浅谈污水处理过程的节能优化控制

李丽丽

（山西正阳污水净化有限公司 山西榆次 03 0600）

1 污水处理过程概述

污水处理的过程一般可以分为一级处理、二级处理和三级处理这三个步骤。一级处理主要通过机械方式来实现，包括活性污泥法、沉淀法、生物膜法等物理处理方式。活性污泥法是使最为常用的一种污水处理方式，在大中小型城市中都有广泛的应用。活性污泥法的处理原理是利用污泥的吸附及氧化作用将污水中的有机物进行分解，从而达到净水的目的。而分解后产生的无机物质又能为污泥中的微生物提供养分，促进微生物的繁殖和生长，实现污泥的循环利用。该方法通过对污水处理过程生物脱氮机理进行详尽分析，从而选择出对溶解氧浓度、混合液悬浮固体浓度和硝态氮浓度进行优化，并设计出优化控制系统架构，确立了优化问题的约束条件及性能指标函数。城市污水的处理过程如图1所示。

图1 城市污水处理工艺流程

2 常见的活性污泥过程影响因素

活性污泥法一般被应用在城市污水的处理中。城市污水的类型多样、且排放量较大，对于处理工艺的有效性、稳定性等都有较高的要求，此外，城市污水处理系统容易受到较多的环境因素干扰，如污水流量、水质特点、水温、溶氧量等。这些因素的变化会对最终的处理效果产生直接的影响。

2.1 进水流量控制

污水的流量会决定着水流在污水处理系统中的停留时间。流量越大，污水的停留时间越短，处理的效果越不明显。为了确保污水的处理效果，必须严格控制污水的流量，使得污水在处理系统中能够进行充分的新陈代谢，并为微生物的生长繁殖提供一个更好的环境。

2.2 溶解氧浓度控制

活性污泥中溶解氧的含量决定着微生物的生长状况，从而进一步影响有机物的分解速率和污水处理效果。为了保证最终的出水水质，在活性污泥的处理过程中会采用人工充氧的方式。只有当确保活性污泥中的含氧量达到一定水平时，才能确保良好的处理效果。但氧气的含量也不得过高，否则就会引起固体悬浮颗粒不易沉降的现象，也会造成一些厌氧型微生物死亡的现象，降低了污水处理的效果。

2.3 氮浓度的控制

污水中的氮浓度可以客观的反映污水的性质和状态。但水的氮浓度为零时，说明当前水质处于厌氧状态，这将导致水中的反消化反应进行不充分，影响整体的处理效果。而当氮含量较高时，又会破坏反硝化反应的环境，同样会影响污水处理的效果。由此可见，氮的去除是污水处理的重点和难点，只有利用生物脱氮技术对污水处理过程进行节能优化控制，才是经济可行的。

2.4 水质酸碱性的控制

活性污泥对污水的处理主要是通过各种微生物的作用来实现的，而这些微生物的生长对于环境的酸碱度有较高的要求。微生物最适宜的生长环境应当是酸碱度在6.5~7.5左右。一旦酸碱度超过这一限度就会抑制微生物的生长和繁殖。为了将水质的酸碱度维持在正常的水平，可以定期向水中添加一些化学物质。

3 污水处理优化控制方法的研究现状

污水处理系统需要对多个流程及工艺进行综合的调控，若采用人工控制的方式，无论是在效率还是质量上都难有保障，因此实现污水处理的自动化控制是当前最有效的优化方式。通过自动控制的方式，可以提高微生物的新陈代谢，从而确保污水处理的质量和效率。在污水处理的自动化处理方面，西方国家起步较早，发展到当前，已经在设备和工艺上都取得了较大的成果。与西方发达国家相比，我国的污水处理系统自动化程度较低，控制工艺水平也存在较大的差距。当前，我国大多数的污水处理厂仍采用了传统的数据收集和分析方式，并且通过简单的系统和工艺对污水进行处理。但我国的水资源匮乏问题又相对严重，这种需求与供给严重不符的现象给我国的水资源问题造成了更大的压力。为解决工艺上发展不足的问题，近年来有一些专家学者提出了一种新型混合智能的处理方式。这种处理方式采用的是溶解氧的控制方法。使用模糊神经网络动态优化设定值并用神经网络逆控制系统进行跟踪，有效的减少了能耗。

4 当前污水处理技术中存在的不足

尽管我国一直在进行污水处理技术的更新和研究，但当前的污水处理技术中仍存在一些不足。

4.1 底层控制对象单一，适应性差

污水处理是一个相对复杂的过程，需要对各个环节的连接进行优化，对各种变量和数据也要进行合理的分析、规划。为达到这一要求，就需要对底层的对象进行准确的设定和选择，但我国的污水处理厂在控制结构的设置上较为简单，对变量的控制也不符合要求，从而导致处理系统容易受到各种环境因素的干扰，环境适应性也较差。

4.2 难以找到污水处理出水水质与能耗间的直接关系

当前对污水处理系统的要求不仅是达到一定的净水效果，还应保证实现节约能源的目标。但在一些污水处理系统的实际研究和运行中发现，水质处理的效果与能源消耗之间并没有直接的联系，因此无法对这两个方面的内容进行统一的调控。对于许多污水处理厂来说，在保证出水水质的同时做好能源损耗的控制仍是一项亟待解决的问题。

4.3 污水处理过程能耗过大、运行成本过高

在传统的污水处理模式中，能源的损耗量问题一直是系统优化中的难题。由于污水处理系统的复杂性和综合性，需要应用多种设备和技术，对于能源的要求也较高。尽管污水处理系统实现了对污水的净化处理，但在系统运行的过程中对能源的消耗又会造成严重的资源保护问题，这两方面的问题都不利于生态环境的保护，因此必须加大研究力度，尽快解决污水处理过程中的能源消耗问题。

5 污水处理过程机理模型分析

基于机理模型的污水处理过程模拟与优化控制方案不仅有益于新的污水处理厂运行管理系统的设计，而且对扩大现成系统的处理能力或者增加更多系统功能也具有重要意义。

在进行污水处理系统的模型建立时，设计者不仅要考虑到处理效果的最优化，还需要从经济性、环保性、节能性等方面进行综合的控制。污水处理不仅要实现对水中有机物的分解，还需要对水中的悬浮颗粒、有害细菌等物质进行处理，而不同的物质需要采用不同的处理方式，因此在模型的设计中也要进行多方面的分析。环境因素的影响尤其需要引起设计者的关注，特别是好氧及厌氧环境对微生物生长的影响。在模型的设计过程中，应当在不同的环境状态下进行测试，以符合实际的处理要求。

6 结语

为了提高污水处理出水水质，降低运行成本，需要加强对活性污泥法污水处理过程的智能优化控制，以适应不断提高的运行效率和环保标准的要求。本文阐述了国内外污水处理过程控制方法研究现状，分析了目前污水处理过程控制中存在的问题，针对当前污水处理过程中存在着能量消耗过大、运行成本居高的问题，本文对污水处理过程作了智能优化控制策略的研究，并且取得了一定的成果。对于污水处理的节能优化控制而言，这些研究是远远不够的，这一方面的研究还有待进一步的深入和发展。

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