AAO污水处理工艺中自动控制系统设计
摘 要：污水处理厂的自动控制系统不仅要保障工艺设备的连续运行，还要满足出水稳定达标和节能降耗的需求。本文阐述了AAO污水处理工艺中自动化仪表的设置以及自动控制系统的设计，以获得良好的经济技术指标，并能够长期、稳定、高效的运行。
关键词：污水处理;AAO工艺;自动化仪表;自动控制系统
随着社会的进步，人类对环境保护越来越重视，国家对各个污水处理厂的排放标准也有了更高的要求，因此在新建污水处理厂中，AAO工艺越来越多的被应用，已达到更好的脱磷除氮的效果。AAO工艺处理流程主要分四阶段：预处理阶段，生化处理阶段，深度处理、出水阶段以及泥处理阶段，以下分别探讨各个阶段中仪表自动控制系统的设计。
一、预处理阶段
该阶段主要包括粗格栅及进水泵房、细格栅及沉砂池以及进水水质检测、计量。主要需要参与联锁控制工艺设备为粗格栅、污水提升泵、细格栅等。因此需要设置的自动化仪表为：
在粗格栅前以及进水泵房分别设置超声波液位计1套，利用2套超声波液计检测的液位值，由上位机计算出液位差值来控制粗格栅的运行、停止;利用进水泵房的超声波液位计来控制污水提升泵的启动、停止。由于超声波液位计检测的液位值是连续的，因此可根据工艺要求，只用1套超声波液位计即可在上位机通过软件实现对多台污水提升泵的启动停止控制。
在细格栅前后设置超声波液位差计，直接检测细格栅前后的液位差值，以控制细格栅的运行、停止。
在细格栅后还应该根据国家环保部门要求，对污水处理厂进水水量、酸碱度(PH)、浊度(SS)、生物需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)等检测，相应的需要设置电磁流量计、在线PH测定仪、在线SS测定仪、在线COD分析仪以及在线氨氮分析仪。该部分仪表检测的数据不仅需要上传到污水处理厂控制室，还需要上传到当地环保部门。
在仪表设置上，粗格栅采用超声波液位计而细格栅采用超声波液位差计主要从经济指标上考虑，粗格栅后面的超声波液位计及参与粗格栅前后液位差的计算又可参与污水提升泵的控制。
二、生化处理阶段
该阶段主要包括AAO生物反应池(主要分为厌氧池、缺氧池以及好氧池)、鼓风机房、污泥泵房、二沉池以及加药部分。主要需要参与联锁控制的工艺设备为鼓风机以及回流污泥泵等，生物处理阶段是整个污水处理厂的核心部分，是影响出水水质的关键。同样也是整个处理过程中自动化控制最复杂的部分。需要设置的自动化仪表主要有：
在AAO生物反应池的厌氧池设置在线氧化还原电位(ORP)测定仪，检测厌氧池的厌氧程度;在缺氧池设置在线溶氧(DO)测定仪，检测缺氧池的溶氧浓度值;厌氧和缺氧的溶氧值控制污泥回流量，为污泥反硝化和磷的释放提供良好的反应条件，确保生物除磷、脱氮的效果。在好氧池的中部以尾部设置在线溶氧(DO)测定仪以及在线污泥浓度(MLSS)测定仪，检测好氧池的溶氧浓度值以及污泥浓度值。
在鼓风机的出风管设置热值式空气流量计以及压力变送器，热值式空气流量计既可以检测鼓风机的曝气量又可以检测空气温度。
在污泥泵房设置超声波液位计，检测污泥泵房的液位值，用于对污泥泵的启动、停止控制。
