贵 州 大 学
讲 稿
课程名称：给排水工程仪表与控制
教材名称：给水排水工程仪表与控制
（“十五”国家级规划教材）
适用专业：给水排水工程
授课教师：陆天友
第一章：自动控制基础知识
一、自动控制系统的概念与构成
1、自动控制系统的概念
所谓自动控制，就是利用机械的、电气的、力学的等装置代替人工控制器官
的作用，在不用人工直接参与的情况下，可以自动地实现预定的控制过程。
2、自动控制系统的构成
从上面简单的实例中，可以总结出一般自动控制系统是由控制对象、测量变达器、控制
器、执行装置几部分组成的。
3、自动控制系统的分类
1）、反馈控制系统
反馈控制系统是根据系统被控量与给定值的偏差进行工作的，最后达到消除
或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据，因为该系统由被控量的反馈构成一个
闭合回路，所以又称为闭环控制系统，这是过程控制系统中最基本的一种。另外，
反馈信号也可能有多个，从而可以构成一个以上的闭合回路，称为多回路反馈控
制系统。
2）、前馈控制系统
前馈控制是直接根据扰动进行工作的，扰动是控制的依据，由于它没有被控
且的反馈，所以不构成闭合回路，故也称为开环控制系统。
3）、复合控制系统(前馈—反馈控制系统)
前馈开环控制的主要优点是能针对主要的扰动迅速及时地改变控制量，克服
扰动对初控员的影响。所以，在反馈控制系统中加入对于主要扰动的前馈控制，
构成复合控制系统可以提高控制质量。
4、计算机控制系统
以计算机为核心构成的数字式控制系统，是控制技术的最新成就，已在生产
实践中广泛应用。其基本构成如下图。广义来讲，以微处理器为核心的各种智能
化控制装置都可以归结到这一类控制系统中来，包括由工业计算机组成的系统、
由单板机或单片机组成的系统、由可编程序控制器组成的系统、由智能化专用调
节器组成的系统以及由上述各类装置混合组成的系统等。虽然这些装置的配置、
功能不同，但其基本的组成部分是相似的，都是通过数字运算完成各种功能的。
第二章：给排水自动化仪表与设备
第一节、典型水质检测仪表
给水排水工程自动化常用仪表与设备，可以分为以下几大类：
1、过程参数检测仪表。它包括各种水质(或特性)参数在线检测仪表，如浊
油度、PH 值、电导率、溶解氧等的在线测量装置，以及流动电流检测仪、透光
率脉动检测仪等给水排水系统工作参数的在线检测仪表，如压力、液位、流量等
仪表。
2、过程控制仪表。以微电脑为核心的各种控制器，如微机控制系统、可编
积序控制器、微电脑专用调节器等；常规的调节控制仪表，如各种电动、气动单
元组合仪表等。
3、调节控制的执行设备。包括各种水泵、电磁阀、调节阀以及变频调速器
等。
4、其它机电设备。如交流接触器、继电器、记录仪等。
1、浊度测定原理
目前各种类型的浊度仪，全都是利用光电光度法原理制成的。悬浊液体是光
学不均匀性很显著的分散物质。当光线通过这种液体时，会在光学分界面上产生
反射、折射、漫反射、漫折射等非常复杂的现象。由于这些光学现象，当射入试
样水的光束强度固定时，透过水样后的光束强度或散射光的强度将与悬浊物的成
分、浓度等形成函数关系。根据比尔---朗白定律和雷莱方程式可提出如下的函数
式：
以上两个方程式清楚地表示了透射光和散射光强度与浊度的关系。通过光电
效应又可将光束强度转换为电流的大小，用以反映浊度。这就是当前各类浊度仪
的基本工作原理。
2、PH 测定原理
pH 的测量常用电极电位法，该方法是基于两个电极上所发生的电化学反应。
用电极电位法测量溶液 pH 值，可以获得较准确的结果。
电极电位法的原理是用两个电极插在被测量溶液中，其中 1 个电极为指示电
极(如玻璃电极)，它的输出电位随被测溶液中的氢离子活度变化而变化；另一个
电极为参比电极〔如氯化银电极)，其电位是固定不变的,上述两个电极在溶液中
构成了一个原电池。
该电池所产生的电动势 E 的大小与溶液的 PH 值有关。
3、溶解氧检测仪表原理
溶解氧是一项重要的水质参数。在活性污泥法污水处理工艺中，溶解氧测定
还是保证处理工艺正常进行的主要过程控制参数。溶解氧的在线测量可以采用电
极测量法。电极可分为两种类型，即电位型电极和电流型电极。电位型电极是利
用一种特定离子的活性产生电位。这些电极的实例是玻璃 PH 电极及大多数离子
选择电极。测旦的是指示电极与一个惰性参考电极之间的电位差，而参考电极的
电位必须是恒定的。
所有电位型电极都服从 Nernst 定律，因此电极与测量仪器在大多数情况下
是通用的电位测量的必要条件实际上是电极电压的无电流测定。在测量中，基本
上不发生化学反应。
溶解氧测量仪表包括氧电极和溶氧放大器两部分。氧电极输出电流信号放迭
至溶氧放大器(或溶氧交迭器)，由后者把电极电流信号转换为一定的溶氧单位显
示出来。除显示功能外．溶氧放大器还应具有以下功能：
a、零点(残余电流)补偿；
b、灵敏度(斜率)校正；
c、温度补偿；
4、余氯在线检测仪表原理
余氯是保证水质卫生指标的重要参数，也是加飘消毒工艺的基本控制参数。
余氯在线分析是进行投氯控制的前提。余氯一般也是采用电极法进行测量。在两
个电极之间施加电压，利用电极之间电解产生的氧化还原反应测量氯的浓度。余
氯分析仪的规格基本上是按测量范围划分，一般有 0---5ppm 、0---10ppm 、
0---20ppm 等。
微量余氯分析仪具有的三电极测量传感器和微处理器分析机构，可以使监控
余氯精度达十亿分之一(1/10×108)。
微量余氯分析仪可以连续测定自由余氯、总余氯，在连续余氯反馈控制中精
度达 10ppm，为工作人员提供了可靠的分析依据，从而提高水处理加氯系统的监
测控制水平。
5、电导检测仪表原理
由于电解质在水溶液中以带电离子的形式存在，因此溶液具有导电的性质，
其导电能力的强弱称为电导度，简称为电导。测定水和溶液的电导，可以了解水
被杂质污染的程度和溶液中所合盐分或其它离子的量。电导串是水质监侧的常规
项目之一。
溶液中电解质的电导为电阻的倒数，即：
S=1/R
第二节、在线检测仪表及执行设备
1、液位检测仪表原理
液位检测仪表有浮力式、静压式、电容式、超声波式等多种。
超声波液位计是基于晶体的压电效应，用压电晶体作探头(即换能器)发射出
声波，声波遇到两相界面被反射回来，又被探头所接收，根据声波往返所需要的
时间而测出液位的高度；作为换能器的探头又可分为发射型、接收型和发射---接
收型 3 种。
激光式液位计是一种很有发展前途的液位计，因为激光光能集中，强度高，
而且不易受外来光线干扰．甚至在 1500 度左右的高温下也能正常上作。另外，
激光光束扩散很小，在定点控制液位时，具有较高的精度。
