现场总线技术在沈阳仙女河污水处理中的应用

随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。目前，国内人均水资源占有量约为世界平均水平的30%，有110个城市严重缺水，超过3亿人缺乏干净的饮用水，半数以上的主要水道受到污染，海洋环境总体受污染情况亦不容乐观——中国已逐渐进入严重缺水期。近年来，水污染的控制和防治已然成为了中国乃至世界亟待解决的热点问题之一。
作为中国著名重工业城市——沈阳，曾经一度因为污染问题，而被列入“世界十大污染城市”的黑名单。而沈阳的细河，就是对半个世纪污染的最好见证。细河作为沈阳“母亲河”浑河的重要支流之一，曾有个非常美丽的名字叫“仙女河”，但因长期接纳沈阳半数以上的污水而一度成为著名的臭水沟。细河每天要接纳全市60％至70％污染物，各类污染物总量约550吨，其中，剧毒、致癌物和主要污染指标COD、NH3-N等均远超过国家标准，超标最高的重金属镉的平均浓度为28.2mg／kg，超过国家标准140倍。

也正是这样一个污染重镇，2001年大胆的提出了创建“国家环境模范城市”的宏伟目标。为了实现“创模”的目标，仙女河污水处理厂（图1）应运而生。2003年11月30日仙女河污水处理厂一期工程建成并通水运行，日处理能力达20万吨；2005年12月1日二期工程建成并通水运行，扩建后，日处理能力达40万吨；2010年1月14日过程控制系统升级改造工程顺利通过国家环保部的节能减排技改工作检查。
仙女河污水处理厂能如此快速的实现系统的多次升级改造、顺应时代的快速发展，完全得益于西门子过程控制与现场总线技术的应用。该项技术的应用使得污水处理厂的自动化控制系统突破了传统DCS的局限性，将智能仪表、计算机网络和开放系统互连（OSI）等技术有机的融为了一体，形成了真正开放的、可扩展的、易升级的、高可靠的、低成本的过程控制系统，保证了仙女河污水处理厂的可持续发展，使曾经的“臭水沟”一去不复返，“仙女”常留人间。

十年不变的选择
仙女河污水处理系统采用高效预处理工艺及两段曝气生物滤池（Biological aerated filter：BAF）工艺，设计结构紧凑、占地面积小、生物处理后不设二沉池、不采用污泥回流、耐高负荷污水冲击、高速过滤。所使用各类污水处理设备达498台套，主要设施有生物滤池80座（图2），反应沉淀池12座，格栅间5个，污水提升泵房2个，污泥缓冲池2个，高压变电站5个。另外，厂区还配有污泥处理系统和中水处理系统，其中污泥处理系统采用离心脱水技术；中水处理系统采用石英砂过滤及加氯消毒。

污水处理系统的处理效率和出水水质对控制系统都具有很大的依赖性，尤其是对于像仙女河污水处理厂这种规模大、工艺新、人员少的大型污水处理系统，对过程控制更是提出诸多较高的要求，这主要体现在以下几个方面：
控制精度和稳定性。BAF作为一种先进复杂的污水处理工艺，它的实施和运行都对控制系统的精度和稳定性提出了颇高的要求，要想使BAF工艺达到最好的处理效果，就必须有一流的控制系统与之配套。
抗干扰能力和可靠性。污水处理系统工作于室外，环境恶劣，且需要全天候不间断工作，因此，对控制设备和系统的抗干扰能力和可靠性有着较强的要求。

无人值守。污水处理过程中，会产生大量硫化氢气体。若人体不慎吸入硫化氢气体，便会发生急性硫化氢中毒事故，甚至引起死亡。面对不能回避的风险，除了增加相应的防护措施之外，更重要的是尽可能的实现系统的无人值守运行。
扩展和升级性。水资源的日益短缺、水污染问题的日益凸显，使得人们对污水处理的需要越来越广泛、要求也越来越高，系统可以通过扩展和升级控制系统，从而快速、低成本的实现工艺的优化、系统性能的提高。因而，污水处理控制系统的可扩展性和易升级性，就成为了污水处理系统可持续发展的前提。
针对仙女河污水处理厂的具体情况，其全厂控制系统全部选择的是西门子过程控制技术，电磁流量计、压力变送器、温度变送器和超声波液位计等均采用的是西门子PI过程仪表；一期和二期的自控及仪表工程均是与上海西门子工业自动化有限公司（SIAS）签订的交钥匙总包合同，一期工程自控系统采用SIMATICPLC及WinCC；二期工程采用SIMATICPCS 7DCS控制系统。
谈到对西门子过程控制技术的执着，仙女河污水处理厂中控室孙科长说道：“不仅仅是为了保证系统的连续性和兼容性，更重要的是我们已经从实践中验证了西门子系统的可靠性和稳定性。” 而且，由于西门子PCS 7 DCS控制系统的成功应用，在现场设备运转正常的情况下，仙女河污水处理厂二期就可实现无人值守的运行模式。