市政污水处理工程案例分析报告

市政污水处理工程案例分析
华富惠通技术
———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外知名厂家的DCS产品为首选。

对于国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，华富惠通技术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遥控通过对用户操作权限（0—999
级）的设定，只有具有很高权限的用户才可以使用，同时对使用者的用户名，
操作时间进行自动记录（为只读文件）。

为了安全起见，在上位进行电力系统的操作时具有文字提示栏提示和二次确认功能。

2. 暖通送风系统：
由于污水处理厂地势较低，环境潮湿，为了保证污水处理设备的正常运行和工作人员在冬季的取暖。

要对污水处理厂的除湿机，通风机，电锅炉，中央空调制冷系统等设备进行集中监控。

对污水处理厂办公区和加药车间中央空调制冷系统的监控所要完成的主要功能有：1。

通过对中央空调系统的送风和回风温度差值，冷冻水供水回水温度差，经过上位的软逻辑运算，对下位控制器（进行标签变量回写）来调节最佳制冷机组的投切运行台数，实现制冷机组的节能；
2。

通过对现场温湿度的监测来调节中央空调的新风机组，为工作人员提供一个舒适的工作环境。

同时通过对DDC控制器上传的数据进行专家算法的调节运算，对DDC控制器的标签变量进行回写控制新风系统的风机盘管，送风阀开度以达到节约能耗地目的。

CcontroX 2000搭建的中央空调上位监控平台主要完成的功能是通过对环境温湿度的监测来协调空调制冷系统的各机电设备运行并进行集中监视和联动控制，通过对现场标签变量的联接controX 2000软件可以根据标签变量的时实变化模拟动态的中央空调制冷系统工作画面，通过对现场温湿度数据的采集和存储自动生成制冷量历史分析曲线，和统计报表，对于监控页面相同，但是连接变量不同的工作场所的监控，可利用标签组替换的功能，页面刷新的时间不超过1s.在上位监控平台上可构建软逻辑专家算法功能模块实现真正意义上的节能。

对于除湿系统的监控主要通过对工作现场环境湿度的采集，连接到DDC控制器对通风机组进行启停控制，在开物软件的监控平台上通过对现场环境的模拟监测（显示）现场的湿度变化并对现场湿度进行最大湿度值的筛选。

同时在上位节点以报表的方式进行湿度的数据存储。

3. 一级处理工艺流程:
一级污水处理工艺流程主要是依靠沉淀，旋流分离等物理处理方法对市政污水中的悬浮物和泥沙进行处理。

在一级污水处理的工艺流程监控中，主要是对各污水处理机械设备的监控。

完成对污水泵，粗细格栅，沉砂池搅拌器，空压机械，吸砂泵的状态监控；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。

一级处理工艺流程如下所述：
§城市污水经市政排污管网进入污水处理厂的集水井中；对集水井的水位要进行监测，当集水井的水位过高时污水渠槽的水闸要落下，停止进水；当污水集水井水位过低时污水槽水闸提起，市政污水流入集水井。

§集水井的污水通过污水提升泵到达污水处理的前池，在前池进行污水的浊度测量，对污水的浊度测量可定时进行（时间间隔5—10分钟），对前池的浊度测量是为了保证前池污水浊度保持在一定围（混浊度过高时要对污水进行稀释调节），在污水提升过程中对水泵组的出水管口压力和管网末端压力要进行监测和调控，监测和调控的目的主要是观察提升管网是否发生堵塞（通过出口和末端的压力差），压力是否超出安全围等。

在对提升泵组运行状态进行监控的同时还要对前池的液位进行监控，当前池液位满时，提升泵组要停机。

当前池的水位降到最低水位时，泵组要重新启动。

§前池的出水经过弧形格栅分离飘浮污物，和体积较大的污物，除清机每日定时对弧形格栅进行清洗或通过压差传感器测定弧形格栅的阻塞状态，如压差过
高则进行清洗。

§通过弧形格栅的污水进入沉砂池。

在沉砂池设有沉砂池搅拌器，同时在沉砂池设置空压机管道出口，在沉砂搅拌器把污水搅拌均匀后，利用压缩空气分离
泥沙和水。

吸砂泵吸出分离出来的泥砂到污泥池，再经除渣机（刮泥机）清理，§由沉砂池出来的污水进入到后池，在后池对污水的混浊度进行监控，PH值进行监视，读取的数据为二级处理使用，同时可通过该数据监测经一级处理工艺
后污水的状况。

