淺談污水處理過程的節(jié)能優(yōu)化控制

李麗麗

（山西正陽污水凈化有限公司 山西榆次 03 0600）

1 污水處理過程概述

污水處理的過程一般可以分為一級處理、二級處理和三級處理這三個步驟。一級處理主要通過機械方式來實現，包括活性污泥法、沉淀法、生物膜法等物理處理方式。活性污泥法是使最為常用的一種污水處理方式，在大中小型城市中都有廣泛的應用。活性污泥法的處理原理是利用污泥的吸附及氧化作用將污水中的有機物進行分解，從而達到凈水的目的。而分解后產生的無機物質又能為污泥中的微生物提供養(yǎng)分，促進微生物的繁殖和生長，實現污泥的循環(huán)利用。該方法通過對污水處理過程生物脫氮機理進行詳盡分析，從而選擇出對溶解氧濃度、混合液懸浮固體濃度和硝態(tài)氮濃度進行優(yōu)化，并設計出優(yōu)化控制系統(tǒng)架構，確立了優(yōu)化問題的約束條件及性能指標函數。城市污水的處理過程如圖1所示。

圖1 城市污水處理工藝流程

2 常見的活性污泥過程影響因素

活性污泥法一般被應用在城市污水的處理中。城市污水的類型多樣、且排放量較大，對于處理工藝的有效性、穩(wěn)定性等都有較高的要求，此外，城市污水處理系統(tǒng)容易受到較多的環(huán)境因素干擾，如污水流量、水質特點、水溫、溶氧量等。這些因素的變化會對最終的處理效果產生直接的影響。

2.1 進水流量控制

污水的流量會決定著水流在污水處理系統(tǒng)中的停留時間。流量越大，污水的停留時間越短，處理的效果越不明顯。為了確保污水的處理效果，必須嚴格控制污水的流量，使得污水在處理系統(tǒng)中能夠進行充分的新陳代謝，并為微生物的生長繁殖提供一個更好的環(huán)境。

2.2 溶解氧濃度控制

活性污泥中溶解氧的含量決定著微生物的生長狀況，從而進一步影響有機物的分解速率和污水處理效果。為了保證最終的出水水質，在活性污泥的處理過程中會采用人工充氧的方式。只有當確保活性污泥中的含氧量達到一定水平時，才能確保良好的處理效果。但氧氣的含量也不得過高，否則就會引起固體懸浮顆粒不易沉降的現象，也會造成一些厭氧型微生物死亡的現象，降低了污水處理的效果。

2.3 氮濃度的控制

污水中的氮濃度可以客觀的反映污水的性質和狀態(tài)。但水的氮濃度為零時，說明當前水質處于厭氧狀態(tài)，這將導致水中的反消化反應進行不充分，影響整體的處理效果。而當氮含量較高時，又會破壞反硝化反應的環(huán)境，同樣會影響污水處理的效果。由此可見，氮的去除是污水處理的重點和難點，只有利用生物脫氮技術對污水處理過程進行節(jié)能優(yōu)化控制，才是經濟可行的。

2.4 水質酸堿性的控制

活性污泥對污水的處理主要是通過各種微生物的作用來實現的，而這些微生物的生長對于環(huán)境的酸堿度有較高的要求。微生物最適宜的生長環(huán)境應當是酸堿度在6.5~7.5左右。一旦酸堿度超過這一限度就會抑制微生物的生長和繁殖。為了將水質的酸堿度維持在正常的水平，可以定期向水中添加一些化學物質。

