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摘要： 笔者结合自身的工作经验，在本文中论述了污水处理的工艺流程及其自动控制技术的现状和存在的问题，并对智能控制技术进行了探讨，分析了我过开展智能控制的重要性和必要性。仅供同行参考。
关键词：污水处理；控制技术；现状；问题；智能控制
引言
随着现代工业的飞速发展,我国城市水环境的污染越来越严重,而且城市污水处理厂的吨水耗电量远远高于发达国家,运行管理人员又多,运行管理和自动控制与国外相比存在较大的差距，最重要的是这不符合科学发展观的要求。污水处理过程具有多变量、非线性、时变性与随机性的特点,其控制过程十分复杂,采用传统的控制方法难以实现污水处理的实时控制,智能控制可以解决用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。
智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的高度综合与集成，它主要包括模糊控制、神经网络控制、学习控制和专家控制等。智能控制在各种非稳定的动态工程系统中的应用日益广泛与深入，特别是近年来取得的研究与应用成果更受瞩目。由于污水处理的运行费用是庞大的、长期的，如果通过有效的控制能将城市污水处理厂的运行费用节省，也是个天文数字。由此可见，加强城市污水处理系统智能控制的研究非常必要。
1 污水处理过程流程
污水处理工艺的主要流程如图。
污水处理系统的进水主要为工厂排放的两股生产污水．分别为透析废水和冲洗废水。其中，冲洗废水污染物浓度较低，透析废水的污染物浓度较高，为高浓度的有机废水。
废水处理工艺的选择主要取决于原水水质特性和对处理后出水的排放要求。在选择处理工艺时，废水中所含主要污染物的特性起着十分重要的作用。根据废水水质的特点以及国内外对该类废水的工程实践选择技术先进、成熟、可靠的“厌氧+好氧”生物处理工艺作为该工程的主处理工艺。在主处理工艺后．增加一个混凝气浮的物化处理单元，主要目的是化学除磷，确保排放废水磷的指标达到业主提出的标准和要求。选择这样一套废水处理工艺流程．具有处理效果好、工程投资合理、能耗和运行成本低、运行管理简单方便的特点。
2 国内外自控技术现状分析
发达国家在二级处理普及以后投入大量资金和科研力量加强污水处理设施的监测、运行和管理，实现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在*# 世纪.# 年代中期开始实现污水处理厂的自动控制，目前主要污水处理厂已实现了工艺流程中主要参数的自动测试和控制。20世纪70年代以来在美国召开了两次水处理仪器和自动化的国际学术会议，会上发表的数百篇论文反映出水处理自动化已发展到实用水平。与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，进入90年代以后污水处理厂才开始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少。
3 存在的问题
目前污水处理自动控制中存在有以下常见问题：
3.1 传统污水处理自动控制系统要求建立精确的数学模型，并且提出必须遵循一些比较苛刻的线性化假设，然而实际污水处理系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型和与实际相符的假设，因此采用传统控制理论建立的污水处理自动控制系统在实际工程应用上存在出水水质波动较大等问题。
3.2污水处理自动控制系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表的功能目前还很不完善，在实际检测中达不到预期效果、误差很大，因此依靠这些检测设备判断污水处理情况并实施自动控制，往往很难达到处理水质达标排放和节约能源的目的。
3.3国内外许多学者为提高污水处理厂的处理效率和降低能耗开展了许多实时控制研究，如采用ORP、DO、pH值作为控制参数来控制出水水质和减小曝气量，但这些方法也存在一些问题，例如控制污水处理厂硝化—反硝化过程所使用的ORP就很難判定，因此绝大多数基于ORP控制的污水处理厂也执行时间控制，作为当控制器无法找到ORP特征点时的应急控制，这样就导致许多污水处理系统实际上仍然采用的是按时间控制整个处理过程。
3.4 污水处理自动控制有别于其他控制系统，它需要对大量阀门、泵、鼓风机和吸（刮）泥机、曝气池和污泥消化池内的搅拌器等机械设备及沉淀池和消化池进、排泥量进行控制，因此污水处理厂需要自动控制的开关量多，它们常常要根据一定时间或逻辑顺序定时开停，然而目前我国生产的阀门质量存在一些问题，使用寿命较短，如果从国外进口价格又很昂贵，一般污水处理厂很难承受.
