污水处理厂是我国各大城市市政工程的热门项目，清华大学拥有国家级的环境模拟及控制实验中心，清华同方控制工程公司以此为技术基础开发了污水处理厂系统。本文结合污水处理工艺过程，介绍控制系统的特点。
城市污水主要来自居民的生活污水，工业废水因含有各种有毒化学物质须先行处理。其中的污杂染物包括城市垃圾（如烂菜叶、果皮、纸张、塑料制品等）、泥沙、悬浮有机物（尿液、轻工业废水）。污水处理过程要用泵将污水提升到高处的污水池中，然后逐级向下溢流到各级污水处理池中，在流动过程中，除掉上述各种污染物。
目前城市污水处理广泛采用二级生化处理工艺。在一级处理中去掉污水的城市垃圾及泥沙。在二级处理中用生物方法去除污水中的悬浮有机物及溶解有机物。
一、一级处理及控制
图1 一级处理过程
原污水的流量在变化，流入的污水首先存在集水井中。控制系统根据集水井的液位决定开动提升泵群，使其负荷量均衡，并轮流撤出检修。在提升泵的进水及出口，设置粗格栅及细格栅，以除掉城市垃圾（如烂菜叶、果皮、纸张、塑料制品等）。控制系统要定时开动或根据格栅两边液位差开动垃圾的收集、脱水及运转设备。除掉垃圾的污水流入沉沙地，用重力沉掉水中泥沙。为分离悬浮有机物及泥沙，沉沙地需用搅拌的方法或充气的方法防止有机物沉淀。控制系统要控制搅拌设备或充气设备的正确运转，并根据沉淀泥沙的厚度开动污泥的收集、脱水及转运设备。
二、二级生物处理及控制
图2 二级生物处理
污水二级生物处理可以形象的比喻成微生物养殖厂，用污水中的有机物作为饲料养殖微生物。部分有机物成为微生物的身体（活性污泥）；另一部分有机污物在微生物的繁衍过程中，以新陈代谢的方式变成CO2及NO2排放到大气中。上述过程可除掉污水中大部分有机物而达到排放标准。
污水在厌氧池、氧化池、沉淀池中循环流动。在厌氧池中溶解氧的浓度很低，厌氧菌大量繁殖。它们会分解悬浮有机物，去除污水中的含氮物质。在氧化池中，溶解氧的浓度很高，好氧菌大量繁殖。它们去除污水中的含氮有机物。控制系统的任务在于营造有用微生物的最佳生活环境，以使它们最快繁殖，并防止有害微生物的大量生长。
在生物处理过程中，将产生大量的微生物（活性污泥）。活性污泥在沉淀池中与污水分离，并由污泥泵抽出，一部分回流，一部分送出到污泥消化处理设备中。
在氧化沟中有大型的搅拌设备或充气设备以维持水中的溶解氧（好氧菌繁殖过程中会大量消耗气氧）。控制系统要确保上述设备的正常运转。
三、污泥消化处理
图3 污泥消化处理
活性污泥经过脱水、浓缩、进入贮泥池。然后在消化池中，在缺氧及适合的温度下，由厌氧菌大量产生沼气。沼气压缩到储气罐中，可以用来烧锅炉或开动发动机，以降低污水处理的耗电。控制设备要保证污泥消化的最佳条件，以及所有设备的正常运转。
四、污水处理长控制系统特点
由上述可知，污水处理厂控制分布面积很大，污水处理过程时滞很大（50h以上），外部环境有许多不确定因素。清华同方工程公司的污水处理厂控制系统的硬件采用由PLC构成的集散控制系统。软件采用清华同方开发的软件系统以保证控制系统最佳运行。
五、硬件示意图
图4 硬件示意图
六、软件介绍
控制系统的组态及运行管理采用国际上流行的开放性组态软件，如CTTECT、WIZCON等。如果投资允许，可以方便地扩充为冗余系统，并连接到INTERNET网上。在紧急情况下，主控人员通过ITERNET网在远处即可以了解污水处理厂全部生产现场的工作状况。
针对污水处理控制过程的大滞后、非线性，外部环境具有许多不确定因素的特点，在清华大学国家环境模拟与污染实验成果的基础上，清华同方推出了污水处理专家系统软件。它由以下三部分组成：
1、污水处理模拟预报软件
污水处理中的生物二级处理过程，耗时几十个小时，生化反应复杂多变，是个大滞后系统。按照现行管理方法根据检测结果再调整控制，为时已晚，以致不合格污水大量排出。该软件可以提前预测处理结果提前几十小时调整控制参数。
2、污水处理专家系统
该软件包含由世界各国污水处理厂多年运行总结出的经验数据库。可以在控制系统的运行中及时发出警报，提出处理建议，是运行人员的得力帮手。
3、模糊控制软件
由于污水处理过程是时滞较长、非线性的生化过程控制系统，采用传统的闭环反馈方法难以维持系统的平衡运转。因而在现场控制站的PLC以及上位机中均装有模糊控制软件，以使系统达到最佳调节。
清华同方控制工程公司在控制领域居国内领先地位，污水处理系统控制设备及方法上熟练掌握系统技术，将工艺与控制系统很好地结合在一起。城市污水处理控制系统已在全国多家污水厂投入运行，并带来了很好的经济效益和社会效益。
