污水处理智能控制的研究、应用与发展

环境科学 污水处理智能控制的研究、应用与发展
钟晓辉1，张 平1，汪小平2
（1.嘉兴市环境科学研究所有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000；2.杭州宇龙化工有限公司，浙江 杭州 311199）
摘要：我国正在经历现代化和经济高速发展的时代，各行各业的用水量都在增加，造成用水量的严重不足，并且水资源的污染也在逐步加重，没有一个良好的水资源环境。

因此污水处理是我国进行环境保护的一个重要方面，近年随着科技的进步和人们环保意识的提升，我国污水处理行业获得了突飞猛进的建设，污水处理系统不断升级，污水处理行业不断扩大，但还是无法满足日益增长的各项废水的排放。

目前智能污水处理逐渐兴起，本文旨在分析智能控制在污水处理中的应用和前景。

关键词：智能控制；污水处理；模糊控制
污水处理过程具有时变性、非线性和复杂性等特点，传统的人工控制污水处理系统有一定的限制。

智能控制实现污水处理的完全自动化，在大幅提高污水处理效率的同时，还可以降低污水处理费用。

但是，现在智能自动化污水处理技术还被深入研究，并没有广泛应用于污水处理厂。

智能控制在污水处理设备和过程中得到了有效的运用，为实现污水处理的智能自动化加快了速度。

1 污水处理信息化、智能控制的现状
1.1 整体水平相对落后
国内的水厂在各项水平都要落后于国外先进水厂，主要是企业内各项应用的不平衡，虽然国内水厂的硬件设备比较齐全，但是软件应用较少，无法支持管理和决策，没有大范围的应用智能控制系统。

如何在有限的资金支持下，科学合理的配置水厂的智能化建设水平是很多企业应该面对的问题，不能盲目的学习国外的水厂建设，需要有整体认识。

1.2 应用程序开发水平的提高
随着自动化系统的普及，水厂自动化系统的稳定性和可靠性大幅提高。

为了提高水厂运营的安全性和便利性，依靠稳定的自动系统进一步开发的应用软件系统也在逐渐增加，突出的问题是应用软件的开发水平。

1.2.1 应用软件系统的可靠性低
由于很多因素（投资、技术等）的限制，一部分水工厂降低了系统的可靠性标准，系统出现了故障，无法发挥其本来的作用。

即便是应用程序进行了升级优化,由于管理方面的疏忽和企业过度追求经济效益忽略了效率,企业使用了不完整的应用程序，导致系统故障频繁，水厂正常运行受到影响,污水处理不合格，环境受到了影响。

1.2.2 缺乏数据的有效利用
由于中央控制系统收集的大量数据没有充分利用，所以在很多情况下，不能支持水工厂的管理和决定；缺乏有效利用，导致数据资源的大幅度浪费。

1.2.3 缺乏有效整合软件系统
企业已经建设的各个子系统之间的数据由于兼容性和扩展性的问题而不能相互利用。

许多水厂存在多个应用系统并行的现象，各系统之间的高效集成和整合不足。

2 污水处理中智能控制的有效利用
2.1 污水处理中模糊控制系统的有效利用
过去污水处理只能对时间和流量进行控制，但由于污水处理的许多特征，仅靠这两种简单的处理无法对污水处理进行控制。

会导致资源浪费和处理设备的损伤，并且不同的污水也无法达到相同的处理效果。

所以需要进行模糊控制。

模糊控制能对许多参数进行控制，比如曝气水平、污水量以及泥污回流比等。

不仅提高了污水处理的效率还能够满足国家对于污水处理后水质要求。

举例来说，SBR 法能够很好的适应于污水，且流程简单易操作。

没有很高的建设成本。

但是运行稳定性不高，不能很好的分离杂质。

应用了模糊控制系统之后，能够对于许多参数进行控制，大幅度提升分离效率。

不需要大量人工操作，节省了大量人力物力财力，实现操作的智能化、自动化。

2.2 专家系统控制污水处理的有效运用
由于各地排放污水不同，各地污水处理企业也有自己特点的处理方式以及水厂设计方案。

并且设计师在设计的过程中带有各自的偏好，在设计方面中也会有各自的习惯和喜好。

周围环境、社会价值以及建设成本都是污水处理厂的建造所需要考虑的因素。

因此就需要专家控制系统对污水处理厂的建设进行改进。

专家控制系统能够为污水处理厂的建设提供最佳方案，根据污水处理厂的实际指标与专家控制系统中的综合数据量进行对比，然后设计出最适合的方案，不考虑人为因素，最大限度减少了因设计师个人偏好造成的设计偏差。

近年来专家控制系统库知识储备丰富，包含了越来越多的参考指标，能够更加准确的提高设计方案，提高了污水处理的效率。

2.3 污水处理中神经网络技术的有效利用
污水处理系统的能源消耗随着我国污水产量的提升不断升高，传统污水处理法无法控制污水处理的资源消耗，如何减少污水处理成本，优化污水处理措施是污水处理企业应该思考的问题。