液位检测仪表的选用：
1）、检测精度：
对用于计量相经济核算的，应选用精度等级较高的液位检测仪表，如超声波
液位计误差为±2mm，对于一般检测精度，可以选用其它液位计。
2）、工作条件：
对于测量高温、高压、低温、高粘度、腐蚀性、泥浆等特殊介质，或在用其
它方法难以检测的各种恶劣条件下的特殊场合．可以选用电容式液位计等。对于
一般情况。可选用其它液位计。
2、压力仪表测定原理
在工业上检测压力的常用方法有：以流体静力学理论为基础的浓柱测压法：
根据弹性元件受力变形原理的弹性交形测压法；将被测压力转换成各种电量的电
侧法，将被测压力转换成活塞上所加平衡码的重量的活塞法等。
应变片式压力计：把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现
压力的间接测量的压力计叫做电气式压力计。这种压力计反应较快，测量范围较
广，在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警，适用于测量压力变
化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。
应变片式压力计是利用电阻应变片将铰测压力转换为电阻值的变化，再通过
桥式电路获得毫伏级的电量输出，然后由二次仪表显示或记录。
(1)仪表量程的选用
对于测量稳定压力，仪表量程上限选大于或等于 1．5 倍常用压力；
对于测量交变压力，仪表量程上限选大于或等于 2 倍常用压力；
对于测量稳定压力，仪表常用压力选 1／3---1／2 量程上限；
对于测量交变压力，仪表常用压力选不大于 1／2 量程上限。
(2)仪表精度的选用
对于工业用仪表，其精度选 级或 级。
对于实验室或校验用仪表，其精度选 级及 级以上。
(3)根据测量介质性质及使用条件选用
对于测量腐蚀性介质，可选用防腐型压力计或加防腐隔离装置。
3、流量测定原理
电磁流量计
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的，是一种用来测量管道中导电
性液体体积流量的仪表，可测各种腐蚀性的酸、碱、盐溶液，可测含各种悬浮固
体微粒的液体，在给水排水系统中有广泛的应用。
电磁流量计由变送器和转换器两部分组成。变送器被安装在被测介质的管道
中．将被测介质的流星变换成瞬时的电信号；而转换器将瞬时电信号转换成
0-10mA 或 4-20mA 的统一标准直流信号，供仪表指示、记录或调节用。
超声波流量计
测量原理主要的有传播速度差法和多普勒法。超声波流量计的主要优点是在
管道外测流量，实现无妨碍测量，只要能传播超声波的流体皆可用此法来测量。
而且不管被测对象多大，也可用此法进行测量，特别是超声波法可以从厚的金属
管道外测量管内流动的液体的流量．具有不用对原有管道进行任何加工就实施流
量测量的特征，这是其它法所不具备的。
差压流量计
是目前工业上使用历史最久和应用最广泛的一种流量计。从流体力学可知，
流体在管道中流动时，具有动能和位能、并在一定条件下可以相互转换。
差压式流量计是以伯努利方程和连续性方程为理论根据、通过测量流体流动
过程中产生的差压来测量流量的。差压流量计主要由节流装置(如孔板)和差压计
等两部分组成，流体通过节流装置(孔板)时，在节流装置的上、下游之间产生压
差，从而由差压计测出差压，流量愈大，差压也愈大，流量和差压之间存在一定
关系，这就是差压流量计的工作原理。
节流流量计
节流流量计是利用节流装置前后的压差与平均流速或流量的关系，根据压差
测量恒计算出流量的。节流流量计的理论依据是流体流动的连续性方程和伯努利
方程。节流装置的种类很多，其中使用最多的是同心孔板、流量喷嘴和文丘里管
等。节流流量计是使用非常广泛的流量计。
第三章：水泵及管道系统的控制调节
第一节：水泵的调速控制
概述
合理地调节水泵、管道系统工况，保证用户的用水要求，并最大限度地节约
能耗、降低费用，是十分重要而有意义的工作。
给水排水工程中的水泵与管道系统主要包括：
(1)城市供水系统---包括输配水管网及二泵站、加压泵站；
(2)城市雨水、污水排水系统---包括排水管网及雨水泵站、污水泵站；
(3)小区、建筑的给水系统---包括小区、建筑给水管网及加压设施；
(4)小区、建筑的排水系统——包括排水管网及小区排水泵站、建筑室内污
水提升泵等。
由于水泵(或水泵站)都是同管道系统联系在一起的，因此事实上，对这些系
统的调节控制都可归结为对水泵工况的调节上。可以将控制系统分为如下两大类。
(1)对水泵的开停双位控制：按照液位(或压力值)、流量等参数的要求，改变
每台水泵的开、停状态或改变水泵的运行台数。
(2)对水泵工作点的调节控制：按照液位(或压力)、流量等参数的要求，改变
水泵的工作点，这种改变可以通过调节管路系统中阀门的开启度实现或通过改变
水泵转速的方式实现。
水泵的调速控制
给水排水工程中应用的水泵多为离心泵。在前面内容中已提及离心泵的调节
方法有两类：一类是通过调节水泵出口管路上的阀门来改变管路特性，实现水泵
工况点的调节；另一类是改变水泵的转速，从而改变水泵的特性曲线，实现水泵
工况点的调节。前者节能效益较低，部分多余能量消耗在了阀门上；后者是一种
高效节能的调节方式。因此调节水泵转速是改变水泵工况的较好方法。
1）水泵调节的类型
视用途目的不同，水泵调速的
控制参数也有所不同。主要有
如下 3 种典型情况：恒压调速、
恒流调速、其他调节方法；
2）水泵的调速方法
水泵的调速方法有多种，
主要分为两类：第一类是电机
转速不变，通过附加装置改变
水泵的转速，如液力辐合器调速、
电磁耦合器调速、变速箱调速等，
都属于这种类型；第二类是直
接改变电机的转速，如可控硅串
级调速、变频调速等。后者是在
水泵站应用较多的调速形式。
3）串级调速：
通常把转子感应电势通过三相桥式整流变为直流电，用直流电动机实现反电
势的方法，称为机组串级调速。根据电能反馈的方式，串级调速又可分为下列 3
种形式；1)机械反馈机组串级调速：2)电气反馈机组串级调速：3)可控硅串级调
速。
4）变频调速：
该技术是 80 年代水泵调运新技术。它通过改变水泵工作电源频率的方式改
变水泵的转速：
由上式可见，如果均匀地改变电机定子供电频率 f，则可平滑地改变电机的
转速，为了保持调速时电机最大转矩不变，需维持电机的磁通量恒定。因此，要
求定子供电电压应作相应的调节，所以变频设备兼有调频和调压两种功能。
变频调速是通过变频调速器实现的，它可以将输入的固定频率的电源(在我
国为 50Hz)转换为频率可调的电源输出，供给水泵电机等需要调频的设备作工作
