關于城市污水處理系統的控制模式研究
城市污水來源通常為生活污水與生產污水，是各種形式的有機物和無機物的復雜混合物。在進行污水處理時，凈化等過程是為了使污水達到排水再次使用水質。城市污水處理應用廣泛，例如：餐飲、環保、醫療、能源、農業、交通、城市景觀、建筑等領域。城市中應建立自動控制網絡，是城市污水處理控制系統的主要概念，是控制污水處理的對象。城市污水處理控制系統分為管理、協調、現場等分級控制，而在環保監督、調度管理以及控制工藝設備等方面也將城市污水處理控制系統的作用劃分出來。文章提出了城市污水處理系統控制模式，為處理、解決城市污水提供技術基礎。
一、污水處理工藝
城市污水的處理的工藝流程較為復雜，該工藝在物理、化學、生物等學科中充分涉獵，是一項綜合性技術。現階段，在對處理效果、運營成本、投資、水質量等因素綜合考慮的前提下，我國采用了物理法與生化法污水處理方式，即一級處理和二級處理。物理處理法具有較快的工藝過程，除渣機、沉淀池、沉砂池、水泵、篩網、格柵等均為該方法所使用設備。城市污水中所包含的泥沙和懸浮物SS利用一級物理處理方法進行分離、處理、和回收。城市污水中的有機污染物質多呈現膠體狀亦或溶解，對此，為了能夠有效降解代謝有機物功能，就需要利用生化法。傳統的活性污泥法來對城市污水進行治理具有滯后性大、變化過于緩慢等特點，因此控制生物處理過程時，采用傳統的控制方法難于提升效果。通過物理處理和生化處理，能夠將污水中百分之九十以上的BOD以及SS去除。
二、創建系統及系統功能
1.加強環保監督力度
通過對城市污水處理廠各指標的定期檢測，如能耗、進出水、流量等，可為科學、合理管理及規劃城市污水處理提供必要數據，并評價出各處理廠的運營效率。這是因為盡管城市污水系統具有社會效益巨大，但存在較差的經濟效益和較高的運行成本。在污水處理廠和環保局的管理下，有序開展環保監督，并對污水處理數據是否完整、準確、可靠、實時等方面進行確保，對各個污水處理廠的相關數據進行采集。
2.管理調度
隨著計算機與網絡信息化技術的誕生與發展，計算機網絡的普及給予人們工作極大的幫助，提升了生活品質。在城市污水處理方面，計算機集成系統的應用也發揮出很大作用。在優化污水處理廠運行為目標，進行調度的優化，計算最佳工作參數是調度管理應負責的工作，并對各項工序之間質量和負荷存在的關系進行大力協調。在設備狀況、氣候、季節、時間等因素都與污水處理工藝的運行密切相關。
3.控制工藝設備
為了促使污水處理廠能夠實現經濟運行，提高安全性，降低勞動強度，從而確保污水處理質量，自動化監控系統的應用能夠協助滯后性大、連續性強、隨機干擾因素多、分布范圍廣、被控設備與監測參數多、過程復雜等特點的污水處理工藝進一步提高質量。該控制系統具有計算性能參數、連鎖保護、數據采集、閉環控制等一系列功能，而工藝的流程、機電機械設備、變電站等都是控制系統所控制的對象。
三、控制系統介紹
控制城市污水處理系統分別涉及到分析、監視、質量、調度、管理等方方面面，而不只是控制或調整各項工藝流程。
1.系統結構
從下階段我國已投入運行的城市污水處理廠的情況來看，主要應用的雙層分布式監控系統由現場PLC和中央管理微機組成。該控制方式不僅僅應用于我國，世界很多國家都在應用。工藝設備級控制系統為現場控制設備，主要的工作就是控制污水處理工藝。將執行機構、MCC柜、測量儀表等連接于PLC后，可處理并完成，自控控制、傳輸數據、采集開關量和模擬量的數據等一系列功能。根據被控設備及分散程度和工程規模，通常有6臺至10臺PLC。現場控制網絡通訊應用于PLC之間，并分別設置與中制室、物理處理步驟、生化處理步驟、變電站等處。在對PLC進行選型時，僅僅考慮復雜算法的實現與組成網絡即可，引起具有很高的可靠性。人機界面的主要設備時CRT，可通過靈活操作CRT畫面來實現對設備的控制及操作。系統采用了SCADA軟件，硬件平臺則為IPC。以此為基礎，現場可不需要安裝控制盤臺。操作人員能夠對控制器的結構進行修改，并糾正、修改設置值，實時監控聯網的PLC，實現了協調控制。
2.管理調度及監督
一般采用冗余設計廠級控制級別的調度管理，工作站和服務器構成了調度管理，在直接連接了現場PLC后，可可實現深度處理數據，并向城市監督系統和MIS提供該數據;并為了確保最高全廠效率，以實現控制協調各項工序的目的。冗余設計的目的是為了讓服務器具有逐步開發分析應用軟件的能力。而通訊方面，相比于傳統采用無線傳輸的方式，市話網絡、數據打包傳輸的方式功能實用且成本低廉，極大程度上降低了運行維護費用和投資，只需將MODEM加裝于各項污水處理廠即可實現。
四、控制方法
處理城市污水工藝過程中，參數具有復雜性，且還會呈現出非線性特征。例如：污泥泵、水泵、曝氣機等受控設備以及進水量、溶解氧量、濃度、溫度等參數過程都較為復雜。污泥回流量和曝氣量的確定都采用了經驗法。應用智能控制的措施能偶達到良好控制效果。輸入變量與水指標之間的關系用該公式進行描述：
公式中，Qw代表回流污泥量，為調節變量;t代表處理時間;T代表水溫，為隨機變量;D0代表水中溶氧量，為調節變量，其可通過對曝氣量進行控制來實現;Q代表進水流量，為隨機變量;Si代表進水水質，為隨機變量;S0代表出水水質，為被調量。
五、結束語
城市污水處理應用廣泛，例如：餐飲、環保、醫療、能源、農業、交通、城市景觀、建筑等領域。文章簡要討論了城市污水處理系統的控制，城市中應建立自動控制網絡，是城市污水處理控制系統的主要概念，是控制污水處理的對象，該系統實現信息化管理，如通過MODEM，向城市監督管理部門實時提供城市污水處理廠工作情況，這樣有助于為決策和管理提供有效依據。該系統還具有很強的可擴展性和靈活性，根據重構和需要，系統中PLC之間的拓撲結構和數量將不同功能的系統功能單元實現。通過對城市污水處理廠各指標的定期檢測，可為科學、合理管理及規劃城市污水處理提供必要數據，在城市污水處理方面，計算機集成系統的應用也發揮出很大作用。在優化污水處理廠運行為目標，進行調度的優化，除此之外，系統還具有很高的可靠性，確保整個系統的安全、可靠。功能單元互相之間為獨立的關系，在并行多臺PLC后，通過底層網絡實現了數據共享，有效控制整個工藝流程。
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