秦成龍，俞燾

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

國家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展主要得益于工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，在全國上下追求工業(yè)發(fā)展的思想氛圍下，我國的國民經(jīng)濟(jì)取得了突破性的進(jìn)展，但是卻犧牲了很多寶貴資源，即盲目、粗放型發(fā)展導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境的破壞，同時(shí)出現(xiàn)了臭氧空洞、酸雨、水體污染、霧霾等影響人民生命健康的災(zāi)害。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的進(jìn)步，全社會(huì)對可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的觀念深入人心，如何實(shí)現(xiàn)對工業(yè)污水的處理，切實(shí)保護(hù)水資源成為亟待解決的問題。智能監(jiān)測技術(shù)可以隨時(shí)監(jiān)測工業(yè)排放的水質(zhì)，確保排放水質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，減少對生態(tài)環(huán)境的污染[1-6]。

2 工業(yè)污水處理自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理

工業(yè)污水中含有各種污垢和重金屬等，重金屬對水體污染程度較高，因此對水體中重金屬的有效處理至關(guān)重要。工業(yè)污水自動(dòng)處理技術(shù)大致有預(yù)處理、深度處理和沉淀凈化三個(gè)階段。

具體處理方法為：市政工業(yè)污水匯集后進(jìn)入的砂池中進(jìn)行攪拌預(yù)處理，盡可能讓砂石雜質(zhì)與水分離。污水中沙石經(jīng)過沉淀分離后，進(jìn)入中和池中進(jìn)行酸堿中和處理，然后污水進(jìn)行下一步生物分解處理，抽水泵將污水抽至含生物催化劑厭氧池中進(jìn)行分解；進(jìn)行完上述流程后污水在沉淀池中進(jìn)行過濾、沉淀環(huán)節(jié)處理。最后污水進(jìn)入氣化微處理環(huán)節(jié)，進(jìn)行加藥殺菌消毒，提高污水水質(zhì)。工業(yè)污水處理中產(chǎn)生的固體沉淀物經(jīng)過凝固后統(tǒng)一處理，工業(yè)污水經(jīng)過處理后可以進(jìn)行二次循環(huán)利用或者直接排放至市政排水管網(wǎng)。

3 工業(yè)污水智能處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

3.1 污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要組成部分為污水監(jiān)測傳感器、PLC可編程控制器和遠(yuǎn)程控制中心，污水傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測污水水質(zhì)并將數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)控制中心。工業(yè)污水處理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對污水處理全過程的自動(dòng)控制，當(dāng)操作人員在后臺(tái)啟動(dòng)污水程序后，自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)送指令給PLC可編程控制器，直接啟動(dòng)整個(gè)污水處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的機(jī)組?，F(xiàn)場傳感器自動(dòng)全程監(jiān)測水質(zhì)并將數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳，后臺(tái)計(jì)算機(jī)根據(jù)現(xiàn)場傳過來的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制污水處理全過程。工作人員對污水處理過程中的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)，并在現(xiàn)場對污處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和參數(shù)設(shè)置。同時(shí)運(yùn)行維護(hù)人員還應(yīng)對污水處理系統(tǒng)的服務(wù)器進(jìn)行不間斷的監(jiān)視維護(hù)，確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行良好，對污水處理系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與校驗(yàn)以保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性，確保運(yùn)行操作人員在按照操作準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作控制時(shí)的指令執(zhí)行精確無誤。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著良好的學(xué)習(xí)和自適應(yīng)性，其廣泛的應(yīng)用在污水排放控制和污水處理方面。將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和污水處理系統(tǒng)中各種在線監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)結(jié)合起來，并對系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的各類信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和歸納分析，并以此數(shù)據(jù)來指導(dǎo)和判斷污水處理效果和趨勢。除此之外，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可以解決許多復(fù)雜的線性問題，并對污水處理的數(shù)學(xué)建模問題發(fā)揮作用，能夠有效降低工業(yè)控制技術(shù)的能耗。充分應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對廢水監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并且采用多種監(jiān)測方式監(jiān)測污水處理質(zhì)量，可以進(jìn)一步提高工業(yè)污水處理的精度和效率。

