智能信息技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用分析

李彬 宋洪益

關(guān)鍵詞：智能信息技術(shù)；污水處理；應(yīng)用

1應(yīng)用特征

智能信息技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展速度最快的一項技術(shù)，它能夠有效降低人力的勞動強度，大大提高工作效率，目前已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。智能信息技術(shù)是一系列技術(shù)的總稱，包含大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、通信、數(shù)字、計算機、自動控制、人工智能等技術(shù)。在廢水處理中采用智能信息技術(shù)，可以有效改善數(shù)據(jù)收集、分析、處理、存儲和控制等方面的性能，并改善廢水的處理效果，減少人工和材料的費用?？傊悄苄畔⒓夹g(shù)在廢水處理中的應(yīng)用具有以下特征。（1）在現(xiàn)代社會中，廢水源的數(shù)量是巨大的，而智能信息技術(shù)中的大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠有效提高數(shù)據(jù)的收集效率和全面性，同時，利用云計算技術(shù)實現(xiàn)了對廢水的實時分析和處理，從而有效加快廢水的處理和分析，為廢水的源頭提供依據(jù)。（2）當(dāng)今社會各種污水種類繁多，智能信息技術(shù)能夠全面分析出廢水的種類，并對其進行分類，從而達到更精確、高效的目的。（3）與傳統(tǒng)的廢水資料分析技術(shù)相比，智能信息技術(shù)能夠快速進行數(shù)據(jù)的分析和處理，并利用超級計算機在云端進行分析，大大提高了對廢水處理的分析效率，為自動化技術(shù)在實際中的應(yīng)用提供了有益的幫助。（4）當(dāng)今社會大多數(shù)單一的廢水資料都沒有足夠的價值，無法反映出廢水處理的實際困難。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和處理方法都是對數(shù)據(jù)進行篩選，效率低下。而智能信息技術(shù)則是對每一項數(shù)據(jù)進行綜合分析，不遺漏任何一項數(shù)據(jù)，因而其反映出來的結(jié)果更加具有較高的綜合價值，以及較強的參照性。

2應(yīng)用問題

將智能信息技術(shù)引入廢水治理中，能夠有效減少廢水的處理費用，并使其得到更好的處理效果。然而，在實踐中仍然存在許多問題，這些問題會影響智能信息技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用。

2.1信息安全性問題

信息安全是當(dāng)今世界最大的威脅，污水處理廠的數(shù)據(jù)看似簡單，實際上卻涉及個人的信息安全。利用專業(yè)的資料分析軟件，可以從廢水資料中獲取許多有價值的資料。然而，在目前的污水處理系統(tǒng)中，信息安全的重要性還很低，在污水處理系統(tǒng)中，很多數(shù)據(jù)都是由智能技術(shù)進行的，在這種情況下，很可能導(dǎo)致信息的泄露。

2.2數(shù)據(jù)完整性問題

智能信息技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用，其效率取決于數(shù)據(jù)的完整性。然而，在目前的情況下，由于對廢水處理系統(tǒng)的信息安全保護力度不夠，很容易遭到黑客的惡意攻擊。惡意篡改、刪除系統(tǒng)數(shù)據(jù)，會使廢水中的數(shù)據(jù)信息不完整，造成數(shù)據(jù)丟失，影響廢水處理的精度和效率，從而使廢水治理的效果不理想，以及產(chǎn)生環(huán)境污染等問題。

2.3智能IT拒絕服務(wù)問題

智能信息技術(shù)的廢水處理雖然效率很高，但大多依賴于信息設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器等來實現(xiàn)對廢水的自動控制。服務(wù)器在運行過程中如果信息設(shè)備出現(xiàn)故障，那么就會影響其運行，另外如果訪問量超過承載能力或者遇到地震等不可控的因素，也會對服務(wù)器的運行產(chǎn)生影響，導(dǎo)致系統(tǒng)停機，從而使污水處理廠無法正常工作，以及廢水處理工作在開展過程中也會受到影響，甚至出現(xiàn)中斷的情況。