§由后池出来的污水进入旋转筛网进行进一步的过滤，滤除污水中细小的污物。

滤清器使用经旋转筛网过滤后的污水对旋转筛网进行冲洗，对旋转筛网的清
洗可通过过滤后的污水流量变化进行判定。

旋转筛网上被冲洗下的污物由除渣机
（刮泥机处理）。

经旋转筛网后的污水进入深排槽，在深排槽设置流量传感器（调
控通过旋转筛网的污水量），和污水的生物耗氧量测量，为二级污水处理提供数据。

4．二级处理工艺流程
从德山市整体工业概况考虑，污水二级处理工艺采用RSTP法和加药处理（生物和化学处理）并用两种处理模式。

当经过RSTP工艺处理的污水还不能达到污水排放标准时，污水进入加药处理工艺流程。

在二级处理工艺流程中对污水处理工艺监控的对象主要是：
·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。

污水二级处理工艺流程如下所述：
§一级处理后的污水经污水提升泵到达污水中和池，在进入中和池的过程中要对污水提升过程中污水管线压力进行监测，同时对中和池的水位进行调控（在中和池中设立最高和最低两个水位线）。

通过读取中和池的PH值对中和池的污水进行加酸/加碱，进行中和处理，调节中和池的污水PH值恒定接近于中性。

在加酸/加碱的过程中，通过PLC对加酸和碱的特种电控阀进行开度和启停调控，在上位监控平台能通过模拟水颜色的变化来监视污水酸碱中和的过程；通过药液流动来观测加药阀门的启停状态，通过模拟阀门开度仪表，来观测加酸/碱阀门的开度。

（对于污水酸碱中和的过程，在上位只能进行监视，不能进行上位人工手动控制）。

经过中和池后的污水进入沉淀池，由于经过一级处理工艺只能去掉污水中50%的污物，在沉淀池通过定时系统对污水进行初步的沉淀处理，沉淀池出来的污水进入RSTP法生物处理过程。

RSTP工艺流程简介如下：
RSTP(Reciprocal Sewage Treatment Process往复式污水处理工艺)工艺由一组配有充氧装置的处理构筑物组成，其间设有连通管道及控制闸阀，能组成多种污水处理系统。

污水按指定的顺序依次通过各个构筑物，分别进行曝气，固液分离和污泥回流。

在处理污水时污泥也同时得到稳定，利用系统共生的微生物(活性污泥)和高等水生生物(鱼类)共同完成净化任务。

RSTP工艺流程：
(1)借鉴氧化沟工艺将"污泥的稳定和污水的净化"纳入同一道工序的经验，将
处理污泥的厌氧消化工艺改为好氧消化，将污泥和污水的无害化过程合并
为一道工序，取消初次沉淀，不再设置污泥消化系统。

(2)借鉴"完全混合型"的流态能提高耐冲击负荷的经验，借鉴"多级曝气"有助
于发挥微生物种群特性的经验，按"完全混合型"及"多级曝气"的原则组织
生化处理系统，以此稳定并提高净化效果。

(3)利用"改变流向"使污泥回流的经验，组织生化系统，减免二次沉淀和污泥
回流工序，以此来降低成本。

(4)借鉴华南地区粪便养鱼及华东地区肥水养鱼的经验。

利用RSTP生化系统
中能保持较高溶解氧的条件，为微生物(活性污泥)与高等水生物(鱼类)创
造共生的条件，互为饵料，共同完成净化任务，籍以降低能耗并清除剩余
活性污泥，实现剩余污泥的"零排放"。

利用延长泥龄可以降低产泥率的经
验，RSTP系统对一般生活污水处理的产泥量均能降到悬浮物排放标准以
下。

当净化水用于农田灌溉及渔业生产时，可以将已经稳定的污泥(肥料)
以混合液的形式随净化水直接送到再利用现场。

在不具备利用消化污泥条
件时，采用充分"投鱼及供氧" 的措施，作为饵料将剩余污泥清除在系统，选用方案根据现场具体情况决定。

以此取消重力浓缩、化学絮凝、机械脱
水、车辆运输及最后处置等全部工序，这样简化了工艺流程、降低了工程
造价。

(5)利用原污水中的碳源进行脱氮的经验，重新组织配水系统及处理构筑物的
组合方式，提高原污水中的碳源与净化水中硝酸氮接触的机会。

在改变污
水流向时所形成的局部缺氧区，使净化水中的硝酸氮与新污水中的碳源多
次接触，进行反硝化，达到脱氮的目的
(6)借助污水管网的厌氧条件，并利用多级曝气强化活性污泥再生的经验组织
生化系统，提高活性污泥的吸附再生能力，达到除磷的目的。

