軟測量在污水處理過程中的研究與運用初探

摘 要:伴隨著社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，我國現(xiàn)代工業(yè)進入到了一個快速發(fā)展的黃金期，其中對污水處理技術(shù)的研究日漸受到人們的重視。但在污水處理的過程中，存在著很多不可控制性因素與特征，比如參數(shù)的時變大，多個變量耦合等，這些都使得污水處理無法達到最佳水平。傳統(tǒng)的傳感器無法接受最新的信息，也為重要變量的測量帶來了很大的困難。本文將從污水處理與軟測量的角度出發(fā)，探討軟測量技術(shù)在污水處理過程中的運用及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:軟測量 污水處理 軟測量技術(shù) 運用

中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0138-01

污水處理是建立在一整套比較完整的污水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，污水處理系統(tǒng)的正常運營，需要建立一套符合實際情況的自動控制系統(tǒng)與自動檢測系統(tǒng)。在污水處理的過程中需要很多參數(shù)數(shù)據(jù)，對這些參數(shù)數(shù)據(jù)進行測量并分析參數(shù)的實際價值，是確保污水處理效果的有效措施。但由于污水處理的復(fù)雜性、時變性與非線性等特征，使得污水處理系統(tǒng)中的傳感器無法正常的工作，無法檢測數(shù)據(jù)的正確性與科學(xué)性，極大地影響著污水處理的效果與效率。

1 關(guān)于軟測量技術(shù)的概述

所謂軟測量，是指依據(jù)易測、可測的過程變量與難以直接進行檢測的待測變量的數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)某種最優(yōu)原則，利用先進的計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，采用某種最優(yōu)的準則，對待測變量進行估計與測量。

2 軟測量技術(shù)在污水處理過程中的基本內(nèi)容

軟測量技術(shù)的基本內(nèi)容包括以下四項內(nèi)容:一是輔助變量的選取;二是數(shù)據(jù)的處理;三是軟測量模型的建立;四是軟測量模型的在線校正。

2.1 針對輔助變量的選取工作

輔助變量的選取工作是基于變量的數(shù)量、變量的類型、變量的監(jiān)測點三者之間相互影響相互聯(lián)系的作用之下進行的選擇。對于變量類型的選擇方法一般是從間接質(zhì)量的指標出發(fā);對于變量數(shù)量的選擇，一般是從機理過程中進行分析，在影響被估計變量的變量中去挑選主要的因素，特殊情況下可以采取回歸分析的方式尋找影響被估計變量的主要因素，在選擇的過程中，被估計變量的數(shù)量不能大于輔助變量的數(shù)量;對于變量監(jiān)測地點的選擇，可以采用工業(yè)控制仿真軟件進行控制，也可以采取奇異值分解的方法進行選擇。在輔助變量的選擇中需要堅持的原則包括:工程的適應(yīng)性、特異性、精確性、靈敏性。在這些原則下，輔助變量的選擇將變得更加科學(xué)、準確。

2.2 針對測量數(shù)據(jù)的處理工作

測量數(shù)據(jù)的處理工作的基本內(nèi)容包括誤差的調(diào)整與數(shù)據(jù)的交換兩個方面的內(nèi)容。在污水處理現(xiàn)場采集的測量數(shù)據(jù)，由于受到測量環(huán)境與儀器精確度的影響，在一般情況下會產(chǎn)生誤差，將在一定程度上降低軟測量的精度，所以測量數(shù)據(jù)需要進行誤差的調(diào)整。在調(diào)整的過程中，需要對測量過程中產(chǎn)生的過失誤差、隨機誤差、系統(tǒng)誤差進行調(diào)整。在對數(shù)據(jù)進行處理的過程中，還需要對數(shù)據(jù)進行交換，以保證測量質(zhì)量的提升，是輸入正確、精確數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容包括:權(quán)函數(shù)、標度、轉(zhuǎn)換。對測量數(shù)據(jù)進行標度，將有助于提高算法的穩(wěn)定性與精度;對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，將有助于降低非線性的特征對測量結(jié)果的影響;對數(shù)據(jù)進行標注權(quán)函數(shù)，將有助于我們對檢測模型進行動態(tài)的估計。

