自动化在线检测仪表在污水处理的应用

   自动化检测仪表是自控系统中关键的子系统之一。一般的自动化检测仪表主要由三个部分组成：①传感器，利用各种信号检测被测模拟量；②变送器，将传感器所测量的模拟信号转变为4～20 mA的电流信号，并送到可编程序控制器(PLC)中；③显示器，将测量结果直观地显示出来，提供结果。这三个部分有机地结合在一起，缺少其中的任何一部分，则不能称为完整的仪表。自动化检测仪表以其测量**、显示清晰、操作简单等特点，在工业生产中得到了广泛的应用，而且自动化检测仪表内部具有与微机的接口，更是自动化控制系统中重要的部分，被称为“自动化控制系统的眼睛”。

    随着科学技术的发展，自动化检测技术也得到了很大的发展，自动化检测仪表在污水处理中也得到广泛的应用，使污水处理厂不仅节约了大量的人力、物力，更重要的是可以及时对工艺进行调整。本文将以南宁市琅东污水处理厂为例介绍自动化检测仪表在污水处理中的应用。

    1、工程概述

    南宁市琅东污水处理厂工程1993年底立项，1997年11月27日正式开工建设；1999年9月28 日通水试运行，2000年2月满负荷正常运转。

    南宁市琅东污水处理厂，一期工程设计**污水处理能力24 万m3/d，二级污水处理能力10万m3/d。设计服务范围30.5 km2，规划服务人口34.3万人。经过琅东污水处理厂净化后的清洁水，一部分直接排入竹排冲，一部分用于南湖回灌水，以改善南湖的水污染问题。

    2、处理工艺

    南宁市琅东污水处理厂全套引进国外先进的水处理工艺设备，采用二级生物处理工艺的传统活性污泥法，并针对南宁市污水水质污染物浓度低的特点，在其核心部分--曝气的工艺中采用OOC工艺。该工艺具有能耗低、运行费用少、出水水质好、管理简便、运行稳定等优点。

    从厂外污水干管收集到琅东污水处理厂的污水，首先进行预处理。在进水泵房经过粗格栅，去除污水中较大的垃圾、漂浮物；通过5台大型污水泵将污水提升到细格栅，将较小的漂浮物去除；在曝气沉砂池去除污水中的砂粒和油类；然后进入计量槽，计量污水处理量。预处理后的污水在初沉池进行**处理，去除约30%的有机物；初沉池出水进入二级处理，先在生物处理工艺的核心部分--曝气池，进行生物降解有机物；曝气池的混合液输送到二沉池进行沉淀，泥水分离。上层澄清液作为净化后的清洁排放水；沉淀下来的污泥一部分回流曝气池后再生利用，一部分作为剩余污泥回流到初沉池。初沉池的污泥用泵输送到污泥浓缩池，进一步浓缩池，通过污泥处理系统，把泥浆态的污泥脱水、压滤，形成干污泥饼。工艺流程见图1。

图1 污水处理厂工艺流程

 3、主要应用仪表介绍

    3.1　超声波液位计、液位差计、流量计

    (1) 格栅运行控制。粗格栅、细格栅各安装了1台超声波液位差计，通过格栅前后的液位差来反映格栅阻塞程度，并传输到PLC控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运行，**垃圾，保障正常过水，且合理的减少了设备磨损。

    (2) 提升泵运行控制。为实现进水提升泵的自动控制，在进水泵井处安装了2台超声波液位计，用以测量泵井的水位，实时传输到PLC控制器及上位机，进行系统分析。根据测量值对应控制程序，自动控制提升泵的运行组合。这样可以根据厂外来水量准确及时地调整泵运行状态，减少设备疲劳；同时可以取消传统泵站三班倒的人力资源耗费。

    (3) 流量及处理量实时监测。对于污水处理厂的运行管理，水量是一个重要的控制参数。准确及时地掌握进水量，对工艺控制及提高污水厂抵抗水力负荷冲击能力有重要作用。传统的水量测量采用堰板或文丘里流量槽等，都存在着不能实时监测、实时显示的缺点。琅东污水处理厂计量槽采用超声波流量计结合文丘里槽，能在现场和上位机实时显示流量及累计处理量，达到了准确计量处理水量，以及为运行管理提供实时流量的目的。

    3.2 溶解氧计、氧化还原电位计、污泥浓度计

    (1) 曝气池溶解氧控制。南宁市琅东污水处理厂采用的是传统活性污泥法的OOC改良工艺在4 个圆型曝气池内圈好氧区，分别安装了测量范围是0.05～10 mg/L的溶解氧计，实时监控溶解氧浓度，传输到PLC及上位机。当实测浓度小于设定浓度时，自动控制系统启动鼓风机，给曝气池充氧；相反地，当氧气充足时，就会停止运行鼓风机。通过溶解氧计控制鼓风机可以**地根据好氧菌群对溶解氧的需求控制鼓风机的启动和停止，在保证了菌群良好生化能力的同时节约了能耗，保护了设备，增强了好氧菌群的分解能力。

