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污水处理系统中的仿人控制探究

作者：王贤日期：2015-12-24 13:41 来源：未知

【文章摘要】
随着城市化进程的推进，城市的污水排放量也不断增加。我国的基本国情为人口众多淡水资源紧缺且分布不均，因此城市的污水处理问题越来越得到相关人员的重视。调查显示，我国污水处理量偏低，污水很容易污染城市及其周边环境并阻碍了城市经济的发展。所以，必须要加强城市污水处理意识，加强城市污水处理能力。本文就污水处理系统中的仿人控制进行了分析和探究。
【关键词】
污水处理系统；仿人控制；分析；探究
尽管改革开放到现在，我国的污水处理得到了长远的发展，但是相较于城市化进程推进来说其发展仍显缓慢，污水排放量和污水处理能力之间存在着越来越大的差距。据调查显示，我国正常运行的污水处理设备进展三分之一，而正常运行的污水处理设备其实际运转效率只有一半。因此，我国污水处理事业发展缓慢的原因之一为污水处理效率偏低。
1 分析污水处理的必要性
1.1 水资源面临的危机
目前，随着世界经济的不断发展以及人口数量的增加，人们有了逐渐增加的水资源需求，因此，很多国家都面临着缺水的危机，也在很大程度上限制了经济的发展。但是，因为开发水资源有着多部门性，这对于综合利用水资源有着很大的妨碍，加深了水资源供需之间的矛盾。目前，应该迫切解决综合管理并利用、保护水资源的相关问题。
1.2 污水处理的必要性分析
现阶段，我国有着非常稀缺的淡水资源，也面临着逐渐严重的水资源危机，我国人均的水资源占有量在世界上的排名在一百一十名，仅仅为平均水平的四分之一。根据相关的统计，我国城市当中的生活方面污水排放量基本上占到了一半的排放总量，很多年之前我国处理污水的基本重心是对处理工业污水，现在对该重心进行了彻底的改变。
现在，处理污水的实际过程有着非常复杂的工艺，我国相对于国外来讲，各个工艺段的相关设备都比较落后，在处理污水的实际过程当中会受到很多外界因素的严重影响。在我国，对于污水厂有着比较高的要求，已经制定出了比较严格的国家出水标准，并在逐渐提高污水厂能耗方面的要求。这就需要更高的污水处理的技术。
2 国内外污水处理研究现状
2.1 国内污水处理研究现状
在发达国家，污水处理效率比我国高出一大截，我国污水处理事业发展缓慢的原因有三点：一是落后的污水处理工艺。我国的污水处理技术主要实参考国外的污水处理工艺，但与国外同期的技术发展水平有相当大的差距，有处理效率不高、自动化程度偏低、能量消耗较大等问题；二是投入资金不足造成的资金短缺问题。相较于发达国家而言，我国的经济发展水平还有待提升，污水处理能力较低在资金方面表现为大规模的污水处理厂建设投资不太可能，另外，污水处理厂的设备维护费用也比较高；三是管理能力不够。传统的污水处理技术较为繁琐，相较于国外的操作人员而言，我国的操作人员在管理水平以及技术素质上显然还是有一定的差距的，这就是我国部分污水处理厂不能正常的进行运行的原因之一。
就污水处理工艺而言，我国的污水处理技术经历了三个时期。一是七五时期，这个时期是指国家对复合生态系统以及氧化塘等自然技术处理方面做了科技攻关；二是八五时期这个时期国家深入研究了一体化氧化沟以及高负荷活性污泥，并引进了相关处理工艺，如SBR、A2O、AO、AB等；三是九五时期，这个时期主要对占地规模以及能耗等问题做出了解决，并探讨了成套的污水处理技术。我国经过这三个时期的努力，在污水处理工上取得了长远的进步，几乎达到了发达国家的水平，大多数的污水处理要求被满足。但是，我国缺少系统的、完整的污水处理技术上，其引进的污水处理技术不一定适用我国的国情。
2.2 国外污水处理研究现状
发达国家在20世纪70年代就达到了污水处理的二级处理水平，其中，世界上建设污水处理厂最多的国家是美国。但是，二级处理因其能耗高、运行费用以及投资建设费用较大等缺点，发达国家开始对传统的工艺流程进行改进以及新技术的研究，其中，污水处理利用技术收到很大程度的重视。国外的污水处理技术主要有SBR法、电磁化法、隔膜吸附过滤法、生物降解法以及活性污泥法等，其污水处理排放标准非常严格。其中，应用最为广泛的方法是活性污泥法，主要是应用在大型的城市污水厂当中。比较发达的国家在广泛普及二级处理之后，投入了大量的科研力量以及资金来对处理污水的设备的运行、检测以及管理进行了有效的加强，在很大程度上实现了很多高科技的技术应用。在上个世纪的七十年代美国开始进行自动控制污水处理厂，现在处理污水的工厂大部分已经实现了自动控制以及测试。
3 建立污水处理系统数学模型的基本内容
