探討自動(dòng)控制在污水處理中的應(yīng)用

康文莉

摘 要：作為在我國(guó)的城市中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，污水處理對(duì)城市的運(yùn)作與市民的生活起到了舉足輕重的作用。正是在此基礎(chǔ)之上，文章首先簡(jiǎn)要地介紹了當(dāng)前我國(guó)城市污水處理的現(xiàn)狀，分析了一些污水處理方式的存在性問題，然后對(duì)自動(dòng)控制模式進(jìn)行了概述，對(duì)其概念和方法加以探討，并且對(duì)城市污水自動(dòng)控制處理的前景展開想象。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制 污水處理 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0133-02

水是生命之源，是這個(gè)星球上最為寶貴的資源之一，同時(shí)也是人們?cè)谶M(jìn)行生命活動(dòng)與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)時(shí)都不可或缺的基本物質(zhì)。在世界各國(guó)資本條件迅猛發(fā)展的勢(shì)頭下，部分生產(chǎn)企業(yè)因?yàn)樽⒅刈陨砝?、技術(shù)條件有限等因素，而把關(guān)鍵性的污水處理環(huán)節(jié)完全忽視，這就導(dǎo)致了自然水體的污染問題。因此，污水問題早已不僅僅是世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史遺留問題了，這個(gè)問題如今成為了全世界都要面對(duì)的環(huán)境污染問題。相比傳統(tǒng)污水處理辦法，自動(dòng)控制技術(shù)的使用讓有關(guān)操作變得人性化，讓有關(guān)過程變得智能化，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的。利用自動(dòng)控制技術(shù)還能使相關(guān)工作人員的工作環(huán)境得到改善，從而確保相關(guān)操作的可行性與安全性，提升工作的效率。近年來，許多生產(chǎn)企業(yè)在污水處理的工藝流程中加入和運(yùn)用了自控系統(tǒng)開展污水處理的工作，自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理工作中漸漸地有了不可比擬的巨大優(yōu)勢(shì)。目前，全世界的研究人員都在密切關(guān)注著自動(dòng)控制在污水處理中的應(yīng)用，尤其對(duì)其在節(jié)能環(huán)保的實(shí)際意義方面起到的作用研究正在不斷更新。由此可見，在污水處理工藝中正確利用自動(dòng)化控制技術(shù)不失為相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的明智之選。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成以及特點(diǎn)

一般情況下，在完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，關(guān)鍵性的檢測(cè)操作都會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)的開放系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并且通過一定的通訊協(xié)議保證運(yùn)行前提，以及相應(yīng)的管理程序進(jìn)行監(jiān)管。同時(shí)，為了讓自動(dòng)控制系統(tǒng)在通用性方面做到更好，也能夠視具體情況而定，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行分散，以減少風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。根據(jù)污水處理的不同等級(jí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成就可以被分成中央控制操作室、現(xiàn)場(chǎng)控制基站、現(xiàn)場(chǎng)操作箱和工程師站等。其中中央控制操作室是負(fù)責(zé)管理自控系統(tǒng)中的整個(gè)控制權(quán)限，也為整個(gè)自控系統(tǒng)提供服務(wù)。而作為自控系統(tǒng)中關(guān)鍵要素的現(xiàn)場(chǎng)控制基站同時(shí)也保障了執(zhí)行策略與控制信號(hào)的實(shí)行，使得操作人員運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)更加自如。現(xiàn)場(chǎng)操作箱有各種實(shí)用的功能，比如顯示、報(bào)表、執(zhí)行操作命令還有報(bào)警等。工程師站則屬于完善整個(gè)系統(tǒng)的支撐點(diǎn)，起著對(duì)系統(tǒng)設(shè)置與對(duì)回路控制的作用。

2 在污水處理中自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用的必然性

傳統(tǒng)的廢水處理方法一般有半自動(dòng)控制與手動(dòng)控制兩種，這是由于自動(dòng)控制技術(shù)存在一定的局限，然而無論是半自動(dòng)控制，還是手動(dòng)控制，皆無法滿足現(xiàn)代需要。在運(yùn)用手動(dòng)控制開展污水處理工作時(shí)，由于操作人員的工作量大，加之?dāng)?shù)據(jù)并非每次都準(zhǔn)確及時(shí)，導(dǎo)致控制過程易于出現(xiàn)停滯不前的現(xiàn)象。與此同時(shí)，工作人員的自身思想也會(huì)對(duì)污水處理造成影響，比如，工作人員的粗心大意容易導(dǎo)致某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。而在運(yùn)用半自動(dòng)控制進(jìn)行污水處理工作時(shí)，由于其操作仍然對(duì)工作人員的實(shí)際操作水平有極高要求，因此無法達(dá)到集中監(jiān)控的目的，導(dǎo)致水質(zhì)不能維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。而與之相對(duì)的自動(dòng)化控制的出現(xiàn)，引領(lǐng)了一個(gè)全新的數(shù)字化時(shí)代。所謂的自動(dòng)化控制，指的是在非人工參與的狀態(tài)下，可以通過外部器械，讓生產(chǎn)設(shè)備按照預(yù)先設(shè)定完成的程序進(jìn)行智能化運(yùn)行。自動(dòng)控制技術(shù)以其優(yōu)異的控制功能，既是提高污水處理能力的首選，同時(shí)又可降低成本。