鼓风曝气系统的控制：作为厂区的控制关键，控制水平的高低直接关系到整个污水处理厂的经济、合理运行。传统方法中主要采用溶氧单回路定制调节或者溶氧、流量串级调节的方法，由于鼓风曝气系统的非线性，大滞后性、多扰动性、决定传统的PID调节方法在控制的实时性，准确性都有一定的欠缺，并且能耗相对高，因此为了节能降耗，越来越多的智能型精确曝气系统被运用到实际中，智能型精确曝气系统的模型能在其控制过程中根据系统的在线数据(溶氧值、压力、温度、流量、PH)自动的优化调整，可以实现间歇曝气、微量曝气、正常曝气以及溶解氧分布控制等各种复杂的的曝气方案，并且根据曝气量的需要，通过鼓风机MCP控制柜实现对多台鼓风机的循环启停，变频控制等，譬如当下比较流行的AVS(Aeration Volume control System)精确曝气系统。
三、深度处理、出水阶段
该阶段主要包括滤池(高效滤池/滤布滤池等)、紫外线消毒渠以及出水水质、流量检测部分。深度处理各个部分的设备一般成套化，有独立的控制系统，水力学控制模型比较成熟。出水部分主要设置电磁流量计、在线PH测定仪、在线SS测定仪、在线COD分析仪、在线氨氮分析仪以及在线TP(总磷)分析仪。该部分仪表检测的数据也既需要上传到污水处理厂中央控制室，也要上传到当地环保部门，做为污水厂收费以及达标排放的依据。
四、泥处理阶段
泥处理阶段主要指剩余污泥的脱水、浓缩、暂时储存以及外运等，是整个污水处理工艺的附加阶段。污泥的堆肥或者焚烧发电等处理方法是现阶段污泥处理中比较先进的工艺，也有利于实现循环经济和废物的利用。
单独的自动化仪表仅做为检测执行级是不能够满足厂区的自动控制运行，根据集散型控制系统的原理，一个完整的控制系统由检测执行级、现场控制级以及中央监控级组成。综合污水处理工艺过程、构筑物布局、设备和检测仪表分布等相关因素，可在每个工艺处理阶段设置一个现场控制站PLC，现场控制站PLC做为现场控制级负责各个工艺处理阶段工艺设备运行数据以及自动化仪表数据的采集、控制。中央监控级主要由互为热备的两台中央监控计算机组成，并设置相应的数据库存储服务器以及投影仪、打印机等附属管理设备。所有的工艺设备均采用手动(就地)、自动(远程)两种控制方式，手动-自动控制转换由设备就地控制箱上的转换开关实现。二种控制方式手动优先，自动次之。
中央监控级通过组态软件能直观的对整个工艺流程进行动态模拟，趋势分析，对整个污水处理过程实行实时监控，实时接收跟踪PLC数据，并对实时数据和历史数据分析处理，并且制表打印等，污水厂的三层控制结构保证了生产过程的独立性和安全性。
现场控制级与中央监控级之间采用100M光纤快速工业以太网，组成环形冗余结构，100M光纤快速工业以太网传输距离远和网络速度快的特性适应了中央监控级覆盖全厂地域的特点和大数据量交换的要求。冗余的通讯网络避免了单一线路故障带来的系统失效，大大提高了可靠性。以太网的应用符合现代化信息技术的发展的趋势，灵活的拓扑形式和开放的网络协议以便于系统扩展。
随着经济的发展,生产生活自动化水平的提高是必然的趋势,关键要实现设计的自动化水平和应用水平相结合,因此在线检测仪表与自动控制系统以适用、可靠、先进、经济为基本原则，充分考虑处理规模、工艺特点等综合因素，对污水处理过程进行实时监测和控制，保证出水水质、安全生产、降低运行成本，获得良好的经济技术指标。同时可以减轻劳动强度，提高劳动效率和效益，使污水厂的资源最优组合，有效的节约能源。
参考文献:
[1] 马勇,彭永臻.城市污水处理系统运行及过程控制.北京:科学出版社,2007.
[2] 广东工业大学.电气控制与可编程控制器技术(第2版).北京.机械工业出版社,2005.
[3] 杨立福等.给水排水自动化技术(SCADA)综述,给水排水2000.3.
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