淺談污水處理過程的節(jié)能優(yōu)化控制

李麗麗

（山西正陽污水凈化有限公司 山西榆次 03 0600）

1 污水處理過程概述

污水處理的過程一般可以分為一級處理、二級處理和三級處理這三個(gè)步驟。一級處理主要通過機(jī)械方式來實(shí)現(xiàn)，包括活性污泥法、沉淀法、生物膜法等物理處理方式。活性污泥法是使最為常用的一種污水處理方式，在大中小型城市中都有廣泛的應(yīng)用?；钚晕勰喾ǖ奶幚碓硎抢梦勰嗟奈郊把趸饔脤⑽鬯械挠袡C(jī)物進(jìn)行分解，從而達(dá)到凈水的目的。而分解后產(chǎn)生的無機(jī)物質(zhì)又能為污泥中的微生物提供養(yǎng)分，促進(jìn)微生物的繁殖和生長，實(shí)現(xiàn)污泥的循環(huán)利用。該方法通過對污水處理過程生物脫氮機(jī)理進(jìn)行詳盡分析，從而選擇出對溶解氧濃度、混合液懸浮固體濃度和硝態(tài)氮濃度進(jìn)行優(yōu)化，并設(shè)計(jì)出優(yōu)化控制系統(tǒng)架構(gòu)，確立了優(yōu)化問題的約束條件及性能指標(biāo)函數(shù)。城市污水的處理過程如圖1所示。

圖1 城市污水處理工藝流程

2 常見的活性污泥過程影響因素

活性污泥法一般被應(yīng)用在城市污水的處理中。城市污水的類型多樣、且排放量較大，對于處理工藝的有效性、穩(wěn)定性等都有較高的要求，此外，城市污水處理系統(tǒng)容易受到較多的環(huán)境因素干擾，如污水流量、水質(zhì)特點(diǎn)、水溫、溶氧量等。這些因素的變化會(huì)對最終的處理效果產(chǎn)生直接的影響。

2.1 進(jìn)水流量控制

污水的流量會(huì)決定著水流在污水處理系統(tǒng)中的停留時(shí)間。流量越大，污水的停留時(shí)間越短，處理的效果越不明顯。為了確保污水的處理效果，必須嚴(yán)格控制污水的流量，使得污水在處理系統(tǒng)中能夠進(jìn)行充分的新陳代謝，并為微生物的生長繁殖提供一個(gè)更好的環(huán)境。

2.2 溶解氧濃度控制

活性污泥中溶解氧的含量決定著微生物的生長狀況，從而進(jìn)一步影響有機(jī)物的分解速率和污水處理效果。為了保證最終的出水水質(zhì)，在活性污泥的處理過程中會(huì)采用人工充氧的方式。只有當(dāng)確保活性污泥中的含氧量達(dá)到一定水平時(shí)，才能確保良好的處理效果。但氧氣的含量也不得過高，否則就會(huì)引起固體懸浮顆粒不易沉降的現(xiàn)象，也會(huì)造成一些厭氧型微生物死亡的現(xiàn)象，降低了污水處理的效果。

2.3 氮濃度的控制

污水中的氮濃度可以客觀的反映污水的性質(zhì)和狀態(tài)。但水的氮濃度為零時(shí)，說明當(dāng)前水質(zhì)處于厭氧狀態(tài)，這將導(dǎo)致水中的反消化反應(yīng)進(jìn)行不充分，影響整體的處理效果。而當(dāng)?shù)枯^高時(shí)，又會(huì)破壞反硝化反應(yīng)的環(huán)境，同樣會(huì)影響污水處理的效果。由此可見，氮的去除是污水處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，只有利用生物脫氮技術(shù)對污水處理過程進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化控制，才是經(jīng)濟(jì)可行的。

2.4 水質(zhì)酸堿性的控制

活性污泥對污水的處理主要是通過各種微生物的作用來實(shí)現(xiàn)的，而這些微生物的生長對于環(huán)境的酸堿度有較高的要求。微生物最適宜的生長環(huán)境應(yīng)當(dāng)是酸堿度在6.5~7.5左右。一旦酸堿度超過這一限度就會(huì)抑制微生物的生長和繁殖。為了將水質(zhì)的酸堿度維持在正常的水平，可以定期向水中添加一些化學(xué)物質(zhì)。

