李亞青

（太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 030024）

污水處理過(guò)程的控制與優(yōu)化技術(shù)分析

李亞青

（太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 030024）

本文描述了污水處理存在的幾點(diǎn)主要問(wèn)題，我國(guó)水環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。本文從建模計(jì)算方法、控制技術(shù)優(yōu)化、測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用等方面對(duì)污水處理過(guò)程的優(yōu)化進(jìn)行了綜述。優(yōu)化控制技術(shù)對(duì)于節(jié)能減排、污水達(dá)標(biāo)排放、工廠運(yùn)營(yíng)效率等方面均具有促進(jìn)作用。

污水處理過(guò)程；節(jié)能減排；優(yōu)化；控制

引言

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(wèn)題。因此，污水問(wèn)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(wèn)題了，這個(gè)問(wèn)題如今成為了全世界都要面對(duì)的環(huán)境污染問(wèn)題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的加快發(fā)展，污水排放量越來(lái)越多，大量的污水未經(jīng)處理直接排放，嚴(yán)重污染地表水系，水環(huán)境污染日益加重。對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重影響。

1 我國(guó)污水處理存在的問(wèn)題

我國(guó)城市污水處理能力增長(zhǎng)緩慢，同國(guó)外污水處理行業(yè)相對(duì)比，我國(guó)的污水處理過(guò)程主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：①污水處理技術(shù)落后；②資金短缺；③管理水平低。④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(méi)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。

2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 污水處理過(guò)程計(jì)算與建模監(jiān)測(cè)方法

污水處理過(guò)程是一個(gè)十分復(fù)雜的非線性的工業(yè)系統(tǒng)，同時(shí)具有嚴(yán)重的不確定性，包含了許多復(fù)雜的生化反應(yīng)。這就需要研究人員發(fā)展和建立與污水處理過(guò)程特點(diǎn)相適應(yīng)的高效優(yōu)化方法。徐恭賢等針對(duì)污水處理過(guò)程的非線性反應(yīng)，采用間接優(yōu)化方法，首先將描述污水處理過(guò)程優(yōu)化的多目標(biāo)非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)線性規(guī)劃問(wèn)題，然后利用遺傳算法對(duì)其進(jìn)行求解。簡(jiǎn)化了計(jì)算難度，節(jié)約了計(jì)算成本。

污水處理的特點(diǎn)導(dǎo)致難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，智能算法的出現(xiàn)幫助了復(fù)雜系統(tǒng)建模。Martin Cote等研究了活性污泥處理過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改善預(yù)測(cè)并開(kāi)發(fā)了一個(gè)程序以提高現(xiàn)有活性污泥過(guò)程（機(jī)械模型）的精度。Wan將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與GA結(jié)合，應(yīng)用于污水廠出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)及優(yōu)化控制參數(shù)，建成的模型具有良好組織、學(xué)習(xí)能力，出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到70%。降低了污水處理預(yù)報(bào)難度，有效的改善了污水處理情況。

2.2 污水處理過(guò)程優(yōu)化控制方法

我國(guó)的污水處理過(guò)程的自動(dòng)化水平相對(duì)落后，僅僅在數(shù)據(jù)采集和簡(jiǎn)單設(shè)備（例如污泥回流泵、提升泵、鼓風(fēng)機(jī)等）的控制上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。污水處理過(guò)程建模和控制方面的研究有待進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)城市污水處理廠的污水處理過(guò)程，采用自動(dòng)化程度高的控制系統(tǒng)可以大大降低工作人員數(shù)量和工作強(qiáng)度，節(jié)省污水處理成本?？刂平Y(jié)構(gòu)采用三臺(tái)工業(yè)PC機(jī)配置冗余監(jiān)控系統(tǒng)，兩臺(tái)作為主監(jiān)控系統(tǒng)提供給工作人員使用，一臺(tái)作為副監(jiān)控系統(tǒng)。日常事務(wù)由兩個(gè)主工作站負(fù)責(zé)，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)三臺(tái)可以進(jìn)行交換負(fù)責(zé)，現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備和PC機(jī)配有UPS電源，提高系統(tǒng)的可靠性。

