工業污水自動化智能處理系統設計研究

張亮

（浙江嘉科電子有限公司，浙江 嘉興 314000）

工業的快速發展可以帶動國家社會與經濟的發展，從而成功實現國家的現代化目標。誠然，我國的工業之所以能夠在短時間內得到飛速的發展，是因為最初采用計劃經濟體制，舉國上下全力搞工業發展。與此同時，大量未經處理的工業污水排放嚴重破壞了生態環境，甚至在一些地區頻繁出現了霧霾、酸雨等自然災害。隨著國家將保護環境作為一項基本國策，人們對生態環境的保護越來越重視，在這一趨勢下，如何科學處理工業污水，減少工業污水的排放成為亟待解決的關鍵問題。自動化監控技術為有效處理工業污水提供了解決措施，它可以隨時監測工廠生產的污水是否達到了排放的標準，從而可以對工業污水進行針對性的處理，降低對生態環境的污染。

1 工業污水處理自動化監控技術的實現原理

工業污水處理主要針對其中含有的大量重金屬物質，由于它們的污染性極強，因此對處理技術的要求較高，并且耗時較長。采用工業污水處理自動化監控技術來處理工業污水的流程主要有預處理、升華處理以及最后沉淀三個階段。實現原理為：首先將生產出的工業污水排放到固定的砂池中，然后進行攪拌，盡可能讓砂水之間相互分離，等砂石完全沉淀之后，再將污水傳輸到中和池中進行酸堿鈉的中和處理，并用提升泵將污水進行提升；隨后將提升后的污水進入厭氧池中進行生物分解，可加入生物催化劑等加速污水的分解，待分解完成之后流入到調節沉淀池中進行沉淀、過濾，這樣就完成了工業污水的凈化處理，隨后還要對污水進行氣化微處理，去除水中的污染，并在沉淀池中采用固液分離裝置來使固體與液體分離，之后在污水中加入藥物，提升污水凈化的純度，最后將處理完成的液體進行排放或者二次循環利用，將固體凝固后再集中運出進行統一的處理。

2 工業污水自動化智能處理系統的設計與研究

2.1 污水處理系統設計

工業污水處理系統主要包括遠程控制中心、工業控制計算機、PLC 可編程控制器等，再充分應用網絡通信和電氣自動化控制技術等來監測污水處理，并將監測數據自動上傳至數據庫中。安裝好工業污水處理系統之后，可以實現對污水的自動化控制，即當工業控制計算機發出了控制指令之后，自動化控制系統將PLC 可編程控制器進行分布式排列，更好地控制工業污水的處理。隨后，再借助現場傳感器來進行檢測，之后將檢測的數據自動上傳，當儀表顯示了相關監測數據后，電氣控制系統則會控制整個檢測的過程。操作人員需要在現場對污水處理系統進行組態、調控以及參數設置，將工業污水處理過程中監測的相關數據進行采集與統計工作，并做成數據報表下載打印成文件。相關管理人員則要實時監控各個工業污水處理系統的服務器，并以太網來進行實時接收污水處理現場數據的通訊工作，并根據這些數據來對整個工業污水處理過程中產生的數據進行準確的分析，確保控制人員可以按照污水處理的相關操作準則來精確下達控制、采集等指令。

2.2 神經網絡控制技術

人工神經網絡控制技術具有非線性映射能力、自適應性和容錯能力以及學習能力強等特點，不管在處理污水還是控制污水排放方面，都能有效降低工業污水造成的污染，能夠在最大程度上減少水污染，保護生態環境。人工神經網絡可以與各種在線傳感器監控系統相結合，可以對污水處理過程中出現的各類信號點采樣數據進行歸類處理，并將數據及時保存下來，以此作為衡量污水處理信號變化趨勢的依據。人工神經網絡技術還能夠解決許多復雜的線性問題，并且針對數學建模處理污水的問題能夠發揮不同的作用，可以有效降低能耗。在工業污水處理的過程中充分應用人工神經網絡控制技術來進行工業廢水的實時檢測，并且采用多種測量方式來提升污水凈化的質量，可以進一步推動我國工業發展與生態環境相適應。