3.3 污水處理系統(tǒng)引入專家系統(tǒng)

相對于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊計(jì)算的良好學(xué)習(xí)能力和非線性映射能力，專家系統(tǒng)比較擅長處理比較靈活透明的問題，對于污水處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些常見問題，能夠給出專家級(jí)解決方案，使污水處理系統(tǒng)更加智能完善。專家系統(tǒng)在污水處理上的應(yīng)用最先起源于德國，可以用來監(jiān)測污水中磷、鈉、氮等有害物質(zhì)以及污水中的不可溶懸浮物，更加精確的進(jìn)行污水污染物處理。專家系統(tǒng)主要可以對污水處理流程的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷和分析，提供多方案污水處理方法。但是依然有些盲區(qū)問題專家系統(tǒng)無法解決，有很多有待完善之處，在實(shí)際操作中智能化水平不高，需要人工輔助處理。專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，主要是專家方案記憶庫作用，通過對工業(yè)污水處理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化不斷優(yōu)化和改進(jìn)運(yùn)行模式，及時(shí)解決和處理系統(tǒng)運(yùn)行中的缺陷和不足之處，確保污水系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性。

3.4 模糊控制系統(tǒng)在污水處理中的有效運(yùn)用

早在四十年前就有國外專家嘗試在工業(yè)污水處理系統(tǒng)中引入模糊控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)需要污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員所需的知識(shí)表達(dá)與操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)設(shè)定好系統(tǒng)參數(shù)和流程，并將這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)程序化設(shè)置，把計(jì)算機(jī)程序輸入到模糊控制系統(tǒng)中，進(jìn)行程序化運(yùn)行。由于操作經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表達(dá)都很復(fù)雜、模糊沒有規(guī)律和程序，不能精確的轉(zhuǎn)化為語言變量，要在實(shí)際操作中借助非線性數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模糊控制的操作。最初的輸入變量主要來源是采集污水出水的氨氮濃度、DO、BOD、SS、回流污泥量等相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)經(jīng)過模糊控制系統(tǒng)“模糊化”設(shè)置與設(shè)定好的操作程序和規(guī)則進(jìn)行匹配。然后根據(jù)系統(tǒng)匹配的結(jié)果給出相關(guān)控制措施，根據(jù)運(yùn)行中對相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測并不斷調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行工況。

3.5 優(yōu)化污水處理系統(tǒng)中運(yùn)用的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)

工業(yè)污水處理系統(tǒng)中主要應(yīng)用的軟件就是上位組態(tài)軟件，中央控制室與子控制站之間可以通過該軟件實(shí)現(xiàn)信息傳輸，可以監(jiān)測和控制各個(gè)子控制站的運(yùn)行情況，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)顯示儀表來顯示現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)并據(jù)此進(jìn)行控制運(yùn)行。另外，要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和控制整個(gè)工業(yè)污水處理系統(tǒng)還需要借助使用WinCC軟件。WinCC軟件主要由人機(jī)交互系統(tǒng)與監(jiān)控管理系統(tǒng)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化管理、信息數(shù)據(jù)歸檔管理和提示報(bào)警等多種功能，適用于各種工業(yè)污水處理場景。工作人員根據(jù)人機(jī)交互系統(tǒng)輸入需要操作的指令，操作指令由上位機(jī)發(fā)送至下一級(jí)設(shè)備，中央控制室接收到相應(yīng)指令后，分別對不同的現(xiàn)場子站發(fā)送相應(yīng)的指令，保證操作指令可以上傳下達(dá)。例如，系統(tǒng)若要進(jìn)行污水沉淀操作，可以將現(xiàn)場傳感器監(jiān)測到污水沉淀值傳送至控制室內(nèi)，然后與子控制室中PLC可編程控制器整定好的定值比較，并根據(jù)對比結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)控制沉淀池的運(yùn)行，同時(shí)中央控制室屏幕上可以顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況及數(shù)據(jù)指標(biāo)。通過上位組態(tài)軟件，可以更加直觀形象的顯示現(xiàn)場設(shè)備的工作流程及相關(guān)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)用戶操作的便捷性與可靠性，提高了工業(yè)污水處理系統(tǒng)的智能化控制水平。

