探讨自动控制在污水处理中的应用

康文莉

摘 要：作为在我国的城市中较为关键的环节之一，污水处理对城市的运作与市民的生活起到了举足轻重的作用。正是在此基础之上，文章首先简要地介绍了当前我国城市污水处理的现状，分析了一些污水处理方式的存在性问题，然后对自动控制模式进行了概述，对其概念和方法加以探讨，并且对城市污水自动控制处理的前景展开想象。

关键词：自动控制 污水处理 应用

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0133-02

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。相比传统污水处理办法，自动控制技术的使用让有关操作变得人性化，让有关过程变得智能化，从而达到节约成本的目的。利用自动控制技术还能使相关工作人员的工作环境得到改善，从而确保相关操作的可行性与安全性，提升工作的效率。近年来，许多生产企业在污水处理的工艺流程中加入和运用了自控系统开展污水处理的工作，自动控制系统在污水处理工作中渐渐地有了不可比拟的巨大优势。目前，全世界的研究人员都在密切关注着自动控制在污水处理中的应用，尤其对其在节能环保的实际意义方面起到的作用研究正在不断更新。由此可见，在污水处理工艺中正确利用自动化控制技术不失为相关生产企业的明智之选。

1 自动控制系统的组成以及特点

一般情况下，在完善的自动控制系统中，关键性的检测操作都会在标准的开放系统中得到应用，并且通过一定的通讯协议保证运行前提，以及相应的管理程序进行监管。同时，为了让自动控制系统在通用性方面做到更好，也能够视具体情况而定，对各个系统的功能进行分散，以减少风险系数。根据污水处理的不同等级，自动控制系统的组成就可以被分成中央控制操作室、现场控制基站、现场操作箱和工程师站等。其中中央控制操作室是负责管理自控系统中的整个控制权限，也为整个自控系统提供服务。而作为自控系统中关键要素的现场控制基站同时也保障了执行策略与控制信号的实行，使得操作人员运用自动控制系统更加自如。现场操作箱有各种实用的功能，比如显示、报表、执行操作命令还有报警等。工程师站则属于完善整个系统的支撑点，起着对系统设置与对回路控制的作用。

2 在污水处理中自动控制技术应用的必然性

传统的废水处理方法一般有半自动控制与手动控制两种，这是由于自动控制技术存在一定的局限，然而无论是半自动控制，还是手动控制，皆无法满足现代需要。在运用手动控制开展污水处理工作时，由于操作人员的工作量大，加之数据并非每次都准确及时，导致控制过程易于出现停滞不前的现象。与此同时，工作人员的自身思想也会对污水处理造成影响，比如，工作人员的粗心大意容易导致某个环节出现问题。而在运用半自动控制进行污水处理工作时，由于其操作仍然对工作人员的实际操作水平有极高要求，因此无法达到集中监控的目的，导致水质不能维持在一个稳定的范围内。而与之相对的自动化控制的出现，引领了一个全新的数字化时代。所谓的自动化控制，指的是在非人工参与的状态下，可以通过外部器械，让生产设备按照预先设定完成的程序进行智能化运行。自动控制技术以其优异的控制功能，既是提高污水处理能力的首选，同时又可降低成本。

3 自动控制在污水处理中的应用现状

在部分城市中，约有25%的人口居住区不仅并未形成十分有效的污水处理系统，而且在把污水进行就地处理时通常也达不到处理标准。大部分城市中所用的处理系统一般设置了化粪池和配水系统等，而在那些土壤渗透性不强的地方，人工集成处理的设备则更为常用。自动控制技术在污水处理系统当中可以算是一项较为先进的技术，在目前也出现了很多对此技术开展应用的污水处理厂。然而此技术在进行应用的过程之中却并没有很快地实现理想状态，当前利用该技术加以运行的系统仍然出现了不少的问题。

3.1 自动化设备的配备不齐

虽然我国自动化技术已经很早就起步了，但是其在污水处理中的应用仍处于初级的阶段，有很大的发展空间，却也有着许多不足之处。比如说，在自动化系统投入应用的过程中，许多相关的设备如仪表和气阀等，由于其设备在引进时标准不一，造成精确度、硬度和使用年限等达不到使用要求。由于自动化设备的配备不齐，也就不能形成一套完整的自动化控制系统，也就无法达到妥善处理污水排放的预期效果。

3.2 水质控制标准设置不够严格

国内的污水处理厂在对水质进行控制时，大多都是利用与之相关的理论值如 ORP、DO和pH 来衡量水质的好坏。如果仅仅以此方式来控制水质，一旦控制器远离理论值时，系统就会根据其他数值如时间来弥补对水质的控制。如此一来，不但起不到污水处理的作用，甚至可能导致一些不达标的污水被误排到大自然中，最终影响环境健康。

