王雨娇

（江苏海事职业技术学院，江苏 南京 211170）

随着城市规模的扩大和城市总人口的大量增加，水污染和水体富营养化等一系列生态环境问题也相继出现，水资源的污染增加了[1]。城镇排放的污水能否得到充分净化与污水处理技术密切相关，也与城市生态环境保护基础设施的实施以及可持续发展理念的发展战略有关。因此，科学研究对改善城市污水处理技术具有十分重要的意义，本文对废水处理设备自动控制系统的科学研究对业界发展具有一定的启迪作用。

1 污水处理现状

1.1 进口设备大修及设备配件的开发

在中国，水处理设备多为进口，部分进口设备很容易产生不同程度的损坏。因此，对于国内外的技术人员来说，提高对进口设备的维修保养是十分必要的，相关人员应彻底掌握维修规范，还要有充足的备用备件。对于一些即将淘汰的设备，其零部件必须在国内自主生产、加工和制造。只有保证它们的正常运行，进口设备才能充分发挥其作用。否则，设备的破坏和备件的缺乏，将危及污水处理站的正常运行，造成巨额财产损失。

1.2 废水处理效率低

中国虽然建成了很多污水处理站，但在城市的覆盖率并不高。现阶段，该市正准备启动污水处理站建设规划。然而，二三线城市尚未将污水处理设计纳入城市建设议程。首要因素是缺乏开发资金，地方政府对污水处理不重视或不筹集资产加快水污染治理项目建设。

1.3 未结合本地实际情况

很多地区在选择生活污水处理工艺技术时盲目跟风，没有结合本地区的具体情况，盲目追赶流行的处理工艺。不了解本区域的渗水水体，无法解决水量问题，导致设施闲置，无法正常使用，基建项目投资的扩大也增加了日常运营成本。

1.4 缺少除臭与污泥处理的设备

污水处理站的进水水库、格栅室、初沉池、沉淀池、污泥处置系统污泥储罐、烘干主机房会产生明显的异味，但很多污水处理站没有除臭设备。也就是说，它危及操作人员的身体健康，同时也对周边居民的生活环境造成环境污染。淤泥没有最终处理方法，大部分污水应用后没有解决方案，导致明显消耗，应建立良好的后续处理设备，消除环境污染，保护生态环境。

1.5 污水处理站运行预算不能及时

全国现阶段已投入运行的污水中，超载的不到1/3。其根本原因是经营预算不及时，中国基本建设存量资金相对有限，地区扣除的土地税不可靠和规范。这造成了很多省份的土地税扣除不均，有的只向加工厂和企业收费。对于到户，或虽有扣除，收费标准定在较低水平，远未达到污水处理站日常运行所需的最低成本。因此，建立严格可靠的土地减税政策法规是应对资金不足的必要途径。

2 目前中国城镇污水处理设备自动控制存在问题

2.1 目前中国新老污水处理厂技术现状

现阶段，中国大多数污水处理站已经建立并配置了自动化技术，但是自动化技术的水平仍处于初级和中级的发展水平[2]。在现阶段，中国废水处理自动化的水平从头到尾都没有摆脱探索的步伐，与国际废水处理的水平差别很大。此外，现阶段中国大量旧式污水处理站尽管已经对污水处理技术进行了升级和改造，但是各个老旧污水处理厂的自动控制技术仍旧参差不齐。

2.2 自动化研发水平滞后于控制系统需求

尽管目前中国污水处理技术已有所改进和升级，但目前中国污水处理设备电动执行器的研发水平仍远远落后于自动控制系统的规定。调节机构和制动器一起形成电动制动器。控制面板输出的数据信号由电动执行器转换为匹配的命令驱动数据信号。

控制器、智能变送器及其精确的测量组件构成了自动控制系统。这种设计水平不仅适用于废水处理技术，而且已在更广泛的工业生产行业中被应用。结果，在许多行业中出现了具有单独安装和集成的全自动控制系统的各种设备。关于污水处理设备的自动系统，正常情况下没有良好的工作环境。安装该设备的污水处理站的工作室环境非常差。该自动机器在操作后用作电气设备。尽管执行器的作用很大，但通常无法获得基本的维护和修理，这会使废水处理电动执行器遭受偏瘫或浪费。废水处理速度越来越慢，质量越来越差。通过人工进行手动维护，无法确保全自动控制系统能够正常工作。由于在整个应用和应用过程中都存在很大的困难，工作环境无法满足全自动电动执行器的工作标准。其中，电动执行器的缺点主要表现为设备中间区域的极度缺乏和公差配合。当废水处理系统的技术必须进行更新时，由于无法完成平滑连接而难以升级技术。

