目前，我國寒冷地區的中小城鎮污水處理廠普遍存在著能耗高、運行穩定性低的問題，其主要原因有污水處理廠所處地區的自然環境、運行負荷率、處理工藝以及污染物的性質等。良好的污水廠運行管理能很大程度地改善污水處理廠的運行狀況，實現污水處理廠自動控制是提高運行管理水平的重要途徑。榆樹市江北污水處理廠采用自動控制系統獲得了穩定的出水水質和較好的節能效果。

榆樹市江北污水處理廠位于中國吉林省長春五棵樹開發區，地處中國東北平原腹地，屬北溫帶大陸性季風氣候區，冬季寒冷漫長，工程（一期）的建設規模為：2.0×104m3/d，是典型的寒冷地區中小型污水廠。污水處理廠污水來源為開發區的工業廢水和部分生活污水，處理工藝以CASS工藝為主體，前段為預處理系統，包括粗格柵、細格柵、旋流沉砂池以及酸化水解池等，后端為D型濾池、紫外線消毒渠。污泥采用濃縮脫水一體機處理后，運至垃圾填埋場填埋。



榆樹市屬中溫帶半濕潤溫和氣候區，四季分明，冰封期污水水溫較低。根據國內外大量的運行經驗〕，低溫對污水廠氨氮出水達標率影響較大，需采取適當增大溶解氧、維持較高的污泥濃度、降低污泥負荷、延長泥齡等措施；污水處理廠配套的管網不健全，設計不滿負荷，這對污水廠的運行管理是嚴峻考驗。采用自動控制系統實時監控并對設備進行調控可以使系統處于穩定的最佳平衡點，獲得穩定的出水水質，同時減少了提升泵、曝氣泵、加藥裝置的頻繁啟動和運行時間，減少電耗和藥耗，達到節能減排的目的。

歸納總結了榆樹市江北污水處理廠自動控制系統設計方案和組成，并對其控制流程和控制策略進行重點介紹，旨在為寒冷地區中小型污水處理廠的自控系統設計提供示范。

1自動控制系統組成及功能
自動控制系統由可編程序控制器（PLC）及自動化儀表組成檢測控制系統，即現場分控站對各生產過程進行分散控制；再由通訊系統、數據服務器、監控計算機組成中央控制系統，即中央控制室，實行集中管理；各分控站與中央控制室之間由工業以太網進行數據通信。



1.1中央控制系統
中央控制系統以數據服務器為核心，監控工作站冗余配置，采用具有客戶機/服務器（C/S）結構形式的計算機局域網絡；中央控制室通過光纖冗余環和工業以太網交換機與各分控站連接，傳輸速率為100Mbps。

中央控制系統設有工程師站、操作站、數據服務器、數據圖表打印記錄等裝置。按照工藝及控制對象的功能、設備量，根據工藝流程和平面布置，工程設一個中央控制室（CCR）。中控室完成工程自動控制和生產的管理，集中了監視、管理、控制生產過程和工藝過程。對生產過程的自動控制、自動保護、自動操作、總調節、以及工藝流程中的各重要參數、設備工況等都進行在線實時監控。

1.2現場監控系統
具有PLC的區域分控站LCS，可以獨立運行。現場分控站通過PROFIBUSDP現場總線連接現場總線型測控設備。按照工藝及控制對象的功能、設備量，根據工藝流程和平面布置，設兩個現場分控站（LCS1和LCS2）。

1.2.1現場分控站LCS1
LCS1設在鼓風機房，由主站PLC1和一個遠程I/O站RIO11以及測控區域內的自控儀表等組成。

PLC1包括1套可編程控制器、1臺HMI、1臺UPS電源，以變電所、鼓風機房、生化池為監控范圍，I/O配置（含15%冗余量）為：DI=144（手動/自動、運行、報警信號），DO=38（開停/控制信號），儀表4～20mA輸入信號AI=24，設備4～20mA變頻控制信號AO=9。