3污水處理廠智能信息技術(shù)的應(yīng)用及自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1主要體系結(jié)構(gòu)

3.1.1中央控制系統(tǒng)

中央控制室除了有數(shù)據(jù)服務(wù)器外，還配備了一個監(jiān)控工作站。其中，以數(shù)據(jù)服務(wù)器為主，冗余型監(jiān)視工作站，同時還要使用服務(wù)器以及交換器等，這樣就能構(gòu)成一臺計算機局域，與城市排水自動化控制系統(tǒng)相連。通過光纖、交換機與各處的現(xiàn)場控制臺相連，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳送。該系統(tǒng)包含多個組成部分，其中有操作臺通信控制計算機、監(jiān)控系統(tǒng)以及投影系統(tǒng)等。

3.1.2區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)

在區(qū)域現(xiàn)場控制系統(tǒng)中，采用了可編程控制器，實現(xiàn)了“無人職守”，并能實現(xiàn)獨立工作?，F(xiàn)場控制站采用光纖、現(xiàn)場總線等作為從站進行通信，這能夠有效地對污水處理設(shè)備以及相應(yīng)的設(shè)施進行有效控制，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制，也能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場控制，在對應(yīng)的控制等級中，以人工控制最高，自動控制最低，中間為遙控。人工控制是利用當(dāng)?shù)仉娍叵?、開關(guān)柜按鈕來啟動和關(guān)閉設(shè)備，通常是在特殊條件下進行維修或檢查的。遙控是指由設(shè)備管理員按照分控臺的操作臺或監(jiān)視器，通過I/O裝置來實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制，是一種自動化的人工遙控。自動控制方式是指在污水處理廠的工況、工藝等標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對設(shè)備的啟動和關(guān)閉，無需人為干預(yù)。

3.1.3現(xiàn)場測控系統(tǒng)

污水處理廠的實時監(jiān)控系統(tǒng)，主要是針對分散式的數(shù)字化總線控制，不需要依靠一個控制設(shè)備或系統(tǒng)來實現(xiàn)對整個廢水處理過程的自動控制。在中心控制系統(tǒng)失效的情況下，每個現(xiàn)場站都能按照既定的方式獨立運行，具有穩(wěn)定、先進的智能儀表及控制裝置，這些專制的使用能夠?qū)崿F(xiàn)自動校正以及自檢等多種功能，可極大地提高故障檢測的效率，將故障范圍縮小到最小，甚至在最惡劣的情況下，自動控制系統(tǒng)不能正常運行，也可以在現(xiàn)場通過人工操作，保持廢水處理廠的正常生產(chǎn)。對各個生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測主要有對設(shè)備的起停狀態(tài)進行監(jiān)測，針對設(shè)備的故障情況，報警情況等進行相應(yīng)的監(jiān)測和控制。如果對水泵電機的使用頻率進行控制，那么也要對變頻器的工作狀態(tài)進行相應(yīng)的監(jiān)測，不僅監(jiān)測工作狀態(tài)，也要監(jiān)測故障情況以及頻率的反饋信號等。自動控制儀表的主要測試與控制內(nèi)容有儀表信號、故障報警情況、開啟關(guān)閉情況、閥位反饋信號等[1]。

3.1.4保護系統(tǒng)

污水處理廠的自動控制系統(tǒng)具有防雷、過電壓、接地等一系列保護系統(tǒng)。這些保護系統(tǒng)必須按照系統(tǒng)的實際要求，對各系統(tǒng)的供電進行保護，以達到防雷避雷的目的。在自動控制系統(tǒng)中，各種端口以及儀表電源等均應(yīng)配備有效的防雷、過電壓防護。而整個系統(tǒng)的接地系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計要求，安裝獨立接地的應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的具體條件進行安裝。在運行時，自動控制儀表應(yīng)將接地系統(tǒng)分開，或與保護接地一起連接到等電位接地系統(tǒng)。

3.2控制功能的實現(xiàn)

