市政污水处理工程案例分析
北京华富惠通技术有限公司
———孙强——
随着我国城市化建设力度的加强，大城市的改建及中小城市的扩容速度越来越快。我国在七、八十年代兴建的市政污水处理厂随着城市化步伐的加快，无论从处理工艺还是从日处理污水吞吐量上，都已经不能满足城市污水处理的需求。另一方面，随着我国人民对环保意识的整体提高，我国政府对污水处理建设方面的投资力度也在逐渐加大。从95年开始，我国政府开始逐渐把污水处理的建设正式提到工作日程上来，但是由于我国组态软件的发展比较晚，在一些市政设施的自动化工程中，由于工程的重要性和投资力度的庞大，国内的组态软件只在一些小型污水处理项目上（工厂级，矿厂级）有过应用案例，对于一些大型市政污水处理工程主要还是以国外的组态软件和国内外知名厂家的DCS产品为首选。对于国内组态软件在大型的市政污水处理自动化工程中能否稳定，可靠的运行一直还是一个疑问。针对这种状况，北京华富惠通技术有限公司集合了公司大部分的技术骨干，针对市政污水处理工程的特点，组态了下面的市政污水处理厂自动化系统，并在工程实际中获得了应用。
工程背景：
德山全市辖2区、5县、1市，总人口587万人，是沿清江经济区的食品、轻工、纺织工业基地，经济建设正以前所未有的速度发展，水电站、火电厂、石长铁路、高速公路、德山机场等一大批国家“八五”、“九五”重点建设工程相继在德山市建成并投入使用，投资环境正在迅速改善，经济发展前景十分广阔。
德山位于清江南岸，现有大中型工矿企业72家，涉及造纸、化工、纺织、制革、酿酒、食品、机械加工制造等行业。根据德山市环境监测站1995年、1996年对德山35家主要工业企业实施环境监测的情况，以及德山市的第二自来水厂的年供水量估算，德山开发区目前的城市日用水量在8.5万吨以上，其中生活用水1.5万吨，工业用水7万吨。随着经济的发展和城市人口的增长，生活污水和工业废水的排放量将会越来越大，预计到2010年将增加到15万吨左右。
但是到目前为止，德山市只在城市主干道有一些清、污合流的管道，还没有一个统一规划建设的清、污分流城市污水排放管网和污水处理厂。除少量工业废水仅经过初步处理以外，大部分的工业废水和全部生活污水，都未经任何处理而直接排入城市下水道或经星水河、长风河等天然沟渠和河湖港叉，自然排入清江，使城区及其周围水域和清江甚至洞庭湖水体受到了严重污染，不仅使大片水面失去水产养殖功能，而且直接威胁到人民群众身体健康，破坏了正常的生态环境，影响了开发区经济建设和社会事业的发展。据测算，由于未经处理，德山开发区15家主要工业企业目前排入清江的工业废水在6万吨/日以上，每年排放的污染物中，有固体悬浮物8,530吨，有机物12,964吨，COD 15,444吨。
工程概况：
1 项目名称：清江地区德山城市污水处理系统
2 项目规模：日处理污水15万吨
3 占地面积：8公顷（120亩）
4 建设规模：据测算，德山开发区目前的城市污水日排放量已达8.5万吨以上，并以每年5%的速度递增。再根据《德山市城市发展总体规划》，到2010年，德山开发区城市污水日排放量将增加到15万吨左右。因此本工程规模拟定为日处理污水15万吨，计划分两期实施，于2012年底全部建成。首期工程实施时间为2000年至2002年，包括敷设全区污水管网和建造一个占地8公顷，日处理10万吨污水的污水处理厂。第二期工程则将污水处理厂的处理能力由10万吨/日扩大到15万吨/日，实施时间为2010年至2012年。
5 厂址选择：根据城市排水现状和城市排水规划，通过多次实地察勘和选择，确定污水处理厂选址在德山南郊。该处位于德山市造纸厂的南面和清江西面，是德山开发区的城乡结合部和工业污染源较集中的地带，周围有德山市造纸厂、德山市棉纺织厂、德山市清江制药厂、德山市涤纶厂、德山市机械厂，不远处还有德山市酒精厂、德山市肉联厂等大中企业，隔东风河还有德山市化工厂；另外，由于该处地势较低，平均海拔只有31.2米，远低于德山城区其它部位（42米～57米），利于汇集城市污水，符合城市发展的要求，是建设德山城市污水处理厂比较理想的地方。
6 工艺方案：目前国内污水处理工艺可分为三类，即一级处理，二级处理，三级处理，还有考虑综合利用的。国内目前综合考虑投资，运行成本，处理效果等因素，根据污水水质情况，大多采用一级和二级处理方式。一级处理也称物理法处理，其工作原理是利用过滤、旋流分离等方法去除污水中的悬浮物和泥砂。一级处理可去除污水中约50%的污物，适用于污水中有机物质含量较低的情况，常作为二级污水处理厂的预处理工序。
