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智能化信息技术在污水处理中的应用杨航

发表时间：2021/5/28 来源：《基层建设》2021年第2期作者：杨航蔡飞梅峰群

[导读] 摘要：大数据技术和物联网技术等智能化信息技术在污水处理领域的应用日益广泛，是提升污水处理效果，降低处理成本的有效手段。

        诚邦环保科技有限公司浙江杭州 310008
        摘要：大数据技术和物联网技术等智能化信息技术在污水处理领域的应用日益广泛，是提升污水处理效果，降低处理成本的有效手段。在污水处理领域应用，构建起智能化污水处理系统，实现污水处理管理流程的一体化和精细化发展，不断健全了污水处理厂智能化管理系统。
        关键词：智能化信息技术；污水处理；应用
        近几年，我国基于智能化信息技术发展的新技术与新产品不断涌现。将智能化信息技术应用到污水处理中不仅可以提高工况稳定，保证水质达标和运行安全，还可提高污水处理厂技术控制、生产管理及信息服务水平，还可以改善劳动条件，提高运营质量和效率，节约成本，成为污水处理厂实现可持续发展的必然趋势。
        1污水处理管理过程中的问题
        1.1管理水平参差不齐
        随着经济生活水平的不断提高，人们对污水处理的需求也在不断扩大，各地大型污水处理厂的提标扩容，而乡镇中小型污水处理场站也不断涌现。随之而来的管理能力提升的相对滞后往往导致污水处理厂的管理效果低于预期，尤其是中小型污水处理场站的日常管理，自动化控制手段相对落后，运维管理比较粗放，对电耗、药耗控制不够精细化，运营成本升高。加之缺乏长期性的规划和稳定的执行，系统稳定性不高，违规排放的事件时有发生。
        1.2管理人员素质有限
        传统的污水处理厂管理中，系统运行和维护仍然主要依靠专家经验，辅以对水质指标初步的数据分析，最终为调整运行参数提供依据，专业性较强且人力成本很高,无法发挥数据自身所特有的优点。污水处理过程中影响因素较多，水质复杂多变，因此需要大量的实践经验才能根据不同的处理要求制定出合适的处理方案，这就对人员的素质提出了较高的要求。现在很多小城镇中，进行污水处理使用的方案与技术都还是传统性质的，配套的工作人员缺乏足够的专业能力，管理观念也比较陈旧，遇到突发问题时往往比重就轻，导致污水处理的效果得不到提高。因此，需要引进一些先进的技术和管理模式，加快提高人员的宿州培养，提高污水处理的质量和效率。
        1.3处理标准日益提高
        现阶段，污水处理厂出水标准普遍提标到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准，浙江等地更是将重点污水处理场站的标准提高到了准Ⅳ类。在提标改造的过程中，污水处理流程的延长导致管理系统趋于复杂，部分原有设备或缺少信息采集端、或存在采集形式差异，导致实现全厂信息化管理、智能化控制的信息无法统一采集,为系统管理带来困难。
        2智能化信息技术在污水处理中的技术延伸
        2.1物联网技术
        物联网技术是指把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的技术。在污水处理过程中物联网技术主要体现在信息的收集和反馈控制两个方面。通过移动互联网和远程交互模块将终端设备与管理中心连接起来，系统运行实时参数被完整的收集上传至决策中心，极大的提高信息反馈的准确性和实效性。决策中心可以根据数据分析处理的结果和对接通过物联网技术反馈到设备端，通过设备的远程调控功能实时高效的调整污水处理的各个流程，比如阀门的开度、药物的添加量、温度和PH的控制等，最终实现对系统工艺的有效调节，达到精细化管理的目的。
        2.2大数据技术
        大数据技术是近年来发展起来的一种数据分析技术，其主要的特点是可以对大量数据进行全面准确快速的分析，并提供可供参考的结果。由于污水的来源与类型越来越多样化，且存在着显著的动态变化性的特点，每个污水处理厂的水质水量不尽相同，盲目照搬他厂的管理措施往往无法达到理想的处理效果。在物联网技术支持下，大数据技术可以将大量收集上传的数据进行集中分析，通过神经网络等大数据算法分析数据之间的关联，建立出一套反应污水处理厂参数关联性的污水处理数学模型，不仅可以弥补现有常规分析带来的片面和不足，从更宏观的角度发现各参数的变化趋势，为系统决策提供强有力的数据支持。
        2.3人工智能技术
        人工智能技术是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。现阶段污水处理专家经验的依赖较大，专业性较强且人力成本很高。