（1）通過設(shè)置粗格柵和提升泵站各種參數(shù)，達到自動控制的目的。廢水處理時，必須注意粗格柵前后位移的差異，通?？赏ㄟ^超聲波液位差來檢測，當(dāng)位移差值達到裝置設(shè)置要求時，自動控制系統(tǒng)會開啟并清洗粗格柵，并在完成相應(yīng)工序后自動停止，從而形成一套完整的自動化流程。各種水泵的控制也要通過自動控制系統(tǒng)來完成，在各個管路和水泵周圍設(shè)置壓力計，并按壓力標(biāo)準(zhǔn)要求，自動啟動和停止泵，當(dāng)壓力達到某一值時，電動閥就會自動開啟。

（2）在污泥濃度和微生物總量的控制上，必須通過自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。如果生物量大，水體中懸浮物的數(shù)量越多，就會對水質(zhì)造成一定的影響，同時，微生物的過量也會導(dǎo)致氧的消耗，從而提高水體的含氧量。如果微生物數(shù)量過少，則會導(dǎo)致生物負(fù)荷過高，廢水處理量下降，水質(zhì)不符合要求。所以，自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)污泥中的微生物數(shù)量進行自動控制[2]。

4應(yīng)用探討

4.1應(yīng)用NANN的控制系統(tǒng)

采用NANN方法可以有效解決污水處理廠的各種附加問題，通過建立相應(yīng)規(guī)則，不僅可以增強污水處理廠的學(xué)習(xí)和適應(yīng)性，還可以保證廢水處理系統(tǒng)的合理性。從實際應(yīng)用情況來看，該系統(tǒng)具有良好的容錯性。在某些情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制操作不會受到很大的影響，可以促進系統(tǒng)的正常工作。在廢水處理過程中，可以分析和研究有關(guān)數(shù)據(jù)信息，然后再進行簡單的輸入集合訓(xùn)練，提高NH3-N濃度模型的檢測準(zhǔn)確率。通過反復(fù)實踐和優(yōu)化處理，保證了廢水處理系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，降低了NH3-N的含量。

4.2模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用情況

模糊控制系統(tǒng)在實現(xiàn)模糊控制的同時，能夠?qū)崟r進行參數(shù)的輸入、輸出、模糊轉(zhuǎn)換，從而使模糊推理與控制規(guī)則得到最好的控制效果。要求有關(guān)科研工作者在廢水處理系統(tǒng)中實施模糊控制，嚴(yán)格按照二級污水處理廠的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對污泥回流比、污泥排放量、DO設(shè)定等進行嚴(yán)格控制，以防止污泥膨脹和上浮。通過與現(xiàn)場工作人員的經(jīng)驗對比，得出了在設(shè)計活性污泥過程中，需要輸入相關(guān)參數(shù)、輸出變量和控制算法，而在污泥膨脹和上浮過程中，要根據(jù)實際操作條件，采用模糊控制器來改善污水處理的效果。另外，還需要有關(guān)人員進行A/O脫氮法智能控制系統(tǒng)實驗，連續(xù)流污水處理系統(tǒng)的長曝氣量控制實驗，以及連續(xù)進出水和間歇硝化反硝化實驗，根據(jù)模糊控制系統(tǒng)的性能要求，實現(xiàn)對污水處理的控制，并嚴(yán)格控制費用[3]。

4.3專家系統(tǒng)應(yīng)用情況

采用專家系統(tǒng)，可以使廢水得到持續(xù)優(yōu)化。專家系統(tǒng)可以利用各種知識逐步構(gòu)建一個由推理機構(gòu)和知識庫組成的專業(yè)體系，并能客觀地對處理廠的運行狀態(tài)進行客觀分析和判斷，并將有關(guān)信息傳遞給工作人員，方便工作人員對存在的問題進行及時處理。通過專家系統(tǒng)開發(fā)的智能控制流程，能夠發(fā)現(xiàn)和制訂出解決方案，如處理過程中存在的除磷、脫氮、污泥水分離等問題，再以數(shù)值模擬的方式明確控制參數(shù)、不同變量，并逐步提出建設(shè)性建議，以便為今后污水處理系統(tǒng)的防治和預(yù)測提供一定的參考依據(jù)[4]。

