电气工程自控系统在污水处理工艺中的应用探讨

电气工程自控系统在污水处理工艺中的应用探讨

符强

时代的快速发展，水资源已成为一种稀缺资源，越来越多的地方无法使用清洁干净的水资源，因此，随着社会经济的快速发展，人民生活水平的快速提高，国家推行的可持续发展的战略越来越深入人心。我国现阶段采用的污水处理技术始终存在效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺点。我国污水的实际处理率远远低于污水处理设施的处理能力。然而在我国当前发展的形式下，污水处理存在诸多问题，如：处理技术低、能源消耗大、自动化程度低等等。为了提高污水处理的效率和质量，同时也能够节约大量的人力物力资源，建立一套先进实用有效的污水处理的自动控制系统，不仅可以提高运行的效果，也能够减小运行的费用。污水处理效果的提高，不仅能够保护环境，更重要是能够将处理水进行循环回收与利用，达到资源的优级使用。污水处理的自控系统建立关系到未来高速处理的发展。

1国内外对污水处理自控系统研究现状

1.1国内自控系统研究现状

当前，我国大多数污水处理厂处理污水能力较差，处理效率、自动控制系统水平、安全性等都普遍低于世界平均水平。其中在污水处理自动化控制系统中的主要需要解决的问题是：曝气过程控制、数据通讯和监控管理。目前国内的自动化污水厂控制系统技术落后，由于进水水质每日的参数都不一致，但是处理的污水排放要求在逐渐提高，同时伴随着无人值守的自动化管理模式需求，如何将污水处理过程进行的有条不紊，在多变的外部环境下始终保持良好的污水处理系统性能，单靠人工经验控制已经不符合污水处理发展的现状，也是缺乏经济效益的。

1.2国外自控系统研究现状

国内的污水处理系统，大多数是沿袭和仿照国外的水平，虽然处理效果差于国外但就处理的工艺技术而言，我国与国外相差不大，然而最大的差距是国外发达国家的污水厂自动化控制系统较为优越，自动化程度高，发达国家的污水处理厂都是采用计算机、PLC、现场总线三层网络进行水质处理数据的收集和水质处理过程的控制。控制系统除了应用于大型的成套设备。同时还包括小型设备，即使是机组中的一台水泵，都有与之配套的安全可靠的在线检测仪表和远程控制系统来监测和控制，有了这样的控制系统，节省人力与物力，而且可以实现无人值班，污水处理系统可以照常运行。

2.PLC技术在污水处理自动控制系统中的应用

通过对污水处理自控系统的工作流程进行分析，可以看出氧化沟反应池是PLC技术应用的关键所在，以下就对污水处理控制系统的设计与应用进行具体分析：

2.1氧化沟系统的功能设计。以安装转碟曝气机的氧化沟为例。在氧化沟反应池中，PLC主要是通过控制转碟曝气机来调节污水中的含氧量。氧化沟系统主要可以分为氧化沟以及污泥回流系统两大部分，其中氧化沟系统是整个污水处理自动控制系统当中的关键环节，因此涉及到的PLC技术比较复杂，控制功能也相对较多，其中就包括转碟曝气机和潜水搅拌机的控制；污水回流系统主要由污泥回流泵构成。污水回流系统的污泥回流泵将剩余污泥以及回流污泥进行集中处理，该设备的运行与停止主要是根据泵房内的液位传感器的状态，当液位低于设定值时，通过PLC控制回流泵停止运行，而当液位高于设定值时，通过PLC控制回流泵启动运行，如果当液位超过警戒位置时，回流泵在停止运行的同时还还会发出警报信号。

2.2PLC的资源配置。PLC控制系统主要包括信息采样、输入选择、内部处理、输出执行四个阶段，输入、输出模块是PLC与被控制对象的之间的接口，按照输入/输出信号性质的不同，可以分为开关量和模拟量模块，合理的选择I/O点数不仅能够满足系统控制的要求，而且还能使系统总投资量降到最低。根据输入/出端的地址分配，设计出污水处理自控系统的连线方式。在PLC自动控制系统当中，所有输入、输出设备都是由控制面板进行控制的，PLC自动控制系统根据传感器在现场传递来的信息决定下一步具体操作。在这一环节当中，就是用到了接触器，例如格栅接触器、清污机接触器、潜水泵接触器、分离机接触器、手动转碟曝气机接触器、潜水搅拌机接触器、刮泥机接触器、污泥回流泵接触器以及离心式脱水机接触器，这些接触器都使用额定电压为220V，额定电流为9A的交流电接触。这是一个简单的PLC示例，通过升级PLC控制技术，大大提升了该污水处理厂的处理能力，节约了人力成本。

3.选择高效、低能耗的设备

3.1选择节能型变压器：变压器节能的实质是：降低有功功率损耗、提高运行效率。变压器的有功功率损耗公式为：

ΔPb=Po+Pkβ2

其中：ΔPb―变压器有功损耗（kW）；

Po―变压器的空载损耗（kW）；

Pk―变压器的有载损耗（kW）；

β―变压器的负载率。

式中Po为空载损耗又称铁损，它由铁芯的涡流损耗、漏磁损耗组成，其值与硅钢片的性能及铁芯制造工艺有关，是基本不变的部分。因此，变压器应选用SCB11等节能型变压器，它是选用高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造的新系列节能变压器。对Pkβ2，用微分求它的极值，可知当β=50%时，变压器的能耗最小，

但这仅仅是从变压器节能的单一角度出发，而没有考虑综合经济效益。因为β=50%的负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此节能效果有限；且在低负载率下，需加大变压器容量，而多付的变压器价格和变压器增大使出线开关和母联开关增大而引起的设备购置费、设备运行、折旧、维护等费用，累积起来也是一笔不小的投资。因此，取变压器负载率为50%是得不偿失的。综合考虑以上各种费用因素，以及变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率β应选择在75%～85%为宜。这样既经济合理，又物尽其用。

3.2选用高效电动机.高效电动机比普通电动机的效率高，功率因数也高，损耗也会减少，因此，高效电动机具有较好的节电效果。

3.3使用变频装置.采用变频控制不但保证运行可靠、降低故障率，而且减少了设备损耗，节能效果相当明显。

总结与展望：虽然我国污水处理事业在改革开放之后的三十多年取得了迅速的发展，但由于快速的城市经济发展，污水处理水平仍不能满足现代社会的需求，处理现状另人堪忧。所在污水处理除了在处理技术上的改进，更多的应是对自动控制系统的改进，控制系统可以实现无人化操作，能节省更多的人力物力。由于我国污水处理自动化控制技术是90年代以后才在污水处理厂中正式使用，所以自动控制管理水平低下，无法满足快速发展的现状，国家在此应该进行大力的投入研发资金，开创属于我国自己的污水厂控制系统，并且要有自己的特色。要在吸取国外先进经验和充分了解工艺过程，在此基础上研制性价比高的且要适合我国国情的污水处理厂自动控制系统，对以后的发展是非常必要。

参考文献：

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