智能信息技術在污水處理中的應用分析

李彬 宋洪益

關鍵詞：智能信息技術；污水處理；應用

1應用特征

智能信息技術是當今世界發展速度最快的一項技術，它能夠有效降低人力的勞動強度，大大提高工作效率，目前已被廣泛應用于各個領域。智能信息技術是一系列技術的總稱，包含大數據、物聯網、通信、數字、計算機、自動控制、人工智能等技術。在廢水處理中采用智能信息技術，可以有效改善數據收集、分析、處理、存儲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用。總之，智能信息技術在廢水處理中的應用具有以下特征。（1）在現代社會中，廢水源的數量是巨大的，而智能信息技術中的大數據技術能夠有效提高數據的收集效率和全面性，同時，利用云計算技術實現了對廢水的實時分析和處理，從而有效加快廢水的處理和分析，為廢水的源頭提供依據。（2）當今社會各種污水種類繁多，智能信息技術能夠全面分析出廢水的種類，并對其進行分類，從而達到更精確、高效的目的。（3）與傳統的廢水資料分析技術相比，智能信息技術能夠快速進行數據的分析和處理，并利用超級計算機在云端進行分析，大大提高了對廢水處理的分析效率，為自動化技術在實際中的應用提供了有益的幫助。（4）當今社會大多數單一的廢水資料都沒有足夠的價值，無法反映出廢水處理的實際困難。傳統的數據分析和處理方法都是對數據進行篩選，效率低下。而智能信息技術則是對每一項數據進行綜合分析，不遺漏任何一項數據，因而其反映出來的結果更加具有較高的綜合價值，以及較強的參照性。

2應用問題

將智能信息技術引入廢水治理中，能夠有效減少廢水的處理費用，并使其得到更好的處理效果。然而，在實踐中仍然存在許多問題，這些問題會影響智能信息技術在廢水處理中的應用。

2.1信息安全性問題

信息安全是當今世界最大的威脅，污水處理廠的數據看似簡單，實際上卻涉及個人的信息安全。利用專業的資料分析軟件，可以從廢水資料中獲取許多有價值的資料。然而，在目前的污水處理系統中，信息安全的重要性還很低，在污水處理系統中，很多數據都是由智能技術進行的，在這種情況下，很可能導致信息的泄露。

2.2數據完整性問題

智能信息技術在污水處理中的應用，其效率取決于數據的完整性。然而，在目前的情況下，由于對廢水處理系統的信息安全保護力度不夠，很容易遭到黑客的惡意攻擊。惡意篡改、刪除系統數據，會使廢水中的數據信息不完整，造成數據丟失，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，以及產生環境污染等問題。

2.3智能IT拒絕服務問題

智能信息技術的廢水處理雖然效率很高，但大多依賴于信息設備、數據服務器等來實現對廢水的自動控制。服務器在運行過程中如果信息設備出現故障，那么就會影響其運行，另外如果訪問量超過承載能力或者遇到地震等不可控的因素，也會對服務器的運行產生影響，導致系統停機，從而使污水處理廠無法正常工作，以及廢水處理工作在開展過程中也會受到影響，甚至出現中斷的情況。

3污水處理廠智能信息技術的應用及自動化控制系統的結構設計

3.1主要體系結構

3.1.1中央控制系統

中央控制室除了有數據服務器外，還配備了一個監控工作站。其中，以數據服務器為主，冗余型監視工作站，同時還要使用服務器以及交換器等，這樣就能構成一臺計算機局域，與城市排水自動化控制系統相連。通過光纖、交換機與各處的現場控制臺相連，實現各種數據的傳送。該系統包含多個組成部分，其中有操作臺通信控制計算機、監控系統以及投影系統等。

3.1.2區域監控系統

在區域現場控制系統中，采用了可編程控制器，實現了“無人職守”，并能實現獨立工作。現場控制站采用光纖、現場總線等作為從站進行通信，這能夠有效地對污水處理設備以及相應的設施進行有效控制，不僅能夠實現遠程控制，也能夠實現現場控制，在對應的控制等級中，以人工控制最高，自動控制最低，中間為遙控。人工控制是利用當地電控箱、開關柜按鈕來啟動和關閉設備，通常是在特殊條件下進行維修或檢查的。遙控是指由設備管理員按照分控臺的操作臺或監視器，通過I/O裝置來實現對現場設備的控制，是一種自動化的人工遙控。自動控制方式是指在污水處理廠的工況、工藝等標準參數的基礎上，實現對設備的啟動和關閉，無需人為干預。