在本工程案例中采用了一级和二级处理方式串联的模式。工业污水经工业企业自行处理达标后，连同生活污水一起，经由污水管网集中输入污水处理厂，一级污水处理工艺如图1所示。主要设备有格栅、水泵、沉砂池、风机、吸砂泵、旋转筛网、除渣机、滤清器等。工艺的流程为：城市污水汇集到集水池，由一组水泵提升到前池；弧形格栅清除污水中的体积较大的污物和漂浮物；在沉砂池中，压缩空气与污水混合，分离出的泥砂沉淀于底部，由吸砂泵吸出；旋转筛网进一步的滤除污物；滤清器用于对筛网进行冲洗。
图1中的水位、浊度、流量等为被调量；生物耗氧量和酸碱度测量值供监视。
（图1）一级污水处理工艺示意图
经过一级污水处理设备处理后的污水进入二级处理环节，二级处理工艺如图2所示。使污水中pH值、固体悬浮物、动植物油类、酚类、石油类、氨氮类、表面活性剂类及BOD、COD等污染物及汞、镉、铜、锌、铅、镍、铬、钴等元素或化合物含量接近渔业水质标准(TJ35-79)，净化后的出水水质达到污水综合排放标准（GB8978-1996）二级以上标准。净化后，一部分污水可作为工业循环水循环使用，一部分就近排入清江，污泥干化后送邻近的城市养渔场，垃圾处理场处理。
（图2）二级污水处理工艺示意图
一：功能划分：
结合用户的需求和上面的两个工艺流程。由开物软件搭建的德山市政污水处理厂监控系统主要实现以下的功能。
1． 厂区变配电系统，重要机房的供电监控
2． 办公区暖通送风的监控
3． 一级和二级污水处理工艺流程的监控：
·机械处理部分：完成对污水泵，粗细格栅，沉砂池搅拌器，空压机械的状态监控；实施泵阀联动，备用轮换，格栅清洗，旋转筛网清洗，污泥池刮泥，自动打包等控制操作。
·生化处理部分：完成对处理工艺参数的监测控制，如对溶解氧，污泥浓度，PH值，ORP，BOD值等参数的测控。对曝气设备，搅拌设备，排水设备，污泥回流泵，鼓风机等进行操作控制，以满足对处理出水水质的要求。
·加药处理部分：对于污水处理工艺流程中的加药处理系统要求上位软件实现对污水处理等级自动识别加药，及专家算法配药系统。
·淤泥处理部分：监测控制污泥错池，污泥消化池，污泥脱水机及干燥设备的运行参数和状态。
4． 自动生成每月城市污水处理情况图文统计报表，图文报表的存储时间不少于10年
5． 对暴雨季节的排洪系统进行监控。
6． 污水厂的各项监控数据能够通过MODEM远程传送到市政各部门便于卫生防疫，市政环境监测等部门对城市环境监察工作的开展。
二：系统监控功能论述：
1． 污水处理厂供配电的监控：
为了保证污水处理厂的设备正常运转，对变配电系统的重要组成部分进行监控是有必要的。开物2000搭建的上位供配电监控平台实现的监控功能主要体现在下面几个方面：
·controX 2000变配电监视系统可显示变配电系统的网络拓扑图，显示回路的开关状态及实时参数，显示综合保护设备的时间记录和故障录波（利用CONTROX2000的X-Y曲线显示插件记录三相电流波形，低电压动作和系统电压波动时的三相电压波形，零序电流动作时电流波形，所录波形存储在计算机节点的硬盘上，并标志日期，时间，并可以随时调用，查看和分析）。
· 在controX 2000变配电监视系统的监控画面上提供每条配电线路电量参数（包含三相电压，电流，有功功率，功率因数，电度等）进行时实画面监视。并通过对每条配电线路的实时数据分析，在上位监控系统构建变配电最低能耗工作方式。
·controX 2000变配电监视系统设有故障分析和预测功能，对将要发生故障的重要供电电力器件提供预报警。（主要是通过对各电力器件通过的电流，器件的温度变化来判断重要供电电力器件的运行情况）。
·controX 2000变配电监视系统对变配电系统中的故障元器件具有动画锁定功能，当配电系统有故障发生时，监控系统将强制切换到故障元器件所在的监控页面，同时发生故障电力元件的颜色将发生改变，同时发出音响报警功能。通过对线路和元件的编号处理，便于维护人员对故障的排除，缩短维修时间。
·controX 2000变配电监视系统具有变电站监控的SOE功能可对过流，过载，速断，低电压，单相接地和电气联锁，联动跳闸等的报警和跳闸功能具有故障原因显示功能。
·controX 2000变配电监视系统，系统数据可把运行事故的纪录以报表的方式保存3年以上，并可随时调用，打印和查看。
·controX 2000变配电监视系统对污水处理厂的各设备回路用电可进行电量能耗统计，统计数据可以保存3年以上，同时可以通过报表的方式进行打印输出（ controX 2000支持多种报表格式），便于对整个污水厂的电量能耗进行管理。
由于在供配电系统的MCC（配电柜）中采用了很好的保护功能，对于应付各种紧急故障具备了很强的应变能力，同时从设备安全的角度考虑，在controX 2000变配电监控系统中只对高压进电部分的真空铠装开关开放了上位遥控功能；对低压配电部分的各电力元件完全屏蔽了上位的控制功能，主要对各回路的电量参数进行监视。对高压变电进线电力元件的
