对城市污水处理控制技术的探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 对城市污水处理控制技术的探讨 摘要： 笔者结合自身的工作经 验，在本文中论述了污水处理的工艺流 程及其自动控制技术的现状和存在的问 题，并对智能控制技术进行了探讨，分 析了我过开展智能控制的重要性和必要 性。仅供同行参考。 中国论文网 /2/view-12911647.htm 关键词：污水处理；控制技术； 现状；问题；智能控制 引言 随着现代工业的飞速发展,我国城 市水环境的污染越来越严重,而且城市污 水处理厂的吨水耗电量远远高于发达国 家,运行管理人员又多,运行管理和自动 控制与国外相比存在较大的差距，最重 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 要的是这不符合科学发展观的要求。污 水处理过程具有多变量、非线性、时变 性与随机性的特点,其控制过程十分复杂,采 用传统的控制方法难以实现污水处理的 实时控制,智能控制可以解决用传统方法 难以解决的复杂系统的控制问题。 智能控制是自动控制发展的高级 阶段，是人工智能、控制论、系统论和 信息论等多种学科的高度综合与集成， 它主要包括模糊控制、神经网络控制、 学习控制和专家控制等。智能控制在各 种非稳定的动态工程系统中的应用日益 广泛与深入，特别是近年来取得的研究 与应用成果更受瞩目。由于污水处理的 运行费用是庞大的、长期的，如果通过 有效的控制能将城市污水处理厂的运行 费用节省，也是个天文数字。由此可见， 加强城市污水处理系统智能控制的研究 非常必要。 1 污水处理过程流程 污水处理工艺的主要流程如图。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 污水处理系统的进水主要为工厂 排放的两股生产污水分别为透析废水 和冲洗废水。其中，冲洗废水污染物浓 度较低，透析废水的污染物浓度较高， 为高浓度的有机废水。 废水处理工艺的选择主要取决于 原水水质特性和对处理后出水的排放要 求。在选择处理工艺时，废水中所含主 要污染物的特性起着十分重要的作用。 根据废水水质的特点以及国内外对该类 废水的工程实践选择技术先进、成熟、 可靠的“厌氧 +好氧” 生物处理工艺作为 该工程的主处理工艺。在主处理工艺 后增加一个混凝气浮的物化处理单元， 主要目的是化学除磷，确保排放废水磷 的指标达到业主提出的标准和要求。选 择这样一套废水处理工艺流程具有处 理效果好、工程投资合理、能耗和运行 成本低、运行管理简单方便的特点。 2 国内外自控技术现状分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 发达国家在二级处理普及以后投 入大量资金和科研力量加强污水处理设 施的监测、运行和管理，实现了计算机 控制、报警、计算和瞬时记录。美国在 *# 世纪.# 年代中期开始实现污水处理 厂的自动控制，目前主要污水处理厂已 实现了工艺流程中主要参数的自动测试 和控制。20 世纪 70 年代以来在美国召 开了两次水处理仪器和自动化的国际学 术会议，会上发表的数百篇论文反映出 水处理自动化已发展到实用水平。与国 外相比，我国污水处理自动化控制起步 较晚，进入 90 年代以后污水处理厂才 开始引入自动控制系统，但多是直接引 进国外成套自控设备，国产自动控制系 统在污水处理厂应用很少。 3 存在的问题 目前污水处理自动控制中存在有 以下常见问题： 3.1 传统污水处理自动控制系统 要求建立精确的数学模型，并且提出必 须遵循一些比较苛刻的线性化假设，然 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 而实际污水处理系统由于存在复杂性、 非线性、时变性、不确定性和不完全性 等，一般无法获得精确的数学模型和与 实际相符的假设，因此采用传统控制理 论建立的污水处理自动控制系统在实际 工程应用上存在出水水质波动较大等问 题。 3.2 污水处理自动控制系统中所 采用的一些自动化检测设备、仪表的功 能目前还很不完善，在实际检测中达不 到预期效果、误差很大，因此依靠这些 检测设备判断污水处理情况并实施自动 控制，往往很难达到处理水质达标排放 和节约能源的目的。 3.3 国内外许多学者为提高污水 处理厂的处理效率和降低能耗开展了许 多实时控制研究，如采用 ORP、DO 、 pH 值作为控制参数来控制 出水水质和减小曝气量，但这些方法也 存在一些问题，例如控制污水处理厂硝 化反硝化过程所使用的 ORP 就很难 判定，因此绝大多数基于 ORP 控制的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 污水处理厂也执行时间控制，作为当控 制器无法找到 ORP 特征点时的应急控 制，这样就导致许多污水处理系统实际 上仍然采用的是按时间控制整个处理过 程。 3.4 污水处理自动控制有别于其 他控制系统，它需要对大量阀门、泵、 鼓风机和吸（刮）泥机、曝气池和污泥 消化池内的搅拌器等机械设备及沉淀池 和消化池进、排泥量进行控制，因此污 水处理厂需要自动控制的开关量多，它 们常常要根据一定时间或逻辑顺序定时 开停，然而目前我国生产的阀门质量存 在一些问题，使用寿命较短，如果从国 外进口价格又很昂贵，一般污水处理厂 很难承受. 4 智能控制技术的探讨 智能控制是自动控制发展的高级 阶段，是人工智能、控制论、系统论和 信息论等多种学科的高度综合与集成， 它主要包括模糊控制、神经网络控制、 学习控制和专家控制等。作为智能控制 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 重要分支的模糊控制、神经网络控制、 专家控制和自学习控制等除了应用到工 业过程控制以外，已经扩大到军事、医 学、高科技领域。由于智能控制系统具 有自学习、自适应和自组织功能，特别 适用于复杂的污水处理动态过程的控制， 4.1 模糊控制 模糊控制能将操作者或专家的控 制经验和知识表示成语言变量描述的控 制规则，然后用这些规则去控制系统。 因此，模糊控制特别适用于数学模型未 知的、复杂的非线性系统的控制。正是 基于模糊控制这些特点，近年来它已成 为污水处理系统的研究热点。 4.2 神经网络控制 基于人工神经网络的控制，简称 神经控制。神经网络是由大量人工神经 元广泛联结而成的网络，它具有很强的 自适应性和学习能力、非线性映射能力 和容错能力。神经网络因具备上述特点， 近年来越来越受到国内外污水处理专家 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 的重视，并在污水处理自动控制系统中 开展人工神经网络控制研究，取得了许 多具有推广应用价值的成果 4.3 专家控制 专家控制是智能控制的一个重要 分支，又称专家智能控制。所谓专家控 制，是把专家系统的理论和技术同控制 理论、方法与技术相结合，在未知环境 下仿效专家的智能，实现对系统的控制。 20 世纪 90, 年代国外就有学者开始研究 采用专家系统智能控制技术来实现污水 处理的自动控制，并取得了有效成果。 5 结束语 5.1 虽然智能控制已成为污水处 理的研究与应用中的前沿与热点，但国 内外仍处于广泛应用的初级阶段。从文 献来看，我国从事这方面研究的人员太 少，这也是制约我国污水处理自动控制 和智能控制发展的主要因素。 5.2 与发达国家相比，我国在污 水处理的基本理论、工艺流程和工程设 计等方面并不明显落后，但是在运行管 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 理与自动控制方面却存在着较大的差距。 目前，我国城市污水处理厂的吨水耗电 量是发达国家的近两倍，而运行管理人 员数又是其若干倍，因此加强我国污水 处理系统智能控制