电源。变频调速具有很高的调节精度。
变频调速技术的一个重要特点是可以实现水泵的“软启动”，水泵从低频电源
开始运转．即由低速下逐渐升速，直至达到预定工况，而不是按照常规一启动就
迅速达到额定转速，软启动的工作方式对电网的干扰小，无冲击电流，也适台于
在几台水泵之间进行频繁的切换操作：这种启动方式在恒压供水等情况下有独特
的优点。
现在变频调速技术已在给水诽水工程中获得许多应用，包括调节水厂投药泵
的转速、实现投药量的高精度调节；在建筑或小区给水系统中用于恒压给水控制；
在大型的给水泵站，变频调节供水泵的转速，实现城市供水的恒压或恒流调节等
也有应用。
5）水泵调速运行的方式
以变频调速为例，通常以微电脑为控制中心，构成水泵的变频调速控制系统，最
典型的控制系统形式是反馈控制系统，控制中心根据控制点输入的信号(如水压)
与给定值比较，调节变频器的输出，改变水泵工作电源的频率，使水泵转速相应
改变。一般为减少控制设备台数、降低投资，常采用变速与定速水泵配合工作的
方式。即一个泵站内只有一至两台水泵变速运行，其余水泵为定速运行，变速泵
与定速泵组合一起工作，通过对变速泵的调节，得到要求的各种工况。
第二节 恒压给水系统控制技术
1、概述
恒压给水系统应用广泛。前面介绍的城市管网供水系统、建筑小区给水系统
等，都属于这种情况。按控制精度的高低，恒压给水控制技术包括如下两大类。
(1)双位控制系统。按水位(水压)的高低两个界限值控制给水泵的开停。当高
低水位相差不大、水压被动较小时，可近似看作恒压给水系统，如前述的高位水
箱给水系统以及气压给水系统。这种控制方式精度低，水压被动较大，是较为传
统的给水技术。
(2)定值控制给水系统。按某一压力(水位)控制点的水压(或水位)目标值进行
调节控制。可以采用变频调速等技术，改变水泵特性，对水泵工况连续调节，将
水压控制在很小的波动范围内，这是当前先进的给水技术。
按压力控制点的设置位置，还可以将恒压给水控制系统分为泵出口处恒压控
制与用户最不利点处恒压控制两类。
2、变频调速恒压给水技术
在给水系统中，用户用水量的变化反映在水压上，表现为管网水压的波动。
因此，调节水泵工况，保证用户用水水压的稳定，就可以保证用户用水。
变频调速恒压给水系统可以通过自动控制实现上述调节。它由电机泵组、压
力传感器、控制器、变频器以及自动切换装置等组成，以水压为控制参数。
水泵启动后，压力传感器向控制器提供控制点的压力值 H。当 H 低于控制器
设定的压力值 H0(H0 按用户的水压要求设定)时，应该提高水泵转速，控制器向
变频调速器发送提高电源频率的指令；
当 H 高于 H0 时，则应该降低水泵转速，控制器向变频器发送降低频率的控
制信号。当某台水泵的转速达到规定的上限时．自动启动新的水泵投入运行，反
之，则自动减少运行水泵的台数。通过调节水泵工作电源频率的方式，改变水泵
的转速，从而改变了水泵的工况，构成闭环反馈控制系统，自动调节水泵转速及
工作水泵台数，实现恒压变量供水。
通过前面的分析，可以总结出变频调速恒压给水技术有如下特点：
(1)高效节能。设备能自动检测系统瞬时水压，据此调节供水量，节约供水
能耗。设备电机在交流变频调速器的控制下软启动，无大启动电流(电机的启动
电流不超过额定流量的 110％)，机组运行经济合理。
(2)用水压力恒定。无论系统用水量有任何变化，均能使供水管网的服务压
力恒定，大大提高了供水品质。
3、恒压给水系统压力控制点的位置
恒压给水系统是以满足用户用水水压恒定为目标进行工作的。但在具体的系
统设计上，按压力控制点位置的不同，又可以分为两大类：一类是将控制点设在
最不利点处，直接按易不利点水压进行工况调节；另一类是将控制点设于水泵出
口，按该点的水压进行工况调节，间接地保证最不利点的水压稳定。这两类系统
具有不同的控制特性与控制品质。
现今恒压给水系统多采用后一种方式，在后一类中，又可按压力设定值的不
同分为恒压控制和变压控制。
4、气压给水系统的控制问题
气压给水系统由水泵、气压罐、压力检测与控制装置等组成。一般气压给水
系统的压力控制点即为气压罐内的水位检测装置，它的位置选择会影响到系统的
工作特性。将气压罐同水泵一起安置在供水处(如建筑物地下室)还是将气压罐单
独装在靠近最不利点（如供水末端)，在压力控制及节能方面的特性就同前述的
变速调节系统，越靠近用户最不利点处用户水压越稳定，越有利于节能。
第三节 泵站组合运行系统
1、控制系统的组成
在污水提升泵站中，使用微机控制变速与定速水泵组合运行，可以保持近水
位稳定，降低能耗。提高自动化程度。此节通过一个工程实例说明这一问题。
由于进水量的变化很大，过去使用多台定速泵的形式，不能有效地控制进水
位在警戒线以内、有时导致上游低洼地区跑冒污水，为了改善这种状况。选择了
水泵变速运行并且使用微机控制的方案，控制框图见教材图 ---污水泵站控制
系统图
1)一次仪表计量的水位、水量、温度、电流、电压等数据及各种故障信号均
通过转换器换成电压模拟唁号，经滤波器送入微机的 A／D 电路。
2）微机输出的开停水泵信号。经过通用接口连接器、寄存器及继电器驱动后，
控制定速水泵启动柜和变速水泵调速柜的开停。同时转速的控制由微机发出数字
量调速信号，经过 D/A 转换成电压模拟信号，送至调速柜执行。
3)水泵发生故障时，微机要自动切除故障泵，启动备用泵，并通过报警电路
发出声光报警信号。
4)泵站的机电设备会产生大量电磁辐射，在电网上造成干扰。为了保证微机
的正常工作，除机房内墙要做金属屏蔽网，交流电源侧加稳压器、滤波器外，还
要在输出开关电路采用两级继电器进行隔离，使干扰无法串入机内。
2、系统软件设计
在拟定运行方案时，目先要确定运行控制的参数。根据当前污水计量仪表的
水平和泵站的工艺条件、以水位作为控制运行的直接参数，以进水位换算的来水
量和出进水位相减的静扬程作为间接参数较为可靠，并使用污水流量计进行核对。
变速运行可以实行水量控制、效率控制等各种方案。根据泵站的实际需要，
选择了“水量平衡与效率优选”的控制方案，即在保持泵站进出水量基本平衡的基
础上，通过优选，使水泵在较高效率点工作。
具体步骤是：
1)由进水位确定进水总流量值 Q 总；
2)由进出水位之差确定静扬程 H 静；
3)调数据表查出在该静扬程下额定转速时的流量值为 Q 定；
4)变速泵所需的流量 Q 变＝Q 总- Q 定；
5)根据每分钟检测水位涨落的多少确定转速的优选范围；
6)在优选范同内找出最高效率点所对应的转速来抨制变速泵的运行。
为了实现在无人管理的条件下、由微机自动控制泵站的运行，还必须在主程
序中满足正常管理工作的各种需要，并且对泵站可能出现的故障作出正确的判断
