探討自動控制在污水處理中的應用

康文莉

摘 要：作為在我國的城市中較為關鍵的環節之一，污水處理對城市的運作與市民的生活起到了舉足輕重的作用。正是在此基礎之上，文章首先簡要地介紹了當前我國城市污水處理的現狀，分析了一些污水處理方式的存在性問題，然后對自動控制模式進行了概述，對其概念和方法加以探討，并且對城市污水自動控制處理的前景展開想象。

關鍵詞：自動控制 污水處理 應用

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0133-02

水是生命之源，是這個星球上最為寶貴的資源之一，同時也是人們在進行生命活動與生產經營時都不可或缺的基本物質。在世界各國資本條件迅猛發展的勢頭下，部分生產企業因為注重自身利益、技術條件有限等因素，而把關鍵性的污水處理環節完全忽視，這就導致了自然水體的污染問題。因此，污水問題早已不僅僅是世界各國經濟發展的歷史遺留問題了，這個問題如今成為了全世界都要面對的環境污染問題。相比傳統污水處理辦法，自動控制技術的使用讓有關操作變得人性化，讓有關過程變得智能化，從而達到節約成本的目的。利用自動控制技術還能使相關工作人員的工作環境得到改善，從而確保相關操作的可行性與安全性，提升工作的效率。近年來，許多生產企業在污水處理的工藝流程中加入和運用了自控系統開展污水處理的工作，自動控制系統在污水處理工作中漸漸地有了不可比擬的巨大優勢。目前，全世界的研究人員都在密切關注著自動控制在污水處理中的應用，尤其對其在節能環保的實際意義方面起到的作用研究正在不斷更新。由此可見，在污水處理工藝中正確利用自動化控制技術不失為相關生產企業的明智之選。

1 自動控制系統的組成以及特點

一般情況下，在完善的自動控制系統中，關鍵性的檢測操作都會在標準的開放系統中得到應用，并且通過一定的通訊協議保證運行前提，以及相應的管理程序進行監管。同時，為了讓自動控制系統在通用性方面做到更好，也能夠視具體情況而定，對各個系統的功能進行分散，以減少風險系數。根據污水處理的不同等級，自動控制系統的組成就可以被分成中央控制操作室、現場控制基站、現場操作箱和工程師站等。其中中央控制操作室是負責管理自控系統中的整個控制權限，也為整個自控系統提供服務。而作為自控系統中關鍵要素的現場控制基站同時也保障了執行策略與控制信號的實行，使得操作人員運用自動控制系統更加自如。現場操作箱有各種實用的功能，比如顯示、報表、執行操作命令還有報警等。工程師站則屬于完善整個系統的支撐點，起著對系統設置與對回路控制的作用。

2 在污水處理中自動控制技術應用的必然性

傳統的廢水處理方法一般有半自動控制與手動控制兩種，這是由于自動控制技術存在一定的局限，然而無論是半自動控制，還是手動控制，皆無法滿足現代需要。在運用手動控制開展污水處理工作時，由于操作人員的工作量大，加之數據并非每次都準確及時，導致控制過程易于出現停滯不前的現象。與此同時，工作人員的自身思想也會對污水處理造成影響，比如，工作人員的粗心大意容易導致某個環節出現問題。而在運用半自動控制進行污水處理工作時，由于其操作仍然對工作人員的實際操作水平有極高要求，因此無法達到集中監控的目的，導致水質不能維持在一個穩定的范圍內。而與之相對的自動化控制的出現，引領了一個全新的數字化時代。所謂的自動化控制，指的是在非人工參與的狀態下，可以通過外部器械，讓生產設備按照預先設定完成的程序進行智能化運行。自動控制技術以其優異的控制功能，既是提高污水處理能力的首選，同時又可降低成本。

3 自動控制在污水處理中的應用現狀

在部分城市中，約有25%的人口居住區不僅并未形成十分有效的污水處理系統，而且在把污水進行就地處理時通常也達不到處理標準。大部分城市中所用的處理系統一般設置了化糞池和配水系統等，而在那些土壤滲透性不強的地方，人工集成處理的設備則更為常用。自動控制技術在污水處理系統當中可以算是一項較為先進的技術，在目前也出現了很多對此技術開展應用的污水處理廠。然而此技術在進行應用的過程之中卻并沒有很快地實現理想狀態，當前利用該技術加以運行的系統仍然出現了不少的問題。

3.1 自動化設備的配備不齊

雖然我國自動化技術已經很早就起步了，但是其在污水處理中的應用仍處于初級的階段，有很大的發展空間，卻也有著許多不足之處。比如說，在自動化系統投入應用的過程中，許多相關的設備如儀表和氣閥等，由于其設備在引進時標準不一，造成精確度、硬度和使用年限等達不到使用要求。由于自動化設備的配備不齊，也就不能形成一套完整的自動化控制系統，也就無法達到妥善處理污水排放的預期效果。

3.2 水質控制標準設置不夠嚴格

國內的污水處理廠在對水質進行控制時，大多都是利用與之相關的理論值如 ORP、DO和pH 來衡量水質的好壞。如果僅僅以此方式來控制水質，一旦控制器遠離理論值時，系統就會根據其他數值如時間來彌補對水質的控制。如此一來，不但起不到污水處理的作用，甚至可能導致一些不達標的污水被誤排到大自然中，最終影響環境健康。