4 智能控制技术的探讨
智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的高度综合与集成，它主要包括模糊控制、神经网络控制、学习控制和专家控制等。作为智能控制重要分支的模糊控制、神经网络控制、专家控制和自学习控制等除了应用到工业过程控制以外，已经扩大到军事、医学、高科技领域。由于智能控制系统具有自学习、自适应和自组织功能，特别适用于复杂的污水处理动态过程的控制，
4.1模糊控制
模糊控制能将操作者或专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则，然后用这些规则去控制系统。因此，模糊控制特别适用于数学模型未知的、复杂的非线性系统的控制。正是基于模糊控制这些特点，近年来它已成为污水处理系统的研究热点。
4.2神经网络控制
基于人工神经网络的控制，简称神经控制。神经网络是由大量人工神经元广泛联结而成的网络，它具有很强的自适应性和学习能力、非线性映射能力和容错能力。神经网络因具备上述特点，近年来越来越受到国内外污水处理专家的重视，并在污水处理自动控制系统中开展人工神经网络控制研究，取得了许多具有推广应用价值的成果
4.3专家控制
专家控制是智能控制的一个重要分支，又称专家智能控制。所谓专家控制，是把专家系统的理论和技术同控制理论、方法与技术相结合，在未知环境下仿效专家的智能，实现对系统的控制。20世纪90, 年代国外就有学者开始研究采用专家系统智能控制技术来实现污水处理的自动控制，并取得了有效成果。
5 结束语
5.1虽然智能控制已成为污水处理的研究与应用中的前沿与热点，但国内外仍处于广泛应用的初级阶段。从文献来看，我国从事这方面研究的人员太少，这也是制约我国污水处理自动控制和智能控制发展的主要因素。
5.2与发达国家相比，我国在污水处理的基本理论、工艺流程和工程设计等方面并不明显落后，但是在运行管理与自动控制方面却存在着较大的差距。目前，我国城市污水处理厂的吨水耗电量是发达国家的近两倍，而运行管理人员数又是其若干倍，因此加强我国污水处理系统智能控制的研究与应用具有重要的科学意义与应用价值。
5.3由于智能控制的优越性及其研究与应用的迅速发展，目前国外许多城市污水和工业废水处理厂正在通过技术改造向实现智能控制方向过渡。我国应当在有条件的情况下，在污水处理厂的规划、设计与建设初期就尽可能采用或部分采用智能控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：污水处理；控制技术；现状；问题；智能控制
引言
随着现代工业的飞速发展,我国城市水环境的污染越来越严重,而且城市污水处理厂的吨水耗电量远远高于发达国家,运行管理人员又多,运行管理和自动控制与国外相比存在较大的差距，最重要的是这不符合科学发展观的要求。污水处理过程具有多变量、非线性、时变性与随机性的特点,其控制过程十分复杂,采用传统的控制方法难以实现污水处理的实时控制,智能控制可以解决用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。
智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的高度综合与集成，它主要包括模糊控制、神经网络控制、学习控制和专家控制等。智能控制在各种非稳定的动态工程系统中的应用日益广泛与深入，特别是近年来取得的研究与应用成果更受瞩目。由于污水处理的运行费用是庞大的、长期的，如果通过有效的控制能将城市污水处理厂的运行费用节省，也是个天文数字。由此可见，加强城市污水处理系统智能控制的研究非常必要。
1 污水处理过程流程
污水处理工艺的主要流程如图。
污水处理系统的进水主要为工厂排放的两股生产污水．分别为透析废水和冲洗废水。其中，冲洗废水污染物浓度较低，透析废水的污染物浓度较高，为高浓度的有机废水。
废水处理工艺的选择主要取决于原水水质特性和对处理后出水的排放要求。在选择处理工艺时，废水中所含主要污染物的特性起着十分重要的作用。根据废水水质的特点以及国内外对该类废水的工程实践选择技术先进、成熟、可靠的“厌氧+好氧”生物处理工艺作为该工程的主处理工艺。在主处理工艺后．增加一个混凝气浮的物化处理单元，主要目的是化学除磷，确保排放废水磷的指标达到业主提出的标准和要求。选择这样一套废水处理工艺流程．具有处理效果好、工程投资合理、能耗和运行成本低、运行管理简单方便的特点。
2 国内外自控技术现状分析