3 自動(dòng)控制在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在部分城市中，約有25%的人口居住區(qū)不僅并未形成十分有效的污水處理系統(tǒng)，而且在把污水進(jìn)行就地處理時(shí)通常也達(dá)不到處理標(biāo)準(zhǔn)。大部分城市中所用的處理系統(tǒng)一般設(shè)置了化糞池和配水系統(tǒng)等，而在那些土壤滲透性不強(qiáng)的地方，人工集成處理的設(shè)備則更為常用。自動(dòng)控制技術(shù)在污水處理系統(tǒng)當(dāng)中可以算是一項(xiàng)較為先進(jìn)的技術(shù)，在目前也出現(xiàn)了很多對(duì)此技術(shù)開展應(yīng)用的污水處理廠。然而此技術(shù)在進(jìn)行應(yīng)用的過程之中卻并沒有很快地實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)，當(dāng)前利用該技術(shù)加以運(yùn)行的系統(tǒng)仍然出現(xiàn)了不少的問題。

3.1 自動(dòng)化設(shè)備的配備不齊

雖然我國(guó)自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)很早就起步了，但是其在污水處理中的應(yīng)用仍處于初級(jí)的階段，有很大的發(fā)展空間，卻也有著許多不足之處。比如說，在自動(dòng)化系統(tǒng)投入應(yīng)用的過程中，許多相關(guān)的設(shè)備如儀表和氣閥等，由于其設(shè)備在引進(jìn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不一，造成精確度、硬度和使用年限等達(dá)不到使用要求。由于自動(dòng)化設(shè)備的配備不齊，也就不能形成一套完整的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，也就無法達(dá)到妥善處理污水排放的預(yù)期效果。

3.2 水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置不夠嚴(yán)格

國(guó)內(nèi)的污水處理廠在對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制時(shí)，大多都是利用與之相關(guān)的理論值如 ORP、DO和pH 來衡量水質(zhì)的好壞。如果僅僅以此方式來控制水質(zhì)，一旦控制器遠(yuǎn)離理論值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)其他數(shù)值如時(shí)間來彌補(bǔ)對(duì)水質(zhì)的控制。如此一來，不但起不到污水處理的作用，甚至可能導(dǎo)致一些不達(dá)標(biāo)的污水被誤排到大自然中，最終影響環(huán)境健康。

3.3 設(shè)備維護(hù)難度大

許多設(shè)備在進(jìn)行污水處理工作時(shí)，都必須得到一定的維護(hù)。而就目前我國(guó)大部分污水處理廠而言，其所用設(shè)備皆為進(jìn)口國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，不少工作人員都沒有徹底弄清楚設(shè)備的維護(hù)原理。加上大部分設(shè)備的價(jià)格十分昂貴，使得其維護(hù)要求也隨之變得很高，因此在設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用上就形成了一筆很大的預(yù)算，這也在一定程度上加大了污水處理廠設(shè)備的維護(hù)難度。

4 自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理的實(shí)際應(yīng)用

4.1 pH控制

污水存在于水體中時(shí)，水體的pH值會(huì)發(fā)生很大的變化，甚至引起一個(gè)突變。因此，為了充分發(fā)揮污水處理的能力，以及全面提升水體凈化的效果，有必要將其pH值的大小控制在一定范圍內(nèi)。要做到對(duì)pH 的控制，首先，要確定污水的性質(zhì)，以便采取不同的控制措施。而在自動(dòng)控制投入使用的情況下，第一，對(duì)酸性的廢水可以采用仿人智能與模糊控制，對(duì)相關(guān)設(shè)備鍵入一定pH值的誤差和變化的頻率，再利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算功能，求出堿液閥的開度增量，把所求值當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)，這使閥門開度的控制效果大大提升。第二，在計(jì)算機(jī)上繪制出pH曲線，并根據(jù)其特點(diǎn)，使用非線性增益補(bǔ)償?shù)姆椒ㄗ宲H靜態(tài)增益變化得到補(bǔ)償，同時(shí)針對(duì)pH曲線還可以建立非線性的控制模型，使用閉環(huán)的方法讓污水的pH值控制更加精確。第三，把需要處理的污水引入到pH值控制器，在計(jì)算出污水正時(shí)滯的放大因子和建立好轉(zhuǎn)換時(shí)的延遲模型后，得出污水處理的滯后時(shí)間系數(shù)。