3.3 設備維護難度大

許多設備在進行污水處理工作時，都必須得到一定的維護。而就目前我國大部分污水處理廠而言，其所用設備皆為進口國外的先進設備，不少工作人員都沒有徹底弄清楚設備的維護原理。加上大部分設備的價格十分昂貴，使得其維護要求也隨之變得很高，因此在設備維護的費用上就形成了一筆很大的預算，這也在一定程度上加大了污水處理廠設備的維護難度。

4 自動化控制技術在污水處理的實際應用

4.1 pH控制

污水存在于水體中時，水體的pH值會發生很大的變化，甚至引起一個突變。因此，為了充分發揮污水處理的能力，以及全面提升水體凈化的效果，有必要將其pH值的大小控制在一定范圍內。要做到對pH 的控制，首先，要確定污水的性質，以便采取不同的控制措施。而在自動控制投入使用的情況下，第一，對酸性的廢水可以采用仿人智能與模糊控制，對相關設備鍵入一定pH值的誤差和變化的頻率，再利用計算機的運算功能，求出堿液閥的開度增量，把所求值當作標準，這使閥門開度的控制效果大大提升。第二，在計算機上繪制出pH曲線，并根據其特點，使用非線性增益補償的方法讓pH靜態增益變化得到補償，同時針對pH曲線還可以建立非線性的控制模型，使用閉環的方法讓污水的pH值控制更加精確。第三，把需要處理的污水引入到pH值控制器，在計算出污水正時滯的放大因子和建立好轉換時的延遲模型后，得出污水處理的滯后時間系數。

4.2 曝氣池控制

在污水中，一般還含有各種活性迥異的微生物。部分微生物由于在代謝過程中需要消耗氧氣（O2），因此為了更好地曝氣，為有益的微生物提供氧氣，采取合理的曝氣方式尤為重要。要持續對溶解在污水中的c（O2）的變化進度進行監測，通過質譜儀等現代科技化學儀器對水中有機物的含量進行合理推定，開展曝氣量的模糊控制。然后再把模糊控制系統結合起來，建立動態數學模型以及控制規則，對各種操作狀態中的O2傳質速率進行仿真，通過自動控制系統，把曝氣的能耗水平確定在已知范圍。通過模糊控制的計算模式，進一步控制污水中溶解的O2，采取多元模塊的組合在線控制模式，達到O2模糊閉環反饋控制的效果。

4.3 厭氧控制

在污水處理的工作中，厭氧處理的方式一般是為了把有機負荷水平較高的污水徹底地進行處理。在此過程中，利用自動控制系統對相關變量因素的控制包括污水的物質構成、溶質濃度以及厭氧處理時間等。首先，要針對厭氧消化池的動態特性，使用軟測量的方式把消化池中污水的有機碳含量和揮發性有機酸濃度等重要的參數測量得出。然后，使用自適應性線性控制器等儀器，把中間產物的堿度與總堿度之比例確定在一定范圍內，再調整系統的有機物負荷波動，保持系統的相對穩定性。在建立操作模糊邏輯診斷系統的根本上，對生物處理進行自動更正，對污水厭氧發酵狀態也開展預測。最后，利用智能化控制的方式確定厭氧消化的模板，使厭氧系統中有機負荷的擾動降低，從而使系統自適應能力得到提升。

5 自動控制在污水處理中的應用前景及其發展意見

5.1 發展方向

自動控制在污水處理中的應用，前景一片光明。智能化是現代化發展的一個重要發展方向，同時也是自動控制的發展方向之一。我們常說的智能化是一個把人的思維進行模型化的過程，通常要用到智能計算。污水廠自動化控制的很多難題，都將被智能控制解決，智能控制可以有效減少甚至避免外界干擾引發的故障，把經濟損失最小化。

5.2 組織支持

其一，污水處理部門自動控制事項的運作，應給予工作人員更多的討論與自主學習空間。其二，污水處理部門應對使用完整自動控制系統的污水處理部門予以正式授權，并且相關部門的干部領導要積極展開自動化技術的專題學習。其三，污水處理部門要對工作人員知根知底，這樣才有利于對其提出合理要求，才能有針對性地根據工作標準來規范員工行為。污水處理部門所進行的所有工作中，各部門會存在一定的差異，不過，即使污水處理部門所定下的目標是一致的，個人肩負的責任是有所不同的，其所受獎懲也必然各不相同。

5.3 工作思想

污水處理部門除了現行戰略規劃外，自動控制部門也應規劃自身的目標管理計劃表，并以其作為自動控制工作經營大致方針。污水處理部門考慮自身的發展前景，除了要積極實行污水處理部門自動控制模式，還必須落實到污水處理部門的每一工作人員的思想上。另外，在對員工進行工作思想的滲透中，可以借助個人工作日志，讓工作人員在每周或每月進行自我省思。

6 結語

在我國城市用水中污水排放量不斷增多的背景下，城市水環境面臨著巨大的壓力。如何有效保護水環境，對污水進行有效處理，并對其進行二次回收利用成為了人們必須要考慮的問題。從目前來看，我國在城市污水處理設施建設方面已經取得了很大的進步，城市基本已經形成了比較完善的污水處理系統，這對城市的污水處理工作給與了很大的支持。然而，我們還必須清醒地認識到，我國城市污水處理系統仍然存在很多的問題，還有很多不健全的地方等待著相關科研人員的解決。

參考文獻

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