污水处理智能控制的发展现状研究

侯凯

（兰州新区水务管理投资集团有限公司）

1 引言

污水处理是实现水资源循环利用的重要途径，通过有效的污水回收不仅能够提高水资源的利用率，还能够缓解环境污染问题，但目前污水处理的技术尚不成熟，需要消耗大量的成本，这也是很多国家中小污水处理厂无法顺利运营的重要因素之一[1]。污水处理时消耗的能源类型较多，包括电力、污染处理类药物、燃气等，其中电能是最核心的能源，占比高达70%[2]。通过智能与信息化技术能够有效提升污水处理的智能化程度，从而减少污水处理中的人力与物力投入，从而增强了污水处理过程中的信息监控力量，更加有效的提升了污水处理效率[3]。

2 污水处理智能控制的特点及优势

自动化技术是近年来发展速度较快的科学技术，通过自动化技术能够有效降低生产过程中的人力消耗，提高生产效率，现已在行业内得到了普遍运用。智能技术属于综合类学科，包括了多项信息技术，如大数据、物联网、通信科学、人工智能、主动控制等。在污水处理中应用智能技术，能够有效提高污水处理的数据分析能力，有利于缩短数据采集、加工、储存以及管理的时间，有效降低了污水处理的人力与物力成本，提高污水处理厂的运营效率。综合来看，在污水处理中，智能技术的运用主要具有以下的优点：①由于现代社会生产、生活中污染物的源头较多，利用智能信息技术的数据处理能力，能够提高数据收集的效率，并明确信息的不同来源途径，在此基础上还能通过云技术实现在线分析，有效提升了对污染物信息的管理分析速度，从而可以有效根据污染物的源头信息实施管理[4]；②从现代社会的情况来看，日常生活、生产中的污水类型较多，通过智能技术能够对污水的类型进行全面的分析，并统计污水的污染程度、污染物类型等，再加以分级管理，大大提高了污水处理的效率；③相对于传统的数据分析技术，智能信息技术对数据的处理速度较快，同时能够实现在线统计，从而提升污水处理信息系统的分析效果，更便于自动管理技术的使用[5]；④由于目前污水数据的来源较多，一般的数据挖掘模式需要对收集到的数据进行二次分析，工作效率较低，难以在短时间内反映出污水处理中的问题，而智能化技术则能对收集到的所有信息进行实时分析，不放过每一种小信息，因此反映信息的可参考性更强。

3 污水处理智能控制系统的结构

目前，我国多数城市污水处理厂采用的是CAST技术（循环式活性污泥法），即先通过提升泵站将需要处理的污水输送至格栅处，成功拦截后再传输出沉沙池内济宁沉降，最后经生化池进行紫外线杀菌，从而达到水资源的循环利用。智能控制系统能够对城市污水处理厂各个污水处理的装置、设施进行控制，从而实现自动化的污水处理，是提高污水处理厂工作效率的重要途径之一。以上子系统通过独立的控制器进行工艺连接，每台控制器可被视为自身的控制站，能够自主传输信息至整个系统当中，不仅能够汇总所有污水处理过程的信息，还能对反馈数据进行管理[6]。智能化信息技术系统主要分为4个控制站，即污泥脱水机房工作站、鼓风机房工作站、曝气生物滤池工作站以及V型滤池工作站。

3.1 污泥脱水机房工作站

污泥脱水机房是污水处理厂的首要环节，因此也被称作一级控制站，主要负责对水质的信息进行收集与分析，并根据水质分析的结果与污水处理需求，对格栅系统、旋流沉砂系统、污泥浓缩系统的可行性、可靠性进行深入分析。再将各个系统的运营信息进行分析与统计，然后通过反馈实现系统调度，以确保污水处理首道程序符合要求，为后续的污水处理奠定基础。

3.2 鼓风机房工作站

鼓风机房工作站是污水处理的第二道工序，主要作用是对CASS池中的水质进行监测，收集污水的相关信息。再根据收集到的信息对监视搅拌系统、滗水系统以及曝气系统进行调整，并根据反馈信号、数据信号的变化情况，对其中的关键系统实施有效管理，以确保污水处理的质量，提高数据处理效率。

3.3 曝气生物滤池工作站

曝气生物滤池工作站是第三个环节，也叫作三级控制站。三级控制站主要职责是对曝气生物滤池的水质量实施监测和数据收集，并通过对二次提升系统、曝气控制系统、反冲洗控制系统的调整，分析污水处理主要设备的数据，根据数据的实时变化监控设备的运行情况，及时对设备进行调整、维护、修理，保证污水的处理效率符合预期。

