智能信息技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用分析

李彬 宋洪益

關(guān)鍵詞：智能信息技術(shù)；污水處理；應(yīng)用

1應(yīng)用特征

智能信息技術(shù)是當(dāng)今世界發(fā)展速度最快的一項(xiàng)技術(shù)，它能夠有效降低人力的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高工作效率，目前已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。智能信息技術(shù)是一系列技術(shù)的總稱，包含大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、通信、數(shù)字、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、人工智能等技術(shù)。在廢水處理中采用智能信息技術(shù)，可以有效改善數(shù)據(jù)收集、分析、處理、存儲(chǔ)和控制等方面的性能，并改善廢水的處理效果，減少人工和材料的費(fèi)用。總之，智能信息技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用具有以下特征。（1）在現(xiàn)代社會(huì)中，廢水源的數(shù)量是巨大的，而智能信息技術(shù)中的大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠有效提高數(shù)據(jù)的收集效率和全面性，同時(shí)，利用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢水的實(shí)時(shí)分析和處理，從而有效加快廢水的處理和分析，為廢水的源頭提供依據(jù)。（2）當(dāng)今社會(huì)各種污水種類繁多，智能信息技術(shù)能夠全面分析出廢水的種類，并對(duì)其進(jìn)行分類，從而達(dá)到更精確、高效的目的。（3）與傳統(tǒng)的廢水資料分析技術(shù)相比，智能信息技術(shù)能夠快速進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，并利用超級(jí)計(jì)算機(jī)在云端進(jìn)行分析，大大提高了對(duì)廢水處理的分析效率，為自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用提供了有益的幫助。（4）當(dāng)今社會(huì)大多數(shù)單一的廢水資料都沒(méi)有足夠的價(jià)值，無(wú)法反映出廢水處理的實(shí)際困難。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和處理方法都是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，效率低下。而智能信息技術(shù)則是對(duì)每一項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，不遺漏任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)，因而其反映出來(lái)的結(jié)果更加具有較高的綜合價(jià)值，以及較強(qiáng)的參照性。

2應(yīng)用問(wèn)題

將智能信息技術(shù)引入廢水治理中，能夠有效減少?gòu)U水的處理費(fèi)用，并使其得到更好的處理效果。然而，在實(shí)踐中仍然存在許多問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)影響智能信息技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用。

2.1信息安全性問(wèn)題

信息安全是當(dāng)今世界最大的威脅，污水處理廠的數(shù)據(jù)看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上卻涉及個(gè)人的信息安全。利用專業(yè)的資料分析軟件，可以從廢水資料中獲取許多有價(jià)值的資料。然而，在目前的污水處理系統(tǒng)中，信息安全的重要性還很低，在污水處理系統(tǒng)中，很多數(shù)據(jù)都是由智能技術(shù)進(jìn)行的，在這種情況下，很可能導(dǎo)致信息的泄露。

2.2數(shù)據(jù)完整性問(wèn)題

智能信息技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用，其效率取決于數(shù)據(jù)的完整性。然而，在目前的情況下，由于對(duì)廢水處理系統(tǒng)的信息安全保護(hù)力度不夠，很容易遭到黑客的惡意攻擊。惡意篡改、刪除系統(tǒng)數(shù)據(jù)，會(huì)使廢水中的數(shù)據(jù)信息不完整，造成數(shù)據(jù)丟失，影響廢水處理的精度和效率，從而使廢水治理的效果不理想，以及產(chǎn)生環(huán)境污染等問(wèn)題。

2.3智能IT拒絕服務(wù)問(wèn)題

智能信息技術(shù)的廢水處理雖然效率很高，但大多依賴于信息設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的自動(dòng)控制。服務(wù)器在運(yùn)行過(guò)程中如果信息設(shè)備出現(xiàn)故障，那么就會(huì)影響其運(yùn)行，另外如果訪問(wèn)量超過(guò)承載能力或者遇到地震等不可控的因素，也會(huì)對(duì)服務(wù)器的運(yùn)行產(chǎn)生影響，導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)，從而使污水處理廠無(wú)法正常工作，以及廢水處理工作在開(kāi)展過(guò)程中也會(huì)受到影響，甚至出現(xiàn)中斷的情況。