    (2) 曝气池好氧段与缺氧段的控制。在每个曝气池的外圈的好氧区与缺氧区的临界面都安装了测量范围是-500～500 mV的氧化还原电位计，通过测量的氧化还原电位可以控制鼓风机的高速运行，给外圈供氧，形成强好氧曝气阶段和缺氧阶段的交替，进而提高处理工艺中除磷脱氮的能力。如果没有安装氧化还原电位计。那么鼓风机的运行只能通过时间控制，这样一来就会明显降低除磷脱氮的效果。

(3) 曝气池污泥浓度控制。曝气池的污泥浓度是一个重要工艺参数。在传统的污水处理厂，污泥浓度依靠实验室使用旧的试验方法进行监测，在数据提供的及时性和**性上，存在很大的缺陷。难以及时进行回流污泥和剩余污泥量的工艺调整，就造成时间上和准确度上的误差。南宁市琅东污水处理厂在每个曝气池上都安装了一个测量范围是为0.5～10 g/L 在线污泥浓度测量计，很好地解决了这个问题。安装污泥浓度计可以随时根据**测量的污泥浓度，适时地调整曝气池的工艺，同时减轻了实验室工作人员的劳动强度。

    3.3 电磁流量计、气体流量计

    在回流污泥管道和剩余污泥管道中南宁市琅东污水处理厂安装了5台测量范围是0～1 200 m3/h的电磁流量计测量回流污泥和剩余污泥的流量。安装流量计后，值班人员可以根据显示的流量是否正确，从而判断回流污泥泵和剩余污泥泵工作是否正常，解决了潜水泵无法简单判断工作是否正常的难题，而且电磁流量计还具有安装方便，维护简单的特点。

    鼓风机与曝气池间的空气管道上直接安装的4台测量范围0～4000 m3/h(标准状况)的气体流量计。气体流量计的安装可以使值班人员随时了解鼓风机向曝气池提供气体的量。

    4、运行管理体会

    4.1 运行管理经验

    南宁市琅东污水处理厂自2000年2月正式运行，在两年多的运行管理中，总结了保证自动化检测仪表正常运行几点经验如下：

    (1) 保持自动化检测仪表传感器的清洁。定期专人清洗探头，保证数据采集准确性。因为仪表在污水环境中工作，所以仪表的清洁工作就显得尤为重要，特别是直接与污水接触的溶解氧计、氧化还原电位计及污泥浓度测量计等分析仪表，为了保证仪表的正常工作，我们定期由专人清洗，每7天就**清洗1次仪表，清洗时要求使用柔软的材料，以免损坏仪表。

    (2) 定期校正各种仪表。仪表在长期运行过程中难免会产生测量误差，这就需要定期校正，以保证仪表测量的准确性，对分析仪表我们制订了每两月定期校正1次；而且要求实验室工作人员利用分析方法分析对应的检测项目，并与现场仪表监测结果比较，如果偏差太大，那么应适时对仪表进行校正，确保准确。

    (3) 保证仪表供电电压的稳定性，延长仪表的使用寿命。瞬间的高电压冲击往往使仪表很容易烧坏。南宁市琅东污水处理厂运行过程中，就发生了多次因供电电压不稳定，而使超声波液位差计和超声波液位计的变送器损坏，从而影响了自控系统的正常工作的情况。南宁市琅东污水处理厂正进行技术改造避免供电电压不稳定对仪表造成的损坏，降低运行成本，提高经济效益。

    4.2 几点体会

    在运行过程中，我们还有以下体会：

    (1) 要提高污水处理厂的经济效益和管理水平仅有以上这些仪表是不够的，还应增加鼓风机出口压力计、初沉池污泥泵出口流量计等监测仪表，对大鼓风机出口压力和浓缩池进口流量等参数进行监测和调节。

    (2) 进口仪表的备件、部件昂贵而且购买困难，影响仪表的使用、维修。例如，一个因供电电压不稳定而损坏的超声波液位差计变送器维修费需8000多元，更换新变送器需15000多元；更换一个氧化还原电位计电极需2000多元，而且氧化还原电位计电极使用期限一般为两年；一般的企业很难长期支付这一昂贵费用。进口仪表的标准化校对困难，一般的质量检验部门都不接收污水处理仪表的检测。国产仪表的普及仍跟不上，价格优势不能很好的体现，一定程度上影响了自动化检测仪表在污水处理厂中的应用。

    总体来讲，自动化检测仪表在污水处理厂的应用中发挥很大作用，但在实际应用中仍存在一些问题，我们相信今后自动化检测仪表将会为中国的环保事业发挥更大的作用。