随着智能化水平的不断提升，神经网络技术能够多动态优化污水处理，能够将污水处理的资源损耗问题大大减少。

神经网络技术在污水处理中的应用主要是利用强大的计算能力，根据周围环境的变化，动态的处理污水处理参数，保证污水处理系统的正常运行。

这表明厌氧系统的控制工作正在顺利运用，厌氧系统必须不断准确地检测污水的含量，保证处理系统的稳定运行。

有了神经网络技术，可以高效、智能地测量和控制，可以有效地控制污水处理的正常运行。

3 污水处理信息化、智能化趋势
3.1 加强污水处理信息化、智能化建设和自动化控制
目前，国外和国内一些先进的大型污水处理厂采用计算机控制技术和多层网络结构，无人全自动控制污水处理的全过程，主要是为了加强计量器等硬件设备和信息化网络设施的建设。

过程控制中的各种信号通过相应的发送机发送给下位机，一般的下位机采用可靠的PLC作为控制单元，执行先进的控制算法，实现现场设备的实时控制。

3.2 所有要素、精细化管理水平大幅提高
污水处理流程是决定污水处理成本的主要因素。

在污水处理厂建成之后，污水处理量、管理方案以及运行状态都能够影响污水处理的成本。

影响污水处理效果的因素有很多，随着国家环保意识的增强，相关法律法规对环保方面的要求会越来越多，从而造成了处理成本饿增加。

因此污水处理厂各个方面都需要进行精细化控制。

3.3 大幅提高数据管理级别和数据共享级别
未来，污水处理数据管理将大幅加强，实现以下功能：完整的生产运行数据记录系统将明确记录各种生产运行数据；简洁直观的数据填写方式，数据填写迅速、准确；规范化数据审查机构，实现阶段性审查，阶段性报告；具体填写数据项目，确保数据安全的详细，数据在变更前后的各种信息能够准确地找到的智能数据变更记录，只有通过数据修正审核过程才能修正历史数据.所有正式运行数据至少可以保存5年，并且可以根据用户的需求进行长时间的存储设置。

4 污水处理信息化、智能化给企业带来的利益
污水处理信息化的进展给企业带来的主要好处如下：
4.1 提高污水厂的性能
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Mechanical & Chemical Engineering
270《华东科技》
（5）2020年4月9日渣煤水系统#1#2助凝剂、#1#2混凝剂计量泵出口增装了流量计。

（6）2020年4月对4台渣煤水净水器浊度仪引流管改进，重新选取采样点，提高浊度仪在线测量的准确度。

（7）2020年4月中下旬开始运行人员开展各净水器进水阀流量调节及加药量烧杯试验，上位机观察各净水器的出口水质浊度变化，为提升4套净水器的制水能力，得出了最佳的现场运行方式，具体如下。

各净水器进水阀流量控制：根据4台净水器实际运行工况差异来看，当一台废水泵运行时，各台净水器的进水阀蝶阀开度控制在#1、#2净水器的进水流量在25-30m³/h，#3净水器的进水流量在35-40m³/h，#4净水器的进水流量在30～35m³/h。

当二台废水泵运行时，可保持原开度不变。

当三台废水泵运行时根据原水及清水的浊度可适当调小。

各混凝剂、助凝剂加药量调节：根据4台净水器实际运行加药量工况差异来看，当一台废水泵运行时，对应混凝剂计量泵的出力为15Hz，助凝剂计量泵的出力为20Hz，当原水水质较差可适当增加计量泵出力，且在运行过程中应观察对应流量计的读数和储药箱的液位变化。

通过实践证明，此次净水器进水阀流量调节、药品配比调整既增加了净水器处理系统出力，又大大减少了混凝剂的使用量。

目前运行人员根据废水调节池原水水质情况，灵活切换渣煤水处理系统运行方式以及计量泵的投运数量，确保渣煤水系统出水浊度不超限的同时，减少药剂的使用量。

4 对策实施后取得的成果及成果的推广
对策实施后，渣煤水处理系统稳定运行，非雨季时，基本上30%的出力就能保证整个输煤系统的废水处理。

雨季时，因各煤泥沉淀池水位上升快，废水调节池原水水质下降而且随时在变化，设备的健康、消缺及时性、运行的精细操作、最佳的运行方式等都是确保渣煤水处理制水效率的重要保障。

目前通过以上对策的实施，加强对废水调节池原水水质的控制，根据原水水质变化情况，当班运行人员切换废水泵运行数量，原水水质好时多投用，水质下降时，调整出力，确保渣煤水系统出水浊度不超限，渣煤水处理系统出力稳定在70%-100%间，能够保证整个输煤系统的废水安全处理，避免超标渣煤水进入回用水池或溢流到雨水系统的环保事件。

