污水處理智能控制的研究和應用

肖雄

【摘 要】智能控制能夠有效提高污水處理的功效。本文通過分析污水處理智能控制的必要性與污水處理的自動控制技術，著重分析模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術在污水處理中的應用。

【關鍵詞】污水處理；智能控制；模糊控制；神經(jīng)網(wǎng)絡控制；專家控制

水資源是人們生存的基本物質條件。而社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展不僅使人們的生活水平不斷提高，也增加了人們生產(chǎn)與生活中使用的水資源，同時也不可避免地增加了工業(yè)廢水與生活污水。這就使得人們愈發(fā)關注污水處理問題。而目前的污水處理系統(tǒng)的功效非常低下，無法達到國家對于污水處理的相關標準。因此有必要對污水處理進行智能化控制。本文以此為背景進行研究。

1.污水處理智能控制的研究

1.1污水處理智能控制的必要性分析

污水處理是一個非常復雜的過程，它通過物理、化學等方式來處理生活與工業(yè)廢水，進而減輕水污染對于周邊環(huán)境的影響。而隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們的生活質量不斷提高，工業(yè)規(guī)模更是不斷擴大，因而產(chǎn)生了更多的生活與工業(yè)廢水。有數(shù)據(jù)顯示，我國百分之九十的城市已經(jīng)遭受嚴重的地下水污染。但是目前來說，我國的污水處理廠大多是根據(jù)試驗的方式進行污水的處理，其污水處理效果很不理想。若想充分發(fā)揮污水處理系統(tǒng)的功效與有點，污水處理廠就必須實現(xiàn)智能控制。這一技術能夠排除人為因素的干擾，通過精確的預先設定，實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)的最大功效。

1.2污水處理自動控制的技術分析

污水處理的自控技術是將水污染置于無人直接參與的環(huán)境下進行處理的技術。我國的污水處理自動控制研究起步晚于世界發(fā)達國家，自上個世紀九十年代污水處理的自控技術才引入國內(nèi)。但是我國僅是直接套用國外已研究的成套自控設備，并未研究專屬于我國的自控系統(tǒng)。而近年來，我國有些學者已經(jīng)開始研究實施自動控制的可靠方法，但研究效率仍然低于世界先進水平。目前來說，我國的污水處理自控系統(tǒng)根本無法適應復雜多變的現(xiàn)實環(huán)境，系統(tǒng)中的各種設備功能仍不夠精確，污水處理效果很不理想。另外，系統(tǒng)中所使用的PH值和DO值等參數(shù)無法全面反映污水的處理效率。

2.污水處理智能控制的應用

智能控制是自動控制發(fā)展的必然趨勢。由于其自身所存在的自學習、自適應與自組織的功能，智能控制能夠適應較為復雜的污水處理動態(tài)狀況，已廣泛應用與工業(yè)、軍事與醫(yī)學等多個領域。

2.1模糊控制應用

模糊控制是通過模糊數(shù)學語言來描述控制規(guī)則，再據(jù)此操作系統(tǒng)工作的方式。這一方式能夠有效控制數(shù)學模型未知的、復雜多變的非線性系統(tǒng)。模糊控制自1980年被Tong用于污水處理中以來，逐漸引起各界學者的關注。Flanagan使用沿池廠的DO濃度變化曲線來估算池中底物利用率與微生物活性。Tsai等根據(jù)BOD、COD濃度來預算動態(tài)活性污泥法模糊控制。彭永臻等發(fā)明了簡單可靠的生物電極法采用模糊控制。彭永臻、曾薇等通過SBR法進行石油化工廢水的處理，從而對曝氣量的模糊控制。

2.2神經(jīng)網(wǎng)絡控制應用

神經(jīng)網(wǎng)絡與大腦神經(jīng)突觸結構類似，以此為基礎來處理信息的模型。它具有非線性、非局限性、非常定性與非凸性的特點，同時還具有自學習、聯(lián)想存儲與快速尋找有化解的優(yōu)勢。因此受到廣大學者的關注。Zhu等以多層感知器（MLP）為基礎，研究出一種優(yōu)于MLP模型的在線廢水水質預測系統(tǒng)；Gontarski等使用廢水流量與進水的PH值來檢驗廢水處理廠的水質。為了解決污泥膨脹的處理問題，Capodaglio將污水處理廠的數(shù)據(jù)引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，進而預測污泥膨脹的發(fā)生幾率。而后Belanche、Tay與Wen等人也研究了神經(jīng)網(wǎng)絡控制的應用。

2.3專家控制應用

專家控制是在將理論、方法與技術結合，依據(jù)專家智能來對未知環(huán)境進行控制。這一領域的研究始于上個世紀的九十年代。Barnett使用專家系統(tǒng)來判斷污泥厭氧消化故障。Florexs等研究了管理多級厭氧系統(tǒng)的智能系統(tǒng)。Sung等使用在線控制系統(tǒng)，通過使用水COD濃度來控制與處理食品廢水，此系統(tǒng)已取得很好的成績。龐全等通過對工業(yè)廢水中的PH值進行智能控制，使用專家控制技術來控制中和藥物的使用量，從而有效解決了pH值控制中存在的嚴重非線性問題。

2.4模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制應用

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡（FNN）將模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡控制進行了有機的結合，也凝聚了這兩種技術的優(yōu)勢與功能。污水處理系統(tǒng)是一個復雜多變的過程，需要其系統(tǒng)與技術具備“隨機應變”的能力。作為污水處理的新方法，F(xiàn)NN有效結合了知識模糊性處理的邏輯控制與自學習神經(jīng)網(wǎng)絡。但是這一領域的研究還相對較少，最早的研究是B.Kosho對于這一概念的提出，之后模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制得到了很大的發(fā)展。蘇敏等提出一種用BP神經(jīng)網(wǎng)絡完成規(guī)則推理的模糊控制器。Chen W C等與Mingzhi H.等也對這一問題進行了研究。

3.結論

污水處理一直就是社會各界人士廣泛關注的難題。智能控制則是自動控制的必然趨勢。為了有效處理愈發(fā)增加的工業(yè)與生活廢水，污水處理的智能控制勢在必行。目前，污水處理智能控制應用主要涉及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制應用、專家控制應用與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制應用四個方面。 [科]

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