3.1.3現場測控系統

污水處理廠的實時監控系統，主要是針對分散式的數字化總線控制，不需要依靠一個控制設備或系統來實現對整個廢水處理過程的自動控制。在中心控制系統失效的情況下，每個現場站都能按照既定的方式獨立運行，具有穩定、先進的智能儀表及控制裝置，這些專制的使用能夠實現自動校正以及自檢等多種功能，可極大地提高故障檢測的效率，將故障范圍縮小到最小，甚至在最惡劣的情況下，自動控制系統不能正常運行，也可以在現場通過人工操作，保持廢水處理廠的正常生產。對各個生產設備的監測主要有對設備的起停狀態進行監測，針對設備的故障情況，報警情況等進行相應的監測和控制。如果對水泵電機的使用頻率進行控制，那么也要對變頻器的工作狀態進行相應的監測，不僅監測工作狀態，也要監測故障情況以及頻率的反饋信號等。自動控制儀表的主要測試與控制內容有儀表信號、故障報警情況、開啟關閉情況、閥位反饋信號等[1]。

3.1.4保護系統

污水處理廠的自動控制系統具有防雷、過電壓、接地等一系列保護系統。這些保護系統必須按照系統的實際要求，對各系統的供電進行保護，以達到防雷避雷的目的。在自動控制系統中，各種端口以及儀表電源等均應配備有效的防雷、過電壓防護。而整個系統的接地系統應嚴格按照規范和設計要求，安裝獨立接地的應根據現場的具體條件進行安裝。在運行時，自動控制儀表應將接地系統分開，或與保護接地一起連接到等電位接地系統。

3.2控制功能的實現

（1）通過設置粗格柵和提升泵站各種參數，達到自動控制的目的。廢水處理時，必須注意粗格柵前后位移的差異，通常可通過超聲波液位差來檢測，當位移差值達到裝置設置要求時，自動控制系統會開啟并清洗粗格柵，并在完成相應工序后自動停止，從而形成一套完整的自動化流程。各種水泵的控制也要通過自動控制系統來完成，在各個管路和水泵周圍設置壓力計，并按壓力標準要求，自動啟動和停止泵，當壓力達到某一值時，電動閥就會自動開啟。

（2）在污泥濃度和微生物總量的控制上，必須通過自動控制系統來實現。如果生物量大，水體中懸浮物的數量越多，就會對水質造成一定的影響，同時，微生物的過量也會導致氧的消耗，從而提高水體的含氧量。如果微生物數量過少，則會導致生物負荷過高，廢水處理量下降，水質不符合要求。所以，自動控制系統可以根據污泥中的微生物數量進行自動控制[2]。

4應用探討

4.1應用NANN的控制系統

采用NANN方法可以有效解決污水處理廠的各種附加問題，通過建立相應規則，不僅可以增強污水處理廠的學習和適應性，還可以保證廢水處理系統的合理性。從實際應用情況來看，該系統具有良好的容錯性。在某些情況下，神經網絡的控制操作不會受到很大的影響，可以促進系統的正常工作。在廢水處理過程中，可以分析和研究有關數據信息，然后再進行簡單的輸入集合訓練，提高NH3-N濃度模型的檢測準確率。通過反復實踐和優化處理，保證了廢水處理系統的正常運轉，降低了NH3-N的含量。

4.2模糊控制系統應用情況

模糊控制系統在實現模糊控制的同時，能夠實時進行參數的輸入、輸出、模糊轉換，從而使模糊推理與控制規則得到最好的控制效果。要求有關科研工作者在廢水處理系統中實施模糊控制，嚴格按照二級污水處理廠的有關標準，對污泥回流比、污泥排放量、DO設定等進行嚴格控制，以防止污泥膨脹和上浮。通過與現場工作人員的經驗對比，得出了在設計活性污泥過程中，需要輸入相關參數、輸出變量和控制算法，而在污泥膨脹和上浮過程中，要根據實際操作條件，采用模糊控制器來改善污水處理的效果。另外，還需要有關人員進行A/O脫氮法智能控制系統實驗，連續流污水處理系統的長曝氣量控制實驗，以及連續進出水和間歇硝化反硝化實驗，根據模糊控制系統的性能要求，實現對污水處理的控制，并嚴格控制費用[3]。