4.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用情況

隨著信息化時代的到來，人們對信息化技術(shù)的需求越來越高．在污水處理領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用。污水處理廠在運行過程中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠很好地實現(xiàn)無人化的污水處理，以及智能化的污水處理。整個工廠在運行過程中，不需要人工開展相應(yīng)的管理工作，對其中的工作情況能夠?qū)崿F(xiàn)自動化監(jiān)控，對相應(yīng)的數(shù)據(jù)能夠?qū)嵢沾邕M行監(jiān)測和記錄，這有助于對工廠的運行費用進行科學(xué)有效地把控，保證在進行污水處理時能夠獲取一定的效益。智能廢水處理系統(tǒng)涉及傳感器、中央處理決策和信息處理反饋等，機械設(shè)備的運行以及生物化學(xué)工廠的生產(chǎn)等都有廢水產(chǎn)生，并需要對這些廢水進行處理，在此過程中要對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行實時有效的監(jiān)控，而傳感器能夠發(fā)揮非常重要的作用。一般情況下，廢水處理廠都會采用溫度、pH等傳感器來實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)測。智能廢水處理系統(tǒng)的感應(yīng)層是由傳感器控制的，它可以實日寸地將收集到的數(shù)據(jù)以有線網(wǎng)絡(luò)／無線網(wǎng)絡(luò)的方式傳送到中心處理系統(tǒng)。然后，對該系統(tǒng)進行深度分析，并將有關(guān)決策信息及時傳送到廢水處理裝置，閥門大小和溫度控制采用多種控制方式。在此過程中，通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實時地向移動終端傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過手機的功能，可以有效處理廢水處理系統(tǒng)的設(shè)備信息，防止不安全事故的發(fā)生。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心是對事物的感知，它不僅無需24小時值班，還能更好地適應(yīng)各種環(huán)境，并能利用自動控制裝置來實現(xiàn)廢水的最優(yōu)控制。該系統(tǒng)可以進行遠程監(jiān)控、控制廢水處理等自動化操作，幫助管理者及時掌握有關(guān)操作的信息，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況，系統(tǒng)會第一時間通知管理員。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以在緊急情況下進行應(yīng)急處理，即使出現(xiàn)故障，也不會對用戶造成太大的影響，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠發(fā)揮非常重要的作用。

4.5大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用情況

大數(shù)據(jù)是一種新的廢水處理技術(shù)，它能夠及時地對海量數(shù)據(jù)進行分析、整理和處理，以及進一步的挖掘。廢水處理過程比較復(fù)雜，檢測裝置采集數(shù)據(jù)量較大，具有動態(tài)、不確定等特征。分析和指導(dǎo)有關(guān)數(shù)據(jù)，對于改善廢水處理技術(shù)具有重要意義。同時，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立污水處理的數(shù)學(xué)模型，再利用數(shù)學(xué)模型對污水處理過程進行處理，并給出相應(yīng)的處理過程，對其進行詳細(xì)的分析和研究。建立大型廢水處理系統(tǒng)，能夠利用傳感器實時采集廢水的有關(guān)數(shù)據(jù)，并對其進行實時監(jiān)測，進行數(shù)據(jù)模型化，制定出相應(yīng)的超標(biāo)治理方案。通過平臺的功能，對檢測結(jié)果進行分析，將實時采集到的數(shù)據(jù)反饋到有關(guān)單位，并對廢水處理過程中的各項參數(shù)進行精確的計算，從而能夠及時地檢測出廢水指標(biāo)的超標(biāo)或異常。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于污水處理，不僅可以提高污水處理的自動化程度，以及污水處理效率，還可以有效控制運行投入的資金和人力成本，因此其在污水處理中的應(yīng)用和推廣很有意義。