工業污水智能化處理技術

秦成龍，俞燾

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

國家經濟和社會的發展主要得益于工業技術的發展。計劃經濟時代，在全國上下追求工業發展的思想氛圍下，我國的國民經濟取得了突破性的進展，但是卻犧牲了很多寶貴資源，即盲目、粗放型發展導致的生態環境的破壞，同時出現了臭氧空洞、酸雨、水體污染、霧霾等影響人民生命健康的災害。隨著經濟和技術的進步，全社會對可持續發展和保護生態環境的觀念深入人心，如何實現對工業污水的處理，切實保護水資源成為亟待解決的問題。智能監測技術可以隨時監測工業排放的水質，確保排放水質在標準范圍之內，減少對生態環境的污染[1-6]。

2 工業污水處理自動化監控技術的實現原理

工業污水中含有各種污垢和重金屬等，重金屬對水體污染程度較高，因此對水體中重金屬的有效處理至關重要。工業污水自動處理技術大致有預處理、深度處理和沉淀凈化三個階段。

具體處理方法為：市政工業污水匯集后進入的砂池中進行攪拌預處理，盡可能讓砂石雜質與水分離。污水中沙石經過沉淀分離后，進入中和池中進行酸堿中和處理，然后污水進行下一步生物分解處理，抽水泵將污水抽至含生物催化劑厭氧池中進行分解；進行完上述流程后污水在沉淀池中進行過濾、沉淀環節處理。最后污水進入氣化微處理環節，進行加藥殺菌消毒，提高污水水質。工業污水處理中產生的固體沉淀物經過凝固后統一處理，工業污水經過處理后可以進行二次循環利用或者直接排放至市政排水管網。

3 工業污水智能處理系統的設計與研究

3.1 污水處理系統設計

工業污水處理系統的主要組成部分為污水監測傳感器、PLC可編程控制器和遠程控制中心，污水傳感器可以實時監測污水水質并將數據傳輸至后臺控制中心。工業污水處理系統可以實現對污水處理全過程的自動控制，當操作人員在后臺啟動污水程序后，自動化控制系統發送指令給PLC可編程控制器，直接啟動整個污水處理系統各環節的機組。現場傳感器自動全程監測水質并將數據自動上傳，后臺計算機根據現場傳過來的數據動態控制污水處理全過程。工作人員對污水處理過程中的采集數據進行分析與統計，并在現場對污處理系統進行調試和參數設置。同時運行維護人員還應對污水處理系統的服務器進行不間斷的監視維護，確保網絡運行良好，對污水處理系統運行中的數據進行分析與校驗以保證自動化控制系統的可靠性，確保運行操作人員在按照操作準則和標準進行操作控制時的指令執行精確無誤。

3.2 神經網絡控制技術

人工神經網絡技術有著良好的學習和自適應性，其廣泛的應用在污水排放控制和污水處理方面。將人工神經網絡和污水處理系統中各種在線監測數據網結合起來，并對系統運行時的各類信號和數據進行采樣和歸納分析，并以此數據來指導和判斷污水處理效果和趨勢。除此之外，通過人工神經網絡技術還可以解決許多復雜的線性問題，并對污水處理的數學建模問題發揮作用，能夠有效降低工業控制技術的能耗。充分應用人工神經網絡控制技術對廢水監測數據進行分析處理，并且采用多種監測方式監測污水處理質量，可以進一步提高工業污水處理的精度和效率。

3.3 污水處理系統引入專家系統

相對于人工神經網絡與模糊計算的良好學習能力和非線性映射能力，專家系統比較擅長處理比較靈活透明的問題，對于污水處理系統中出現的一些常見問題，能夠給出專家級解決方案，使污水處理系統更加智能完善。專家系統在污水處理上的應用最先起源于德國，可以用來監測污水中磷、鈉、氮等有害物質以及污水中的不可溶懸浮物，更加精確的進行污水污染物處理。專家系統主要可以對污水處理流程的數據進行診斷和分析，提供多方案污水處理方法。但是依然有些盲區問題專家系統無法解決，有很多有待完善之處，在實際操作中智能化水平不高，需要人工輔助處理。專家系統結構設計簡單，主要是專家方案記憶庫作用，通過對工業污水處理系統的動態變化不斷優化和改進運行模式，及時解決和處理系統運行中的缺陷和不足之處，確保污水系統運行的穩定性和高效性。

