AAO污水處理工藝中自動控制系統設計
摘 要：污水處理廠的自動控制系統不僅要保障工藝設備的連續運行，還要滿足出水穩定達標和節能降耗的需求。本文闡述了AAO污水處理工藝中自動化儀表的設置以及自動控制系統的設計，以獲得良好的經濟技術指標，并能夠長期、穩定、高效的運行。
關鍵詞：污水處理;AAO工藝;自動化儀表;自動控制系統
隨著社會的進步，人類對環境保護越來越重視，國家對各個污水處理廠的排放標準也有了更高的要求，因此在新建污水處理廠中，AAO工藝越來越多的被應用，已達到更好的脫磷除氮的效果。AAO工藝處理流程主要分四階段：預處理階段，生化處理階段，深度處理、出水階段以及泥處理階段，以下分別探討各個階段中儀表自動控制系統的設計。
一、預處理階段
該階段主要包括粗格柵及進水泵房、細格柵及沉砂池以及進水水質檢測、計量。主要需要參與聯鎖控制工藝設備為粗格柵、污水提升泵、細格柵等。因此需要設置的自動化儀表為：
在粗格柵前以及進水泵房分別設置超聲波液位計1套，利用2套超聲波液計檢測的液位值，由上位機計算出液位差值來控制粗格柵的運行、停止;利用進水泵房的超聲波液位計來控制污水提升泵的啟動、停止。由于超聲波液位計檢測的液位值是連續的，因此可根據工藝要求，只用1套超聲波液位計即可在上位機通過軟件實現對多臺污水提升泵的啟動停止控制。
在細格柵前后設置超聲波液位差計，直接檢測細格柵前后的液位差值，以控制細格柵的運行、停止。
在細格柵后還應該根據國家環保部門要求，對污水處理廠進水水量、酸堿度(PH)、濁度(SS)、生物需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)等檢測，相應的需要設置電磁流量計、在線PH測定儀、在線SS測定儀、在線COD分析儀以及在線氨氮分析儀。該部分儀表檢測的數據不僅需要上傳到污水處理廠控制室，還需要上傳到當地環保部門。
在儀表設置上，粗格柵采用超聲波液位計而細格柵采用超聲波液位差計主要從經濟指標上考慮，粗格柵后面的超聲波液位計及參與粗格柵前后液位差的計算又可參與污水提升泵的控制。
二、生化處理階段
該階段主要包括AAO生物反應池(主要分為厭氧池、缺氧池以及好氧池)、鼓風機房、污泥泵房、二沉池以及加藥部分。主要需要參與聯鎖控制的工藝設備為鼓風機以及回流污泥泵等，生物處理階段是整個污水處理廠的核心部分，是影響出水水質的關鍵。同樣也是整個處理過程中自動化控制最復雜的部分。需要設置的自動化儀表主要有：
在AAO生物反應池的厭氧池設置在線氧化還原電位(ORP)測定儀，檢測厭氧池的厭氧程度;在缺氧池設置在線溶氧(DO)測定儀，檢測缺氧池的溶氧濃度值;厭氧和缺氧的溶氧值控制污泥回流量，為污泥反硝化和磷的釋放提供良好的反應條件，確保生物除磷、脫氮的效果。在好氧池的中部以尾部設置在線溶氧(DO)測定儀以及在線污泥濃度(MLSS)測定儀，檢測好氧池的溶氧濃度值以及污泥濃度值。
在鼓風機的出風管設置熱值式空氣流量計以及壓力變送器，熱值式空氣流量計既可以檢測鼓風機的曝氣量又可以檢測空氣溫度。
在污泥泵房設置超聲波液位計，檢測污泥泵房的液位值，用于對污泥泵的啟動、停止控制。
