A2/O工藝設(shè)置厭氧、缺氧和好氧3種工作環(huán)境，多種類微生物包括聚磷菌、反硝化菌、硝化菌和異養(yǎng)菌等能夠有機(jī)配合，在脫氮除磷的同時(shí)去除有機(jī)物，并且絲狀菌不會大量繁殖生長，污泥不會大量膨脹[2]，但多種微生物共存在同一個活性污泥池中，對基質(zhì)、泥齡等條件必然產(chǎn)生競爭，對出水水質(zhì)造成影響[3]。為此對A2/O工藝進(jìn)行改良，加強(qiáng)工藝流程的控制，對NH4+-N、PO43--P、DO等進(jìn)行實(shí)時(shí)測定，并根據(jù)參數(shù)情況實(shí)時(shí)調(diào)整工藝的HRT、混合液回流比等，zui后保證系統(tǒng)出水水質(zhì)滿足一定要求(見表1)。

 圖1 污水處理工藝流程 

 

　　出于對A2/O工藝改良的需求，需要加強(qiáng)對BOD5、COD、總磷、氨氮等多參數(shù)的測量與監(jiān)控，大大增加了工作量和人力投入，因此在二期工程中逐步增加自動控制系統(tǒng)對各參數(shù)進(jìn)行在線測控操作，根據(jù)水質(zhì)情況調(diào)整混合液回流比、HRT等，同時(shí)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強(qiáng)對工作場所的參數(shù)監(jiān)控，提高系統(tǒng)工作效率。

　　1 自動控制技術(shù)應(yīng)用

　　1.1 自動控制結(jié)構(gòu)

　　該污水處理廠需要保持24 h不間斷運(yùn)行，且各類建筑物分布區(qū)域較廣，因此按照“集中管理、分散控制”的原則控制布局，使用微型計(jì)算機(jī)+可編程邏輯控制器[4]的松耦合控制結(jié)構(gòu)，共分3層結(jié)構(gòu)，其一級控制站進(jìn)行集中管理，在廠控制中心設(shè)監(jiān)控中心，二級控制站為各區(qū)域的可編程邏輯控制器分站，第三級為工作現(xiàn)場控制設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

 圖2 自動控制結(jié)構(gòu) 

　　圖2中，自動控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)和光纖冗余環(huán)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)信息和控制信息，使用監(jiān)控中心、二級控制站和現(xiàn)場控制器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動控制功能的分級分散。在監(jiān)控中心進(jìn)行工藝管理和自動控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控各設(shè)備工作狀態(tài)、工藝流程參數(shù)。下設(shè)2個二級控制站，分別位于鼓風(fēng)機(jī)房和污泥脫水間內(nèi)，二級控制站1控制3個現(xiàn)場控制設(shè)備，分別為鼓風(fēng)機(jī)房、生化池和變電所，二級控制站2分別監(jiān)控紫外線消毒間、1號脫水機(jī)和2號脫水機(jī)。這種松耦合控制結(jié)構(gòu)可提高系統(tǒng)的可靠性，即使監(jiān)控中心出現(xiàn)故障，下級的分控站和現(xiàn)場控制設(shè)備也能獨(dú)立延續(xù)原狀態(tài)運(yùn)行，降低了通信系統(tǒng)故障可能引起的失控風(fēng)險(xiǎn)。

　　1.2 自動控制策略

　　由于季節(jié)差異、流量變化、水質(zhì)特征等因素影響，處理流程的各種狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)變化，需要根據(jù)狀態(tài)和自動控制策略實(shí)時(shí)應(yīng)對調(diào)整[5]，系統(tǒng)中可編程邏輯控制器使用西門子S7-300系列，主要硬件配置包括PS307電源模塊、CPU314*處理器、SM321數(shù)字量輸入模塊、SM322數(shù)字量輸出模塊、SM311模塊量輸入模塊和SM332模擬量輸出模塊等。通過S7-300系列監(jiān)視系統(tǒng)各部分工作情況并酌情采取自動控制措施。各現(xiàn)場控制設(shè)備的自動控制策略如表2所示。

　　表2 為主要控制部位及其控制策略，在工程應(yīng)用中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)也有監(jiān)控措施。如預(yù)處理系統(tǒng)中有2臺螺旋輸送壓榨機(jī)和3臺粗格柵，通過液位差值智能監(jiān)控粗格柵運(yùn)行狀態(tài)，柵格初始狀態(tài)按設(shè)定的周期運(yùn)轉(zhuǎn)，在粗柵格前后各安裝1個超聲液位差計(jì)，測定液位差后輸入到自動控制系統(tǒng)中，根據(jù)液位差是否大于閾值判定粗格柵是否存在堵塞，如大于閾值則判定堵塞，系統(tǒng)自動控制除污機(jī)增大運(yùn)轉(zhuǎn)量，直至液位差小于閾值的80%后除污機(jī)恢復(fù)常態(tài)工作量。細(xì)格柵、沉砂池等部位也有相應(yīng)的監(jiān)控部位執(zhí)行功能，通過智能監(jiān)控和自動控制策略減少人力操作，提高系統(tǒng)的工作效率和可靠性。

