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摘要：工业的革命性发展，自动控制技术起到举足轻重的作用，污水处理工业借助自动控制技术，解决了污水处理过程中的许多控制难题。本文对自动控制在污水处理中的应用进行了探讨。
关键词：自动控制；污水处理；应用
中图分类号：U664文献标识码： A
引言
对污水处理厂的生产运行实施全方面自动控制与远程监控，对降低运行成本、加强生产管理、确保污水处理工艺的正常高效运行和水质达标排放、提升企业运营管理的效率和品质具有十分重要的意义。
一、污水生物处理的基本理论
目前来说，在污水生物处理方法主要有：生物膜法、厌氧生物处理法、生物塘法、活性污泥法等。在众多处理方法中，使用频率最高的就是活性污泥法。活性污泥法被广泛用于城市污水处理中。
近年来，用于污水处理的处理方法中，活性污泥处理法，已经由最普通的活性污泥法，向CAST法、AB法、SBR法、渐减曝气法、延时曝气法、阶段曝气法、完全活性污泥法、吸附再生活性污泥法延伸。这些方法各具独特的特点，能够稳定的运行，保证出水的水质，还能够有效的抵制污泥的膨胀。这些方法在城市的污水处理中受到欢迎，在处理过程中，又因自身的缺点，受到限制。在众多方法的应用中，同时也需要实现自动化控制管理。
二、污水处理自动控制系统分析
1、自动控制系统的特点
污水处理自动控制系统比较复杂，涉及到的物理量也比较多，既有模拟量也有数字量；同时控制方式也多种多样，包括实时控制和顺序控制等，还有闭环控制和开环控制。同时，其最终控制对象是CODCr、BOD5、SS和pH值，这不同于一般控制系统。为了使污水处理过程中的上述参数合格，需要对处理设备的运行状态、进泥量和排泥量、各工艺段的处理时间、加药量、进水量及排水量等进行综合控制，这些都大大增加了自动控制系统的复杂性。目前，污水处理自动控制系统已经由简单的逻辑控制发展到更为发展的分散控制阶段，这使得自动控制系统有更好的开放性、适应性和经济性及扩展性等。
2、自动控制系统的组成与结构
现代污水处理自动控制系统通常设置有总站和子站，总站是指厂级的计算机系统，子站指的是现场级的计算机系统，实行的二级监控集散模式。厂级的计算机系统主要是对污水处理厂的运行管理情况进行集中监测，对全厂所有工艺设备的控制和监测主要通过对PLC的管理来实现。
自动控制系统的子站主要包括以下几个：鼓风机子站、污泥回流泵房子站、一级处理子站、回用水加压泵房子站、污泥脱水间子站、配电子站等。
自动控制系统采用通讯技术、自动化技术、网络技术、计算机技术、图形显示技术、数据库技术构建成等综合技术以实现自动化远程监控。硬件构成包括COD、pH值、溶解氧等传感器；采集控制单元包括PLC和数据采集模块；中央监控单元包括服务器等，另外还有一些辅助设备，如显示器和打印机等。
软件构成包括自行研发的软件，还有主流的INTOUCH、FIX、WIZCON，KINGVIEW等。国内自动化系统基本上都在Windows或NT上开发运行，用于Windows和NT上的数据库引擎通常有SQLServer，MySQL，Interbase等。
在实际应用中，根据污水处理工艺过程要求，为了实现自动控制并保证可靠性，系统采用分层控制結构。整个控制系统分为三层结构和二级网络。三层结构包括：设备层、数据采集层和监控层（中心控制室）。其中，设备层由设置在各污水处理单元内的COD监测仪、氨氮监测仪、PH计、电流传感器等等设备组成；数据采集层由设置在现场的PLC数据采集单元（下位机）组成；监控层由设置在中心控制室内的操作站计算机（上位机）及组态软件组成。现场各种数据通过现场数据采集模块采集，并通过ProfibusDP现场通讯总线传送到中央控制室操作站进行集中监视和管理。二级网络包括：现场通讯总线和以太网。其中，现场通讯总线负责设备层和数据采集层之间的通讯和数据传输；以太网负责数据采集层和监控层之间的通讯和数据传输。
