污水串级控制系统实例讲解

㈠ 污水处理系统流程有哪些

1、一级处理

主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。

2、二级处理

主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（BOD，COD物质），去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准，悬浮物去除率达95%出水效果好。

3、三级处理

进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。

(1)污水串级控制系统实例讲解扩展阅读：

工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水，是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括：

①漂浮和悬浮的大小固体颗粒；

②胶状和凝胶状扩散物；

③纯溶液。

按水污的质性来分，水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染，当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。污染物主要有：

⑴未经处理而排放的工业废水；

⑵未经处理而排放的生活污水；

⑶大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；

⑷堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；

⑸水土流失；

⑹矿山污水。

㈡ 污水处理厂自动化系统的分析与应用

一、引言
水是人类生活和国民经济发展的不可或缺的重要部分，随着科技水平的飞速发展和人类生活水平的巨大提升，对于洁净的优质的水源的需求也不断急剧释放。为建设可靠、稳定、先进、经济以及可扩展的合理的水处理自动化系统成为工程界和城市水行业营运管理部门共同关心的问题。微电子、通信、计算机技术的发展大大提高了水处理控制系统的信息化和智能化程度，与3C技术相结合的PLC以其卓越的可靠性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为水处理自动化系统的核心控制器，其与开放的网络通信系统一起，共同推动着水处理自动化系统的智能化程度的发展。
水处理行业主要分为净水处理和污水处理两大部分。净水厂控制系统通常分为水厂调度系统、加药间（加氯间）PLC控制站、滤站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各个控制站相对独立工作，通过有线网络进行通讯，将所有的数据信息送到水厂调度室进行处理，或将一部分数据通过调度系统以无线（或有线）通讯的方式送到城市的调度中心。对于污水处理来说，要根据污水水源地状况来确定污水处理的工艺流程，由于污水处理工艺的不同而自控系统应用PLC的要求也有所不同。一般讲，整个污水处理厂都有总控室和多个现场控制站，站与站之间通过控制器层网络或信息层网络相连，然后全部连接到总控室，总控室的多台计算机、工作站和图形站都用信息层网络连接，这样和现场控制站构成了集中管理，分散控制，高速数据交换的工厂级自动化网络[1].PLC自控系统是水处理厂的控制核心部分，对其合理的选型和设计，对污水厂能否高效、自动化的运行非常重要。然而，PLC网络又是其中的重中之重，网络的好坏直接影响到污水厂的正常运行。
二、系统构成
污水处理厂自控系统一般包括污水厂部分和厂外泵站部分。监控系统通讯网络和PLC是污水处理自动化系统的核心组成部分，它们的性能对污水处理自动化系统会起到决定性的作用[2].根据污水处理自动化本身的特点和监控需求选择合适的PLC及通讯网络是保证污水处理自动化系统性能的重要因素。
通信网络：
在污水处理自动化系统的结构上，国内在管理体制上主要采用三级管理，即监控总中心、区域监控分中心和监控站。由于监控站不直接对污水处理厂的外场设备进行直接控制，因此工程界按照系统结构的划分把监控系统划分为信息层、控制层和设备层。
第一层为信息层，主要负责大量信息及不同厂家不同设备之间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络，世界各大PLC生产厂商均支持工业以太网，并且他们在原有TCP/IP的基础上，相继开发出实时性更高的工业以太网，如欧姆龙和罗克维尔支持的Ethernet/IP，施奈德支持的Modbus-TCP/IP以及西门子支持的ProfiNet等。由于Ethernet的信息量大，因此在污水处理厂自动化系统中以太网主要用于各个控制分站与监控中心的数据传输，包括各种传感器数据等大量历史数据信息。
第二层为控制层，主要采用现场总线组成隧道区域控制器网络，其特点是由于采用了标准总线组网，既能满足实时通信的要求，又具有开放协议的标准接口，能在总线上方便的挂接各种外场设备，有利于监控系统的扩展。目前，现场总线有40多种，在污水处理厂自动化系统中应用的现场总线主要有ControllerLink、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus.他们的共同特点是高速、高可靠，适合PLC与计算机、PLC与PLC及其它设备之间的大量数据的高速通讯。为使系统的稳定可靠，控制层的网络结构多采用环网的方式组成，包括线缆型和光纤作为传输介质，具体组网将在后面作出实例说明。