2.3 多样化设备产生的问题

在现阶段，中国市场上的废水处理设备制造厂缺乏统一的规格和标准，制造的设备质量参差不齐，制造商管理方法很多。此外，由于中外规格型号不统一，设备多样化直接导致了目前中国污水处理设备的技术性差距大和设备不通用等问题。

3 城镇污水处理与设备自动控制改进对策

3.1 加大技术创新力度，完善设备生产标准

要提高城市污水处理技术创新水平，积极开展科学研究，选择新技术、新工艺，提高污水处理能力[3]。有必要扩大设计方案的范围，以确保设备的特性满足污水处理厂的要求。有必要不断完善设备的自动化技术控制系统，使废水处理的实际效果更加有效。制造商必须统一设备标准，以确保设备制造更加标准化，满足市场的要求，并促进完成废水处理领域的良好发展趋势。能够对当前规范进行更改，并在连续测试后进一步完善规范以使该规范成为强制性的。首先，必须完成设备制造的模块化设计，以确保废水处理设备设计具有统一的标准；其次，确保国家标准与国家标准相联系；再次，将机电一体化技术整合到设备的设计设备中；最后，确保执行机构和调整机构更加配套。

3.2 加强模块化设计，满足污水处理要求

为了更好地确保废水处理和设备自动化水平的进一步提高，有必要提高模块性。改进国家标准后，有必要确保模块和接口的实现方式更加匹配。模块化非常复杂，涉及更多内容，并且明确提出了更严格的要求。集成设备模块包括智能变速、集成制造和减速齿轮以及典型的实用设备。通过模块化，可以确保设备的特性更加出色，并且可以进一步扩大设备的生产规模。污水处理站可以根据实际情况选择相应的设备，根据模块化设计的实际操作方法完成有针对性的解决方案，使污水处理可以达到预计的实际效果。

3.3 加大对执行器的研究与开发力度

在科学研究和技术探索的基础上，有必要不断提高用于废水处理的电动执行器的水平，并改善设备的特性。电动执行器包含两部分：调整机构和执行机构，可以从这两部分开始，确保不同机构的特性更加稳定。在执行机构中，有不同的传统伺服电机设备，它们可以完成设备的合理控制，并确保设备的合理实际运行。这两个组织的职能完成后，设备将更加稳定运行，更容易解决废水，提高自动化技术的实际运行水平。在中国，废水处理设备的电动执行器相对较低端。尽管特性稳定并且不容易造成常见故障，但是技术强度相对较低。还有一些电动执行器，尽管它们是相对高端的，但是它们的成本很高并且适用性较弱。这必须扩大研发范围，以使电动执行器更符合污水处理站的要求。

3.4 重点跟进污水处理工艺的创新

改善技术应用以及新技术在废水处理技术中的应用是创新城市废水处理技术的主要途径。只有新技术的应用才能与符合市场法规的设计解决方案同步应用[4]。根据新的处理技术和设备开发的实施，不仅可以促进新时期城市污水处理设备的设备开发，还可以满足设备污水处理设备自动控制系统的要求。

3.5 制定污水处理设备自动化生产标准

领域强制性规范的统一和制定可以对规范生产企业和利益冲突产生影响。基于一系列修改和实际检验而制定的强制性规范包括：①制造设备的模块化设计和废水处理设备的设计方案；②制定更接近国际标准的行业标准；③符合设备机电一体化标准并满足特殊要求；④做好执行机构，调整组织标准和配套设施。

4 污水处理控制与监控系统中的自动化设计方案

4.1 系统构成

系统由管理和监督操作两方面组成：①管理层。它是网站服务器、工作平台及其打印机的组合，可以在互联网上传输的介质是光纤电缆和五类双绞线电缆。传输数据信息时，采用快速以太网接口，传输速率为100 Mbit/s。此外，操作系统还有一个非常强大的作用，可以进行基于Internet的远程诊断和管理方法。②监督控制层。它是PLC服务器、工控机、复印机及其工作台等的组合。在监控系统中PLC、PLC和工控机均选用电力线通讯进行数据信息交换，然后系统进行实时监视。