　　2 物聯(lián)網(wǎng)測試應(yīng)用

　　為實(shí)現(xiàn)自動控制必須實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)控各部位工作狀態(tài)，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)傳感器與網(wǎng)絡(luò)的多方互聯(lián)，是解決自動監(jiān)視問題的較優(yōu)策略。在自動控制系統(tǒng)中采用物聯(lián)網(wǎng)[6]進(jìn)行從下到上感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的架構(gòu)，對應(yīng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　感知層使用傳感器進(jìn)行專業(yè)監(jiān)測，要求具備數(shù)字化、高精度和實(shí)時(shí)性;網(wǎng)絡(luò)層使用工業(yè)以太網(wǎng)和光纖冗余環(huán)網(wǎng)將感知層的傳感器數(shù)據(jù)傳入到應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)物理鏈路的互聯(lián)互通[6]，使用TCP/IP協(xié)議，保證數(shù)據(jù)交互的安全性和高速率;應(yīng)用層對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析、圖文展示，并配置相關(guān)的應(yīng)用程序進(jìn)行動態(tài)處理。

　　感知層狀態(tài)監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵依據(jù)，其主要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)如表3所示。

　　控制中心匯總各種傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)整理分析可得整個生產(chǎn)流程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如耗電量、進(jìn)出口水量等，并算出出口水質(zhì)指標(biāo)如BOD5、COD、NH3-N等。

　　3 效果分析

　　該污水處理廠進(jìn)口的污水量雖然在重慶市污水處理廠所占比例相對較小，但由于地處郊區(qū)，服務(wù)區(qū)域較大，要接收3條溝渠的污水，監(jiān)控難度較大，同時(shí)污水直接排入長江，必須嚴(yán)格控制水質(zhì)，為此引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行自動控制管理。系統(tǒng)實(shí)時(shí)測試各環(huán)節(jié)、各系統(tǒng)狀態(tài)并傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心?jīng)分析計(jì)算后確定各系統(tǒng)工作狀態(tài)，并使用可編程邏輯控制器自動控制各系統(tǒng)采取應(yīng)對措施，減少了人工操作工作量，提高了操作的性和及時(shí)性。系統(tǒng)可提供圖形化示意圖，測試周期為60 min，可選擇SS、COD、BOD5、NH3-N、TP、水量、平均耗電量等參數(shù)，zui多能顯示4種參數(shù)，當(dāng)刷新的參數(shù)值連續(xù)超出閾值時(shí)表明系統(tǒng)故障，狀態(tài)框?qū)?biāo)示異常并告警，否則顯示狀態(tài)正常，移動光標(biāo)將顯示參數(shù)測量時(shí)間和數(shù)值。

　　使用自動控制系統(tǒng)之后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性得到提升，數(shù)據(jù)采集測試頻率可穩(wěn)定維持在15 min/次(實(shí)際中一般設(shè)定為30 min測試1次，甚至更長時(shí)間)，出水達(dá)標(biāo)率>90%，耗電量<0.35 kW·h/m3。

　　4 結(jié)論

　　可行性分析和試運(yùn)行結(jié)果表明，使用融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動控制系統(tǒng)對污水處理廠進(jìn)行智能化監(jiān)控，通過關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵部分的狀態(tài)參數(shù)測試明確各部位工作情況，并根據(jù)預(yù)定原則進(jìn)行自動化、智能化處理是可行的，且在效率和效益上都得到一定提升，控制系統(tǒng)建設(shè)較為完善，具有較*的性能，借鑒國外的*經(jīng)驗(yàn)，可在重慶地區(qū)進(jìn)一步推廣。但該系統(tǒng)復(fù)雜度較高，同時(shí)因污泥濃度計(jì)、pH計(jì)等感知層傳感器使用維護(hù)要求較高，接觸探頭需要定期維護(hù)清洗并標(biāo)校，而且國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)較為薄弱，一般使用進(jìn)口器件，價(jià)格較為昂貴，一定程度上增加了污水處理系統(tǒng)的投資建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)成本，這是進(jìn)一步推廣面臨的主要問題之一，但這種自動化智能控制策略是國內(nèi)外污水處理系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，在后續(xù)工作中將研究更為穩(wěn)定可靠、維護(hù)更為簡便、效費(fèi)比更高的自動化控制系統(tǒng)，使自動化系統(tǒng)得到推廣普及。