3污水處理廠智能信息技術(shù)的應(yīng)用及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1主要體系結(jié)構(gòu)

3.1.1中央控制系統(tǒng)

中央控制室除了有數(shù)據(jù)服務(wù)器外，還配備了一個(gè)監(jiān)控工作站。其中，以數(shù)據(jù)服務(wù)器為主，冗余型監(jiān)視工作站，同時(shí)還要使用服務(wù)器以及交換器等，這樣就能構(gòu)成一臺(tái)計(jì)算機(jī)局域，與城市排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)相連。通過(guò)光纖、交換機(jī)與各處的現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)相連，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的傳送。該系統(tǒng)包含多個(gè)組成部分，其中有操作臺(tái)通信控制計(jì)算機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)以及投影系統(tǒng)等。

3.1.2區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)

在區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中，采用了可編程控制器，實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人職守”，并能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作。現(xiàn)場(chǎng)控制站采用光纖、現(xiàn)場(chǎng)總線等作為從站進(jìn)行通信，這能夠有效地對(duì)污水處理設(shè)備以及相應(yīng)的設(shè)施進(jìn)行有效控制，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制，在對(duì)應(yīng)的控制等級(jí)中，以人工控制最高，自動(dòng)控制最低，中間為遙控。人工控制是利用當(dāng)?shù)仉娍叵洹㈤_(kāi)關(guān)柜按鈕來(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉設(shè)備，通常是在特殊條件下進(jìn)行維修或檢查的。遙控是指由設(shè)備管理員按照分控臺(tái)的操作臺(tái)或監(jiān)視器，通過(guò)I/O裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，是一種自動(dòng)化的人工遙控。自動(dòng)控制方式是指在污水處理廠的工況、工藝等標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉，無(wú)需人為干預(yù)。

3.1.3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)

污水處理廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，主要是針對(duì)分散式的數(shù)字化總線控制，不需要依靠一個(gè)控制設(shè)備或系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)廢水處理過(guò)程的自動(dòng)控制。在中心控制系統(tǒng)失效的情況下，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站都能按照既定的方式獨(dú)立運(yùn)行，具有穩(wěn)定、先進(jìn)的智能儀表及控制裝置，這些專制的使用能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)校正以及自檢等多種功能，可極大地提高故障檢測(cè)的效率，將故障范圍縮小到最小，甚至在最惡劣的情況下，自動(dòng)控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，也可以在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)人工操作，保持廢水處理廠的正常生產(chǎn)。對(duì)各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)主要有對(duì)設(shè)備的起停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，針對(duì)設(shè)備的故障情況，報(bào)警情況等進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)和控制。如果對(duì)水泵電機(jī)的使用頻率進(jìn)行控制，那么也要對(duì)變頻器的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)，不僅監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)，也要監(jiān)測(cè)故障情況以及頻率的反饋信號(hào)等。自動(dòng)控制儀表的主要測(cè)試與控制內(nèi)容有儀表信號(hào)、故障報(bào)警情況、開(kāi)啟關(guān)閉情況、閥位反饋信號(hào)等[1]。

3.1.4保護(hù)系統(tǒng)

污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有防雷、過(guò)電壓、接地等一系列保護(hù)系統(tǒng)。這些保護(hù)系統(tǒng)必須按照系統(tǒng)的實(shí)際要求，對(duì)各系統(tǒng)的供電進(jìn)行保護(hù)，以達(dá)到防雷避雷的目的。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，各種端口以及儀表電源等均應(yīng)配備有效的防雷、過(guò)電壓防護(hù)。而整個(gè)系統(tǒng)的接地系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，安裝獨(dú)立接地的應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體條件進(jìn)行安裝。在運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)控制儀表應(yīng)將接地系統(tǒng)分開(kāi)，或與保護(hù)接地一起連接到等電位接地系統(tǒng)。