和处理。
在控制程序中纳入下列因素：
1)能够自动打印报表，记录水位变化、电机工作情况。
2)在微机与水泵启动柜之间设置了转换开关，一旦微机系统发生故障就可脱
机手动运行，避免出现因为微机故障而影响整个排水系统运行的问题，保证全系
统运行安全可靠。
3)实现了水泵之间的自动换车，使之运行时间均一。
4)在运行的水泵发生故障时，微机会自动切除故障泵，发出声光报警信号。
3、运行效益分析
运行效果表明：稳定泵站水位方面的功能比定速水束优越得多，从而消
除了存在多年的运转失调现象．不再发生因加泵而使下游井跑水、减泵而使上游
工厂排水困难的问题；
运行记录说明：经过优选决定的水泵转速能使水泵效率维持在 79％---81
％之间，基本实现了高效率运行，根据测算。目前的变速运行同以往定速运行相
比，可以节约能耗 10％。
在变速运行中不再需要考虑集水池调蓄容积和机组容量的大小搭配，所以
变速泵站可以将集水池容积减少到最低程度，从而减少泵站的占地、工程量、施
工难度和工程造价。
使用微机控制泵站运行，可以达到准确、严密、安全、可靠。可以由原来
的“值班定岗”改为“巡回检测”的办法，管理人员减少 1/3 左右， 另外也避免了
机泵组设备的开停频繁，降低了设备的维修率，延长使用寿命，同时由于泵站可
以做到低水位运行，可以使上游重力式管道维持自清流速以减少管道疏通掏挖的
工作量。
第四章：给水处理系统控制技术
第一节、混凝投药单元的控制技术
1、典型的混凝控制技术简介
经验目测法
这是最简单原始的人工方法，又称“eyeball”，在我国相当多的水厂，尤其
是中小水厂仍广泛采用。操作者通过观察原水浊度的变化、反应后矾花生成情况、
沉淀后水的浊度高低来凭经验调节投药量。操作人员的责任心与经验是制约混凝
效果的重要因素。
烧杯试验法
烧杯试验法利用一台可变速的 4—6 联搅拌机，同时向 4—6 个烧杯中的检
测水样加不同量的混凝剂，并进行搅并，模拟生产中的混合与反应过程，然后静
止沉淀以模拟实际，我国的许多水厂也把烧杯试验结果作为确
定投药量的重要参考依据，应用广泛。
流动电流法
该法以反映胶体荷电特性的另一参数---流动电流为因子，控制投药。这种方
法以胶体电荷为参数，抓住了影响混凝的本质特性；同时，该方法是一种在线连
续检测法，易于实现投药量的连续自动控制，因而成为各种胶体电荷控制法，以
至现行各种投药控制方法中很有发展前途的方法。
2、流动电流与混凝工艺的相关性
1）流动电流与动电位的相关性。
流动电流与动电位良好相关性，以流动电流代替动电位来描述胶体的脱稳程
度是完全可能的在
2）流动电流与混凝剂投量的相关性。
向水中加入不同量的硫酸铝，测定水的流动电流。在硫酸铝投量较少时，流
动电流赂有上升，变化不大；随着投药量进一步增大，流动电流值迅速上升；随
后流动电流的增大趋势逐渐变缓。
3）流动电流与混凝效果的相关性。
流动电流与浊度的这种相关性是普遍存在的，用范围广泛的、包括国内国外、
南方北方、江河水库等多种原水及处理工艺进行试验，都可以观察到上述现象，
说明流动电流是对混凝起决定性影响的主要因素。
3、流动电流混凝控制工艺系统的组成与特点
在流动电流与混凝工艺相关性的基础上，可以建立流动电流很凝投药控制系
统工艺流程，该系统主要由检测、控制、执行三大部分组成，流动电流检测器对
加药后水中胶体电荷进行检测，并经信号处理后将该流动电流信号送至控制器；
控制器对该检测值与事先设定的设定值进行比较，并按一定控制策略对投药
量输出进行调整，该药量的调整通过变频调运设备对投药泵的转速调节来实现。
1) 单因子控制：除流动电流参数外，不再要求测定任何其它参数。
2) 小滞后系统：可以适应水质及水量等的突然变化。
3) 中间参数控制：设定值是通过相关关系间接反映了浊度要求。
4 透光脉动聚凝检测技术的应用
透光脉动值能一定程度地反映加药混凝后水中颗粒杂质的絮凝情况．，可以
作为控制参数构成反馈控制系统。对于一般浊度水，由于絮凝体形成的反应过程
进行缓慢，滞后时间长，反馈控制混凝剂投加量效果不太理想。高浊度水的絮凝
过程进行迅速，一般只需数秒或数十秒时间即可完成，因此可检测其絮凝情况并
根据絮凝过程控制投药量，从而成为新的高浊度水絮凝控制方法，
高浊度水絮凝过程与透光脉动值的相关性
1）絮凝剂投加量和远光脉动值的关系
2）浑液面沉速与透光脉动值的关系
3）出水余浊和透光脉动值的关系
4）高浊度水透光脉动投药控制系统
高浊度水透光脉动投药控制系统
絮凝检测仪的检测值可以反映高浊度水浑液面沉速的大小，通过对检测值的
控制即可实现混液面沉速的控制，这样就有一个方便的确定投药量的方法，不需
要检测原水含砂量、粒径组成、流量及原水的其它性质，只要检测加药絮凝反应
后的透光脉动值一个参数，即可控制投药，保证高浊度水处理运行经济可靠。
由于高浊度水的絮凝过程非常短，因此采用以检测值为控制对象的反馈控
制系统，对扰动的响应速度快，滞后很短，接近于同步控制。
工作过程如下：反馈控制系统通过絮凝检测仪在线连续检测已进行絮凝反应
的高浊度水的值，并将信号传到控制中心；控制器接收信号，并与给定的设定值
进行比较、判断，若检测值 R 符合系统要求，其偏差在允许的范围内，说明投
药量正常；反之．若检测值 A 不在允许的范围内，控制器通过一定的算法指挥
变频器改变投药泵电机的电源频率、进而改变投药泵转速，实现投药量调整，修
正偏差，直到检测值 R 符合要求。
第二节、滤池控制技术
1、滤池控制的基本内容与基本方式
滤他的自动控制基本上包括过滤、反冲洗两个方面，其中以反冲洗为主。由
于各种滤池的构造、原理不同，控制内容与方法也有差别。在采用的技术方面，
主要有水力控制与机电控制两类。在本节中主要通过——些实例介绍机电控制技
术，特别是微电脑智能化控制技术的应用情况。
滤池的反冲洗控制可以有不同的方式。控制方案要解决如何判断反冲洗开始
和反冲洗结束。
反冲洗开始有下列方式判断：
(1)滤后水浊度监控。连续检测滤池出水的浊度，当滤后水浊度达到设定值
时开始反冲洗；
(2)滤池水头损失监控。连续检测滤池的水头损失，当水头损失达到设定值
时开始反冲洗；
(3)定时控制。根据经验设定滤池工作周期，当达到周期规定的时间后开始
反冲洗。
反冲洗结束有下列方式判断；
(1)反冲洗水浊度监控。连续检测滤池反冲洗水的浊度，当该浊度降到设定
值时结束反冲洗，使滤池投入过滤工况；
(2)定时控制。按经验设定滤池反冲洗历时，当达到规定的反冲洗时间后结
束反冲洗使滤池投入过滤工况。
上述滤池反冲洗的开始与结束的控制方式可以交叉组合应用，也可以将几种
方式共同应用，当其中的条件之一达到时，即应当开始或结束反冲洗。另外，控