3 污水處理優(yōu)化控制方法的研究現(xiàn)狀

污水處理系統(tǒng)需要對多個(gè)流程及工藝進(jìn)行綜合的調(diào)控，若采用人工控制的方式，無論是在效率還是質(zhì)量上都難有保障，因此實(shí)現(xiàn)污水處理的自動(dòng)化控制是當(dāng)前最有效的優(yōu)化方式。通過自動(dòng)控制的方式，可以提高微生物的新陳代謝，從而確保污水處理的質(zhì)量和效率。在污水處理的自動(dòng)化處理方面，西方國家起步較早，發(fā)展到當(dāng)前，已經(jīng)在設(shè)備和工藝上都取得了較大的成果。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國的污水處理系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，控制工藝水平也存在較大的差距。當(dāng)前，我國大多數(shù)的污水處理廠仍采用了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和分析方式，并且通過簡單的系統(tǒng)和工藝對污水進(jìn)行處理。但我國的水資源匱乏問題又相對嚴(yán)重，這種需求與供給嚴(yán)重不符的現(xiàn)象給我國的水資源問題造成了更大的壓力。為解決工藝上發(fā)展不足的問題，近年來有一些專家學(xué)者提出了一種新型混合智能的處理方式。這種處理方式采用的是溶解氧的控制方法。使用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)定值并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤，有效的減少了能耗。

4 當(dāng)前污水處理技術(shù)中存在的不足

盡管我國一直在進(jìn)行污水處理技術(shù)的更新和研究，但當(dāng)前的污水處理技術(shù)中仍存在一些不足。

4.1 底層控制對象單一，適應(yīng)性差

污水處理是一個(gè)相對復(fù)雜的過程，需要對各個(gè)環(huán)節(jié)的連接進(jìn)行優(yōu)化，對各種變量和數(shù)據(jù)也要進(jìn)行合理的分析、規(guī)劃。為達(dá)到這一要求，就需要對底層的對象進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)定和選擇，但我國的污水處理廠在控制結(jié)構(gòu)的設(shè)置上較為簡單，對變量的控制也不符合要求，從而導(dǎo)致處理系統(tǒng)容易受到各種環(huán)境因素的干擾，環(huán)境適應(yīng)性也較差。

4.2 難以找到污水處理出水水質(zhì)與能耗間的直接關(guān)系

當(dāng)前對污水處理系統(tǒng)的要求不僅是達(dá)到一定的凈水效果，還應(yīng)保證實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。但在一些污水處理系統(tǒng)的實(shí)際研究和運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)處理的效果與能源消耗之間并沒有直接的聯(lián)系，因此無法對這兩個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)控。對于許多污水處理廠來說，在保證出水水質(zhì)的同時(shí)做好能源損耗的控制仍是一項(xiàng)亟待解決的問題。

4.3 污水處理過程能耗過大、運(yùn)行成本過高

在傳統(tǒng)的污水處理模式中，能源的損耗量問題一直是系統(tǒng)優(yōu)化中的難題。由于污水處理系統(tǒng)的復(fù)雜性和綜合性，需要應(yīng)用多種設(shè)備和技術(shù)，對于能源的要求也較高。盡管污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對污水的凈化處理，但在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中對能源的消耗又會(huì)造成嚴(yán)重的資源保護(hù)問題，這兩方面的問題都不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，因此必須加大研究力度，盡快解決污水處理過程中的能源消耗問題。

5 污水處理過程機(jī)理模型分析

基于機(jī)理模型的污水處理過程模擬與優(yōu)化控制方案不僅有益于新的污水處理廠運(yùn)行管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且對擴(kuò)大現(xiàn)成系統(tǒng)的處理能力或者增加更多系統(tǒng)功能也具有重要意義。

在進(jìn)行污水處理系統(tǒng)的模型建立時(shí)，設(shè)計(jì)者不僅要考慮到處理效果的最優(yōu)化，還需要從經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、節(jié)能性等方面進(jìn)行綜合的控制。污水處理不僅要實(shí)現(xiàn)對水中有機(jī)物的分解，還需要對水中的懸浮顆粒、有害細(xì)菌等物質(zhì)進(jìn)行處理，而不同的物質(zhì)需要采用不同的處理方式，因此在模型的設(shè)計(jì)中也要進(jìn)行多方面的分析。環(huán)境因素的影響尤其需要引起設(shè)計(jì)者的關(guān)注，特別是好氧及厭氧環(huán)境對微生物生長的影響。在模型的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)在不同的環(huán)境狀態(tài)下進(jìn)行測試，以符合實(shí)際的處理要求。

6 結(jié)語

為了提高污水處理出水水質(zhì)，降低運(yùn)行成本，需要加強(qiáng)對活性污泥法污水處理過程的智能優(yōu)化控制，以適應(yīng)不斷提高的運(yùn)行效率和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文闡述了國內(nèi)外污水處理過程控制方法研究現(xiàn)狀，分析了目前污水處理過程控制中存在的問題，針對當(dāng)前污水處理過程中存在著能量消耗過大、運(yùn)行成本居高的問題，本文對污水處理過程作了智能優(yōu)化控制策略的研究，并且取得了一定的成果。對于污水處理的節(jié)能優(yōu)化控制而言，這些研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這一方面的研究還有待進(jìn)一步的深入和發(fā)展。

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