第三层为设备层，这一层用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通讯，它们有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已经成为工业界的标准总线而得到了广泛的应用，而Profibus/DP虽然没有成为标准，但是它的应该也相当广泛。
值得指出的是，近来年以太网的广泛应用使得人们把目光投向了现场总线上来，工业以太网是否最终将取代现场总线仍然是一个争论的话题。然而，不论是Ethernet/IP还是Modbus-TCP/IP，以太网在一些重要的性能指标上仍然无法具有现场总线的特点和优势。从本质上来讲，以太网的载波帧听冲突监测CSMA/CD的访问方式，实时性并没有现场总线采用的令牌总线和令牌环的访问方式高，不论人们采用何种方式，如协议封装、分时访问控制等，都只能改善以太网的实时性，起不到本质的改变。在当前技术还未完全成熟之前，现场总线应用于控制层，是一个积极和稳妥的选择。随着以太网技术的不断发展，今后其取代现场总线而用于控制层也是很有可能的。
监控分中心及上位监控软件：
监控分中心一般将设置多台SCADA工作站（工控机）。分别用于水厂调度系统、加药间（加氯间）、滤站、送水泵房等监控，完成污水厂内各种设备的状态显示、自动控制、半自动控制、打印报警、分析报表等工作。同时，监控分中心还将设置了多台服务器，为其它计算机提供支援和与监控总中心进行通信。
PLC的选择：
施奈德（Schneider）、西门子（Siemens）、欧姆龙（Omron）、罗克维尔（Rockwell）、通用电气（GE）是全球五大PLC制造厂商和整体方案的提供者，他们的产品面向各自不同的领域，其中在污水处理自动化系统的应用方面，又以罗克维尔、欧姆龙和施奈德的应用最为广泛。
污水处理自动控制系统对PLC的性能提出了更高的要求，作为污水处理自动控制系统的核心控制器，其必须具备以下几大功能特点：首先本身必须稳定可靠，并具有预先处理数据和集中传输数据的能力，具有较高的故障保护能力；其次，控制分站本地控制器可以独立承担控制分区的基本控制任务，即使监控站或者监控中心因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换数据信息；再次，当某控制站的控制量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的控制对象，比如泵或者加药系统等做出相应的调整。因此，它必须至少有如下功能模块，数据采集存储处理功能（实现集中和独立工作方式，尤其是在独立控制时能与相邻控制器实现数据交换）；通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能（即能带触摸屏）。
必须综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件以及运营周期对设备的要求进行选择，尤其在极端气候和恶劣环境状况条件下或较大规模的污水处理厂，需要选择性能更好的双机热备冗余的PLC，如Schneider的2Quantom系列、Rockwell的2ControlLogix、Omron的CS1D系列、Siemens的S7-417系列；区别在于Omron的双系统是在一个底板上实现，而Siemens等是两个底板通过光纤连接，会在一定程度上占用控制柜的空间，但他们的配置都很灵活，可以任意实现双CPU双电源、双CPU单电源、单CPU单电源多种冗余结构。
在一般的环境状态的时候或较小规模的污水处理厂，多采用标准的机型作为现场控制器，如Schneider的Quantom140系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1系列、Siemens的S7-400系列等；他们都支持工业以太网和多种现场总线，控制方式采用远程带CPU的智能分布式结构，系统开放性和兼容性强，丰富的I/O及高功能模块，完全满足污水处理自动控制系统对信号处理的要求。
三、应用案例
下面以天津咸阳路污水处理厂为例[3]，具体说明污水处理厂自动控制系统的组成，控制系统拓扑图如图一所示：
信息层：咸阳路污水处理系统因其分布面积较大，厂区内共有5个PLC分站：预处理系统分控主站PLC1、生物处理系统分控主站PLC2、污泥处理系统分控主站PLC3、出水及雨水系统分控主站PLC4和污泥消化系统PLC5，使用的CPU均为OMRON的CS1H-CPU66H.该功能层实现污水处理厂各单元过程所有过程参数、设备运行状态及电气参数的数据采集，单元过程及设备的控制，并通过OMRON网络模块CS1W-ETN21，和中央控制室通过赫斯曼太网交换机，组成100M光纤以太环网，向监控层传送数据和接受监控层控制指令。在中控室中，作为工业以太网结点的系统数据服务器、两台工程师/操作员站计算机、打印机、UPS电源及监视屏等设备，其主要职能是进行系统中的信息交换与信息显示及控制。该层通过上位监控软件实现对主要工艺设备的控制和调度，对污水处理全过程中的工艺参数进行数据采集、监控、优化和调整，对主要工艺流程进行动态模拟和趋势分析、实时数据处理和实时控制，在控制组态上实现各种常规与复杂的优化控制、专家控制、模糊控制等先进的智能控制。同时，功能强大与稳定的实时和历史数据库亦通过以太网成为上下层间的信息通道。污水厂中控室控制站还通过RIAMBView和信息中心、便携计算机及厂外泵站（咸阳路泵站、密云路泵站）等处进行远程通讯，RIAMBView具备远程数据服务（最适合SCADA）功能，通过宽带接收或发送相关数据，实现远端对部分实时画面、进程数据库的访问。
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㈢ 废水排放量与用水量的关系(比例多少)