2.3 如何將專家系統融入污水處理控制系統

專家系統相較于人工神經網絡與模糊計算而言，能夠更好地解決一些比較透明靈活的問題，從而多方面解決污水處理過程中出現的問題，促進工業污水處理系統的完善。專家系統主要具有診斷、分析等功能，這樣可以運用多種不同的方法來處理工業污水。污水處理控制專家系統是由德國一個科研團隊研發出來的，可以用于檢測污水中像氮、鈉、磷等各種化學物質以及污水中含有的固體懸浮物質，從而更好地進行工業廢水處理工作。但是，專家系統目前還不夠完善，其中還存在許多知識盲區，在實際操作中需要借助人工輔助。專家系統的結構設計不像其他的污水處理系統那樣復雜，主要起到記憶庫的作用，隨即通過對工業污水處理的動態變化不斷改進來檢查污水處理系統并及時排除障礙，以此來確保整個工業污水處理系統的穩定運行。

2.4 模糊控制系統在污水處理中的有效運用

模糊控制系統需要操作人員以及相關的污水處理專家事先設置好系統控制的規則，即將已有的控制經驗與知識表達等轉換成計算機語言變量，隨后將其輸入到模糊控制系統中，一切工作都要按照這一規則來進行。與此同時，要在實際操作中實現模糊控制還須借助非線性數學模型系統，這是因為“知識表達”、“控制經驗”都具有模糊性以及復雜性，不能準確將其轉換為精確的語言變量。模糊控制系統早在上個世紀八十年代就有國外學者與專家嘗試將其應用于工業污水的處理，最初主要是將污水出水的DO、BOD、SS、回流污泥量以及出水氨氮濃度等相關監測數據作為輸入的變量，隨后通過模糊控制系統將數據進行“模糊化”設置，以此來匹配事先設計好的規則，然后依據系統匹配的情況來對工業污水處理做出相應的控制措施，并不斷調整、檢測相關的指標。

2.5 優化污水處理系統中運用的相關軟件設計

工業污水處理系統運用的軟件主要是上位組態軟件，它通過與中央控制室以及所有子控制站之間的實時通訊，實現對各個子控制站的監測與控制，最后通過數據顯示儀表來實現對污水處理的檢測與控制。另外，上位組態軟件還需要結合WinCC 軟件才能成功啟動對整個工業污水處理系統的控制與監測工作。WinCC 軟件主中主要由監控管理系統以及集成的人機界面系統組成，具有報警提示、數據可視化、消息歸檔等多種功能，可以快速適應各種工業污水處理系統。同時，操作人員可以對相關軟件進行編程，提前輸入各項操作指令，然后再通過上位機向底層設備下達相應的控制指令，中央控制室成功接收了上位機的控制指令之后，再根據每個子控制站污水處理系統的類型來下達相應的控制命令，以確保所有的控制指令都可以傳遞到位。例如，在下達污水沉淀的指令時，可以通過實時的監測來檢測沉淀值是否達標，然后將相關數據傳送到控制室內，然后與各個子控制室中PLC 可編程控制器設定好的數據進行比對，從而來控制每個沉淀池的運行，而底層設備的運行情況可以通過軟件組態在中央控制室內的數據顯示屏幕上展示出相應的工藝流程畫面。應用上位組態軟件，可以將工業污水處理過程中采集的相關數據與工作參數都通過圖像以及文字的形式來展示，增強用戶的使用感，提升對工業污水處理的控制與質量。

3 結語

工業污水處理自動化智能處理系統采用了多種技術，與傳統的監控系統完全不同，基本已經實現了工業污水處理現代化，具有高穩定性、高精確度以及高效率的特征。當前國內的自動化智能工業污水處理系統的研發還處于初級階段，存在很多缺陷，需要不斷改進與完善，研發人員需要學習借鑒國外的經驗，引進國外先進的技術，吸引更多的優秀人才來共同完成我國工業污水處理自動化智能化處理系統的研發。只有不斷進行技術創新，建立符合現代化工業生產的污水處理系統，才能深刻落實保護環境的基本國策，在社會上樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念，確保我國的經濟建設進程與生態環境之間形成一種良性的循環。