污水处理过程的控制与优化技术分析

李亚青

（太原理工大学环境科学与工程学院 030024）

污水处理过程的控制与优化技术分析

李亚青

（太原理工大学环境科学与工程学院 030024）

本文描述了污水处理存在的几点主要问题，我国水环境污染问题越来越严重。本文从建模计算方法、控制技术优化、测量技术的应用、节能技术的应用等方面对污水处理过程的优化进行了综述。优化控制技术对于节能减排、污水达标排放、工厂运营效率等方面均具有促进作用。

污水处理过程；节能减排；优化；控制

引言

水是生命之源，是这个星球上最为宝贵的资源之一，同时也是人们在进行生命活动与生产经营时都不可或缺的基本物质。在世界各国资本条件迅猛发展的势头下，部分生产企业因为注重自身利益、技术条件有限等因素，而把关键性的污水处理环节完全忽视，这就导致了自然水体的污染问题。因此，污水问题早已不仅仅是世界各国经济发展的历史遗留问题了，这个问题如今成为了全世界都要面对的环境污染问题。随着我国经济的快速发展，工业化、城镇化、农业现代化的加快发展，污水排放量越来越多，大量的污水未经处理直接排放，严重污染地表水系，水环境污染日益加重。对人们的生产生活造成严重影响。

1 我国污水处理存在的问题

我国城市污水处理能力增长缓慢，同国外污水处理行业相对比，我国的污水处理过程主要存在以下几点问题：①污水处理技术落后；②资金短缺；③管理水平低。④设备维护难度大，许多设备在进行污水处理工作时，都必须得到一定的维护。而就目前我国大部分污水处理厂而言，其所用设备皆为进口国外的先进设备，不少工作人员都没有彻底弄清楚设备的维护原理。加上大部分设备的价格十分昂贵，使得其维护要求也随之变得很高，因此在设备维护的费用上就形成了一笔很大的预算，这也在一定程度上加大了污水处理厂设备的维护难度。

2 国内外技术发展现状

2.1 污水处理过程计算与建模监测方法

污水处理过程是一个十分复杂的非线性的工业系统，同时具有严重的不确定性，包含了许多复杂的生化反应。这就需要研究人员发展和建立与污水处理过程特点相适应的高效优化方法。徐恭贤等针对污水处理过程的非线性反应，采用间接优化方法，首先将描述污水处理过程优化的多目标非线性问题转化为多目标线性规划问题，然后利用遗传算法对其进行求解。简化了计算难度，节约了计算成本。

污水处理的特点导致难以建立精确的数学模型，智能算法的出现帮助了复杂系统建模。Martin Cote等研究了活性污泥处理过程的动态模拟，用神经网络改善预测并开发了一个程序以提高现有活性污泥过程（机械模型）的精度。Wan将人工神经网络与GA结合，应用于污水厂出水水质监测及优化控制参数，建成的模型具有良好组织、学习能力，出水水质监测准确率达到70%。降低了污水处理预报难度，有效的改善了污水处理情况。

2.2 污水处理过程优化控制方法

我国的污水处理过程的自动化水平相对落后，仅仅在数据采集和简单设备（例如污泥回流泵、提升泵、鼓风机等）的控制上实现自动化。污水处理过程建模和控制方面的研究有待进一步发展。我国城市污水处理厂的污水处理过程，采用自动化程度高的控制系统可以大大降低工作人员数量和工作强度，节省污水处理成本。控制结构采用三台工业PC机配置冗余监控系统，两台作为主监控系统提供给工作人员使用，一台作为副监控系统。日常事务由两个主工作站负责，出现问题时三台可以进行交换负责，现场PLC系统、监控设备和PC机配有UPS电源，提高系统的可靠性。

化学除磷过程的反馈环节：采用“出水总磷-加药泵变频器”的PID算法，比较在线磷酸仪采集的出水总磷浓度与设定值之间的差距，实时修正加药泵频率。实现自动化控制污水处理过程，同时对系统进行优化，更加精准高效的处理污水，同时大大的节约了能源。

2.3 污水处理测量设备应用

生产过程中的最重要的问题是在线测量仪表缺乏，无法准确得到污水处理过程的相关参数。目前存在的一些自动测量的仪器（如COD自动检测仪等）普遍存在价格昂贵、检测周期长、稳定性差、维修费用贵的问题。张铁桥等针对Carossel氧化沟污水处理法设计了一套自动控制系统，由可编程逻辑控制器（PLC）、交换机（SWITCH）、工控机（IPC）构成。在氧化沟溶解氧控制环节中采用基于BP神经网络PID参数控制器，由基于BP神经网络算法在线调整PID参数，使控制系统具有良好的鲁棒性，从而解决氧化沟DO的控制问题，使污水处理更加精准。

2.4 污水处理节能技术的应用

当今社会能源紧缺，可持续发展，绿色发展成为人们关注的话题。污水处理能耗在社会能源消耗总量中占有较大比例。随着污水处理越来越受重视，污水处理的能耗问题也越来越受关注。以清洁生产，绿色环保理念作为指导，探索污水处理节能降耗的可行性方法。

3 污水处理进程优化意义

（1）污水处理全过程的控制和优化有利于实现节能减排，努力实现可持续发展。随着全球经济的迅速发展，污水处理厂的规模越来越大，因此产生能耗问题也越来越严峻。

（2）污水处理全过程的优化可有效控制污水处理达到相关排

放标准，有效解决污水排放问题。随着经济的快速发展，国家必将制定严格的相关标准。优化污水处理过程可以使得污水排放稳定达标，解决水环境的污染问题。污水处理厂的工作人员需要学习先进控制技术，对于污水的入水水质、生化反应过程、出水水质波动等各种检测数据进行科学分析，结合智能检测、诊断与控制技术开展综合控制与优化，以保证出水水质稳定达标。

（3）污水处理过程的优化可有效提高污水处理厂的运营效率。我国的污水处理行业，缺少对于处理水质的精确建模和处理过程的优化控制，为了保证在最恶劣的入水水质情况下，保证出水水质，从而采取加大处理设施的容量的方法，导致建厂成本加大，日常运营能量消耗增加，运营效率降低。优化污水处理技术，建立精确的监测控制，实时调整处理设施，可极大提高污水处理厂的处理能力。

[1]张波.污水处理过程自动控制系统的设计与实施[D].上海：华东理工大学，2014.

[2]张铁桥.氧化沟污水处理监控系统应用研究[D].长沙：中南大学，2009.

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2015-11-10