三、污水处理各工段自动控制技术的应用
1、PH控制
污水的进水时，PH变化幅度很大，为提高污水处理效果，要求将PH值控制在规范范围内，以满足污水物理处理、化学处理、生物处理等所需。首先是针对酸性的污水，采用仿人智能模糊控制手段，输入PH偏差和偏差变化率，计算得出碱液阀门的开度增量，并以此作为控制变量确定阀门的实际开度，提高阀门开度控制的效果。其次是根据PH的曲线特征，采用非线性增益补偿的方法，补偿PH静态增益的变化，并建立非线性控制模型，闭环精确控制污水的PH值。最后是在污水处理双反应的过程中，将污水注入到PH控制器当中，估计污水正时滞的放大系数和转换正时滞模型，从而计算出污水处理的滞后时间系数等。
2、曝气池控制
污水当中含有大量的微生物，这些微生物具有不同的生活特性，譬如存在耗氧代谢的过程，而只有合理的曝气方式，才能够将氧气有效供应给微生物，从而起到良好的曝气效果。首先是好氧处理，在污水和曝气池已驯化的活性污泥混合之后，污水当中某些容易降解的有机物，会以“吸附”的方式储存于细胞当中，并发生氧化反应，而曝气池中的好氧速率提高之后，微生物就会发生好氧代谢，进而趋近于微生物的最佳状态。其次是根据污水当中氧气的浓度变化状态，对进水有机物含量进行推测，实行曝气量的模糊控制，以及结合模糊控制系统，建立控制的推理合成规制和控制规则。再次是建立动态数学模型，仿真研究各种操作状态中的氧气传递速率，通过系统的优化控制，有效节约曝气的能耗水平。最后是采用模糊控制计算方式，控制污水中的溶解氧，采用多元模块的组合在线控制模式，形成溶解氧模糊闭环反馈控制的效果，其中需要控制好溶解氧的浓度和鼓风机的风量。
3、厌氧控制
为了有效消化有机负荷水平较高的污水，要用厌氧处理的方式，控制污水的组成和浓度等时间变量因素。首先是针对厌氧消化池的动态特征，采用软测量的方式，测量出消化池当中污水的有机碳、挥发性脂肪酸等的浓度，并利用自适应性线性控制器等控制中间产物的碱度和总碱度的比率，以及调整系统的有机物负荷波动，使得系统保持相对的稳定性。其次是建立操作生产专家系统和模糊逻辑诊断系统，以自动修正生物处理，以及预测污水厌氧发酵的状态，以确保生物处理的稳定性。最后是采用智能化控制手段，针对厌氧消化的需求，避免厌氧系统中有机负荷的扰动，提高系统的自适应能力水平。
4、混凝剂投加控制
污水处理需要借助混凝剂去除水体当中处于分散状态的胶体物质，为了提高混凝效果水平，我们需要对混凝剂的投加技术进行控制。首先是在净水的过程当中，借助计算机采集和分析絮凝池当中的絮凝图像，确定混凝剂投加的目标值，以及根据污水沉淀后的浑浊度，对设定值进行自动调整，从而实现稳定沉淀水浑浊度的目的。其次是借助化学氧化模型，针对对污水当中的PH和吸附剂的影响效果，以在线自适应控制的方法，训练神经网络控制器，这种控制方法在污水处理实践当中已经得以广泛应用。
结束语
虽然自动控制化相关理论和技术越来越成熟及规模化实用化，然而在污水处理领域，自动化控制技术系统的设计和使用依然处于发展和完善之中。由于各种科学技术的不断改进，软件和硬件的通用性、兼容性、扩展性、开放性都得到了极大的提高，污水处理厂的自控设计也面临着非常多的选择，因此如何配备合适的污水处理自动化控制系统是未来污水处理厂关注的重点问题之一。
参考文献
[1]赵捷.污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现[J].电气技术,2006.
[2]朱英爱，杨杰.污水处理自动控制系统的设计[J].电工技术，2009.
