污水处理智能控制的研究和应用

肖雄

【摘 要】智能控制能够有效提高污水处理的功效。本文通过分析污水处理智能控制的必要性与污水处理的自动控制技术，着重分析模糊控制、神经网络控制、专家控制与模糊神经网络控制技术在污水处理中的应用。

【关键词】污水处理；智能控制；模糊控制；神经网络控制；专家控制

水资源是人们生存的基本物质条件。而社会经济的迅速发展不仅使人们的生活水平不断提高，也增加了人们生产与生活中使用的水资源，同时也不可避免地增加了工业废水与生活污水。这就使得人们愈发关注污水处理问题。而目前的污水处理系统的功效非常低下，无法达到国家对于污水处理的相关标准。因此有必要对污水处理进行智能化控制。本文以此为背景进行研究。

1.污水处理智能控制的研究

1.1污水处理智能控制的必要性分析

污水处理是一个非常复杂的过程，它通过物理、化学等方式来处理生活与工业废水，进而减轻水污染对于周边环境的影响。而随着社会经济的迅速发展，人们的生活质量不断提高，工业规模更是不断扩大，因而产生了更多的生活与工业废水。有数据显示，我国百分之九十的城市已经遭受严重的地下水污染。但是目前来说，我国的污水处理厂大多是根据试验的方式进行污水的处理，其污水处理效果很不理想。若想充分发挥污水处理系统的功效与有点，污水处理厂就必须实现智能控制。这一技术能够排除人为因素的干扰，通过精确的预先设定，实现污水处理系统的最大功效。

1.2污水处理自动控制的技术分析

污水处理的自控技术是将水污染置于无人直接参与的环境下进行处理的技术。我国的污水处理自动控制研究起步晚于世界发达国家，自上个世纪九十年代污水处理的自控技术才引入国内。但是我国仅是直接套用国外已研究的成套自控设备，并未研究专属于我国的自控系统。而近年来，我国有些学者已经开始研究实施自动控制的可靠方法，但研究效率仍然低于世界先进水平。目前来说，我国的污水处理自控系统根本无法适应复杂多变的现实环境，系统中的各种设备功能仍不够精确，污水处理效果很不理想。另外，系统中所使用的PH值和DO值等参数无法全面反映污水的处理效率。

2.污水处理智能控制的应用

智能控制是自动控制发展的必然趋势。由于其自身所存在的自学习、自适应与自组织的功能，智能控制能够适应较为复杂的污水处理动态状况，已广泛应用与工业、军事与医学等多个领域。

2.1模糊控制应用

模糊控制是通过模糊数学语言来描述控制规则，再据此操作系统工作的方式。这一方式能够有效控制数学模型未知的、复杂多变的非线性系统。模糊控制自1980年被Tong用于污水处理中以来，逐渐引起各界学者的关注。Flanagan使用沿池厂的DO浓度变化曲线来估算池中底物利用率与微生物活性。Tsai等根据BOD、COD浓度来预算动态活性污泥法模糊控制。彭永臻等发明了简单可靠的生物电极法采用模糊控制。彭永臻、曾薇等通过SBR法进行石油化工废水的处理，从而对曝气量的模糊控制。

2.2神经网络控制应用

神经网络与大脑神经突触结构类似，以此为基础来处理信息的模型。它具有非线性、非局限性、非常定性与非凸性的特点，同时还具有自学习、联想存储与快速寻找有化解的优势。因此受到广大学者的关注。Zhu等以多层感知器（MLP）为基础，研究出一种优于MLP模型的在线废水水质预测系统；Gontarski等使用废水流量与进水的PH值来检验废水处理厂的水质。为了解决污泥膨胀的处理问题，Capodaglio将污水处理厂的数据引入人工神经网络模型，进而预测污泥膨胀的发生几率。而后Belanche、Tay与Wen等人也研究了神经网络控制的应用。

2.3专家控制应用

专家控制是在将理论、方法与技术结合，依据专家智能来对未知环境进行控制。这一领域的研究始于上个世纪的九十年代。Barnett使用专家系统来判断污泥厌氧消化故障。Florexs等研究了管理多级厌氧系统的智能系统。Sung等使用在线控制系统，通过使用水COD浓度来控制与处理食品废水，此系统已取得很好的成绩。庞全等通过对工业废水中的PH值进行智能控制，使用专家控制技术来控制中和药物的使用量，从而有效解决了pH值控制中存在的严重非线性问题。

2.4模糊神经网络控制应用

模糊神经网络（FNN）将模糊控制与神经网络控制进行了有机的结合，也凝聚了这两种技术的优势与功能。污水处理系统是一个复杂多变的过程，需要其系统与技术具备“随机应变”的能力。作为污水处理的新方法，FNN有效结合了知识模糊性处理的逻辑控制与自学习神经网络。但是这一领域的研究还相对较少，最早的研究是B.Kosho对于这一概念的提出，之后模糊神经网络控制得到了很大的发展。苏敏等提出一种用BP神经网络完成规则推理的模糊控制器。Chen W C等与Mingzhi H.等也对这一问题进行了研究。

3.结论

污水处理一直就是社会各界人士广泛关注的难题。智能控制则是自动控制的必然趋势。为了有效处理愈发增加的工业与生活废水，污水处理的智能控制势在必行。目前，污水处理智能控制应用主要涉及模糊控制、神经网络控制应用、专家控制应用与模糊神经网络控制应用四个方面。 [科]

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