城市污水处理系统的控制模式研究

　　 城市污水来源通常为生活污水与生产污水，是各种形式的有机物和无机物的复杂混合物。在进行污水处理时，净化等过程是为了使污水达到排水再次使用水质。城市污水处理应用广泛，例如：餐饮、环保、医疗、能源、农业、交通、城市景观、建筑等领域。城市中应建立自动控制网络，是城市污水处理控制系统的主要概念，是控制污水处理的对象。城市污水处理控制系统分为管理、协调、现场等分级控制，而在环保监督、调度管理以及控制工艺设备等方面也将城市污水处理控制系统的作用划分出来。文章提出了城市污水处理系统控制模式，为处理、解决城市污水提供技术基础。

　　一、污水处理工艺

　　城市污水的处理的工艺流程较为复杂，该工艺在物理、化学、生物等学科中充分涉猎，是一项综合性技术。现阶段，在对处理效果、运营成本、投资、水质量等因素综合考虑的前提下，我国采用了物理法与生化法污水处理方式，即一级处理和二级处理。物理处理法具有较快的工艺过程，除渣机、沉淀池、沉砂池、水泵、筛网、格栅等均为该方法所使用设备。城市污水中所包含的泥沙和悬浮物SS利用一级物理处理方法进行分离、处理、和回收。城市污水中的有机污染物质多呈现胶体状亦或溶解，对此，为了能够有效降解代谢有机物功能，就需要利用生化法。传统的活性污泥法来对城市污水进行治理具有滞后性大、变化过于缓慢等特点，因此控制生物处理过程时，采用传统的控制方法难于提升效果。通过物理处理和生化处理，能够将污水中百分之九十以上的BOD以及SS去除。城市污水处理工艺流程图如图1所示。

　　二、创建系统及系统功能

　　1.加强环保监督力度

　　通过对城市污水处理厂各指标的定期检测，如能耗、进出水、流量等，可为科学、合理管理及规划城市污水处理提供必要数据，并评价出各处理厂的运营效率。这是因为尽管城市污水系统具有社会效益巨大，但存在较差的经济效益和较高的运行成本。在污水处理厂和环保局的管理下，有序开展环保监督，并对污水处理数据是否完整、准确、可靠、实时等方面进行确保，对各个污水处理厂的相关数据进行采集。

　　2.管理调度

　　随着计算机与网络信息化技术的诞生与发展，计算机网络的普及给予人们工作极大的帮助，提升了生活品质。在城市污水处理方面，计算机集成系统的应用也发挥出很大作用。在优化污水处理厂运行为目标，进行调度的优化，计算最佳工作参数是调度管理应负责的工作，并对各项工序之间质量和负荷存在的关系进行大力协调。在设备状况、气候、季节、时间等因素都与污水处理工艺的运行密切相关。

　　3.控制工艺设备

　　为了促使污水处理厂能够实现经济运行，提高安全性，降低劳动强度，从而确保污水处理质量，自动化监控系统的应用能够协助滞后性大、连续性强、随机干扰因素多、分布范围广、被控设备与监测参数多、过程复杂等特点的污水处理工艺进一步提高质量。该控制系统具有计算性能参数、连锁保护、数据采集、闭环控制等一系列功能，而工艺的流程、机电机械设备、变电站等都是控制系统所控制的对象。

　　三、控制系统介绍

　　控制城市污水处理系统分别涉及到分析、监视、质量、调度、管理等方方面面，而不只是控制或调整各项工艺流程。

　　1.系统结构

　　从下阶段我国已投入运行的城市污水处理厂的情况来看，主要应用的双层分布式监控系统由现场PLC和中央管理微机组成。该控制方式不仅仅应用于我国，世界很多国家都在应用。工艺设备级控制系统为现场控制设备，主要的工作就是控制污水处理工艺。将执行机构、MCC柜、测量仪表等连接于PLC后，可处理并完成，自控控制、传输数据、采集开关量和模拟量的数据等一系列功能。根据被控设备及分散程度和工程规模，通常有6台至10台PLC。现场控制网络通讯应用于PLC之间，并分别设置与中制室、物理处理步骤、生化处理步骤、变电站等处。在对PLC进行选型时，仅仅考虑复杂算法的实现与组成网络即可，引起具有很高的可靠性。人机界面的主要设备时CRT，可通过灵活操作CRT画面来实现对设备的控制及操作。系统采用了SCADA软件，硬件平台则为IPC。以此为基础，现场可不需要安装控制盘台。操作人员能够对控制器的结构进行修改，并纠正、修改设置值，实时监控联网的PLC，实现了协调控制。

　　2.管理调度及监督

　　一般采用冗余设计厂级控制级别的调度管理，工作站和服务器构成了调度管理，在直接连接了现场PLC后，可可实现深度处理数据，并向城市监督系统和MIS提供该数据;并为了确保最高全厂效率，以实现控制协调各项工序的目的。冗余设计的目的是为了让服务器具有逐步开发分析应用软件的能力。而通讯方面，相比于传统采用无线传输的方式，市话网络、数据打包传输的方式功能实用且成本低廉，极大程度上降低了运行维护费用和投资，只需将MODEM加装于各项污水处理厂即可实现。

　　四、控制方法

　　处理城市污水工艺过程中，参数具有复杂性，且还会呈现出非线性特征。例如：污泥泵、水泵、曝气机等受控设备以及进水量、溶解氧量、浓度、温度等参数过程都较为复杂。污泥回流量和曝气量的确定都采用了经验法。应用智能控制的措施能偶达到良好控制效果。输入变量与水指标之间的关系用该公式进行描述：

　　，公式中，Qw代表回流污泥量，为调节变量;t代表处理时间;T代表水温，为随机变量;D0代表水中溶氧量，为调节变量，其可通过对曝气量进行控制来实现;Q代表进水流量，为随机变量;Si代表进水水质，为随机变量;S0代表出水水质，为被调量。

　　五、结束语

　　城市污水处理应用广泛，例如：餐饮、环保、医疗、能源、农业、交通、城市景观、建筑等领域。文章简要讨论了城市污水处理系统的控制，城市中应建立自动控制网络，是城市污水处理控制系统的主要概念，是控制污水处理的对象，该系统实现信息化管理，如通过MODEM，向城市监督管理部门实时提供城市污水处理厂工作情况，这样有助于为决策和管理提供有效依据。该系统还具有很强的可扩展性和灵活性，根据重构和需要，系统中PLC之间的拓扑结构和数量将不同功能的系统功能单元实现。通过对城市污水处理厂各指标的定期检测，可为科学、合理管理及规划城市污水处理提供必要数据，在城市污水处理方面，计算机集成系统的应用也发挥出很大作用。在优化污水处理厂运行为目标，进行调度的优化，除此之外，系统还具有很高的可靠性，确保整个系统的安全、可靠。功能单元互相之间为独立的关系，在并行多台PLC后，通过底层网络实现了数据共享，有效控制整个工艺流程。