4.3專家系統應用情況

采用專家系統，可以使廢水得到持續優化。專家系統可以利用各種知識逐步構建一個由推理機構和知識庫組成的專業體系，并能客觀地對處理廠的運行狀態進行客觀分析和判斷，并將有關信息傳遞給工作人員，方便工作人員對存在的問題進行及時處理。通過專家系統開發的智能控制流程，能夠發現和制訂出解決方案，如處理過程中存在的除磷、脫氮、污泥水分離等問題，再以數值模擬的方式明確控制參數、不同變量，并逐步提出建設性建議，以便為今后污水處理系統的防治和預測提供一定的參考依據[4]。

4.4物聯網技術應用情況

隨著信息化時代的到來，人們對信息化技術的需求越來越高．在污水處理領域，物聯網技術得到了越來越多的應用。污水處理廠在運行過程中應用物聯網技術，能夠很好地實現無人化的污水處理，以及智能化的污水處理。整個工廠在運行過程中，不需要人工開展相應的管理工作，對其中的工作情況能夠實現自動化監控，對相應的數據能夠實日寸進行監測和記錄，這有助于對工廠的運行費用進行科學有效地把控，保證在進行污水處理時能夠獲取一定的效益。智能廢水處理系統涉及傳感器、中央處理決策和信息處理反饋等，機械設備的運行以及生物化學工廠的生產等都有廢水產生，并需要對這些廢水進行處理，在此過程中要對相應的數據進行實時有效的監控，而傳感器能夠發揮非常重要的作用。一般情況下，廢水處理廠都會采用溫度、pH等傳感器來實現對環境的實時監測。智能廢水處理系統的感應層是由傳感器控制的，它可以實日寸地將收集到的數據以有線網絡／無線網絡的方式傳送到中心處理系統。然后，對該系統進行深度分析，并將有關決策信息及時傳送到廢水處理裝置，閥門大小和溫度控制采用多種控制方式。在此過程中，通過利用物聯網技術，可以實時地向移動終端傳輸監控數據。通過手機的功能，可以有效處理廢水處理系統的設備信息，防止不安全事故的發生。物聯網技術的核心是對事物的感知，它不僅無需24小時值班，還能更好地適應各種環境，并能利用自動控制裝置來實現廢水的最優控制。該系統可以進行遠程監控、控制廢水處理等自動化操作，幫助管理者及時掌握有關操作的信息，一旦出現突發情況，系統會第一時間通知管理員。此外，通過物聯網技術，可以在緊急情況下進行應急處理，即使出現故障，也不會對用戶造成太大的影響，因此物聯網技術的應用能夠發揮非常重要的作用。

4.5大數據技術應用情況

大數據是一種新的廢水處理技術，它能夠及時地對海量數據進行分析、整理和處理，以及進一步的挖掘。廢水處理過程比較復雜，檢測裝置采集數據量較大，具有動態、不確定等特征。分析和指導有關數據，對于改善廢水處理技術具有重要意義。同時，利用大數據技術建立污水處理的數學模型，再利用數學模型對污水處理過程進行處理，并給出相應的處理過程，對其進行詳細的分析和研究。建立大型廢水處理系統，能夠利用傳感器實時采集廢水的有關數據，并對其進行實時監測，進行數據模型化，制定出相應的超標治理方案。通過平臺的功能，對檢測結果進行分析，將實時采集到的數據反饋到有關單位，并對廢水處理過程中的各項參數進行精確的計算，從而能夠及時地檢測出廢水指標的超標或異常。將大數據技術應用于污水處理，不僅可以提高污水處理的自動化程度，以及污水處理效率，還可以有效控制運行投入的資金和人力成本，因此其在污水處理中的應用和推廣很有意義。