目前，我国有了逐渐增加的污水的处理系统，在整个处理污水的相关领域当中，污水的处理技术有着逐渐重要的作用，所以建立合理的污水处理系统的数学模型也越来越重要，数学模型主要包括下面几个方面的内容：水力过程的数学模型；去除污染物质的数学模型；转移氧的数学模型；有机碳简化的数学模型以及该模型的线性化等。
4 污水处理流程
就城市污水处理为例，简单对污水处理流程做出介绍。城市污水具有收集容易、稳定、量多等特点，因此，世界各国通常将处理后的城市污水作为可利用的第二水源来解决水资源紧缺的问题。随着城市化进程的推进，我国的水资源呈现出紧缺甚至匮乏的态势，因此，我国紧迫需要对城市废水进行二次回收利用，一方面可以缓解水资源匮乏造成的压力，另一方面可以提高社会经济效益。
4.1 污水处理方法
第一，物理处理方法。物理处理方法就是通过物理作用对漂浮在水中以及悬浮在水中的物质进行清理且污水的化学性质不发生改变。常用的方法有过滤法、离心分离法、重力分离法等；第二，化学处理方法。化学处理方法就是通过化学反应对水中的污染物质进行转化或者去除，从而产生净水作用。常用的方法有氧化还原法、中和法、电解法等；第三，生物处理方法。生物处理方法是指通过微生物对污水中的有机污染物进行氧化分解，使污水得到净化。常用的方法有生物膜法、活性污泥法等。
4.2 城市污水处理级别分类
所谓城市污水一级处理，即机械处理或者预处理，主要处理设备包括沉淀池、沉砂池、破碎机以及格栅等。通常情况下，一级处理只是二级处理的前期处理，只保证了二级处理能够顺利进行，而不能保证净化后的污水水质。污水二级处理主要包括曝光池和二次沉淀池，是污水处理过程中最为重要的部分。污水三级处理是在一级、二级之后的处理，是深度处理，能够去除污水中的病原体等物质，其运行费用较高。
5 部分污水处理工艺介绍
5.1 SBR污水处理工艺
SBR工艺，又称序列式活性污泥法工艺。这是由美国学者在20世纪70年代提出的，80年代，美国建立了第一个SBR污水处理厂，之后其他发达国家开始应用研究SBR法来进行污水处理。80年代中期，我国开始对SBR污水处理方法进行研究。SBR方法非常经济高效且管理便利，很适合我国经济的发展。
SBR工艺采用间歇操作的反应器并按照时间顺序进行排序，包括曝气池、初次沉淀池、二次沉淀池，很大程度上减少了处理厂的占地面积。SBR工艺分为进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、出水阶段以及闲置阶段五个工序。进水阶段是指污水进入反应池的过程，水位在未达到最高水位或者设定时间时会处于上升状态。反应阶段利用曝气池中的微生物呼吸作用来对有机污染物进行分解，其中，曝气量的大小根据温度、水质、水量等外界因素考虑而确定，过多或过少的曝气量都会造成一定的问题。沉淀阶段是液体和活性污泥等分离过程，出水过程一般将液体水位降至最低，从而使活性污泥达到循环利用的效果。闲置阶段是指沉降阶段到下个周期这一时间段。
5.2 PLC 污水处理工艺
PLC控制技术，又称可编程逻辑控制器。PLC和相关模块共同组成了PLC系统，PLC是为工业环境而量身定制的数字运算操作的电子装置。因其强大的逻辑操作性能，特别适合开关量控制，还能够进行模拟量控制。同时，配备的模拟量模块可对参数进行控制和测量，例如压力、水位、温度等。上位机通关连接PLC自身的通讯端口来实现数据通讯，便于接收来自PLC的数据。其中上位机不参与过程控制，只进行监控和系统管理，其要求是计算速度快、储量大的工业控制计算机组成。具体工作包括显示工艺流程动态、故障报警、打印报表等。
控制和管理是系统的核心人物，管理站操作主要是进行着两个人物，因为现场站进行直接控制，因此操作管理站的主要工作在于控制策略的选择以及优化参数，控制管理站需要对回路的工作信息进行反映来确保其功能的实现。具体反映方式包括历史趋势的记录、显示和警报等以及工业流程图的显示等。
6 结束语
目前，我国的污水处理事业仍处在建设阶段，与发达国家的污水处理事业有着很大差距。本文就SBR技术和PLC技术做出了简单说明，介绍其设备组成及其优点。并对我国的污水处理现状做出了简单分析，以及对我国污水处理厂发展缓慢的原因做出了解释。现在，随着科学技术的快速发展，会在很大程度上增强污水处理技术的发展。
【参考文献】
[1]王树东,谭跃海,金鲁东等.仿人智能控制在污水处理中的应用[J].西安工业大学学报 ,2012,32(12):1009-1014.
[2]陆伟.基于PLC的SBR污水处理控制系统[J].装备制造技术 ,2013,(7):180-182.
[3]王艳.浅析城市供水水源危机[J].黑龙江科技信息 ,2010,32(1):10-14.
[4]张芬萍.化学热处理中的扩散过程[J].河北理工大学学报 ,2010,32(12):10-13.