制系统还应具有随时人工指令强制反冲洗的功能。
反冲洗进行的方式有采用各滤池连续顺序进行的，也有采用各滤池分别按各
自的条件控制、独立进行反冲洗的。
一般在生产上不允许多座滤池同时反冲洗，在控制系统上应当采取相应的措
施。
2、虹吸滤池的运行控制实例
以可编程序控制器为核心、以 U 型气水切换阀为执行元件，进行虹吸滤池
运行的自动控制。
根据不同的工艺条件，可以按下列 3 种方式控制虹吸滤池的运行。
1)自动控制方式：根据各格滤池水位(滤池水头损失)上升到达反冲洗水位
的先后顺序进行操作，依次控制滤池的反冲洗。
2)定时控制方式：以每格滤池的过滤时间为依据进行反冲洗控制，每当滤池
工作达 16---24h(可调)时进行一次反冲洗；
3)手动控制方式：由值班人员根据具体生产情况，手动选定某格或某几格滤
池反冲洗，反冲洗过程由控制装置指令自动完成。
下面着重介绍自动控制运行方式。
在每格滤池都装有浮球液位检测装置以检测滤池运行工况，过滤周期后期。
当滤池水位上升到反冲洗水位时，液位检测装置发出反冲洗信号，控制装置控制
执行机构完成此格滤池反冲洗过程。
即：1)破坏小虹吸；2)形成大虹吸；3)反冲洗计时，4)破坏大虹吸，5)形成
小虹吸；6)反冲洗完毕(滤池恢复正常过滤)，当有两格或两格以上滤池到达反冲
洗水位时，控制装置根据各池水位到达的先后次序按先到先冲的原则，依次对此
部分滤池进行反冲洗。为保证冲洗强度，反冲洗时间从大虹吸形成后开始计时，
保证每次只冲洗一格。
自动控制流程见图
第三节、氯气自动投加与控制技术
1、氯气投加系统与设备
氯气的投加方式主要可分为两种形式：即正压投加和真空投加。传统的加氯
方式多采用正压投加。采用正压投加时，由于所有的投加管线都处于正压状态，
一旦发生故障或者管线破裂，容易出现氯气泄漏事故，安全可
靠性低、设备维护量大。同时，氯气投加主要依靠经验，精度不高，难以保证水
质标准和余氯合格率。而真空投加，由于所有的投加管线都处于真空状态。即使
管道出现破裂，也不会出现泄氯现象．具有很好的安全可靠性。
根据真空投加的原理．真空加氯机加氯系统由气液分离器、真空调节器、加
氯机、取样泵、余氯分析仪、水射器、漏氯检测仪等组成。
2、氯气投加的自动控制
对于氯气的自动投加控制，按控制系统的形式划分，可以有以下几种：
1)流量比例前馈控制：即控制投加量与水流量成一定比例；
2)余氯反馈控制：按照投加以后水中的余氯进行反馈控制；
3)复合环控制：即按照水流量和余氯进行的复合控制，或双重余氯串级控制
等，
(4)其它控制方式：加以 pH 值和氧化还原电势为参数进行控制等。
根据具体情况，对于前加氯和后加氯，宜采用不同的控制方式。
前加氯系统主要目的是杀死水中的微生物或氧化有机物，对投加量准确性要
求不高，以采用原水流量进行比例投加为好。
投加量控下式确定：
式中：Y------前加氯的投加量；
K------单位原水投氯量；
Q------与投加点对应的原水进水量；
后加氯系统主要目的是对水进行消毒，并使管网水中保持一定的余氯量。这
是保证出厂水满足卫生学指标要求的把关环节，必须严格控制。由于要求水中的
余氯量位比较恒定，而滤后水的需氯量是个变值。采用流量比例控制很难达到要
求。因此，可采用投氯后水余氯简单反馈控制、复合环控制等方式。
前馈反馈复合环控制就是按前馈流量比例和余氯反馈进行复合调节。前馈比
例调节可以迅速地调整由于处理水量变化产生的氯需求变化；反馈调节可以对余
氯偏差进行更精确的修正，调节特性较简单反馈控制有所改善(见上图)。但是这
种调节方式仍不能解决水质迅速变化所产生的问题。
3、应用中的一些问题
1.投加点和取样点的选择相当重要。可以根据工艺要求选择确定氯气投加点，
而选择取样点时必须保证氯溶液与待处理水能充分混合，又不产生过长的滞后时
间，以便控制器能及时地对加氯工艺进行控制。为保证充分混合，可以采用机械
搅拌、弯头混合、喷撒扩散器等方式。一般说来，对于饮用水系统，取样点与加
氯注入点之间的距离应十倍于管道的直径。
余氯检测是实现控制调节的重要环节，为了加氯及控制系统的正常工作．必
须保证余氯检测的精确可靠性，这就需要采用质量良好的余氯检测设备，并配备
有一定专业技能的专门人才，定期监测和维护加氯与控制设备。
由于氯气危害性很大，因此设计加氯及控制系统时，对整个系统的安全性能
必须引起足够的重视：
实际使用经验表明。采用自动加氯，能随时根据水量和水质的变化对加氯量
进行调节，出厂水余氯合格率可达到 ％以上，比传统方式有明显提高，并且
使液氯的耗量有所降低。
第四节、供水企业 SCADA 系统
1、水厂自动监控系统的组成与形式
随着计算机及控制技术的发展，出现了集中式控制形式．出中心控制室的一
台计算机系统对各个环节的参数进行巡回检测、数据处理、控制运算，然后发出
控制信号，直接控制被控对象。
一台计算机体往往同时控制多个回路、即多个水处理工艺环节。在这种控制
系统中，集中检测、控制运算工作量大，要求计算机功能强大，有很高的可靠性。
进入 70 年代以来，以微处理器为核心的各种控制设备发展迅速，使得控制
系统的形式也发生了相应的变化、结构组成种类很多。当前水厂采用的自动控制
系统的结构形式，从自控的角度可以划分为 SCADA 系统、DCS 系统、IPC+PLC
系统、总线式工业控制机构系统等。
(1) SCADA 系统
由一个主控站和若干个远程终端站组成。该系统联网通讯功能铰强。通讯方
式可以采用无线、微波、同轴电线、光缆、双绞线等，监测的点数多，控制功能
强，该系统侧重于监测和少量的控制．一般适用于被测点的地域分布较广的场合，
如无线管网调度系统等。
该系统的基本特点是：
1)组网范围大，通讯方式灵活。可以实现一个城市或地区那样的较大的地理
分布的监测和控制。
2)系统分为主控机和远程终端机两部分，终端机处理能力较小。
3)系统实时性较低，对大规模和复杂的控制实现较为困难。
(2) DCS 系统
DCS 称为集散型控制系统。是由多台计算机和现场终端机联接组成。通过网
络将现场控制站、监测站俐操作管理站、控制管理站及工程师站联接
起来，共同完成分散控制和集中操作、管理的综合控制系统。
DCS 侧重于连续性生产过程的控制。
该系统的基本特点是：
1)采用分级分布式控制。系统按不同功能组成分级分布子系统，各子系统执
行自己的控制程序，处理现场输入输出信息，减少了对系统的信息传输量，使系
统应用程序较为简单。
2、水厂 SCADA 系统的功能
(1)水质优化。通过自动化控制系统的调节，提高给水水质的安全可靠性、
并降低水处理系统的运行费用。例如可以根据滤池出水浊度及原水水质情况，控