一、统计用水、排水等有关指标，必须首先对给水系统有个概略了解。在工业生产中按给水的路线和利用程度，分为直流、循环和循序三种给水系统。
1、直流给水系统指工业生产用水由就近水源取消，水经过一次使用后便以废水形式全部或大部分排走。其生产用水量等于企业从地下水源和地面水源取用的新鲜水量。
2、循环给水系统指使用过后的水经适当处理重新回用，不再排走。在循环过程中所损耗的水量，须从水源取水加以补充。
3、循序给水系统是根据各车间对水质的要求，将水重复利用，将水源送来的水先供甲车间使用，甲车间使用后的水或直接送乙车间使用，或经适当处理(冷却、沉淀等)后加压送乙车间或丙车间使用，然后排放。这种系统也叫串级给水系统。
二、废水排放量的计算有两种：
1、使用各种流量计进行测量，如监测数据、各种流量计测得的数据和连续自动监控测得的数据等。
2、系数估算法。从排污单位的新鲜用水量来估算其污水排放量。
（1）排污单位的新鲜水量没有进入其产品，一般其污水排放量可以估算为新鲜水量的0.8―0.9倍。
（2）有相当部分变成产品(如啤酒、饮料行业)，则其污水排放量应以新鲜水量减去转成产品数量的0.8―0.9倍。
（3）部分行业水的重复利用率很高，如轧钢、选矿等行业水的重复利用率都高达80%～90%，水经过多次使用，蒸发和流失都很大，这时用新鲜水量推算污水排放量时所用的系数就比较小，有时甚至会达到40%～50%。还可以利用产污系数进行测算。

㈣ 油气田上，使用的污水缓冲罐的作用和原理是什么

使用的污水缓冲罐的作用主要是增加停留时间，一个过程保护，必要时可以采取应急处理手段。
缓冲水箱在工程中应用非常广泛，而且不同的场合有不同的名称，比如中间存储容器、滞留罐、平衡罐、储液器、混合罐、中和容器等等。其实基于以上的说法，我们可以下一个通用的定义。缓冲罐就是这样一种装置，它能够使得运行更平稳。它的介质可以是液体，也可是气相或固相的物质。名义上，可以将它分为两类：I)扰动衰减类；II）独立运行类。本文介绍的应用在空调闭式水系统中冷冻水缓冲水箱，它的介质是水，属于II 类。

㈤ 污水处理入门必看的几个关键点

1COD、CODcr、BOD、BOD5差别

B/C比是BOD5比CODcr，B不是BOD。以实例来看，如好氧进水CODcr=1000mg/L，BOD5=400 mg/L，出水CODcr=100 mg/L，BOD5=20 mg/L。那么CODcr共去除900 mg/L，BOD5共去除不到400 mg/L。900-380 mg/L的CODcr怎么去除的？

1））BOD-BOD5那一部分被生化；

2）污泥吸附（低负荷下要忽略些） 这个BOD5还是BOD都很复杂，出口的一般不是进水中的那些，而是基质、菌类的相关产物；详细的说比较复杂，理解一二就可以，而且最主要的是认定不可降解的不会发生变化，其余的可能都是变的。不可生物降解的是没有变化的，除去吸附等等之类的作用，无论是厌氧还是好氧SMP都是一样的。

一般情况，污水处理的CODcr可以达标，BOD5是都达标的。

2COD检测方法的差别

严格规范的蒸馏法和快速消解法，以前者为准。操作中为了简便想采取后者怎么办？取同浓度范围内的实测水样做两种方法的对比试验，找到二者的近似关系。

偷懒法：同浓度范围内实测水样，蒸馏一小时和蒸馏两小时，对比试验，找关系。

3关于溶解氧

好氧池中的溶解氧是曝气设备供氧与有机物或无机物被活性微生物氧化或自然氧化两种过程达到平衡之后的结果。或者可以说成曝气供氧，发生生化或化学反应和散失两个过程的残余。所以曝气池，控制溶氧2.0mg/L，只要设计与实际不差太多，那么OK。