RIO11監控范圍為預處理間和初沉池，I/O配置（含15%冗余量）為：DI=120（手動/自動、運行、報警信號），DO=43（開停/控制信號），儀表4～20mA輸入信號AI=15，設備4～20mA變頻控制信號AO=0。

1.2.2現場分控站LCS2
由主站PLC2和2個遠程I/O站以及測控區域內的自控儀表等組成。PLC2包括1套可編程控制器、1臺HMI、1臺UPS電源。LCS2設在綜合泵房內，監控范圍為綜合泵房，I/O配置（含15%冗余量）：DI=55，DO=20，AI=7，AO=0。RIO21設在污泥脫水間，I/O配置（含15%冗余量）：DI=63，DO=22，AI=7，AO=0。

RIO22設在D型濾池，I/O配置（含15%冗余量）：DI=150，DO=51，AI=15，AO=5。

2現場分控站監控流程及控制策略
針對臨江市污水處理廠規模較小、水質水量變化大、污水水溫季節差異較大的特點，自動控制系統的控制策略也將根據處理效果進行調整。

2.1鼓風機房LCS1站
主要對鼓風機房、CAST生化池、變配電室進行監測及控制。

2.1.1鼓風機房
LCS1PLC站主要對鼓風機進行控制，保護風機和調節風量，優化鼓風量，在確保氧轉移效率的前提下最大可能地節省能耗。鼓風機的控制流程為：安裝在好氧池的DO測定儀的檢測值輸入PLC站內，PLC根據該測定值與DO濃度設定值（一般為2mg/L）之間的差值來調節鼓風機的轉速，自控系統利用溶解氧儀、流量計以及壓力表等設備實時監控反饋的信號Uf，與PLC中設定值Us比較，兩者作差得到控制量Ut，并根據Ut調節鼓風機的開動及閥門的開閉，實現閉環控制。



當低溫等造成水處理效果下降時，可在一定范圍內提高PLC站內的DO濃度設定值，以保證該廠冰封期污水可達到排放標準。

2.1.2生化池LCS1
CAST生化池一期共2座，在每座池內設置液位計、pH/溫度檢測、溶解氧測量儀和懸浮物濃度測量儀。液位計用于監視池內的水位，控制潷水器；溶解氧儀用于監視每座池內溶解氧含量；每座池子在不同的時間段內按曝氣-沉淀-潷水-閑置順序工作；使生物池在同一時間按時間順序或液位分別潷水。

CAST生化池按連續進水，間歇曝氣，周期排水運行，每個周期為6h，曝氣3h，沉淀1h，潷水1.5h，閑置0.5h。CAST生化池運行以時間過程控制，曝氣量根據池內溶解氧含量與控制程序中溶解氧的預先設定值對比來控制，所有控制均由PLC站自動控制。

CAST生化池的曝氣量調節系統和鼓風機房的壓力控制系統相互關聯，相互影響，最終使生化池的生物處理過程處在最佳狀態，實現生化池曝氣量的自動調節，保證生化池中的生物處理過程能夠順利進行。

泵池吸水井設置超聲波液位計，控制和保護水泵的運行。對水泵進行輪值控制，并均衡各泵的運行時間。

進入冰封期后，根據污水廠出水水質、DO濃度值等參數調整運行周期內各階段時間，以保證該廠冰封期污水可達到排放標準。根據生產負荷，實現潛水攪拌器、內回流泵的運行控制。

2.2粗格柵、污水提升泵房、細格柵及沉砂池RIO11
RIO11主要對粗格柵間、污水提升泵房內的設備進行監測和控制。

根據粗格柵前后的水位差或者時間間隔起動粗細格柵。由PLC根據集水池液位通過變頻器自動調節水泵的流量，減少了電機頻繁起動，另外在設計中利用PLC的計時、計數功能，對各泵的運行時間加以累計，然后自動切換運行泵和備用泵，使各泵的運行時間基本一致，延長泵的使用壽命。