制系统自功调节沉淀池出水浊度目标，在保证出厂水水质合格的前提下，实现水
处理系统运行的总费用最低(药剂费用、排泥水费、滤池反冲洗水费之和)。
(2)能耗优化。水厂是耗能大户。通过自控系统的调节，可以最大限度地节
约能耗，例如通过对取水泵站和送水泵站水泵电机的调速控制，使之按恒定流量
或恒定压力方式运转避免能量浪费，即实现能耗优化。
(3)单体构筑物运行优化。可以根据系统总体运行条件要求(原水水质、产水
量等，各控制单元对各个水处理构筑物的运行工况进行自动调节，通过改变投药
量、排泥工况、反 冲洗周期及冲洗时间等实现各构筑物在最优工况下运行。
为了实现上述要求，典型的水厂自控系统功能介绍如下：
1)中央控制室的软硬件配置与功能
中央控制室的硬件配置采用如下方案：
a)三台电脑：一台用于控制，一台用于监视报管和报表输出，另一台用于驱
动模拟屏，用于控制和监视的两台电脑可以互为备用，大大提高系统的可靠性。
b)三台打印机：一台打报表，一台作报警输出，一台作屏幕监视的硬拷贝。
c)配置大模拟显示屏或高清晰度投影机，用以显示工艺流程及水质参数、过
程参数、设备状态等。
软件配置：自控系统软件分为各分控站 PLC 应用程序和中控室上位机主控
软件，主控软件具有方便灵活的系统组态功能，良好的人机界面，完善的数据采
集、监测、控制和信息处理功能，系统有良好的可扩充件，方便与其它系统联网
等。
2)取水泵房控制。包括水位监测，电源、水量、水质等方面的参数监测．水
泵电机的开停、调速控制．阀门的开关、调节控制等。
3）投药控制。包括絮凝剂、消毒剂、助凝剂等的投加按制与设备运行状态检
测；
4)反应池、沉淀池的自动排泥控制，回收水池的水泵及液位控制等。
5)滤池控制。包括过滤和反冲洗的自动控制。
6)送水泵房控制。对水泵机组、阀门的启停、水泵的转速等进行控制。
第五章：污水处理厂的检测仪表与 ICA 技术
第一节、污水处理厂常用检测方法与仪表
1、概述
与给水处理厂相比，污水处理厂的处理方法、工艺流程、污水和污泥的指标
等都有很大不同，其检测项目与方法也有很多特殊性。本节主要介绍一些活性污
泥法污水处理厂中员常用的检测方法及其仪表设备。
2、污泥浓度的检测方法与仪表
由于污水处理过程中污泥产量大、成分复杂，污泥处理与处置是污水处理系
统中重要的组成部分，所以污泥的检测也占有重要的地位。
污泥浓度的检测方式有光学式、超声波式和放射线式等，一般对低浓度污泥
的检测多采用光学式、对高浊度则多采用超声波式。
MLSS 浓度的检测
MLSS 浓度—般在 1500-4000mg／l 之间，属于低浓度污泥，常采用光学式
检测计。光学式检测仪又分为透射光式、散射光式和透光散射光式 3 种。在使
用 MLSS 检测仪时应注意以下事项：
1)为了避免由于检视窗口的污染引起的检测误差，应当定期清洗。
2)为了避免由于来自上方直射日光等强光的射入引起的误差，检测仪的传感
器部分常常放置在水面以下 30-50cm 处：
3)由于 MLSS 检测仪是根据光学原理测定浓度，当被检测的混合液颜色变化
影响透光率变化时，宜使用受其影响较小的透光散射光式检测仪。
4)在对 MLSS 检测仪进行较正时，将 MLSS 的分析值和检测仪的测定值进行
比较，并作成表示相关关系的曲线图，用来校正检测仪。
污泥浓度检测仪
污泥浓度较高时常采用超声波式浓度检测仪：将—对超声波发射器与
接收器相对安装在测定管两侧，超声波在传播时被污泥中的固形物吸收和分散而
发生衰减，其衰减量与污泥浓度成正比，通过测定超声波的衰减量来检测污泥浓
度。试样中的气泡也会引起检测误差。它的优点是受污染的影响较小，缺点是间
歇式检测。使用时应注意的事项如下：
1)试样中的气泡将异常地增大超声波的衰减量而引起检测误差；
2)当有加压消泡装置时，应定期检查加压机构和空气压缩机；
3)当由于季节变化而引起污泥颗粒形状的变化，应用正常的污泥检测结果来
校正。
3、污泥界面的检测方法与仪表
为了进行必要的污泥管理必须设置污泥界面计，它也是利用光学和超声波的
原理来检测，在设置和检测时，还应注意藻类与气泡的影响，以及污泥界面的凹
凸不平等引起的误差；分位光学式和超声波式。
4、有机物的检测方法与仪表
(1)COD 自动检测仪
是将指定的检测的步骤自动化了的仪器，每隔 1-2h 间歇自动检测，根据氧
化分解的条件有酸性法检测仪和碱性法检测仪。通过更换试剂、也有酸性法和碱
性法两种方法交替使用的仪表：酸性法适用于水样中含微量氯离子或不含氯离子
的检测，而碱性法受氯离子影响不大，所以用于含有大量氯离子水样的检测。
(2)TOD 自动检测仪
TOD 的检测原理是将水样和含有一定量氧的载流气体一起，送人高温加热后
的催化剂填充燃烧管中，使水样中的有机物氧化分解，然后测定消耗的氧量。
(3) UV 计 利用溶解件有机物吸收紫外线范围波长的光的特性，将水样连续
送进测定瓶，用紫外线照射，然后根据其吸光度来检测其污染程度，在各种有机
物中，有的不吸收紫外线最大波长光，也有完全不吸收紫外线光的有机物。但是，
二级处理水的 UV 与 COD 往往有很好的相关关系。
(3) TOC 计 有两种方式，一是首先利用低温加热催化剂检测无机碳，然后
把无机碳的值从总碳中减去的检测方式，称双通道方式；二是预先将水样用盐酸
调至酸性．然后用氮气吹脱水样中的无机碳后，再送入高温催化剂填充管进行检
测的方式，称为单通道方式。
第二节、污水处理系统 ICA 技术
1 ICA技术简介
仪表、控制和自动化(ICA)技术在污水处理领域的重要性越来越明显，在未
来10～20年内其投资将占整个污水处理系统投资的20％ ～50％。
ICA技术可为污水处理厂的运行带来以下主要优势：
①降低系统的运行能耗，保证系统的高效运行；
①保证出水水质稳定并满足污水排放标准；
①增加污水厂的处理能力，在现有污水厂反应器容积下充分提高系统的脱氮
率，无需改建或扩建污水处理厂。
2 ICA技术的限制性因素和发展动力
目前ICA技术并没有在污水厂获得广泛应用，其主要原因有：
① 不完善的教育-培训-知识体系；
①风险投资者或组织机构之间缺乏合作；
①缺乏应用ICA技术所能带来的经济效益的认识；
①检测工具不可靠、不稳定；
①污水处理厂设计存在限制性因素，排水收集系统不完善；
①ICA技术缺乏透明度以及软件和仪器行业不规范。
ICA 技术的发展动力如下：
①逐渐严格的污水排放标准；
①污泥减量的需求；
①经济动力；
①降低运行能耗和增加产出的需求；
①污水处理厂的设计越来越复杂；
①污水再生回用等观点的出现；
①新型、便宜、操作简单技术的出现(如计算机和网络技术)。
3 ICA技术的应用现状
目前，我国污水处理厂的自控系统一般设置手动与自动两套系统。由于小型