取得的成果：
（1）加药系统管道增装流量计及加装废水调节池原水浊度仪，便于运行人员上位机监控加药情况和废水调节池原水情况，减轻人员的工作强度。

（2）对渣煤水系统进行自循环改造，尽量减少废水调节池的外来处理废水量，降低能耗的同时节约了水资源。

（3）通过运行人员现场实践，总结出了最佳的渣煤水系统运行方式，净水器进水阀流量控制、加药系统计量泵出力调节的操作数据进行了量化。

通过实践证明，此次各混凝剂、助凝剂加药量调节既增加了净水器处理系统出力，又大大减少了混凝剂的使用量（据统计，现混凝剂平均使用量为原先的一半左右）。

（4）渣煤水系统设备运行制水效率及可靠性的提高，降低了运行、检修人员的劳动强度。

参考文献：
[1]黄伟.火力发电厂含煤废水处理工艺的选择[J].华电技术,2014(7):7. [2]杨明.火力发电厂含煤废水处理系统设计[J].给水排水,2009(4):69- 71.
[3]朱学兵,韩东浩,徐忠明.火力发电厂含煤废水处理及回用系统设计[J].热力发电,2008(1):104-105.
（上接第 257 页）
主要通过提高水厂生产能力所出现的处理线的高效监测，通过保证水质和安全的经验来提高工艺效率，达到标准，获得利益。

4.2 费用的削减和收入的增加
主要是通过制定和监视有预防和纠正的行动计划来减少运营成本，并通过优化所有的运用水平来优化资产更新以减少固定资产投资，从而优化投资。

4.3 资产寿命的延长
主要是通过积极维护来延长污水厂的寿命，加强供应链来提高设备质量。

4.4 资源保护
主要体现在节约能源、减少燃气排放；降低碳排放；加强企业社会责任，减少对环境和社会的影响。

5 结语
我国污水处理信息化、智能化起步较晚，但具有较好的基础条件和较大的后发优势，希望我们能够追随时代发展的脚步，积极学习先进经验，并取得良好的发展势头，相信近期我国污水处理信息化、智能化将有很大提高。

参考文献：
[1]王鸿志,左建英,张岩.水务市场现状分析[J].山西建筑,2010(22):201. [2]洪小娟.我国水务行业发展趋势与竞争格局分析[J].现代商贸工业, 2012(10):8-9.
[3]林立.国内水务行业资本运营模式浅析[J].商场现代化,2012(8):107 -109.
（上接第 258 页） 3.9 污泥处置
调节池、沉淀池、二沉池产生的污泥经污泥泵输送至板框压滤机进行固液分离，产生的泥饼专业处置。

4 结构设计
4.1 稳定池结构
稳定池利用现有池塘改造而成，该池塘平均深度约3m,池塘四周围堤为土质堤坝，其中西侧堤坝外侧即为场地周边水体。

西侧堤坝宽度仅约2m，强度较低，存在渗漏情况，同时池塘内水体抽干后，西侧沟塘水位高，堤坝易垮塌。

未来池塘作为渗滤液暂存池及稳定塘，容易出现渗滤液外溢造成二次污染的现象，考虑到以上情况需对堤坝进行加固。

加固堤坝前排干西侧沟塘积水，并清除底部淤泥、树根、杂物等，釆用黏土分层填筑压实。

加固后，坝顶宽度约6m，堤坝边坡坡度为1:1。

4.2 新修水池结构
调节池、曝气池、沉淀池等水池利用垃圾清挖后基坑和修筑的堤坝分隔而成。

垃圾清挖干净后基坑，深度不足部分继续开挖至设计标高，整修平整，然后在基坑底部修筑堤坝。

污水池四周堤坝及各水池分隔堤坝边坡坡度均为1:1,坝体宽度及修建方法根据周边环境确定：
（1）水池西侧和南侧紧邻原有池塘堤坝，且原有堤坝厚度较大，利用原有堤坝修坡而成。

（2）污水池东侧堤坝依托原有堤坝修建而成，新修堤坝上部宽约3m。

（3）污水池北侧为垃圾清挖后基坑，在基坑回填前污水池北侧堤坝靠自 重来维持坝体稳定，该处堤坝为横截面为等腰梯形，底部宽10m,顶部宽3m。

（4）各水池间分隔堤坝两侧水力平衡，堤坝宽度较小，底部宽8 m，顶部宽1m，堤坝横截面为等腰梯形。

基坑底部超挖回填部分及堤坝均釆用黏土分层填筑压实，每层厚度不超过 30cm,压实度应大于90%。

池体底部及边坡均上敷设300g/m 2
的土工布做保护层，然后铺1.5mm 厚 HDPE 土工膜防渗。

土工膜锚固边缘距池体边缘≥1m。

5 结语
经过该工艺处理后渗滤液达到了市政纳管标准，而且通过该项目实施，为同类型垃圾处理项目中渗滤液处置提供了宝贵的经验，也为临时水处理设施建设提供了设计依据。

参考文献：
[1]赵兴考.垃圾填埋渗滤液的危害与防治[J].商情,2017(21).
[2]郑雅杰.垃圾填埋场渗滤液特征及其治理[J].水资源保护,1997(02): 11-14。