但是如果没有持续的供氧，比如曝气调节池的出水不在有氧气供入（跌水曝气之类的忽略），而有机物含量有比较高，碰巧还遇上可以利用氧的大量微生物（比如UASB污泥中的兼性细菌或者A池中的好氧细菌），那么残留的那一个左右的DO显然不是成百上千的COD的对手。

4关于厌氧

厌氧是什么？是UASB？是A2/O一部分？是水解酸化？是消化池？其实厌氧是一种生化反应的条件，它不是厌氧工艺，是厌氧的工艺。为什么谈到这个问题，归根是有众多诸如：XX厌氧和XX厌氧有什么差异，溶解氧应该控制多少的问题；在这之前则需要搞明白厌氧这个条件是针对谁的。厌氧反应，主体是有机物逐步转化为甲烷和CO2的过程，注意这里的“逐步”。

再者，很多人又说了厌氧反应器就得与空气隔绝，所以要进行封顶。对此，想说以下几点：

• 说厌氧反应器，明显没搞懂厌氧的是什么？厌氧的是反应器？是水？还是微生物？

• 与空气隔绝，这个更可悲了，姑且不说他分不清水中的溶解氧和微生物环境的溶解氧，单是溶解氧与空气中的氧就搞不清楚。我们不妨回顾一下曝气设备的氧利用率，穿孔管3-5%，曝气软管8-12%，曝气头10-20%。如果空气向水中溶氧那么无敌，那么我们对出售曝气头的该如何处置？

• 对于封顶并不反对，厌氧消化池和EGSB等厌氧反应器都是利用封顶去收集沼气，（当然UASB和IC不是，靠三分）还可以减少臭味扩散。不过把封顶放在广泛使用的UASB上并且以此来隔绝空气，实在是有些搞笑。

下面再简单科普下厌氧的工艺如何简单识记：

A、厌氧接触：消化池+厌氧沉淀池+厌氧污泥回流系统，这个与好氧工艺中的接触氧化没有关系，莫联想到填料上。

B、UASB：上流式厌氧污泥床反应器，污水从下而上穿过污泥床体，但是有很多UASB的布水器是位于池顶的，也不是UASB就没有回流。

C、UBF：就是UASB+AF，形象点说UASB上面再加上填料层。

D、EGSB：UASB拉高，做上回流，上流速度比UASB高很多，要力图控制污泥颗粒化。

E、IC：甭管有没有外回流（水泵回流），有内回流就行。

F、ABR：上下折流板。

有关厌氧产甲烷去除水中有机物的原理在这里也多说几句。

先是“厌氧产甲烷”，厌氧过程，如果我们不谈释放磷，常见的是水中有机物厌氧发酵的过程。有机物好氧发酵的过程，大家都清楚是一个氧化还原反应，进入水中的氧气作为氧化剂，氧化水中的有机污染物变成CO2和H2O，使得（还原性的）COD得以氧化去除。所以很多人理所应当的认为，厌氧是个还原反应喽。

这就有必要让抱有该观点的朋友先回忆一下初中化学，氧化反应和还原反应，可以剥离开吗？

显然是不能的，厌氧也是，在进行到产甲烷之前的厌氧发酵过程，基本上是有机物自身相互的氧化和还原（这话说得并不严谨，但是方便理解），也就是说有机物本身是还原性的，它反应之后变成一部分还原性更强，一部分还原性相对弱一些的两种有机物，而这总体上相抵消。所以如果厌氧发酵未到产甲烷地步，COD变化可以忽略不计（这就是水解酸化COD去除率低下的原因）。

当这个过程进行的非常彻底时，产物逐渐转化为CO2和CH4，主要体现还原性也就是导致水中COD的甲烷因为溶解度低，脱离水相，这是产甲烷过程去除有机物COD的原因。

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关于水解酸化

水解酸化的目的是改善生化性，为下一个生化处理单元服务，其评价指标有酸化度、pH、B/C、COD去除率等，其中COD去除率是里面可靠性最差的。

对于在上一环节说到的“水解酸化COD去除率低下”，有水友可能要反驳说“我的水解酸化去除率不低下呢”；对此，澄清下这一水解酸化去除率是从哪里来的。

• 1）水解酸化纯粹的控制到产甲烷之前，是不可能的，也就是说，或多或少总有一点甲烷产生；而且厌氧过程产生一点氢气也很正常，有听说过产氢产乙酸过程吧。所以，水解酸化池表面浮起的一个个泡泡，也许就是你想找的原因之一。

