軟測量在污水處理過程中的研究與運用初探

摘 要:伴隨著社會主義市場經濟的發展，我國現代工業進入到了一個快速發展的黃金期，其中對污水處理技術的研究日漸受到人們的重視。但在污水處理的過程中，存在著很多不可控制性因素與特征，比如參數的時變大，多個變量耦合等，這些都使得污水處理無法達到最佳水平。傳統的傳感器無法接受最新的信息，也為重要變量的測量帶來了很大的困難。本文將從污水處理與軟測量的角度出發，探討軟測量技術在污水處理過程中的運用及發展趨勢。

關鍵詞:軟測量 污水處理 軟測量技術 運用

中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0138-01

污水處理是建立在一整套比較完整的污水處理系統基礎上的，污水處理系統的正常運營，需要建立一套符合實際情況的自動控制系統與自動檢測系統。在污水處理的過程中需要很多參數數據，對這些參數數據進行測量并分析參數的實際價值，是確保污水處理效果的有效措施。但由于污水處理的復雜性、時變性與非線性等特征，使得污水處理系統中的傳感器無法正常的工作，無法檢測數據的正確性與科學性，極大地影響著污水處理的效果與效率。

1 關于軟測量技術的概述

所謂軟測量，是指依據易測、可測的過程變量與難以直接進行檢測的待測變量的數學關系，根據某種最優原則，利用先進的計算機技術與網絡通訊技術，采用某種最優的準則，對待測變量進行估計與測量。

2 軟測量技術在污水處理過程中的基本內容

軟測量技術的基本內容包括以下四項內容:一是輔助變量的選取;二是數據的處理;三是軟測量模型的建立;四是軟測量模型的在線校正。

2.1 針對輔助變量的選取工作

輔助變量的選取工作是基于變量的數量、變量的類型、變量的監測點三者之間相互影響相互聯系的作用之下進行的選擇。對于變量類型的選擇方法一般是從間接質量的指標出發;對于變量數量的選擇，一般是從機理過程中進行分析，在影響被估計變量的變量中去挑選主要的因素，特殊情況下可以采取回歸分析的方式尋找影響被估計變量的主要因素，在選擇的過程中，被估計變量的數量不能大于輔助變量的數量;對于變量監測地點的選擇，可以采用工業控制仿真軟件進行控制，也可以采取奇異值分解的方法進行選擇。在輔助變量的選擇中需要堅持的原則包括:工程的適應性、特異性、精確性、靈敏性。在這些原則下，輔助變量的選擇將變得更加科學、準確。

2.2 針對測量數據的處理工作

測量數據的處理工作的基本內容包括誤差的調整與數據的交換兩個方面的內容。在污水處理現場采集的測量數據，由于受到測量環境與儀器精確度的影響，在一般情況下會產生誤差，將在一定程度上降低軟測量的精度，所以測量數據需要進行誤差的調整。在調整的過程中，需要對測量過程中產生的過失誤差、隨機誤差、系統誤差進行調整。在對數據進行處理的過程中，還需要對數據進行交換，以保證測量質量的提升，是輸入正確、精確數據的基礎。數據交換的內容包括:權函數、標度、轉換。對測量數據進行標度，將有助于提高算法的穩定性與精度;對數據進行轉換，將有助于降低非線性的特征對測量結果的影響;對數據進行標注權函數，將有助于我們對檢測模型進行動態的估計。

2.3 軟測量模型的建立

軟測量模型的建立是軟測量技術的核心方面，要在污水處理的過程中建立軟測量模型，需要利用二次變量來實現待測變量的檢測與估計。比較常見的軟測量模型建立方法有三個:一是建立在回歸分析方法的基礎上建立模型，二是在工藝機理基礎上建立模型，三是在人工神經網絡的基礎上建立模型。

第一種方法在軟測量進行建模的過程中比較常見，它比較適合于非線性污水處理的過程，并具有良好的效果與價值。第二種方法由于需要熟識工藝機理的各種知識體系，并且它所涉及的參數太多，不太適用于污水處理的監測。第三種方法由于充分地利用先進的計算機技術與網絡通訊技術，可以直接的進行數據的輸出與建模，減少了很多建模的步驟，在污水處理方法的發展潛力巨大。

2.4 針對軟測量模型的校正工作

軟測量的模型建立之初，由于污水處理的監測地點可能隨時會發生變化，是不能直接的應用于污水處理流程之中的，需要對其進行校正的工作。當前最常用的校正方法是利用分析儀器對監測的離線值進行在線的校正，還有一種方法是KaIman濾波技術，它可以在線對測量數據及參數進行校正。

3 軟測量技術在污水處理過程中的運用

3.1 軟測量技術運用與污水處理系統中的故障診斷

在污水處理的過程中，各種各樣的不正常現象都有出現的可能，在一定程度上可能導致污水處理系統處理過的水，水質質量下降，甚至可能會導致整套污水處理系統癱瘓。將軟測量技術有效地應用于污水處理的過程中，再輔助以故障診斷技術，不僅可以減少因為污水處理的時變性與復雜性所引起的誤差，而且可以降低污水處理的生產成本，減少工作人員的工作量，提升污水處理的質量與水平。

3.2 軟測量技術應用于污水處理過程中的優化

在污水處理的過程中很容易會遇到在線監測參數估計不準確的狀況，這極易導致物料與能源的過度消耗，無法達到國家處理污水的標準，無法達到處理污水的初衷。將軟測量技術應用于此，可以最大限度的保證在線監測參數的精確性與污水處理設備的正常運行，在一定程度上降低能源與物力的消耗，從而達到污水處理的最終目的。

軟測量技術還可以應用于SBR工程循環時間的估計流程中，所謂SBR，即按照間歇的方式利用一種活性污泥法進行污水處理的方法。它雖然具有很大的靈活性，但在時間的固定方面很大的弊端。而軟測量技術的應用，可以在最短的時間獲取SBR運行過程中每一個階段中最優的污水處理時間，根據污水處理的不同需要，進行科學地分階段控制處理，這樣不僅優化了整套SBR處理污水的工藝，節約了時間與空間，而且降低了生產成本，提升了污水處理的效率與經濟效益。

4 結語

在污水的處理過程中，存在著監測參數時常變化、多個變量耦合等問題，這為污水處理的監測與控制帶來了很大的挑戰。將軟測量技術有計劃地運用與污水處理過程中，將在很大程度上優化污水處理的全過程，減少不必要的污水處理步驟，降低了生產成本與時間成本，提升了污水處理的社會效益與經濟效益。

參考文獻

[1]黃道平，劉乙奇，李艷.軟測量在污水處理過程中的研究與應用[J].化工學報，2011(1).

[2]吳冰.污水處理過程中軟測量技術的研究及應用[J].化學過程與裝備，2012(2).

[3]韓雯.污水處理系統中軟測量技術的應用[J].企業科技與發展，2012(6).

[4]卿曉霞，余建平.軟測量技術及其在污水處理系統中的應用[J].工業水處理，2008(3).

[5]宋賢民.基于支持向量機的曝氣池SVI軟測量研究[J].科學技術與工程，2011(4).