污水处理厂(如啤酒厂、饮料厂、味精厂等)资金不足、技术力量薄弱及生产的季
节性等原因，所采用的检测仪表大部分是国产的离线仪表，监测手段为取样后测
定各水质指标，然后根据测定结果调整设备的运行状态。由于这些仪表的准确性
差且非连续性监测，故设备运行状态的调整滞后，常常导致出水水质不稳定。
一些大型污水处理厂为了实现自动化控制、保证出水水质达标，或借鉴国内
外先进的技术和经验自行开发，或利用政府投资和国外的优惠低息贷款成套引进
德国、丹麦、澳大利亚等国的污水处理工艺、设备、监测仪器仪表、自控系统及
相应的软件。由于设备配套性好、技术先进、自动化程度高，系统能够连续、稳
定地运行，并能保证出水水质达标。
但上述运行未考虑系统的控制优化，仅仅保证了系统连续运行这一最基本要
求，对出水水质的达标是基于足够大的反应器或较高的曝气量，这就造成国内污
水处理厂运行和管理费用约是国外的2倍，而运行管理人员数又是其若干倍，且
大部分已建污水处理厂仍处于人工操作状态，至今未考虑其过程控制和运行的优
化。
4 污水处理系统ICA技术的发展趋势
未来1O年污水处理面临的主要问题是新建或升级现有污水厂以实现脱氮除
磷的深度处理，因此对营养物去除效果的控制是ICA技术一个重要内容。调查发
现对更便宜和更稳定的在线传感器需求较大，尤其是营养物测定装置。对仪器的
冗余、传感器综合数据质量的监测和故障监测系统的需求也很大。除常用类型的
传感器，还需要一些新型技术如软件传感器、综合芯片传感器、在线成像分析、
石英结晶体微平衡传感器、激光和超声波传感器、滴定传感器、荧光DNA传感
器、抗体探针及其他类型的生物传感器，这些传感器不是间接地从DO浓度、COD
浓度和营养物的测定信息来估计系统的运行状态，而是通过获得微生物内部更多
的信息来表征系统的运行状态。
在控制和自动化领域，实现高级控制工具(模型预测控制、模糊逻辑、神经
网络、多变量统计分析、在线模拟)的稳定高效也是ICA技术发展的趋势，基于软
件的监测和探测技术也是其未来发展的重要领域。
污水处理系统的过程控制发展很快，国外专家普遍认为监控、污水厂处理系
统的综合性控制将是ICA技术在2010年的主要应用方向。
同时还需有较好的本地控制(单元过程控制)，避免局部最优化。对于先进的
ICA技术，最重要的是运行操作人员理解创新性的控制策略并在实际中得到广泛
应用。
此外 ICA 技术的发展还需结合遥测技术、高速数字技术和网络技术的发展，
使大量小型污水处理厂安装远距离监测和控制系统后，不再需要运行人员，通过
遥测就可实现污水厂的控制。由于不同的控制策略及其性能一般。
第六章：污水处理厂的监视与自动控制
第一节、污水泵站的自动控制及设备
1、 污水泵站的检查与维护
由于控制电路只要在起动、停止和增减负荷时就动作，很容易发现其故障。
而保护电路只有在发生故障时才动作，不易发现其存在的隐患。因此，有必要认
真检查保护电路。
高压与低压动力电路，控制电路和仪表电路的绝缘电阻的测定应分别进行。
2、 启动
启动应注意以下事项。
(1)在起动泵时，既要确认泵本身也要通过操作盘的指示灯等否处于启动状态，
然后打开操作开关。
(2)进入正常运转时，记录电流、功率、转数、压水管闸阀的开启度、运转启
动时间等必要事项。 ·
(3)由于有关连动机构的故障，泵在启动过程中停止时，假如又正在下雨启动
泵。而且又没有足够的时间来修复的情况，将控制方式改为单个手动控制启动，
3、停泵
停泵时应注意以下事项。
1) 应当检查是否按规定顺序停泵。
2) 停泵后，检查有关连动机构是否处于能够启动的状态。
3) 对于吸入式起动的污水泵，由于满水水位计的滤网经常被悬浮物堵塞，
因而应该到泵的运转现场检查是否有堵塞现象，具体地说，污水泵的自动控制是
根据污水泵站集水池的水位计给出的测定值，保持某一范围的水位，根据流量计
维持设定的流量，来自动进行污水泵的启动、运转、电机转数和压水管闸阀开启
度的调节、停泵等一系列操作。
由于季节变化或服务面积的增减引起流入污水量变化时，应及时将运转的设
定值调到最优。此外，为了使污水泵的运转时间平均化、还应当进行开启的优先
顺序和运转机组的选择。
当进行自动化记录时，应当经常检查起动和停泵等是否按照设定值动作。
4、 污水泵站的远距离监视控制
远距离监视控制是指通过有线或无线通讯，由设在远处的监视控制盘发出对
被控制对象的状态监视和控制所必要的操作指令和动作监视。
在这种控制方式中，远距离监视控制设备具有监视、控制和检测等三种功能，
因此又称遥感遥测遥控设备。
远距离监视设备又分为具有监视和检测两种功能和只具有监视一种功能的设
备，一般前者称遥感遥测设备，后者称遥感设备。
此外，远距离监视控制方式中，又分为操作人员分别进行监视、判断和操作
的方式，和在具备自动控制与自动操作设备基础上操作人员仅作出判断给出设定
值的指令的方式，以及具有上述两种功能的方式等不同的控制方式。
除以上功能以外，根据管理方法不同，有的还能给出记录机器的运行、停止
和检测值等每日和每月的报表，另外，由于信号及其传送方法的不同，控制场所
与被控场所的连络方式也有很多种类型。
水泵机组的控制策略
国内排水泵站水泵机组的控制，多数都根据集水池水位控制水泵投运的台数，
水位高时多开泵，水位低时少开泵。显然仅仅根据水池水位来控制水泵是不科学
的，这是因为上述控制策略只考虑了集水池的水位高低，并没考虑其水位变比速
率。
因此，不仅要根据水位，还应考虑水位的变化率，根据集水池的进水流量 Q
优化设定投运水泵的台数，使水泵的排水量追随进水量的变化，力求维持两者基
本平衡。这样，将水位控制在—个较小的范围内波动，并且避免了水泵的频繁启
停。
第二节、生物除磷脱氮系统的控制及优化
1、生物除氮系统控制及优化
曝气量和 DO 浓度的控制
曝气量控制的目标是在满足硝化水平的情况下，尽可能降低曝气量，在硝化
满足时，COD 的去除一般很容易满足，由于缺氧状态下也可吸磷，所以磷的去
除也易于满足，降低曝气量不但提高硝酸氮的去除率，而且可以降低曝气能耗。
内循环回流量的控制
内回流量的控制主要是维持缺氧区末端硝酸氮浓度处于较低的设定值
（1-3mg/l），可以通过 PID 控制器实现控制策略，应用硝酸氮测定仪来测定缺氧
区末端硝态氮浓度，也可以测定回流液中的硝态氮浓度建立前馈－反馈控制器。
外加碳源投加量的控制
外加碳源投加控制的策略一般是维持缺氧区末端的硝酸氮浓度处于一个较低
但非零的值来实现。另外在内循环回流量恒定时，需确定一个使平均出水硝酸氮
浓度满足要求的内循环量，为了最优控制反硝化过程，提高进水 COD 的利用效
率，需要综合控制内循环回流量和外加碳源投加量。