3.2控制功能的實(shí)現(xiàn)

（1）通過(guò)設(shè)置粗格柵和提升泵站各種參數(shù)，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。廢水處理時(shí)，必須注意粗格柵前后位移的差異，通常可通過(guò)超聲波液位差來(lái)檢測(cè)，當(dāng)位移差值達(dá)到裝置設(shè)置要求時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)開(kāi)啟并清洗粗格柵，并在完成相應(yīng)工序后自動(dòng)停止，從而形成一套完整的自動(dòng)化流程。各種水泵的控制也要通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)完成，在各個(gè)管路和水泵周圍設(shè)置壓力計(jì)，并按壓力標(biāo)準(zhǔn)要求，自動(dòng)啟動(dòng)和停止泵，當(dāng)壓力達(dá)到某一值時(shí)，電動(dòng)閥就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。

（2）在污泥濃度和微生物總量的控制上，必須通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果生物量大，水體中懸浮物的數(shù)量越多，就會(huì)對(duì)水質(zhì)造成一定的影響，同時(shí)，微生物的過(guò)量也會(huì)導(dǎo)致氧的消耗，從而提高水體的含氧量。如果微生物數(shù)量過(guò)少，則會(huì)導(dǎo)致生物負(fù)荷過(guò)高，廢水處理量下降，水質(zhì)不符合要求。所以，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)污泥中的微生物數(shù)量進(jìn)行自動(dòng)控制[2]。

4應(yīng)用探討

4.1應(yīng)用NANN的控制系統(tǒng)

采用NANN方法可以有效解決污水處理廠的各種附加問(wèn)題，通過(guò)建立相應(yīng)規(guī)則，不僅可以增強(qiáng)污水處理廠的學(xué)習(xí)和適應(yīng)性，還可以保證廢水處理系統(tǒng)的合理性。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，該系統(tǒng)具有良好的容錯(cuò)性。在某些情況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制操作不會(huì)受到很大的影響，可以促進(jìn)系統(tǒng)的正常工作。在廢水處理過(guò)程中，可以分析和研究有關(guān)數(shù)據(jù)信息，然后再進(jìn)行簡(jiǎn)單的輸入集合訓(xùn)練，提高NH3-N濃度模型的檢測(cè)準(zhǔn)確率。通過(guò)反復(fù)實(shí)踐和優(yōu)化處理，保證了廢水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了NH3-N的含量。

4.2模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用情況

模糊控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)模糊控制的同時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行參數(shù)的輸入、輸出、模糊轉(zhuǎn)換，從而使模糊推理與控制規(guī)則得到最好的控制效果。要求有關(guān)科研工作者在廢水處理系統(tǒng)中實(shí)施模糊控制，嚴(yán)格按照二級(jí)污水處理廠的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)污泥回流比、污泥排放量、DO設(shè)定等進(jìn)行嚴(yán)格控制，以防止污泥膨脹和上浮。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)工作人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)比，得出了在設(shè)計(jì)活性污泥過(guò)程中，需要輸入相關(guān)參數(shù)、輸出變量和控制算法，而在污泥膨脹和上浮過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際操作條件，采用模糊控制器來(lái)改善污水處理的效果。另外，還需要有關(guān)人員進(jìn)行A/O脫氮法智能控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，連續(xù)流污水處理系統(tǒng)的長(zhǎng)曝氣量控制實(shí)驗(yàn)，以及連續(xù)進(jìn)出水和間歇硝化反硝化實(shí)驗(yàn)，根據(jù)模糊控制系統(tǒng)的性能要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理的控制，并嚴(yán)格控制費(fèi)用[3]。