3.4 V型滤池工作站

V型滤池工作站是污水处理的最后步骤，被称作四级控制站。V型滤池工作站主要负责对处理后的水质量进行分析，根据收集到的相应信息对反冲洗系统、冲水系统进行调整，保证各个环节设备的正常运行。

4 污水处理智能控制的完善策略

4.1 明确智能化控制的主要目标

在设计智能控制系统时，应当重点关注污水处理过程中的质量控制，包括混合操纵、流速控制、分流操纵等[7]。根据污水处理的具体流程、设备、设置参数等，从设备的各个部位传感器收集到相应的信息，并合理地通过模型辨识、优化技术加以数据处理，进而调节至最稳定、可靠的运行状态，维持设备的正常运作，从而保证污水处理的效率，降低污水处理的成本。

4.2 智能化软件系统的应用关键点

①在对主程序进行设置时，应当根据不同的变量，对系统初始化工作状态采用两种控制方式，即手动与自动。在自动控制中，信息系统需要完成联锁、数据信息的收集、切换量程、严格控制运算时间等，此编程通常采用模块OB1的控制编程完成[8]；②数据采集程序设计，采用周期性导入的方法，将所收集的实时模拟量信息、数值量信息导入模拟量、数字量两个模块中，模拟量模块中能够根据模拟量输入采集信号，再采用二进制的方式对信息进行存储，再根据污水处理的需求建立相应的模块，从而保证数据储存的科学性；③系统初始化编程，能够通过合理设置寄存器的方式，实现系统初始化的目的，该编程系统能够对不同模块的工作情况进行全面监督，保证污水处理流程能够顺利运行；④联锁控制系统设计。联锁系统中包括多个模块，如加药间、污水泵、回流泵、提升泵和高密池等模块，以PLC进行总程序中OB1调度的功能，能够形成良好的程序功能。

4.3 合理设计智能化控制硬件

选用S7-300可编程控制器、CPU、PS307的电源模块，电源配置参考设置为10A，在控制系统的I/O点下进行运算，其中数字量输入模块为2个[9]。工业现场数字信号点评可以转换为S7-300内部信号点评输入缓冲器，再采用CPU采用处理，此时数字量输出应用的模块数量为1个，通过数字量输出模块，能够改变PLC数字信号，将其转换为外部数字量信号，该信号能够驱动继电器、调节阀、接触器、指示灯负载，模拟量输入数量为2个，输入模拟量A/D——二进制数字量进行转变处理，在此之后，通过CPU进行采集处理；模拟量输出模块数量为1个，CPU输出二进制数值信号以D/A——模拟量转换，然后输出即可。最后通过编程软件对各个环节进行诊断，包括硬件组态、参数、模块等，并负责对各个环节运行状态进行监督，实时进行调整。

4.4 制定智能化控制系统总体方案

污水处理系统的主要目的是采集相关信息，包括水流量、出水压力、水质、阀门反馈信号等，控制对象中各个环节之间有着密切的联系，这也是导致控制数量分散、多的主要因素之一。我国对污水系统控制有着明确的规定，同时由于系统控制的特点，应当采用现场总线对现场区域的各个设备进行连接，从而形成整体控制，对所有的对象进行精确控制，保证污水处理符合相关标准。在智能化污水控制系统的设计中，包含了多项环节，其中中央控制器需要通过远程I/O 200模块进行数据收集、分析、处理，同时人机界面可以采用MCGS中文组态软件，将平台控制系统的各个画面显示出来，形成良好的人机交互。系统中应采用现场总线结构以及主/从通信协议，为了降低系统设计的成本，可以采用屏蔽双绞线电缆，将传输速率控制在10Mbps左右。针对污水工厂的各种污泥处理站的实际情况来看，由于不同污水处理站之间的位置不等，可以通过延长网络距离、增加网络设备等方式进行处理，能够取得良好的效果。该系统中采用的是S7-300系统，可以为DPM1类DP-1主站进行PLC设置的通信模块，与S7-300、DP总线系统始终保持连接的状态下。另外，对计算机PC机实施远程监视，经通信处理器、PROFIBUS作以连接处理，现场系统所采用的是ET200M远程O/O模块，能够对整个污水处理的过程实现集中控制，具有较高的应用价值[10]。

5 结语

污水处理是保证水资源循环的重要途径之一，具有非线性、时变性、不确定性等特点，通过建立科学、合理的智能控制系统，能够实现各项指令的自动发送，并根据反馈的信息，对工艺流程进行优化，有效保证了污水处理设备的可靠性，提高污水处理的效率。此外，通过合理运用智能控制系统，还能够降低人工成本，不仅保证了污水处理的效果，也降低了污水处理的成本，在中小型污水处理厂中也具有较高的可行性。