3 污水處理優(yōu)化控制方法的研究現狀

污水處理系統(tǒng)需要對多個流程及工藝進行綜合的調控，若采用人工控制的方式，無論是在效率還是質量上都難有保障，因此實現污水處理的自動化控制是當前最有效的優(yōu)化方式。通過自動控制的方式，可以提高微生物的新陳代謝，從而確保污水處理的質量和效率。在污水處理的自動化處理方面，西方國家起步較早，發(fā)展到當前，已經在設備和工藝上都取得了較大的成果。與西方發(fā)達國家相比，我國的污水處理系統(tǒng)自動化程度較低，控制工藝水平也存在較大的差距。當前，我國大多數的污水處理廠仍采用了傳統(tǒng)的數據收集和分析方式，并且通過簡單的系統(tǒng)和工藝對污水進行處理。但我國的水資源匱乏問題又相對嚴重，這種需求與供給嚴重不符的現象給我國的水資源問題造成了更大的壓力。為解決工藝上發(fā)展不足的問題，近年來有一些專家學者提出了一種新型混合智能的處理方式。這種處理方式采用的是溶解氧的控制方法。使用模糊神經網絡動態(tài)優(yōu)化設定值并用神經網絡逆控制系統(tǒng)進行跟蹤，有效的減少了能耗。

4 當前污水處理技術中存在的不足

盡管我國一直在進行污水處理技術的更新和研究，但當前的污水處理技術中仍存在一些不足。

4.1 底層控制對象單一，適應性差

污水處理是一個相對復雜的過程，需要對各個環(huán)節(jié)的連接進行優(yōu)化，對各種變量和數據也要進行合理的分析、規(guī)劃。為達到這一要求，就需要對底層的對象進行準確的設定和選擇，但我國的污水處理廠在控制結構的設置上較為簡單，對變量的控制也不符合要求，從而導致處理系統(tǒng)容易受到各種環(huán)境因素的干擾，環(huán)境適應性也較差。

4.2 難以找到污水處理出水水質與能耗間的直接關系

當前對污水處理系統(tǒng)的要求不僅是達到一定的凈水效果，還應保證實現節(jié)約能源的目標。但在一些污水處理系統(tǒng)的實際研究和運行中發(fā)現，水質處理的效果與能源消耗之間并沒有直接的聯系，因此無法對這兩個方面的內容進行統(tǒng)一的調控。對于許多污水處理廠來說，在保證出水水質的同時做好能源損耗的控制仍是一項亟待解決的問題。

4.3 污水處理過程能耗過大、運行成本過高

在傳統(tǒng)的污水處理模式中，能源的損耗量問題一直是系統(tǒng)優(yōu)化中的難題。由于污水處理系統(tǒng)的復雜性和綜合性，需要應用多種設備和技術，對于能源的要求也較高。盡管污水處理系統(tǒng)實現了對污水的凈化處理，但在系統(tǒng)運行的過程中對能源的消耗又會造成嚴重的資源保護問題，這兩方面的問題都不利于生態(tài)環(huán)境的保護，因此必須加大研究力度，盡快解決污水處理過程中的能源消耗問題。

5 污水處理過程機理模型分析

基于機理模型的污水處理過程模擬與優(yōu)化控制方案不僅有益于新的污水處理廠運行管理系統(tǒng)的設計，而且對擴大現成系統(tǒng)的處理能力或者增加更多系統(tǒng)功能也具有重要意義。

在進行污水處理系統(tǒng)的模型建立時，設計者不僅要考慮到處理效果的最優(yōu)化，還需要從經濟性、環(huán)保性、節(jié)能性等方面進行綜合的控制。污水處理不僅要實現對水中有機物的分解，還需要對水中的懸浮顆粒、有害細菌等物質進行處理，而不同的物質需要采用不同的處理方式，因此在模型的設計中也要進行多方面的分析。環(huán)境因素的影響尤其需要引起設計者的關注，特別是好氧及厭氧環(huán)境對微生物生長的影響。在模型的設計過程中，應當在不同的環(huán)境狀態(tài)下進行測試，以符合實際的處理要求。

6 結語

為了提高污水處理出水水質，降低運行成本，需要加強對活性污泥法污水處理過程的智能優(yōu)化控制，以適應不斷提高的運行效率和環(huán)保標準的要求。本文闡述了國內外污水處理過程控制方法研究現狀，分析了目前污水處理過程控制中存在的問題，針對當前污水處理過程中存在著能量消耗過大、運行成本居高的問題，本文對污水處理過程作了智能優(yōu)化控制策略的研究，并且取得了一定的成果。對于污水處理的節(jié)能優(yōu)化控制而言，這些研究是遠遠不夠的，這一方面的研究還有待進一步的深入和發(fā)展。

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