細格柵間的控制對象主要有細格柵、輸送機、壓榨機、旋流沉砂池鼓風機、旋流攪拌機。格柵的運行依據格柵前后水位差或時間間隔來控制。只要1臺格柵運轉，輸送機就會啟動并持續至格柵停止運轉后一段時間。旋流沉砂池自帶控制箱，實現全系統閉路自動運行。葉片隨來水連續轉動，定時完成氣洗、氣沖、氣提動作并保持砂水分離機和主機聯鎖。提砂后砂水分離機動作，提砂停止后，砂水分離機滯后停止。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

2.3綜合泵房及消毒間LCS2

2.3.1綜合泵房
泵房吸水井設置超聲波液位計，控制和保護水泵的運行。對水泵進行輪值控制，并均衡各泵的運行時間。配合生產需要，對相關閥門進行控制。

在綜合泵房集水井設置水質分析監測點，內容有NH3-N、濁度（MISS）、酸堿度/溫度（pH/T）。泵房吸水井還設置有自動取樣器，自動進行進水取樣，供化驗室分析和存樣。

2.3.2污泥濃縮脫水機房RIO21
在各污泥濃縮脫水機進泥管和加藥管設置電磁流量計，數據送入污泥控制系統，為污泥濃縮脫水機進行比例加藥控制提供參數。絮凝劑制備為全自動控制裝置，但其與各濃縮脫水機、螺旋污泥輸送器等設備必須實行聯動控制。

2.3.3D型濾池RIO22
D型濾池設置有反沖洗泵總管、鼓風機總管、空壓機總管、每格濾池出水口壓力，鼓風機總管空氣流量，每格濾池水位和出水口壓力，濾池出水濁度等；反沖洗泵房的吸水池設有液位計和液位開關對反沖洗水泵進行控制和保護。

濾池是污水深度處理工藝過程的核心部分，濾池控制的主要任務是要自動控制濾池的運行和反沖洗。

濾池的過濾控制：根據每格濾池的水位自動控制出水閥門的開啟度，水位下降到設定低限時，減小閥門的開啟度，反之，加大閥門的開啟度，使得濾池內的水位在過濾過程中保持恒定。保證濾池有一個相對恒定的濾速，從而保證濾池正常、穩定的過濾。

濾池的反沖洗控制：每一濾池的反沖洗按照氣沖洗-氣水沖洗-水沖洗-表洗的程序步進完成，同一時刻只能夠有1座濾池進行反沖洗。反沖洗可分為自動、手動兩種方式。自動控制濾池的反沖洗，可以保證濾池的過濾質量，節約反沖洗水。

濾池反沖洗判斷功能：過濾周期控制方式——操作員根據工藝上提出的要求，在PLC的程序中設定濾池的最大過濾時間。在濾池開始過濾運行時，PLC就開始計時，并將實際的運行時間與設定的最大過濾時間相比較，兩值相等時PLC判斷該格濾池需要反沖洗。水頭損失控制方式——在PLC的程序中設定濾池的最大阻塞水頭損失，當濾池運行時，PLC通過超聲波液位計和出水管上的壓力變送器連續測量每格濾池的水頭損失，并將其值與設定值進行比較，水頭損失大于其設定值時PLC判斷該格濾池需要反沖洗。

3運行結果
運行期間對12個月出水水質指標、噸水耗電量等數據進行監測記錄，取平均值。



計算得出12個月出水平均COD、BOD5、SS、TP、NH3-N分別為40.84、16.38、17.91、0.67、6.22mg/L，標準差分別為2.23、0.85、0.90、0.08、1.24，年平均噸水耗電量為0.31kW•h。可見，采用自動控制系統對運行過程進行監測、控制，使該廠運行穩定性和出水水質達標率提高，且該廠的噸水耗電量也較低。

4總結
榆樹市江北污水處理廠自動化控制系統運行1a以來，取得了很好的處理效果，出水水質達到（GB18918—2002）《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級標準中B標準，在保證出水水質的同時噸水耗電量也較低。同時，污水處理達到了集中管理、分散控制的目的，實現了網絡化、數字化和智能化。實踐結果表明，該自動控制系統應用于CAST工藝中小型污水處理廠是成功的，對于寒冷季節的出水達標有顯著作用。

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