运行参数可以通过数学模拟得到，但是原始数据的全面性、准确性和可靠性是数学模拟结果是否可靠的直接依据，如果其中的某些数据出现遗漏或者偏移实际值较大则会导致工艺模拟参数出现更大的偏差，使得工艺运行状况恶化。 二、智能化污水处理工艺集成应用分析 针对传统处理工艺不能够有效反映水质采集数据的情况,可以利用人工神经网络、模糊系统等专家系统方法来对实际的污水
4、处理工艺进行必要调整,能够有效提高污水处理效果。本文以 WinCC 系统为基础开发了智能化、自动化的污水处理控制系统,不仅能够保证出水质量,还能够有效降低污水处理成本。 1、基本原理 智能化污水处理工艺集成系统的自动化功能的实现需要智能工控软件承担,而智能工控软件主要包括两个部分,即污水处理工艺控制软件和数据自动分析软件。上位工控机向各个工位 PLC 发送信号指令,工位 PLC依照信号指令控制电控设备完成预定任务。具体而言就是,工位 PLC 根据工艺要求实现对回流泵、风机等污水处理设备的自动化控制(图 1)。 图 1 智能化污水处理工艺集成系统基本原理 第一,污水处理工艺控制软件。污水处理工艺
5、控制软件主要包括下述几个部分:上位工控机(通常是 PC)、工位 PLC、电控执行设备。对于智能化污水处理工艺集成系统而言,上位工控机是整个系统的智能控制核心,借助专业应用软件来完成各项预定任务。其具体工作方式为时钟循环扫描方式,具有很高的可靠性。该款软件的自动化功能的实现能够自动分析污泥浓度、溶解氧、时间等多种参数,并进行多重控制。污泥浓度指标的设定能够有效控制回流泵和剩余污泥泵,确保活性污泥量始终保持最佳比例,降低能耗；溶解氧的设定能够为工艺效果的实现提供保障；时间的设定能够有效避开用电高峰期,进而实现处理成本的降低。统计分析出水COD、污泥浓度、溶解氧和回流比的日变化趋势,为制定更加科学合
6、理的处理工艺方案提供依据。 第二,数据自动分析软件。数据自动分析软件最为主要的功能便是建立污水处理工艺曲线,借助于网络化的数据实时采集与人工输入,将进水的 COD、BOD、氨氮、磷、色度和出水的 COD、BOD、氨氮、磷、色度等指标输入到数据自动分析软件,该软件会自动生成处理工艺曲线(包括污泥浓度、溶解氧、回流比等指标等),并将该曲线与最佳工艺曲线进行对比分析,找出即时的最佳运行工艺控制曲线,并依据该曲线执行工艺控制。 2、基本功能 智能化污水处理工艺集成系统以 WinCC 系统为平台开发了智能化、自动化的污水处理控制系统。该系统的功能主要包括:第一,数据管理功能。该功能的目标主要是实现生产过
7、程的优化。通过对历史数据库与实时数据库当中的数据对比分析,给予分析结果并成为生产过程控制的主要依据。第二,控制操作功能。该功能的实现由中心控制室完成,它能够通过在线方式对被控制设备进行实时动态的控制,能够对任何一台处理设备进行启停控制,并处理各种相关在线数据。第三,警告功能。该功能主要用于确保整个系统处于安全运行的范围之内,如果系统监测到污泥浓度、溶解氧、COD 等数据异常时或者执行设备出现故障时,警告功能便能够对相关设备进行自动停止控制,并通过声音、光纤等方式进行警告,相关异常情况也会被记录下来。第四,显示功能。能够对系统的整个运行情况和各个设备的运行情况进行实时显示,同时显示各种关键参数。
