劉玉良

摘 要：城市污水處理工作的數(shù)字化是當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域的重要方向，是高效率、高質(zhì)量、低能耗進(jìn)行城市污水處理的重要基礎(chǔ)。研究從城市污水處理的實(shí)際出發(fā)，描述了城市污水處理的基本流程，闡述了城市污水處理的基本特點(diǎn)，探討了城市污水處理過程建模存在的意義和遇到的問題，提供了等方法和措施，為做好城市污水處理工作，加速城市污水處理智能化、數(shù)字化建設(shè)進(jìn)行了深入思考。

關(guān)鍵詞：城市污水處理；流程；特點(diǎn)；建模；數(shù)字化

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 城市污水處理的流程

1.1 城市污水一級(jí)處理

一級(jí)處理是對(duì)城市污水的物理處理，是通過物理沉降、格柵和流速的體系和控制實(shí)現(xiàn)污染物的分離。一級(jí)處理在城市污水處理環(huán)節(jié)中處于第一個(gè)環(huán)節(jié)，一般由各種口徑的格柵控制污水的流速，起到沉淀、氣浮的作用，達(dá)到對(duì)城市污水中油脂、漂浮物、礫石、固體廢物的分離和截留的作用。

1.2 城市污水二級(jí)處理

如果說一級(jí)處理是物理處理城市污水，那么二級(jí)處理就是對(duì)城市污水的化學(xué)處理，COD（化學(xué)需氧量）是城市污水二級(jí)處理的重要綜合性參量和指標(biāo)。在城市污水二級(jí)處理過程中通過氣密、曝氧、加碳等過程和步驟，以微生物、化學(xué)制劑等生化作用，在發(fā)生厭氧、需氧反應(yīng)后去除污水中可降解有機(jī)物、不可沉降懸浮物、有害氣體、固體中間物。經(jīng)過二級(jí)處理可以有效降低COD（化學(xué)需氧量），有效控制污水中還原物質(zhì)含量，實(shí)現(xiàn)污染水的進(jìn)一步處理。

1.3 城市污水三級(jí)處理

城市污水三級(jí)處理是整個(gè)處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要針對(duì)城市污水中富含的氮磷化物、無機(jī)污染物、小分子有機(jī)物需要在三級(jí)處理中加以分離和去除，在三級(jí)處理中以添加氯氣、添加活性炭、添加交換離子、紫外線照射等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的深度處理。

2 城市污水處理的特點(diǎn)

城市污水處理過程中物理、生物、化學(xué)作用種類眾多、環(huán)節(jié)復(fù)雜，具有5個(gè)特點(diǎn)：一是，城市污水處理生化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，并隨時(shí)間的推移而出現(xiàn)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地變化，這導(dǎo)致城市污水處理過程時(shí)間跨度大。二是，城市污水處理中各種微生物在生物反應(yīng)中由于外環(huán)境的變化而出現(xiàn)生存條件的轉(zhuǎn)變，因此生物反應(yīng)中表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)、性質(zhì)和特色，在規(guī)律和特點(diǎn)上具有不確定性。三是，城市污水處理過程中污染物具有種類、數(shù)量、含量上很大的差別，在進(jìn)水方式、流量控制各不相同的情況下處理表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。四是，城市污水處理中厭氧、需氧的生化反應(yīng)種類眾多，必須通過不同的體系進(jìn)行環(huán)境和外部因素的控制，這樣才能有效提升城市污水處理的效率。五是，城市污水處理存在條件上的制約，特別在溫度、pH值、降水等因素影響下會(huì)出現(xiàn)生物固體廢物和有機(jī)污染物分離困難。

3 建立城市污水處理過程模型

3.1 城市污水處理過程模型建模的意義

首先城市污水處理模型建?？梢詫⑻幚磉^程數(shù)字化，可以將不同過程、不同分組、不同類別的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面記錄和系統(tǒng)加工，這不但有利于提升對(duì)城市污水處理過程的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，對(duì)于把握城市污水處理中的現(xiàn)象，掌握城市污水處理中的規(guī)律有著重要的理論意義，對(duì)于城市污水處理過程的數(shù)字化建設(shè)有著重要的保障功能。其次，有了城市污水處理的數(shù)字化模型可以有效地針對(duì)各種指標(biāo)、參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和科學(xué)預(yù)測(cè)，對(duì)于城市污水處理過程量、參量的變化有著精確、細(xì)致的調(diào)控功能，對(duì)于提升城市污水處理的效果，提高出水水質(zhì)，減少污染物超標(biāo)排放，預(yù)防環(huán)境污染有著重要的支撐作用。最后，城市污水處理模型的建設(shè)有利于實(shí)現(xiàn)城市污水處理的智能化，對(duì)于降低城市污水處理的成本、提升城市污水處理的效率有著保障作用，對(duì)城市污水治理的數(shù)字化建設(shè)起著基礎(chǔ)、方法和體系上的構(gòu)建功能。