鼓風曝氣系統的控制：作為廠區的控制關鍵，控制水平的高低直接關系到整個污水處理廠的經濟、合理運行。傳統方法中主要采用溶氧單回路定制調節或者溶氧、流量串級調節的方法，由于鼓風曝氣系統的非線性，大滯后性、多擾動性、決定傳統的PID調節方法在控制的實時性，準確性都有一定的欠缺，并且能耗相對高，因此為了節能降耗，越來越多的智能型精確曝氣系統被運用到實際中，智能型精確曝氣系統的模型能在其控制過程中根據系統的在線數據(溶氧值、壓力、溫度、流量、PH)自動的優化調整，可以實現間歇曝氣、微量曝氣、正常曝氣以及溶解氧分布控制等各種復雜的的曝氣方案，并且根據曝氣量的需要，通過鼓風機MCP控制柜實現對多臺鼓風機的循環啟停，變頻控制等，譬如當下比較流行的AVS(Aeration Volume control System)精確曝氣系統。
三、深度處理、出水階段
該階段主要包括濾池(高效濾池/濾布濾池等)、紫外線消毒渠以及出水水質、流量檢測部分。深度處理各個部分的設備一般成套化，有獨立的控制系統，水力學控制模型比較成熟。出水部分主要設置電磁流量計、在線PH測定儀、在線SS測定儀、在線COD分析儀、在線氨氮分析儀以及在線TP(總磷)分析儀。該部分儀表檢測的數據也既需要上傳到污水處理廠中央控制室，也要上傳到當地環保部門，做為污水廠收費以及達標排放的依據。
四、泥處理階段
泥處理階段主要指剩余污泥的脫水、濃縮、暫時儲存以及外運等，是整個污水處理工藝的附加階段。污泥的堆肥或者焚燒發電等處理方法是現階段污泥處理中比較先進的工藝，也有利于實現循環經濟和廢物的利用。
單獨的自動化儀表僅做為檢測執行級是不能夠滿足廠區的自動控制運行，根據集散型控制系統的原理，一個完整的控制系統由檢測執行級、現場控制級以及中央監控級組成。綜合污水處理工藝過程、構筑物布局、設備和檢測儀表分布等相關因素，可在每個工藝處理階段設置一個現場控制站PLC，現場控制站PLC做為現場控制級負責各個工藝處理階段工藝設備運行數據以及自動化儀表數據的采集、控制。中央監控級主要由互為熱備的兩臺中央監控計算機組成，并設置相應的數據庫存儲服務器以及投影儀、打印機等附屬管理設備。所有的工藝設備均采用手動(就地)、自動(遠程)兩種控制方式，手動-自動控制轉換由設備就地控制箱上的轉換開關實現。二種控制方式手動優先，自動次之。
中央監控級通過組態軟件能直觀的對整個工藝流程進行動態模擬，趨勢分析，對整個污水處理過程實行實時監控，實時接收跟蹤PLC數據，并對實時數據和歷史數據分析處理，并且制表打印等，污水廠的三層控制結構保證了生產過程的獨立性和安全性。
現場控制級與中央監控級之間采用100M光纖快速工業以太網，組成環形冗余結構，100M光纖快速工業以太網傳輸距離遠和網絡速度快的特性適應了中央監控級覆蓋全廠地域的特點和大數據量交換的要求。冗余的通訊網絡避免了單一線路故障帶來的系統失效，大大提高了可靠性。以太網的應用符合現代化信息技術的發展的趨勢，靈活的拓撲形式和開放的網絡協議以便于系統擴展。
隨著經濟的發展,生產生活自動化水平的提高是必然的趨勢,關鍵要實現設計的自動化水平和應用水平相結合,因此在線檢測儀表與自動控制系統以適用、可靠、先進、經濟為基本原則，充分考慮處理規模、工藝特點等綜合因素，對污水處理過程進行實時監測和控制，保證出水水質、安全生產、降低運行成本，獲得良好的經濟技術指標。同時可以減輕勞動強度，提高勞動效率和效益，使污水廠的資源最優組合，有效的節約能源。
參考文獻:
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