4.2 设计方案

4.2.1 污水检测系统

污水检测和控制的意义在于对污水的水体和水流进行控制，从而始终保持稳定合理的污水处理。

水流检测仪：第一类蒸汽流量计，常见的蒸汽流量计有电磁感应法、超声波法、叶片法及其喷嘴法；第二种液位变送器，常见的液位变送器是水泵压力开关、汽泡及其压差法。

水质监测设备：主要常用的设备有污泥浓度计、DO计、MLSS计、pH计、温度计、高锰酸盐指数和COD/TOC计等。

新增水质监测项目如下。

调节水箱：出水量、pH值、水位线。

污泥浓缩池：泵送污泥量和浓度值，污泥界面仪。

水解酸化槽：送排风量、回流污泥量、DO、MLSS浓度值。

二沉池：回流污泥量及浓度值，剩余污泥量。

排放通道：解决水流量、COD、浊度计、自来水消毒蒸汽流量计、高锰酸盐指数浓度计。

4.2.2 污水控制系统

曝气槽有关控制。送气量控制，以废水量调整控制送气量。鼓风机输出压控制，送风量以调节鼓风机吸入阀门的开度及鼓风机之台数控制，输出压力以压力控制于定值，确保稳定送风量。关于DO控制就是以DO之控制量调节送气量使槽内的DO与目标值一致。MLSS控制在对回流污泥量进行调节控制可以促使槽内浓度与目标保持一致，对回流污泥量进行控制就是用流入的废水量与比率相乘，所得的数值作为回流污泥控制的目标值，从而对回流污泥量进行调整。

加氯量控制。以处理水量作比率调节加氯量，也有以余氯测定计测定结果作回授控制，并由水量作比率调节。

沉淀池控制。该环节的控制在操作过程中以污泥泵浦、刮泥机以及浮除的清除为主，将定时器与顺序控制相结合。

4.3 污水处理系统中自动化监控系统的优化

以沉淀池污泥停留时间的调控为例，已知进流SS的质量浓度为128 mg/L，若需达到放流水标准以下（设定值为25 mg/L）所对应之累加质量约占20%，推估对应管柱之安全水深应为15 cm以内，对应管柱安全水深于15 cm时，所对应的质量分数为30%，换算成质量浓度约为38.4mg/L。安全水深于15cm下，推估30min沉降后的质量浓度约为24.3 mg/L。

无机性废水是采用的污泥回流的方式进行操作，这样不仅可以对污泥形式、特征进行中和，还可以很大程度减少药剂的使用量，对于浮除系统应该将出水添加到24 L/h、质量浓度为12 500 mg/L的化学回流污泥，进水SS的质量浓度为272 mg/L。依目前实际污水处理厂添加混凝剂与助凝剂于沉淀池的操作方式，其停留时间可缩短至1 h，进而增加1倍的处理水量；保守估计，可增加5 000 CMD处理水量，虽操作成本将有所增加，但可以减低扩建的需求，节省扩建成本的支出。

5 污水处理厂控制系统新趋势

5.1 减少人力成本

随着各地经济发展越来越富裕、人力成本越来越高，污水处理厂需要考虑降低人力成本，提高劳动生产率，因此要求污水处理厂工艺设备均可实现就地自动控制，中控室远程监控。这就需要增加多种智能化检测手段并能进行智能化判断，减少操作人员的工作强度，达到正常运行时现场少人（无人）值守，操作人员定时巡检。

5.2 降低能耗，采用精细化智能控制

一直以来污水处理厂能耗大的问题没有引起足够的重视，随着经济的发展，排放标准的提升，污水处理厂能耗越来越大，这使得污水处理厂能耗的问题越来越受到重视[5]。目前常规的自动化控制手段还比较粗放，对电耗、药耗控制不够精细化，导致能耗较高，需要采用精细化智能控制手段来有效地降低能耗。譬如曝气鼓风机是电耗大户，占污水处理厂用电成本的50%左右，若采用基于模型算法的智能曝气控制系统的话，可节能电耗10%～20%。

5.3 加强管理决策，提高信息化管理手段

随着现代企业制度的建立，污水处理厂对管理决策的需求也越来越高，需要对全厂进行实时、动态的监视，用信息化的手段，科学合理、经济有效的方法，达到管理、调度、控制的目的，为运行管理决策提供依据，实现社会效益的最大化，因此需要建立厂级信息化管理平台。

5.4 增加智能化检测方法

污水处理厂会产生有毒有害气体，极易造成人员伤害，例如地下式污水处理厂生物反应池盖板下观察生物反应池水面曝气状况，目前只能采用目视观察法观察生物反应池水面曝气状况，增加了操作人员的工作强度及危险性。因此需要增加智能化检测手段来代替人工，对污水处理厂进行监视。

6 结束语

随着中国城市化进程的加快，城市人口的快速增长随之而来的是废水排放量的增加。中国明确提出了对城市污水处理技术进行自动控制的新要求，只有大力加强污水处理设备自动化技术控制系统的研发，继续展示人力资源和物力的技术性以及设备在新型废水处理设备自动化技术控制系统在实际活动中的应用，才能更好地保证设备的废水处理水平保持着持续发展的趋势。未来，中国城市污水处理技术的发展离不开智能系统，机电一体化和数字化的融合，设备设计和制造还有很长的路要走。