4 設(shè)計(jì)思路及處理效果

污水處理廠中最大的用電設(shè)備是曝氣鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)水泵，占據(jù)污水處理廠總用電量的70%左右，因此實(shí)現(xiàn)智能化處理的前提是降低用電設(shè)備的耗電量。傳統(tǒng)的污水處理廠中所使用的設(shè)備未采取節(jié)電措施，四川某新建污水處理廠所使用的曝氣鼓風(fēng)機(jī)和進(jìn)水泵均為自動(dòng)變頻技術(shù)，耗電量相對較低。

該污水處理廠所使用的自動(dòng)變頻設(shè)備為智能化自動(dòng)變頻設(shè)備，可避免過去使用手動(dòng)變頻設(shè)備的各種缺點(diǎn)和常規(guī)的自動(dòng)變頻設(shè)備的缺點(diǎn)，在原來變頻設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低電耗。該污水處理廠共設(shè)置8個(gè)進(jìn)水泵和3個(gè)變頻器，5個(gè)軟啟動(dòng)器自動(dòng)控制。8個(gè)進(jìn)水泵常運(yùn)行的4個(gè)，備用4個(gè)。水位控制方式由超聲波液位傳感器和PLC控制器、水位負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)等，可將水位控制在設(shè)定范圍內(nèi)。

在具體運(yùn)行過程中，4個(gè)水泵中有1臺(tái)水泵安裝變頻器，水泵的運(yùn)行頻率與水位設(shè)定值誤差為正相關(guān)，變頻水泵的不上水頻率為30HZ左右。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)置的最高警戒值時(shí)，進(jìn)水溢流閥自動(dòng)打開，控制系統(tǒng)發(fā)出最高限報(bào)警信號(hào)，備用水泵依次關(guān)閉；當(dāng)水位達(dá)到設(shè)置的最低警戒值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出最低限報(bào)警信號(hào)，備用水泵依次打開。此種智能化處理技術(shù)，不會(huì)導(dǎo)致水泵頻繁啟停，有效控制水泵的運(yùn)行效率，減小了水泵的頻繁啟停導(dǎo)致水泵壽命縮短，實(shí)現(xiàn)智能化控制。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，此種智能化處理技術(shù)也可以應(yīng)用于既有污水處理廠，若廠方要求對污水處理廠進(jìn)行改造時(shí)，也可直接進(jìn)行有效的改造，將老舊污水處理設(shè)施改造為智能化污水處理設(shè)備，既能實(shí)現(xiàn)智能化處理，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)語

相對于傳統(tǒng)的工業(yè)污水處理系統(tǒng)，本文論述的工業(yè)污水處理系統(tǒng)采用多種先進(jìn)的技術(shù)使得工業(yè)污水處理更加自動(dòng)化、智能化與現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)污水處理系統(tǒng)的高效、精確與穩(wěn)定控制。當(dāng)前我國工業(yè)污水智能化處理技術(shù)還不夠先進(jìn)和發(fā)達(dá)，在智能化操控與精準(zhǔn)化控制方面依然存在些許不足之處，需要對標(biāo)國際先進(jìn)技術(shù)，在現(xiàn)場應(yīng)用中不斷更新與完善。通過不斷進(jìn)行污水處理技術(shù)革新，才能進(jìn)一步提高我國環(huán)境治理水平，更好的落實(shí)“既要金山銀山，也要綠水青山”的可持續(xù)發(fā)展理念，更好的踐行新時(shí)代國家低碳環(huán)保、綠色健康的發(fā)展思路，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的相互促進(jìn)與互利共贏。