4.3專家系統(tǒng)應(yīng)用情況

采用專家系統(tǒng)，可以使廢水得到持續(xù)優(yōu)化。專家系統(tǒng)可以利用各種知識(shí)逐步構(gòu)建一個(gè)由推理機(jī)構(gòu)和知識(shí)庫(kù)組成的專業(yè)體系，并能客觀地對(duì)處理廠的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行客觀分析和判斷，并將有關(guān)信息傳遞給工作人員，方便工作人員對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理。通過(guò)專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的智能控制流程，能夠發(fā)現(xiàn)和制訂出解決方案，如處理過(guò)程中存在的除磷、脫氮、污泥水分離等問(wèn)題，再以數(shù)值模擬的方式明確控制參數(shù)、不同變量，并逐步提出建設(shè)性建議，以便為今后污水處理系統(tǒng)的防治和預(yù)測(cè)提供一定的參考依據(jù)[4]。

4.4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用情況

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)信息化技術(shù)的需求越來(lái)越高．在污水處理領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。污水處理廠在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的污水處理，以及智能化的污水處理。整個(gè)工廠在運(yùn)行過(guò)程中，不需要人工開(kāi)展相應(yīng)的管理工作，對(duì)其中的工作情況能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)能夠?qū)嵢沾邕M(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，這有助于對(duì)工廠的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行科學(xué)有效地把控，保證在進(jìn)行污水處理時(shí)能夠獲取一定的效益。智能廢水處理系統(tǒng)涉及傳感器、中央處理決策和信息處理反饋等，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行以及生物化學(xué)工廠的生產(chǎn)等都有廢水產(chǎn)生，并需要對(duì)這些廢水進(jìn)行處理，在此過(guò)程中要對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)控，而傳感器能夠發(fā)揮非常重要的作用。一般情況下，廢水處理廠都會(huì)采用溫度、pH等傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。智能廢水處理系統(tǒng)的感應(yīng)層是由傳感器控制的，它可以實(shí)日寸地將收集到的數(shù)據(jù)以有線網(wǎng)絡(luò)／無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式傳送到中心處理系統(tǒng)。然后，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行深度分析，并將有關(guān)決策信息及時(shí)傳送到廢水處理裝置，閥門(mén)大小和溫度控制采用多種控制方式。在此過(guò)程中，通過(guò)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)地向移動(dòng)終端傳輸監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。通過(guò)手機(jī)的功能，可以有效處理廢水處理系統(tǒng)的設(shè)備信息，防止不安全事故的發(fā)生。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心是對(duì)事物的感知，它不僅無(wú)需24小時(shí)值班，還能更好地適應(yīng)各種環(huán)境，并能利用自動(dòng)控制裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)廢水的最優(yōu)控制。該系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制廢水處理等自動(dòng)化操作，幫助管理者及時(shí)掌握有關(guān)操作的信息，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間通知管理員。此外，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以在緊急情況下進(jìn)行應(yīng)急處理，即使出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)用戶造成太大的影響，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠發(fā)揮非常重要的作用。

4.5大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用情況

大數(shù)據(jù)是一種新的廢水處理技術(shù)，它能夠及時(shí)地對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理和處理，以及進(jìn)一步的挖掘。廢水處理過(guò)程比較復(fù)雜，檢測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)量較大，具有動(dòng)態(tài)、不確定等特征。分析和指導(dǎo)有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)于改善廢水處理技術(shù)具有重要意義。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立污水處理的數(shù)學(xué)模型，再利用數(shù)學(xué)模型對(duì)污水處理過(guò)程進(jìn)行處理，并給出相應(yīng)的處理過(guò)程，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。建立大型廢水處理系統(tǒng)，能夠利用傳感器實(shí)時(shí)采集廢水的有關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)模型化，制定出相應(yīng)的超標(biāo)治理方案。通過(guò)平臺(tái)的功能，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)反饋到有關(guān)單位，并對(duì)廢水處理過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行精確的計(jì)算，從而能夠及時(shí)地檢測(cè)出廢水指標(biāo)的超標(biāo)或異常。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于污水處理，不僅可以提高污水處理的自動(dòng)化程度，以及污水處理效率，還可以有效控制運(yùn)行投入的資金和人力成本，因此其在污水處理中的應(yīng)用和推廣很有意義。