[3]宋韫峥，高真.污水处理控制系统的设计与研制[J].工业控制计算机，2011.
关键词：自动控制；污水处理；应用
中图分类号：U664文献标识码： A
引言
对污水处理厂的生产运行实施全方面自动控制与远程监控，对降低运行成本、加强生产管理、确保污水处理工艺的正常高效运行和水质达标排放、提升企业运营管理的效率和品质具有十分重要的意义。
一、污水生物处理的基本理论
目前来说，在污水生物处理方法主要有：生物膜法、厌氧生物处理法、生物塘法、活性污泥法等。在众多处理方法中，使用频率最高的就是活性污泥法。活性污泥法被广泛用于城市污水处理中。
近年来，用于污水处理的处理方法中，活性污泥处理法，已经由最普通的活性污泥法，向CAST法、AB法、SBR法、渐减曝气法、延时曝气法、阶段曝气法、完全活性污泥法、吸附再生活性污泥法延伸。这些方法各具独特的特点，能够稳定的运行，保证出水的水质，还能够有效的抵制污泥的膨胀。这些方法在城市的污水处理中受到欢迎，在处理过程中，又因自身的缺点，受到限制。在众多方法的应用中，同时也需要实现自动化控制管理。
二、污水处理自动控制系统分析
1、自动控制系统的特点
污水处理自动控制系统比较复杂，涉及到的物理量也比较多，既有模拟量也有数字量；同时控制方式也多种多样，包括实时控制和顺序控制等，还有闭环控制和开环控制。同时，其最终控制对象是CODCr、BOD5、SS和pH值，这不同于一般控制系统。为了使污水处理过程中的上述参数合格，需要对处理设备的运行状态、进泥量和排泥量、各工艺段的处理时间、加药量、进水量及排水量等进行综合控制，这些都大大增加了自动控制系统的复杂性。目前，污水处理自动控制系统已经由简单的逻辑控制发展到更为发展的分散控制阶段，这使得自动控制系统有更好的开放性、适应性和经济性及扩展性等。
2、自动控制系统的组成与结构
现代污水处理自动控制系统通常设置有总站和子站，总站是指厂级的计算机系统，子站指的是现场级的计算机系统，实行的二级监控集散模式。厂级的计算机系统主要是对污水处理厂的运行管理情况进行集中监测，对全厂所有工艺设备的控制和监测主要通过对PLC的管理来实现。
自动控制系统的子站主要包括以下几个：鼓风机子站、污泥回流泵房子站、一级处理子站、回用水加压泵房子站、污泥脱水间子站、配电子站等。
自动控制系统采用通讯技术、自动化技术、网络技术、计算机技术、图形显示技术、数据库技术构建成等综合技术以实现自动化远程监控。硬件构成包括COD、pH值、溶解氧等传感器；采集控制单元包括PLC和数据采集模块；中央监控单元包括服务器等，另外还有一些辅助设备，如显示器和打印机等。
软件构成包括自行研发的软件，还有主流的INTOUCH、FIX、WIZCON，KINGVIEW等。国内自动化系统基本上都在Windows或NT上开发运行，用于Windows和NT上的数据库引擎通常有SQLServer，MySQL，Interbase等。
在实际应用中，根据污水处理工艺过程要求，为了实现自动控制并保证可靠性，系统采用分层控制結构。整个控制系统分为三层结构和二级网络。三层结构包括：设备层、数据采集层和监控层（中心控制室）。其中，设备层由设置在各污水处理单元内的COD监测仪、氨氮监测仪、PH计、电流传感器等等设备组成；数据采集层由设置在现场的PLC数据采集单元（下位机）组成；监控层由设置在中心控制室内的操作站计算机（上位机）及组态软件组成。现场各种数据通过现场数据采集模块采集，并通过ProfibusDP现场通讯总线传送到中央控制室操作站进行集中监视和管理。二级网络包括：现场通讯总线和以太网。其中，现场通讯总线负责设备层和数据采集层之间的通讯和数据传输；以太网负责数据采集层和监控层之间的通讯和数据传输。