2.3 軟測量模型的建立

軟測量模型的建立是軟測量技術(shù)的核心方面，要在污水處理的過程中建立軟測量模型，需要利用二次變量來實現(xiàn)待測變量的檢測與估計。比較常見的軟測量模型建立方法有三個:一是建立在回歸分析方法的基礎(chǔ)上建立模型，二是在工藝機理基礎(chǔ)上建立模型，三是在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立模型。

第一種方法在軟測量進行建模的過程中比較常見，它比較適合于非線性污水處理的過程，并具有良好的效果與價值。第二種方法由于需要熟識工藝機理的各種知識體系，并且它所涉及的參數(shù)太多，不太適用于污水處理的監(jiān)測。第三種方法由于充分地利用先進的計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，可以直接的進行數(shù)據(jù)的輸出與建模，減少了很多建模的步驟，在污水處理方法的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2.4 針對軟測量模型的校正工作

軟測量的模型建立之初，由于污水處理的監(jiān)測地點可能隨時會發(fā)生變化，是不能直接的應(yīng)用于污水處理流程之中的，需要對其進行校正的工作。當(dāng)前最常用的校正方法是利用分析儀器對監(jiān)測的離線值進行在線的校正，還有一種方法是KaIman濾波技術(shù)，它可以在線對測量數(shù)據(jù)及參數(shù)進行校正。

3 軟測量技術(shù)在污水處理過程中的運用

3.1 軟測量技術(shù)運用與污水處理系統(tǒng)中的故障診斷

在污水處理的過程中，各種各樣的不正?，F(xiàn)象都有出現(xiàn)的可能，在一定程度上可能導(dǎo)致污水處理系統(tǒng)處理過的水，水質(zhì)質(zhì)量下降，甚至可能會導(dǎo)致整套污水處理系統(tǒng)癱瘓。將軟測量技術(shù)有效地應(yīng)用于污水處理的過程中，再輔助以故障診斷技術(shù)，不僅可以減少因為污水處理的時變性與復(fù)雜性所引起的誤差，而且可以降低污水處理的生產(chǎn)成本，減少工作人員的工作量，提升污水處理的質(zhì)量與水平。

3.2 軟測量技術(shù)應(yīng)用于污水處理過程中的優(yōu)化

在污水處理的過程中很容易會遇到在線監(jiān)測參數(shù)估計不準確的狀況，這極易導(dǎo)致物料與能源的過度消耗，無法達到國家處理污水的標準，無法達到處理污水的初衷。將軟測量技術(shù)應(yīng)用于此，可以最大限度的保證在線監(jiān)測參數(shù)的精確性與污水處理設(shè)備的正常運行，在一定程度上降低能源與物力的消耗，從而達到污水處理的最終目的。

軟測量技術(shù)還可以應(yīng)用于SBR工程循環(huán)時間的估計流程中，所謂SBR，即按照間歇的方式利用一種活性污泥法進行污水處理的方法。它雖然具有很大的靈活性，但在時間的固定方面很大的弊端。而軟測量技術(shù)的應(yīng)用，可以在最短的時間獲取SBR運行過程中每一個階段中最優(yōu)的污水處理時間，根據(jù)污水處理的不同需要，進行科學(xué)地分階段控制處理，這樣不僅優(yōu)化了整套SBR處理污水的工藝，節(jié)約了時間與空間，而且降低了生產(chǎn)成本，提升了污水處理的效率與經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

在污水的處理過程中，存在著監(jiān)測參數(shù)時常變化、多個變量耦合等問題，這為污水處理的監(jiān)測與控制帶來了很大的挑戰(zhàn)。將軟測量技術(shù)有計劃地運用與污水處理過程中，將在很大程度上優(yōu)化污水處理的全過程，減少不必要的污水處理步驟，降低了生產(chǎn)成本與時間成本，提升了污水處理的社會效益與經(jīng)濟效益。

參考文獻

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