3.4 模糊控制系統在污水處理中的有效運用

早在四十年前就有國外專家嘗試在工業污水處理系統中引入模糊控制系統，模糊控制系統需要污水系統設計人員所需的知識表達與操作人員的操作經驗設定好系統參數和流程，并將這些參數進行計算機程序化設置，把計算機程序輸入到模糊控制系統中，進行程序化運行。由于操作經驗和知識表達都很復雜、模糊沒有規律和程序，不能精確的轉化為語言變量，要在實際操作中借助非線性數學模型系統實現模糊控制的操作。最初的輸入變量主要來源是采集污水出水的氨氮濃度、DO、BOD、SS、回流污泥量等相關監測數據，將采集數據經過模糊控制系統“模糊化”設置與設定好的操作程序和規則進行匹配。然后根據系統匹配的結果給出相關控制措施，根據運行中對相關指標的監測并不斷調整，以達到最優運行工況。

3.5 優化污水處理系統中運用的相關軟件設計

工業污水處理系統中主要應用的軟件就是上位組態軟件，中央控制室與子控制站之間可以通過該軟件實現信息傳輸，可以監測和控制各個子控制站的運行情況，通過后臺數據顯示儀表來顯示現場監測數據并據此進行控制運行。另外，要實現監測和控制整個工業污水處理系統還需要借助使用WinCC軟件。WinCC軟件主要由人機交互系統與監控管理系統構成，可以實現數據可視化管理、信息數據歸檔管理和提示報警等多種功能，適用于各種工業污水處理場景。工作人員根據人機交互系統輸入需要操作的指令，操作指令由上位機發送至下一級設備，中央控制室接收到相應指令后，分別對不同的現場子站發送相應的指令，保證操作指令可以上傳下達。例如，系統若要進行污水沉淀操作，可以將現場傳感器監測到污水沉淀值傳送至控制室內，然后與子控制室中PLC可編程控制器整定好的定值比較，并根據對比結果進行自動控制沉淀池的運行，同時中央控制室屏幕上可以顯示現場設備的運行情況及數據指標。通過上位組態軟件，可以更加直觀形象的顯示現場設備的工作流程及相關數據，增強用戶操作的便捷性與可靠性，提高了工業污水處理系統的智能化控制水平。

4 設計思路及處理效果

污水處理廠中最大的用電設備是曝氣鼓風機和進水泵，占據污水處理廠總用電量的70%左右，因此實現智能化處理的前提是降低用電設備的耗電量。傳統的污水處理廠中所使用的設備未采取節電措施，四川某新建污水處理廠所使用的曝氣鼓風機和進水泵均為自動變頻技術，耗電量相對較低。

該污水處理廠所使用的自動變頻設備為智能化自動變頻設備，可避免過去使用手動變頻設備的各種缺點和常規的自動變頻設備的缺點，在原來變頻設備的基礎上進一步降低電耗。該污水處理廠共設置8個進水泵和3個變頻器，5個軟啟動器自動控制。8個進水泵常運行的4個，備用4個。水位控制方式由超聲波液位傳感器和PLC控制器、水位負反饋閉環控制系統等，可將水位控制在設定范圍內。

在具體運行過程中，4個水泵中有1臺水泵安裝變頻器，水泵的運行頻率與水位設定值誤差為正相關，變頻水泵的不上水頻率為30HZ左右。當水位達到設置的最高警戒值時，進水溢流閥自動打開，控制系統發出最高限報警信號，備用水泵依次關閉；當水位達到設置的最低警戒值時，控制系統發出最低限報警信號，備用水泵依次打開。此種智能化處理技術，不會導致水泵頻繁啟停，有效控制水泵的運行效率，減小了水泵的頻繁啟停導致水泵壽命縮短，實現智能化控制。

經統計研究發現，此種智能化處理技術也可以應用于既有污水處理廠，若廠方要求對污水處理廠進行改造時，也可直接進行有效的改造，將老舊污水處理設施改造為智能化污水處理設備，既能實現智能化處理，又能實現節能的效果，具有良好的經濟效益和社會效益。

5 結語

相對于傳統的工業污水處理系統，本文論述的工業污水處理系統采用多種先進的技術使得工業污水處理更加自動化、智能化與現代化，實現了工業污水處理系統的高效、精確與穩定控制。當前我國工業污水智能化處理技術還不夠先進和發達，在智能化操控與精準化控制方面依然存在些許不足之處，需要對標國際先進技術，在現場應用中不斷更新與完善。通過不斷進行污水處理技術革新，才能進一步提高我國環境治理水平，更好的落實“既要金山銀山，也要綠水青山”的可持續發展理念，更好的踐行新時代國家低碳環保、綠色健康的發展思路，實現經濟發展與環境保護的相互促進與互利共贏。