三、污水处理各工段自动控制技术的应用
1、PH控制
污水的进水时，PH变化幅度很大，为提高污水处理效果，要求将PH值控制在规范范围内，以满足污水物理处理、化学处理、生物处理等所需。首先是针对酸性的污水，采用仿人智能模糊控制手段，输入PH偏差和偏差变化率，计算得出碱液阀门的开度增量，并以此作为控制变量确定阀门的实际开度，提高阀门开度控制的效果。其次是根据PH的曲线特征，采用非线性增益补偿的方法，补偿PH静态增益的变化，并建立非线性控制模型，闭环精确控制污水的PH值。最后是在污水处理双反应的过程中，将污水注入到PH控制器当中，估计污水正时滞的放大系数和转换正时滞模型，从而计算出污水处理的滞后时间系数等。
2、曝气池控制
污水当中含有大量的微生物，这些微生物具有不同的生活特性，譬如存在耗氧代谢的过程，而只有合理的曝气方式，才能够将氧气有效供应给微生物，从而起到良好的曝气效果。首先是好氧处理，在污水和曝气池已驯化的活性污泥混合之后，污水当中某些容易降解的有机物，会以“吸附”的方式储存于细胞当中，并发生氧化反应，而曝气池中的好氧速率提高之后，微生物就会发生好氧代谢，进而趋近于微生物的最佳状态。其次是根据污水当中氧气的浓度变化状态，对进水有机物含量进行推测，实行曝气量的模糊控制，以及结合模糊控制系统，建立控制的推理合成规制和控制规则。再次是建立动态数学模型，仿真研究各种操作状态中的氧气传递速率，通过系统的优化控制，有效节约曝气的能耗水平。最后是采用模糊控制计算方式，控制污水中的溶解氧，采用多元模块的组合在线控制模式，形成溶解氧模糊闭环反馈控制的效果，其中需要控制好溶解氧的浓度和鼓风机的风量。
3、厌氧控制
为了有效消化有机负荷水平较高的污水，要用厌氧处理的方式，控制污水的组成和浓度等时间变量因素。首先是针对厌氧消化池的动态特征，采用软测量的方式，测量出消化池当中污水的有机碳、挥发性脂肪酸等的浓度，并利用自适应性线性控制器等控制中间产物的碱度和总碱度的比率，以及调整系统的有机物负荷波动，使得系统保持相对的稳定性。其次是建立操作生产专家系统和模糊逻辑诊断系统，以自动修正生物处理，以及预测污水厌氧发酵的状态，以确保生物处理的稳定性。最后是采用智能化控制手段，针对厌氧消化的需求，避免厌氧系统中有机负荷的扰动，提高系统的自适应能力水平。
4、混凝剂投加控制
污水处理需要借助混凝剂去除水体当中处于分散状态的胶体物质，为了提高混凝效果水平，我们需要对混凝剂的投加技术进行控制。首先是在净水的过程当中，借助计算机采集和分析絮凝池当中的絮凝图像，确定混凝剂投加的目标值，以及根据污水沉淀后的浑浊度，对设定值进行自动调整，从而实现稳定沉淀水浑浊度的目的。其次是借助化学氧化模型，针对对污水当中的PH和吸附剂的影响效果，以在线自适应控制的方法，训练神经网络控制器，这种控制方法在污水处理实践当中已经得以广泛应用。
结束语
虽然自动控制化相关理论和技术越来越成熟及规模化实用化，然而在污水处理领域，自动化控制技术系统的设计和使用依然处于发展和完善之中。由于各种科学技术的不断改进，软件和硬件的通用性、兼容性、扩展性、开放性都得到了极大的提高，污水处理厂的自控设计也面临着非常多的选择，因此如何配备合适的污水处理自动化控制系统是未来污水处理厂关注的重点问题之一。
参考文献
[1]赵捷.污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现[J].电气技术,2006.
[2]朱英爱，杨杰.污水处理自动控制系统的设计[J].电工技术，2009.
[3]宋韫峥，高真.污水处理控制系统的设计与研制[J].工业控制计算机，2011.