4.2 曝氣池控制

在污水中，一般還含有各種活性迥異的微生物。部分微生物由于在代謝過程中需要消耗氧氣（O2），因此為了更好地曝氣，為有益的微生物提供氧氣，采取合理的曝氣方式尤為重要。要持續(xù)對(duì)溶解在污水中的c（O2）的變化進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過質(zhì)譜儀等現(xiàn)代科技化學(xué)儀器對(duì)水中有機(jī)物的含量進(jìn)行合理推定，開展曝氣量的模糊控制。然后再把模糊控制系統(tǒng)結(jié)合起來，建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型以及控制規(guī)則，對(duì)各種操作狀態(tài)中的O2傳質(zhì)速率進(jìn)行仿真，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，把曝氣的能耗水平確定在已知范圍。通過模糊控制的計(jì)算模式，進(jìn)一步控制污水中溶解的O2，采取多元模塊的組合在線控制模式，達(dá)到O2模糊閉環(huán)反饋控制的效果。

4.3 厭氧控制

在污水處理的工作中，厭氧處理的方式一般是為了把有機(jī)負(fù)荷水平較高的污水徹底地進(jìn)行處理。在此過程中，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)相關(guān)變量因素的控制包括污水的物質(zhì)構(gòu)成、溶質(zhì)濃度以及厭氧處理時(shí)間等。首先，要針對(duì)厭氧消化池的動(dòng)態(tài)特性，使用軟測(cè)量的方式把消化池中污水的有機(jī)碳含量和揮發(fā)性有機(jī)酸濃度等重要的參數(shù)測(cè)量得出。然后，使用自適應(yīng)性線性控制器等儀器，把中間產(chǎn)物的堿度與總堿度之比例確定在一定范圍內(nèi)，再調(diào)整系統(tǒng)的有機(jī)物負(fù)荷波動(dòng)，保持系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。在建立操作模糊邏輯診斷系統(tǒng)的根本上，對(duì)生物處理進(jìn)行自動(dòng)更正，對(duì)污水厭氧發(fā)酵狀態(tài)也開展預(yù)測(cè)。最后，利用智能化控制的方式確定厭氧消化的模板，使厭氧系統(tǒng)中有機(jī)負(fù)荷的擾動(dòng)降低，從而使系統(tǒng)自適應(yīng)能力得到提升。

5 自動(dòng)控制在污水處理中的應(yīng)用前景及其發(fā)展意見

5.1 發(fā)展方向

自動(dòng)控制在污水處理中的應(yīng)用，前景一片光明。智能化是現(xiàn)代化發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向，同時(shí)也是自動(dòng)控制的發(fā)展方向之一。我們常說的智能化是一個(gè)把人的思維進(jìn)行模型化的過程，通常要用到智能計(jì)算。污水廠自動(dòng)化控制的很多難題，都將被智能控制解決，智能控制可以有效減少甚至避免外界干擾引發(fā)的故障，把經(jīng)濟(jì)損失最小化。

5.2 組織支持

其一，污水處理部門自動(dòng)控制事項(xiàng)的運(yùn)作，應(yīng)給予工作人員更多的討論與自主學(xué)習(xí)空間。其二，污水處理部門應(yīng)對(duì)使用完整自動(dòng)控制系統(tǒng)的污水處理部門予以正式授權(quán)，并且相關(guān)部門的干部領(lǐng)導(dǎo)要積極展開自動(dòng)化技術(shù)的專題學(xué)習(xí)。其三，污水處理部門要對(duì)工作人員知根知底，這樣才有利于對(duì)其提出合理要求，才能有針對(duì)性地根據(jù)工作標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范員工行為。污水處理部門所進(jìn)行的所有工作中，各部門會(huì)存在一定的差異，不過，即使污水處理部門所定下的目標(biāo)是一致的，個(gè)人肩負(fù)的責(zé)任是有所不同的，其所受獎(jiǎng)懲也必然各不相同。

5.3 工作思想

污水處理部門除了現(xiàn)行戰(zhàn)略規(guī)劃外，自動(dòng)控制部門也應(yīng)規(guī)劃自身的目標(biāo)管理計(jì)劃表，并以其作為自動(dòng)控制工作經(jīng)營(yíng)大致方針。污水處理部門考慮自身的發(fā)展前景，除了要積極實(shí)行污水處理部門自動(dòng)控制模式，還必須落實(shí)到污水處理部門的每一工作人員的思想上。另外，在對(duì)員工進(jìn)行工作思想的滲透中，可以借助個(gè)人工作日志，讓工作人員在每周或每月進(jìn)行自我省思。

6 結(jié)語

在我國(guó)城市用水中污水排放量不斷增多的背景下，城市水環(huán)境面臨著巨大的壓力。如何有效保護(hù)水環(huán)境，對(duì)污水進(jìn)行有效處理，并對(duì)其進(jìn)行二次回收利用成為了人們必須要考慮的問題。從目前來看，我國(guó)在城市污水處理設(shè)施建設(shè)方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，城市基本已經(jīng)形成了比較完善的污水處理系統(tǒng)，這對(duì)城市的污水處理工作給與了很大的支持。然而，我們還必須清醒地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)城市污水處理系統(tǒng)仍然存在很多的問題，還有很多不健全的地方等待著相關(guān)科研人員的解決。

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