3.3 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。

4 自动化控制技术在污水处理的实际应用

4.1 pH控制

污水存在于水体中时，水体的pH值会发生很大的变化，甚至引起一个突变。因此，为了充分发挥污水处理的能力，以及全面提升水体净化的效果，有必要将其pH值的大小控制在一定范围内。要做到对pH 的控制，首先，要确定污水的性质，以便采取不同的控制措施。而在自动控制投入使用的情况下，第一，对酸性的废水可以采用仿人智能与模糊控制，对相关设备键入一定pH值的误差和变化的频率，再利用计算机的运算功能，求出碱液阀的开度增量，把所求值当作标准，这使阀门开度的控制效果大大提升。第二，在计算机上绘制出pH曲线，并根据其特点，使用非线性增益补偿的方法让pH静态增益变化得到补偿，同时针对pH曲线还可以建立非线性的控制模型，使用闭环的方法让污水的pH值控制更加精确。第三，把需要处理的污水引入到pH值控制器，在计算出污水正时滞的放大因子和建立好转换时的延迟模型后，得出污水处理的滞后时间系数。

4.2 曝气池控制

在污水中，一般还含有各种活性迥异的微生物。部分微生物由于在代谢过程中需要消耗氧气（O2），因此为了更好地曝气，为有益的微生物提供氧气，采取合理的曝气方式尤为重要。要持续对溶解在污水中的c（O2）的变化进度进行监测，通过质谱仪等现代科技化学仪器对水中有机物的含量进行合理推定，开展曝气量的模糊控制。然后再把模糊控制系统结合起来，建立动态数学模型以及控制规则，对各种操作状态中的O2传质速率进行仿真，通过自动控制系统，把曝气的能耗水平确定在已知范围。通过模糊控制的计算模式，进一步控制污水中溶解的O2，采取多元模块的组合在线控制模式，达到O2模糊闭环反馈控制的效果。

4.3 厌氧控制

在污水处理的工作中，厌氧处理的方式一般是为了把有机负荷水平较高的污水彻底地进行处理。在此过程中，利用自动控制系统对相关变量因素的控制包括污水的物质构成、溶质浓度以及厌氧处理时间等。首先，要针对厌氧消化池的动态特性，使用软测量的方式把消化池中污水的有机碳含量和挥发性有机酸浓度等重要的参数测量得出。然后，使用自适应性线性控制器等仪器，把中间产物的碱度与总碱度之比例确定在一定范围内，再调整系统的有机物负荷波动，保持系统的相对稳定性。在建立操作模糊逻辑诊断系统的根本上，对生物处理进行自动更正，对污水厌氧发酵状态也开展预测。最后，利用智能化控制的方式确定厌氧消化的模板，使厌氧系统中有机负荷的扰动降低，从而使系统自适应能力得到提升。

5 自动控制在污水处理中的应用前景及其发展意见

5.1 发展方向

自动控制在污水处理中的应用，前景一片光明。智能化是现代化发展的一个重要发展方向，同时也是自动控制的发展方向之一。我们常说的智能化是一个把人的思维进行模型化的过程，通常要用到智能计算。污水厂自动化控制的很多难题，都将被智能控制解决，智能控制可以有效减少甚至避免外界干扰引发的故障，把经济损失最小化。

5.2 组织支持

其一，污水处理部门自动控制事项的运作，应给予工作人员更多的讨论与自主学习空间。其二，污水处理部门应对使用完整自动控制系统的污水处理部门予以正式授权，并且相关部门的干部领导要积极展开自动化技术的专题学习。其三，污水处理部门要对工作人员知根知底，这样才有利于对其提出合理要求，才能有针对性地根据工作标准来规范员工行为。污水处理部门所进行的所有工作中，各部门会存在一定的差异，不过，即使污水处理部门所定下的目标是一致的，个人肩负的责任是有所不同的，其所受奖惩也必然各不相同。

5.3 工作思想

污水处理部门除了现行战略规划外，自动控制部门也应规划自身的目标管理计划表，并以其作为自动控制工作经营大致方针。污水处理部门考虑自身的发展前景，除了要积极实行污水处理部门自动控制模式，还必须落实到污水处理部门的每一工作人员的思想上。另外，在对员工进行工作思想的渗透中，可以借助个人工作日志，让工作人员在每周或每月进行自我省思。

6 结语

在我国城市用水中污水排放量不断增多的背景下，城市水环境面临着巨大的压力。如何有效保护水环境，对污水进行有效处理，并对其进行二次回收利用成为了人们必须要考虑的问题。从目前来看，我国在城市污水处理设施建设方面已经取得了很大的进步，城市基本已经形成了比较完善的污水处理系统，这对城市的污水处理工作给与了很大的支持。然而，我们还必须清醒地认识到，我国城市污水处理系统仍然存在很多的问题，还有很多不健全的地方等待着相关科研人员的解决。

参考文献

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