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人工智能技术可以有效的将专家的经验数据化，形成相应的理论模型，基于数据的有效处理和对策的及时反馈，在实际运行中对专家经验进行模拟和验证，保证污水处理系统的稳定运行，使还可以在数据积累的过程中自我迭代更新，以适应更多更复杂的运维状况，加强污水处理过程中的精细化管理,实现污水处理决策的智能化，节约人力成本。
        3智能化信息技术的实践应用
        3.1精确曝气系统
        精确曝气系统是基于溶解氧仪表、曝气风机和相关阀门的系统联动，针对污水处理厂溶解氧进行精细化控制的集成系统，核心在于对污水中溶解氧含量的及时上传，自动分析和及时反馈。
        污水处理系统的时变性、时滞性、扰动性及非线性等特性致使传统的DO控制策略（人工手动控制和PID控制）一直无法及时准确地应对各种扰动的影响，导致在线控制中DO值呈现大幅度波动。因此，要达到精确曝气控制的目的就必须建立基于活性污泥数学模型的先进控制技术。系统针对污水生物处理工艺的全过程进行分析建模，通过对特定污水厂的历史运行数据或在线运行数据进行分析处理，确定该污水厂生物处理过程的一些特征参数和补偿参数；通过仿真，检验这些特征参数的有效性。经过检验的模型，将直接用于曝气流量的调节，根据现场仪表采集的数据，给出每个曝气单位的供气流量，由执行机构负责调节，进而实现精细化控制溶解氧的目的。
        3.2过程预测系统
        系统通过接收来自在线仪表采集的进水数据作为工艺模型的输入参数来驱动仿真，实时提供水质指标的短期预测值。在线仿真功能再结合污水处理流程的分区化建模和沿程插值等数学方法，可获得工艺流程上沿水流方向的水质指标的浓度梯度分布预测，覆盖了实体仪表监测不到的盲区，弥补了实体仪表数量和监测指标种类上的不足。借助在线实时仿真功能的“虚拟仪表”，能获得远超过单纯依赖实体仪表所能获得的信息，从全局层面掌握污水处理过程的动态，及时发现存在的问题并加以排查。在此基础上可进行对加药量和排泥量的优化调整，有效提高系统运行效率。
        3.3能耗控制系统
        系统内置相关耗能设备的数学模型，支持能耗仿真，结合目标污水厂的实际情况，提供各大耗能设备门类以及主要耗能设备（如鼓风机、提升泵、污泥处置设施等）的能耗指标（包括各类耗能设备的电耗、运行台时数或开启台数、处理单方水电耗等），并能通过变频等方式进行自动调节，将设备的运行状态调整为最优能耗状态，有效降低设备的整体能耗。
        3.4远程交互系统
        远程交互系统分为PC监控平台和移动监控平台。在PC端,用户既可以查看智能设备的即时数据,也可以查看设备某一时间段内的数据历史记录走势并下载所查询数据。除此之外，智慧污水管控系统支持显示现场实时画面、历史画面，以及监控设备的当前运行情况，了解设备的过往运行状态；设备位置查询功能支持查看当前设备的所在位置；且系统还具备故障报警通知功能,当系统水质变化趋势不达标时,通过远程手动控制智能设备，使系统水质数据达到允许数值范围之内,当设备发生故障时,及时通知管理员和维修人员,便于管理人员对设备进行检查和维修。移动监控平台则摆脱了电脑设备携带不方便的困扰。
        通过PC端和移动监控平台,全方面掌握设备数据信息,并提供多样化的仿真输出结果，结合可视化的工艺视图，在仿真过程中以实时数据或动态曲线来描述仿真过程的实时变化，进而实现对污水处理过程中智能设备的远程交互。
        4结语
        污水处理是一个系统化的复杂工程，涉及多专业多学科的交叉，智能化信息技术在污水领域的应用将会是一个逐步推进，由点及面的过程。现有的技术应用还是停留在污水处理过程中的工艺段或一个方面。相信随着科技得不断发展，智能化信息技术与污水处理的技术融合会更加深入，在大数据技术、物联网技术和人工智能等先进技术的加持下，污水处理的信息收集，数据处理，分析决策，实时反馈等方面将更加系统化和智能化，实现智慧水务。
        参考文献：
        [1]顾明.浅谈污水处理智能化信息技术的设计及实现[J].黑龙江科技信息，2017（4）：69.
        [2]孙艳，王浩昌，赵冬泉，等.基于物联网的污水处理厂无人值守管理模式探讨[J].中国给水排水，2015，31（22）：18-21.
        [3]叶兴刚.大数据技术在污水处理运营中的运用[J].产业与科技论坛，2016，15（06）：85-86.