智能化污水处理工艺集成应用研究与实验

中国新技术新产品2012NO.09ChinaNewTechnologiesandProducts中国新技术新产品生态与环境工程智能化污水处理工艺集成应用研究与实验秦建军郝晓地杨建伟（北京建筑工程学院，北京100044）前言污水处理工艺方法众多，通常需要若干个相互耦合的处理环节按照恰当的参数运行才能达到理想的处理效果。在具体的工艺执行过程中，处理效果会受到污水水质状况和流量的影响，因此需要更具水质和流量等情况适时调整工艺运行参数，这就需要准确获取水质和流量参数等指标。在理想情况下对于各项污水水质指标的测定虽然可以依靠于各种监测仪器和手段实现，但是由于检测仪器测定原理和采集周期各不相同，且对于同一个处理池不同的位置而言其水质参数仍然相差较大，很难全面地实时得到更多水质信息，这就使准确地指导污水处理工艺的执行变得困难。自动化的监测和控制设备已经在不少污水处理厂实际运行中使用，如可以利用PLC组成的监控系统对污水处理工艺进行全方位的监控，并且可以通过现场控制总线将分布在多个点的数据实时采集并且通过远程计算机实时发出控制指令，但是这两个环节往往是分离的，污水处理工艺的执行实际在很大程度上还是依赖于操作员工的经验，实际采集的数据并不能够及时精确地反映到工艺调整中去，这样可以避免系统出现较大偏差，但是存在的问题是精度不高，且过多地依赖于现场操作员的经验。受此启发，在此基础上分别提出了将人类工程师和专家的经验进行系统整理，通过专家系统方法，如模糊系统、人工神经网络等指导工艺的调整与执行，这样可以在一定程度上避免现场操作员的经验不足问题，但是对于不同的工艺和实际的现场条件则需要设计专门的专家系统方案，这本身就限制了这种方法的大规模应用推广。同时，比较精确的数学模拟技术也得到了长足发展，理论上对于特定的污水处理工艺来说，在某一水质状况下较优的工艺运行参数可以通过数学模拟得到，但是原始数据的全面性、准确性和可靠性是数学模拟结果是否可靠的直接依据，如果其中的某些数据出现遗漏或者偏移实际值较大则会导致工艺模拟参数出现更大的偏差，使得工艺运行状况恶化。2.系统集成与应用简介针对以上几种系统和方法的优缺点，本系统将其做了有效的整合和优化，根据以上介绍的内容，现将系统的总体集成与应用的情况总体介绍如下，本系统可以有效地克服了现有污水处理工艺数据自动采集和人工操作相分离、面向不同污水处理工艺的专家系统构建难度较大、数学软件的模拟结果不能直接利用自动地获取的数据用来指挥工艺运行等问题，设计开发了一种新型的监控方法，该将现场自动采集数据和人工操作员的手工采集相结合；数学模拟软件和计算机工艺组态软件、管理信息系统，充分利用了人工操作员的经验和计算机监测和控制工作的连续性，形成一套更加可靠的人-机结合的监督控制方法。系统一个周期的工艺运行流程图，亦即该工艺具体的运行步骤，如图1所示：（1）、初始阶段，污水处理工艺按特定周期运行（如每小时更新一次），在两个周期间，工艺流程为准备阶段，接下来PLC系统一方面通过第一数据采集接口自动测定进水水质/水量；另一方面通过现场操作员人工观察/测定数据，如现场操作员需要定期对泵进行手动校准，部分水质参数尚需要现场操作员的手动录入，现场操作员可以通过现场操作终端上的人机界面现场手工输入数据，如本系统中对厌氧污泥浓度和曝气池的阀门值尚没有采用监控手段，这两组数据就是由人工手动输入。管理信息系统会自动将两组数据进行合并筛选，同时将筛选后的数据传送给WEST数学工艺模拟程序接口。（2）、如果通过两部分的数据汇总后仍然不完整，则需要重新返回到人工观察/测定数据阶段，需要人工根据现场情况及时补充；如果人工补充后仍不完整，则暂停自动工艺的自动调整，仍然按照上一周期的工艺参数运行，并且引入人工紧急干预，即需要现场操作员在远程指挥的指导下决定工艺是否调整；如果数据完整，则由管理信息系统则继续判定数据是否可靠，及通过与历史数据的对比，自动筛选出极不合理的数据信息，这些不合理可能是由于水质传感器的采集误差或者发生故障所导致的，如不可靠则由远程指挥修正数据后返回主程序，并将数据存储在信息系统中。（3）、经过确认无误后的完整、可靠的数据将传送给WEST工艺数学模拟软件进行实时的工艺模拟，经过数学模拟后的工艺执行参数将传递给现场工业计算机，通过PLC传送给现场执行元件执行。该方法可以使工艺的更加准确地运行，通过采集现场工艺的数据和执行情况信息，输入数学模拟软件后得到精确的工艺模拟结果后指导工艺元件的执行，针通过实际记录操作员的操作信息和远程指挥计算机的指导，可以有效地克服现场操作员经验不足的问题。系统中如发现自动采集的数据可靠性差或数据不足则自动切换到人工操作模式，可以有效地避免突发性事件的发生。同时该方法根据工艺的需要可以对现场更多的污水处理池、执行元件和检测