富磷的活性
污泥做为饵料被共生的鱼类清除在处理系统，缓解常规工艺中剩余污泥在
浓缩工序因停留时间过长而使已经被活性污泥吸附的富磷又重新返回到
污水处理系统中去的弊端。

(7)利用调整负荷、停留时间及充氧强度的方法能改变污染质去除率的经验，
重新组织配水系统、排水系统及充氧装置，以此来提高处理设施的灵活性。

根据污水资源化的具体服务对象，调整运行方式，改变净化程度，同时提
供不同标准的净化水。

渔业生产有时需要提供 BOD为50～80 mg/L的净化
水，农业灌溉无须除磷脱氮，籍以节约能耗。

(8)RSTP生化设施兼备曝气及固液分离的功能，其单体按完全混合型流态布
置，有淡化污水异臭的功能，为压缩卫生防护带创造条件，处理系统的总
体按串联方式组织，籍以消除短路，稳定净化效果。

(9)RSTP设备简单，为降低成本实现处理设备国产化、提高自动化程度及遥测
水平创造条件，也为方便管理、便于监督奠定基础。

(10)借鉴消除噪音扰民的经验，避免采用鼓风机类的高噪音充氧设备，优先选
用表面曝气器及转刷类的低噪音充氧设备，藉以压缩污水处理厂的隔离防
护带，节约用地。

（11）氧化沟站的控制功能要由两部分来实现：用计时器来控制进水堰门、出水堰门的开/关；根据溶解氧浓度来（反馈）控制曝气转刷的快/慢转动，以保证三沟处于相应的工作状态。

RSTP由四个为一组配有充氧装置的处理构筑物组成，其间设有连通管道及控制闸阀，能组成多种处理系统。

处理系统的流态在全程上为推流式，在处理构筑物的单体为完全混合型。

污水按指定的顺序依次通过各个构筑物，分别进行曝气、固液分离和污泥回流。

RSTP可以一组单独使用，也可两组或四组联合使用，合理的应用围达20万3/d。

RSTP具有以下特点：
（1）净化污水的同时污泥也得到稳定，减免常规工艺中的污泥处理工序。

（2）系统中的泥龄延长，产泥率低，具有免排剩余污泥的特性。

（3）为多级生化系统，能充分发挥微生物种群的特性，具备处理效果稳定的优势。

(4) 系统中能维持较高的DO，为高等水生生物(鱼类)的存活创造了条件，利用系统共生的微生物(活性污泥)和高等水生生物(鱼类)共同完成净化任务，具有降低能耗的作用。

(5) 系统对于活性污泥具有较强的吸附再生能力，提高活性污泥吸附磷的功能，同时利用共生的鱼类将吸附在活性污泥的富磷作为饵料，将磷清除在处理系统。

(6) 利用改变流向的办法使原污水中的碳源与先期进入RSTP系统污水中已经转化为硝酸氮的氨氮进行多次接触，完成脱氮任务。

(7) 系统为完全混合型，有淡化污水异臭的功能，为接近居民区就地实现污水资源化创造了条件。

(8) 能同时提供不同标准的净化水，满足污水资源化不同的需求。

(9) 工艺流程简单，操作方便，易于实现运行自动化。

§RSTP处理后的污水在二次沉淀池对污水中的残余污物进行沉淀处理，在上位能够监测到沉淀池的水位高低（保持恒定）二次沉淀的过程实际上是对污水的过滤过程沉淀池分两层结构中间的过滤层由（砂石，木炭，煤渣）三层结构组成，过滤层上是污水，过滤层下是经过过滤后的清水，保持水位的恒定是通过重力的作用使污水通过过滤层。

经RSTP处理后的污水如果达到排放标准则排入地下或江河中，如果仍不能达标，则要再经过加药（化学处理过程）
§加药系统：。