污水處理過程中有關自動控制方面的探討

張 亮

（浙江交通職業技術學院，浙江 杭州 310000）

1 污水處理過程控制種類

當前，我國污水污染比較嚴重，污水處理技術雖然有了一定的發展，但是處理效果并不理想，在自動控制方面還可以有更大的空間。現階段，我國污水處理控制可以分成三類。

（1）手動模式。手動模式主要是利用污水處理廠中的各種傳感器收集數據，并根據收集到的數據和相應的控制要求，現場設備操作員對閘門，電機等設備的開關進行啟停控制。在此操作過程中，所有的工序都是通過現場操作人員來完成的，很容易出現人為操作失誤或者不及時的情況，存在很大的被動性，而且不能保證污水處理的水質，穩定性較差。這種方式適用于小型污水處理廠，資金投入較少，實現起來也比較方便。

（2）半自動控制模式。這種模式主要利用一定的手段將污水處理廠中的所有信號數據傳送至中央控制室，并使用上位機或者模擬屏上所顯示的方式，集中顯示出污水處理的各項數據指標和設備狀態，如進水溫度，污水濁度，進水流量，水泵狀態等，從而完成對整個處理過程的管理和監控。操作人員可以使用上位機等設備來控制處理過程，而其中仍然有些設備和數據儀表需要現場操作人員來手動完成。這種模式雖然達到了一定的自動控制，但并沒有實現完全自動控制，有些環節還需要人工參與，仍存在滯后的處理和控制，導致出水水質指標不穩定。在國內的小型污水處理廠中常用此種方式。

（3）全自動控制模式。全自動控制模式是建立在計算機技術基礎之上的，實現了多級網絡的監測，從而達到污水處理廠無人值守的自動控制目標。在污水處理過程中，可以通過多級網絡，將污水處理廠中所有設備和儀表中顯示的數據傳送到下位機中，并通過可編程邏輯控制器進行數據的處理和實時控制，分析出現場設備存在的狀態和處理結果。同時，上位機監控系統與下位機控制系統共同對污水處理進行實時監控。

2 污水處理中主要工段的自動控制

（1）pH值的控制。一般情況下，污水中存在較大的pH值，為了達到污水處理效果，為后續污水處理中物理化學處理或者生物處理提供有利的條件，必須將污水中的pH值控制在有效的范圍之內。如果待處理的廢水中，含有H3PO4和其他有機酸，在進行pH值處理時，可以使用仿人工智能模糊控制，這種方法通過使用pH偏差E和pH偏差變化率ΔE輸入到控制系統中，并將堿液閥門開度增量ΔU設置為控制變量，在最大隸屬度原則指導下，計算出實際閥門開度U。并通過應用實際分析，模糊控制的效果要比常規控制算法結果更加準確。石紅瑞等人也將模糊控制方法應用到煉油廠的污水處理中，二曝池前、后段對pH加以控制和處理，使其控制精度達到了±0.2，達到了很好的處理效果。何小其依據pH特性曲線，發明了非線性增益補償方法，實現了對pH靜態增益變化的補償，并利用抑制pH值的非線性控制模型，對pH的閉環進行了有效控制，從而達到了pH的精確控制的要求。

（2）厭氧過程的控制。在污水處理中，很多廢水存在很高的有機負荷，對于這種類型的廢水，可以使用厭氧消化的辦法來進行處理，且具有很強的有效性和經濟性。這種處理技術是在密閉反應器中實現的，在此前提下，廢水中的BOD等有機底物和甲烷菌等微生物進行充分融合，微生物可以將底物溶解，然后去除，產生相應的沼氣。由于廢水中的雜質，濃度等都會隨著時間的變化而變化，波動范圍較大，以往的控制方式并不能達到很好的效果。所以，必須選擇較為先進的控制理論和方式進行控制，才能達到處理系統要求的效果。利用質量守恒裝置理論，對厭氧消化池中的有機碳，堿度和揮發脂肪酸的濃度等進行了動態的軟監測，使得傳感器的預測行為與實際離線軟測量更為接近，而通過模型中自適應線控制器和模糊控制器的使用，可以將中間產物的堿度與總堿度的比值約束在0.3范圍之內，從而實現整體系統的穩定性，同時也防止出現VFA的過量積累的現象。

3 結語

先進控制理論可以將污水處理中的工藝參數進行優化，對于污水處理中人工不及時操作處理有了很大改善，提高了處理效率，減少污水處理成本投入。污水處理自動控制技術的使用，可以根據處理狀況作出相應的結果分析，并能夠及時總結，及時調整控制量，有利于提高污水處理效果，從而造福于子孫后代。

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