化學(xué)除磷過(guò)程的反饋環(huán)節(jié)：采用“出水總磷-加藥泵變頻器”的PID算法，比較在線磷酸儀采集的出水總磷濃度與設(shè)定值之間的差距，實(shí)時(shí)修正加藥泵頻率。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制污水處理過(guò)程，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，更加精準(zhǔn)高效的處理污水，同時(shí)大大的節(jié)約了能源。

2.3 污水處理測(cè)量設(shè)備應(yīng)用

生產(chǎn)過(guò)程中的最重要的問(wèn)題是在線測(cè)量?jī)x表缺乏，無(wú)法準(zhǔn)確得到污水處理過(guò)程的相關(guān)參數(shù)。目前存在的一些自動(dòng)測(cè)量的儀器（如COD自動(dòng)檢測(cè)儀等）普遍存在價(jià)格昂貴、檢測(cè)周期長(zhǎng)、穩(wěn)定性差、維修費(fèi)用貴的問(wèn)題。張鐵橋等針對(duì)Carossel氧化溝污水處理法設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，由可編程邏輯控制器（PLC）、交換機(jī)（SWITCH）、工控機(jī)（IPC）構(gòu)成。在氧化溝溶解氧控制環(huán)節(jié)中采用基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID參數(shù)控制器，由基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在線調(diào)整PID參數(shù)，使控制系統(tǒng)具有良好的魯棒性，從而解決氧化溝DO的控制問(wèn)題，使污水處理更加精準(zhǔn)。

2.4 污水處理節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)今社會(huì)能源緊缺，可持續(xù)發(fā)展，綠色發(fā)展成為人們關(guān)注的話題。污水處理能耗在社會(huì)能源消耗總量中占有較大比例。隨著污水處理越來(lái)越受重視，污水處理的能耗問(wèn)題也越來(lái)越受關(guān)注。以清潔生產(chǎn)，綠色環(huán)保理念作為指導(dǎo)，探索污水處理節(jié)能降耗的可行性方法。

3 污水處理進(jìn)程優(yōu)化意義

（1）污水處理全過(guò)程的控制和優(yōu)化有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，努力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，污水處理廠的規(guī)模越來(lái)越大，因此產(chǎn)生能耗問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)峻。

（2）污水處理全過(guò)程的優(yōu)化可有效控制污水處理達(dá)到相關(guān)排

放標(biāo)準(zhǔn)，有效解決污水排放問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家必將制定嚴(yán)格的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化污水處理過(guò)程可以使得污水排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，解決水環(huán)境的污染問(wèn)題。污水處理廠的工作人員需要學(xué)習(xí)先進(jìn)控制技術(shù)，對(duì)于污水的入水水質(zhì)、生化反應(yīng)過(guò)程、出水水質(zhì)波動(dòng)等各種檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，結(jié)合智能檢測(cè)、診斷與控制技術(shù)開(kāi)展綜合控制與優(yōu)化，以保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（3）污水處理過(guò)程的優(yōu)化可有效提高污水處理廠的運(yùn)營(yíng)效率。我國(guó)的污水處理行業(yè)，缺少對(duì)于處理水質(zhì)的精確建模和處理過(guò)程的優(yōu)化控制，為了保證在最惡劣的入水水質(zhì)情況下，保證出水水質(zhì)，從而采取加大處理設(shè)施的容量的方法，導(dǎo)致建廠成本加大，日常運(yùn)營(yíng)能量消耗增加，運(yùn)營(yíng)效率降低。優(yōu)化污水處理技術(shù)，建立精確的監(jiān)測(cè)控制，實(shí)時(shí)調(diào)整處理設(shè)施，可極大提高污水處理廠的處理能力。

[1]張波.污水處理過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[D].上海：華東理工大學(xué)，2014.

[2]張鐵橋.氧化溝污水處理監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2009.

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1673-0038（2015）47-0157-02

2015-11-10