8、第五,打印功能。可以通过自动方式或者人工方式来打印设备的运行状态以及各种相关工艺指标,打印内容既可以报表也可以图形。 3、控制方式 第一,提升泵。3 台潜污泵根据水位自动启停和关闭。液位设置为低、中、高和报警四段水位。当水位为低时,3 台水泵全部停止工作；当水位到达中水位时,第 1 台水泵开始工作；当水位到达高水位时,第 2 台水泵开始与第 1 台水泵同时工作；当水位到达报警水位时,第 3 台水泵启动,3台水泵同时工作,报警水位同时发出报警声音告警。水泵工作顺序根据情况设定。 第二,粗格栅。两台刮板式粗格栅错开按时间顺序自动运行,可设定每隔 15-30min 运行 5-15min。格栅前后设有
9、液位计,水位差超过设定值时,格栅自动连续工作。如遇雨季或其他特殊情况水位超过警戒水位时,可自动打开事故出口闸门。 第三,细格栅。3 台转鼓式细格栅与 3 台水泵在联动状态下与 3 台提升泵联动,在自动状态下由液位控制,当液位超过规定值时,该细格栅启动。螺旋输送机将细格栅的固体物自动定时送出,工作时间可根据实际情况设定。 第四,曝气系统。该系统是主要的水处理反应系统,为好氧污泥提供条件,也是主要耗能和保证出水质量的系统。该系统的主要动力设备是 3台罗茨鼓风机,监控参数为溶解氧量和污泥浓度。 三、系统运行 首先，需要对设备运行情况进行初始检查，如图 2 所示，现场操作人员对泵的流量设定进行手动校准
10、，现场操作人员设定拟收集的流量大小，如 1 升，然后系统会自动给出一个默认流量值，然后系统会自动提示输入实际测定的流量值，系统会自动根据输入值进行调整得到流量和转速的实际对应关系。 实时的水质信息通过 PLC 系统传送至上位工控机上的组态软件，通过组态软件可以实时显示工艺的运行信息，如图 3 所示，通过组态软件可以对采集的水质参数进行实时归档工作，归档文件如图 4 所示。 接口管理软件可以完成归档数据的路径设置，如图 5 所所示，wincc输出是每秒把数据汇总到 d:winccccToHelper.txt 这个文件里，图中总数据文件是把上边一秒钟归档的数据在设置的时间里取出平均值，并将归档数据
11、清除一次，然后创建一个新的归档文件，初始设置是半小时汇总一次。同时接口软件设置水质参数实时传送给 WEST 软件的路径，如图 6 所示，系统将自动将数据传送至 WEST 软件进行数学模拟，数学模拟的最佳工艺运行结果将输出形成控制参数文件。 数据文件输出后，需要手动设置数据输出的路径，WEST 导入数据路径，人工设定污泥浓度、曝气池最大阀门值、自动汇总数据间隔等信息，如图 6 所示。 接下来系统进入自动运行状态，WEST 软件根据进水水质及流量数据信息进行模拟，根据预先设定的各项参数，模拟得到最佳的运行工艺参数，并得到最佳的工艺模拟结果，如图 7。模拟结果数据通过接口输出WinCC 软件，工艺按
12、照新的模拟结果运行，设定及调整水泵的流量，如图8 所示。 接下来的工艺运行周期一般不需要人为干预，当系统出现异常情况时会出现报警信息，提醒现场操作员进行干预，如图 9 所示。 结束语 总之，目前在不少污水处理厂中,控制的自动化和监测的智能化已经获得了应用,但是现场的数据采集和控制指令发布需要两个环节完成,又由于这两个工艺环节的关系不够密切,常常需要操作人依照自己的经验来完成污水处理工作，研究智能化污水处理工艺集成应用势必会推动我国污水处理工艺的发展。 参考文献 1卓明,冯裕钊,陈勇,庞子山.软计算在污水处理过程控制中的应用J.后勤工程学院学报，2005. 2郑铭,艾凤祥,陈健波.基于网络污水处理实时仿真与控制J.江苏大学学报(自然科学版)，2006. 3裴永清,李建民,李慕洁,董国军.基于 S7-300 的污水处理自控系统的设计与实现J.工业仪表与自动化装置，2008.