SRT 和污泥排放量的控制
不管是否需要进行污泥的稳定化处理，SRT 应尽可能低，并保证完全硝化。
众所周知，SRT 的控制响应较慢，但对于如何有效控制污泥排放莫衷一是。对于
给定的污水处理厂，合适的控制策略与污水处理厂的特定设计、运行负荷有关，
需要注意的是：SRT 是一个平均值，是系统运行负荷的表征，并不能通过简单的
污泥排放来实现。
回流污泥量的控制
以回流污泥量作为主要控制目标控制反应器内的污泥浓度是危险的，尤其当
二沉池的实际固体容量不确定时更加危险。进水负荷的随机变化性将导致二沉池
水力负荷以及二沉池泥水界面的巨大波动，当二沉池污泥层高度接近出水堰时，
可能导致污泥大量流失从而严重影响出水水质。
以二沉池的污泥层高度作为控制目标实现污泥回流量的控制是一个相对合
理的控制策略。
2、生物除磷系统优化设计
合理的生物除磷工艺设计是实现污水处理厂运行优化的关键，是获得较好出
水的基础，设计可分为一下几个步骤：
准确估计进水特性
一般情况下，每去除 1mg 磷酸盐需要 20mgCOD，为了准确估计生物除磷的
能力，应首先确定进水中易于生物降解 BOD 的含量，如果无法获得该信息，生
物除磷模型确定生物除磷能力所需的一些条件以及计算厌氧池容积都会受到限
制。
估算生物除磷能力
在选定厌氧池容积的条件下，计算聚磷菌所占比例以及出水正磷酸盐浓度，
厌氧池体积的选择应以厌氧停留时间确定，即根据聚磷菌的数量以及 VFA 的存
在量、吸收量来计算厌氧停留时间。
生物除磷能力应重复估算，当计算的出水正磷酸盐浓度无法满足排放标准时，
可以采取一定的措施。
确定厌氧池的结构
1）采用推流结构可通过厌氧区分格或加大长宽比来实现厌氧池的推流特性。
2）厌氧池前可以添加一个体积很小的厌氧选择器，以避免污泥膨胀；
3）通过选择关闭搅拌器的个数，来延长厌氧区水力停留时间。
促进缺氧吸磷
当污水中 COD(SA)：P 比值较低时，工艺设计时应加强缺氧区吸磷的能力，
由于反硝化和吸磷同时实现，所以相对于好氧吸磷可以节省有限的碳源，所以在
设计时，在厌氧池后必须存在一个缺氧段，现在许多生物除磷污水厂的实际结构
采用这种方法。如今在反硝化除磷技术的典型工艺有两种：双污泥系统和 BCFS
生物化学除磷工艺。
应用实时控制策略
生物脱氮控制应加强曝气和内循环硝化液回流量的控制，利用硝酸盐、氨氮
和 ORP 在线仪来优化氮的去除。
另外也要保证脱氮过程的稳定性，当运行不稳定时，不可避免的导致回流污
泥中硝酸氮浓度的增加。除了控制生物除磷过程，对辅助化学除磷药剂的投加也
应进行充分的控制。
在进水浓度变化时，应避免过量曝气或化学药剂投加不足，其控制可以根据
污水流量或出水正磷酸盐浓度来确定。
第三节、污水处理厂的控制及应用
1、污水预处理设施
这种控制一般根据监测进水渠水位来进行，当然，对于分流制排水管网且沉
砂池数很少的小规模污水处理厂，有时也不控制沉砂池的运行数目。此外．为了
防止污水量的突然增大或水泵的故障而引起泵房进水，应当能够实现进水闸门的
紧急关闭。
粗隔栅一般用手动控制，机械式除渣机也常在现场单独控制。细隔栅一般用
自动定时器进行间歇运转控制，最近也有根据监测隔栅前后水位差进行自动除渣
控制的。传送带等附属设备也常与除渣机连动运行。
2、初沉池
刮泥机的运行方式取决于沉淀池的形状和刮泥机的种类。由于在圆形沉淀池
的刮泥周期长，因而刮泥机连续运行。而长方形沉淀池的链带式刮泥机的刮泥能
力很大、没有必要连续运行，可用定时器进行间歇运行的自动控制。
除沫设备常用管式集沫装置，目前又开始采用浮动式泵来除沫。一般都采用
定时间歇自动控制。
排泥泵的常用控制方法包括，只靠定时器来控制其开闭，或者联用定时器与
流量计进行控制，用定时器来决定泵的启动，用流量计来控制停泵，每日排放定
量的污泥。按这种方法运行时，应当注意若排泥泵的运转时间过长则排除的污泥
浓度将降低，若间歇时间太长则可能引起堵塞等故障，因此，应合理地选择间歇
自动控制的停泵与运行时间。
3、曝气池
在向曝气池供气的控制中，曝气池控制和鼓风机控制是密切相关的。控制鼓
风机时可分为定供气量控制、与流入污水量成比例控制、DO 控制等。在实施这
些控制时，通过曝气池不同部件的空气量调节阀，进行供气量分配的控制。反之，
通过控制曝气池来实现上述控制时，则必须控制鼓风机供气管道出口压力一定。
普通活性污泥法与阶段曝气法等的回流污泥量一般占进水流量的 30％左右
为宜．但是为了提高处理效率，保证处理效果，往往根据进水有机负荷变化来调
节回流污泥量。
常用的回流污泥调节方法有定回流污泥量控制、与进水量成比例控制、定
MLSS 浓度控制、定 F/M 控制。
4、污泥脱水预处理设施
药品溶解控制
熟石灰溶解的控制是，将贮存在筒仓或加料斗上的熟石灰用传送带送到溶解
他，形成溶解浓度为 15％---20％的乳状物，溶解方式分为间歇式或连续式。
投药量控制
一般按污泥量与药品成一定比率控制投药量，用污泥流量计和浓度计
检测的污泥流量和污泥浓度来计算固形物(干污泥)质量，据此按一定比率控制投
药量。
5、污泥脱水机
脱水机的种类有真空滤机、板框压滤机、离心脱水机、带式压滤机等，它们
各自的控制方法也有所不同。不同种类的脱水机其脱水效率也有差异，也不能指
望通过自动控制来大幅度提高效率。可是，为了使这些复杂的脱水装置稳定运行，
尤其在多台脱水机同时工作时，进行适当的管理可提高其可靠性，因此，脱水机
的自动控制一直受到高度重视。
以前多采用继电器和计时器进行自动控制，近年来，更多地采用容易修改顺
序的专用顺序器和微机来控制。
真空滤机的控制
为了使真空滤机保持具有额定的过滤能力，应当控制污泥转筒中保持一定的
污泥量，一般通过检测转筒中的污泥量和调节进泥管上的闸阀进行控制。在运行
中真空过滤机容易出问题的是滤布变形，遇到这样问题时．可用压气缸来修复。
如果用这种方法也难于修复时，安全开关将动作，脱水机的运转将自动停止。
作为附属设备的真空泵随真空滤机一起连动运转。此外，有人正在研究通过
检测滤饼的含水率和厚度，对真空滤机转筒的旋转速度进行反馈控制。
压滤机的控制
压滤机的脱水程序是过滤(压入污泥)---压滤---干燥(吹入空气)---卸开板框
(排出滤饼)---冲洗滤布---合上板框等工序反复进行的间歇运转，基本上是顺序计
时器控制，因此，压滤机需要控制的因素是过滤和压滤时间。当污泥压入板框的
压力超过设定值时，安全阀自动关闭停止送泥与过滤。可以根据滤饼的含水率或
过滤速度的检测结果，适当地修正压滤时间的设定值。此外，还有为了使污泥滤
饼含水滤保持一定的合适值，通过检测压滤机分离出的滤液量，来控制过滤和压
滤时间的控制方法。