3.2 城市污水處理過程建模存在的障礙

首先，在城市污水處理過程中各種變量和參量有著時(shí)間上的調(diào)整和過程上的動(dòng)態(tài)等特點(diǎn)，各變量和參量存在相互耦合、互相制約的基本特征，這給城市污水處理建模帶來了基礎(chǔ)性的難題，產(chǎn)生建模系統(tǒng)復(fù)雜、分類混亂、變量和參量難于控制等問題。其次，在理論界和科學(xué)界對(duì)城市污水處理的過程、反應(yīng)、生化作用的反應(yīng)還沒有完全認(rèn)知和系統(tǒng)辨識(shí)，特別是微生物生存條件、催化劑使用量、環(huán)境因素控制方法還有很大的不足，這導(dǎo)致城市污水處理質(zhì)量和效率產(chǎn)生波動(dòng)。最后，城市污水處理過程中污染物、水質(zhì)在組成、含量上存在較大的差距，這就導(dǎo)致固液分離、有機(jī)物降解難于數(shù)字化，產(chǎn)生城市污水處理建模的困難。

4 城市污水處理過程建模的要點(diǎn)

4.1 建立城市污水處理全流程的模型體系

要建立城市污水處理全流程的數(shù)字化模型，通過模型數(shù)字化地反映城市污水處理中各類反應(yīng)和作用，以精確的模型準(zhǔn)確描述城市污水處理的全過程，做到對(duì)關(guān)鍵步驟和環(huán)節(jié)的系統(tǒng)辨識(shí)，解決城市污水處理模型中對(duì)流程劃分不清晰的問題，提升城市污水處理全流程的信息化水平，提高城市污水處理節(jié)能和降耗的層次，在推進(jìn)城市污水處理數(shù)字化的前提下確保工作向可持續(xù)、可量化、可控制的方向發(fā)展。

4.2 建立模型的動(dòng)態(tài)優(yōu)化系統(tǒng)

城市污水處理過程中污水指標(biāo)、環(huán)境因素處于連續(xù)變化的狀態(tài)，諸多的變量和系統(tǒng)的目標(biāo)需要在城市污水處理建模中設(shè)置動(dòng)態(tài)和優(yōu)化的機(jī)制和系統(tǒng)，準(zhǔn)確描述城市污水處理的過程量和動(dòng)態(tài)水平，改變傳統(tǒng)靜態(tài)城市污水處理模型中對(duì)時(shí)間、變量、參數(shù)發(fā)生變化時(shí)功能不足和描述不準(zhǔn)確的問題，建立動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)保障城市污水處理模型功能性，以便在城市污水處理過程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化、運(yùn)行調(diào)整、功能強(qiáng)化的作用。

4.3 建立城市污水處理模型的加工系統(tǒng)

城市污水處理模型收集和記錄著數(shù)據(jù)、信息，特別對(duì)城市污水進(jìn)水量、污水組分、污染物濃度、氣候條件有著廣泛地接收和記錄的功能，這些記錄的信息是對(duì)生化反應(yīng)、微生物活動(dòng)的全面描述，與城市污水的pH值、COD值、種群數(shù)量等關(guān)鍵參數(shù)有著直接的聯(lián)系，也關(guān)聯(lián)著城市污水處理的速度與質(zhì)量。因此要在模型中建立數(shù)字和信息的加工系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)和專業(yè)元件做到對(duì)數(shù)據(jù)特征的提取、處理機(jī)理的分析、處理過程的記錄，這樣才能挖掘城市污水處理模型收集和記錄信息的潛在價(jià)值，有利于做出城市污水處理的科學(xué)結(jié)論和決策，在進(jìn)一步優(yōu)化城市污水處理模型的同時(shí)豐富城市污水處理的數(shù)據(jù)庫和信息資源。

4.4 建立城市污水處理模型的局部功能體系

在城市污水處理模型建立和優(yōu)化的過程中，在局部和子系統(tǒng)要重點(diǎn)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法實(shí)現(xiàn)局部功能的強(qiáng)化，在子系統(tǒng)中深度挖掘關(guān)鍵參數(shù)、重要信息的價(jià)值，同時(shí)形成專家決策功能體系，采取深度學(xué)習(xí)和人工智能的方式對(duì)水質(zhì)、水量、參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市污水處理模型整體上的自主診斷、自動(dòng)評(píng)價(jià)和科學(xué)決策等重要功能，將局部和子系統(tǒng)真正整合在城市污水處理模型體系之中以確保模型對(duì)城市污水處理實(shí)際的監(jiān)督、管理作用。在模型和系統(tǒng)內(nèi)部建立起預(yù)防城市污水超標(biāo)、處理設(shè)備故障等相關(guān)功能，在穩(wěn)定城市污水處理質(zhì)量和效率的同時(shí)，做到對(duì)各種情況的實(shí)時(shí)調(diào)整，進(jìn)而做到不斷優(yōu)化城市污水處理運(yùn)行的目標(biāo)。

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