发达国家在二级处理普及以后投入大量资金和科研力量加强污水处理设施的监测、运行和管理，实现了计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在*# 世纪.# 年代中期开始实现污水处理厂的自动控制，目前主要污水处理厂已实现了工艺流程中主要参数的自动测试和控制。20世纪70年代以来在美国召开了两次水处理仪器和自动化的国际学术会议，会上发表的数百篇论文反映出水处理自动化已发展到实用水平。与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，进入90年代以后污水处理厂才开始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少。
3 存在的问题
目前污水处理自动控制中存在有以下常见问题：
3.1 传统污水处理自动控制系统要求建立精确的数学模型，并且提出必须遵循一些比较苛刻的线性化假设，然而实际污水处理系统由于存在复杂性、非线性、时变性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型和与实际相符的假设，因此采用传统控制理论建立的污水处理自动控制系统在实际工程应用上存在出水水质波动较大等问题。
3.2污水处理自动控制系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表的功能目前还很不完善，在实际检测中达不到预期效果、误差很大，因此依靠这些检测设备判断污水处理情况并实施自动控制，往往很难达到处理水质达标排放和节约能源的目的。
3.3国内外许多学者为提高污水处理厂的处理效率和降低能耗开展了许多实时控制研究，如采用ORP、DO、pH值作为控制参数来控制出水水质和减小曝气量，但这些方法也存在一些问题，例如控制污水处理厂硝化—反硝化过程所使用的ORP就很難判定，因此绝大多数基于ORP控制的污水处理厂也执行时间控制，作为当控制器无法找到ORP特征点时的应急控制，这样就导致许多污水处理系统实际上仍然采用的是按时间控制整个处理过程。
3.4 污水处理自动控制有别于其他控制系统，它需要对大量阀门、泵、鼓风机和吸（刮）泥机、曝气池和污泥消化池内的搅拌器等机械设备及沉淀池和消化池进、排泥量进行控制，因此污水处理厂需要自动控制的开关量多，它们常常要根据一定时间或逻辑顺序定时开停，然而目前我国生产的阀门质量存在一些问题，使用寿命较短，如果从国外进口价格又很昂贵，一般污水处理厂很难承受.
4 智能控制技术的探讨
智能控制是自动控制发展的高级阶段，是人工智能、控制论、系统论和信息论等多种学科的高度综合与集成，它主要包括模糊控制、神经网络控制、学习控制和专家控制等。作为智能控制重要分支的模糊控制、神经网络控制、专家控制和自学习控制等除了应用到工业过程控制以外，已经扩大到军事、医学、高科技领域。由于智能控制系统具有自学习、自适应和自组织功能，特别适用于复杂的污水处理动态过程的控制，
4.1模糊控制
模糊控制能将操作者或专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则，然后用这些规则去控制系统。因此，模糊控制特别适用于数学模型未知的、复杂的非线性系统的控制。正是基于模糊控制这些特点，近年来它已成为污水处理系统的研究热点。
4.2神经网络控制
基于人工神经网络的控制，简称神经控制。神经网络是由大量人工神经元广泛联结而成的网络，它具有很强的自适应性和学习能力、非线性映射能力和容错能力。神经网络因具备上述特点，近年来越来越受到国内外污水处理专家的重视，并在污水处理自动控制系统中开展人工神经网络控制研究，取得了许多具有推广应用价值的成果
4.3专家控制
专家控制是智能控制的一个重要分支，又称专家智能控制。所谓专家控制，是把专家系统的理论和技术同控制理论、方法与技术相结合，在未知环境下仿效专家的智能，实现对系统的控制。20世纪90, 年代国外就有学者开始研究采用专家系统智能控制技术来实现污水处理的自动控制，并取得了有效成果。
5 结束语
5.1虽然智能控制已成为污水处理的研究与应用中的前沿与热点，但国内外仍处于广泛应用的初级阶段。从文献来看，我国从事这方面研究的人员太少，这也是制约我国污水处理自动控制和智能控制发展的主要因素。
5.2与发达国家相比，我国在污水处理的基本理论、工艺流程和工程设计等方面并不明显落后，但是在运行管理与自动控制方面却存在着较大的差距。目前，我国城市污水处理厂的吨水耗电量是发达国家的近两倍，而运行管理人员数又是其若干倍，因此加强我国污水处理系统智能控制的研究与应用具有重要的科学意义与应用价值。
5.3由于智能控制的优越性及其研究与应用的迅速发展，目前国外许多城市污水和工业废水处理厂正在通过技术改造向实现智能控制方向过渡。我国应当在有条件的情况下，在污水处理厂的规划、设计与建设初期就尽可能采用或部分采用智能控制。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。