• 2）细菌不管是什么样的，总有繁殖下一代的职责，水解酸化菌群也是，它们或多或少的总要利用有机物合成点细胞物质。

• 3）进水SS如果量很大，会被水解酸化污泥吸附相当量的一部分，这个对COD的影响不可忽略，有时甚至十分巨大。

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工艺中的两级与两相

众所周知，不同的水质决定不同的工艺。产甲烷是厌氧去除水中有机物的关键因素，两级和两相的差别也就在第一个厌氧反应器是否产甲烷上；如果第一个产甲烷，第二个有机负荷势必要小很多，这是问题的关键。

一般来说，两级厌氧适应的水质是较高浓度的废水，它的生化性并不很差，第一级通过沉降和发酵产气降低第二级的负荷。两相厌氧，一是主要针对难生化降解废水，靠第一相改善生化性，二是针对硫酸盐废水，靠第一相进行硫酸盐还原，然后去除硫化物再进第二相产甲烷，三是针对易酸化废水易波动废水，放在前面彻底酸化掉以稳定pH。

如酒精项目常用两级，那些几万以上的，如果生化性不差并且水量不小，个人建议也用两级，但是控制其实并不简单，尤其是第一级在高浓度、高VFA下运行。生化性较差用两相的就很多了，其实生化性不差的也常常用两相。

有的工艺是用水解酸化+氧化（处理COD较低的废水），有的是UASB+氧化（一相厌氧，处理COD高的废水），有的是水解酸化+UASB+氧化（就相当于两相厌氧）；对此分析如下：

• 1）水解+好氧工艺，处理的废水浓度确实常见的要低一些，因为水解并不能提供较有力的COD消解能力，当然这个工艺相比较直接好氧而言，更多的可以用在进水COD1k-2k之间的项目，这种水质进厌氧节约的曝气能耗和提升水用的动力能耗差不多，厌氧降解程度上优势也不明显，但是直接进好氧浓度又偏高。因此常搞出水解+好氧，利用水解过程微量讲解和吸附去除COD来减少好氧的负担。当然这是在不讨论改善生化性方面的前提下。

• 2）假如水解酸化+UASB+氧化就相当于两相厌氧，有文章说“厌氧发酵产生沼气过程可分为水解阶段、酸化阶段、乙酸化阶段和甲烷阶段等四个阶段。水解池（水解池进行的就是水解酸化反应吧）是把反应控制在第二阶段完成之前，不进入第三阶段。”

那么水解酸化产生的应该是有机酸吧，那乙酸化阶段在哪发生的？两相厌氧的产酸相产的是什么酸？它的乙酸化阶段又是在哪发生的呢？

产乙酸这个词和产乙酸阶段是应该分开的，因为在产酸阶段就会产生一部分乙酸了但并不一定作为过程的主体，这要看废水的有机物组成。产乙酸阶段，这里面包含了两类反应，一是更长碳链的VFA以及乳酸、丙酮酸和醇类等分解产生乙酸，二是同型产乙酸菌，利用CO2和H2的无机组合进行产乙酸。两相的水解酸化过程中产生的有机酸，有可能是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸…以及乳酸中的任一种，也有可能是未完全降解的长链脂肪酸。

个人认为在实际工程中，两相的分界线并不彻底分明，水解酸化相先后延伸至产乙酸甚至少量产甲烷都是经常遇见的。至于产甲烷相，它就没有不含水解酸化这两个过程的时候，产甲烷相四个过程都会存在，只不过前两个过程被之前的相分担了一部分。乙酸化发生在哪里，这个过程应该大部分在后一相，两相的定义并不是“水解酸化阶段+乙酸化产甲烷阶段”，只要在流程上将其主体分开即可叫做两相，至于分界线模糊，没有关系。

基于水解和酸化两个过程无法分开的事实，三相取决于产乙酸和产甲烷是否可以分开。

对于三相分离器的工作原理大致可表述为：气液固三相在气体扰动和液体升流的作用下从下方进入三相分离器；污泥（固）撞击在三相分离器上，上面吸附的沼气气泡释放出来；沼气气体被三角形集气罩收集；脱离气体的泥水（固液相）穿过三相分离器集气罩之间的缝隙，到达沉淀区；污泥（固）在没有气体扰动的条件下沉淀，落回三相分离器下方。核心是气体被收集和污泥沉淀。