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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 62 计算机技术在城市污水处理中的应用 陈俞达 保定市排水服务中心，河北 保定 071000 摘要：摘要：随着社会进步和城市化进程加速,城市污水产生量快速增长,污水处理问题日益严峻。为实现污水的高效处理,计算机技术在污水处理工程中的应用取得长足发展。计算机监控系统实现了对污水处理过程的自动监测与控制,保证工艺的稳定运行;建立在计算机基础上的污水处理过程模拟,为工艺优化提供支撑;智能控制策略如自适应控制、优化控制、故障诊断的应用,提升污水处理系统的自动化与经济化水平。计算机技术建立的污水处理大数据库,丰富了技术研发的资料库。虚拟仿真技术使污水处理过程的动态表征更加直观。可以说,计算机技术与污水处理实现了有机结合,极大推动污水处理技术进步。但是也存在参数监测不准、控制模型不完善等问题。未来仍需加强软测技术、智能控制模型、信息集成等研究,持续提高污水处理智能化程度,以适应污水治理需求,保障水环境安全。关键词：关键词：计算机模拟技术；自动化控制技术；污水处理 中图分类号：中图分类号：X703 0 引言 计算机技术在城市污水处理中的应用具有重要意义，主要体现在以下几个方面：计算机监控系统的应用改变了污水处理工艺的运行方式，可以实现污水处理过程的自动监控，对工艺运行状态进行实时监测，并迅速反馈调节，保证了污水处理的稳定和效率。建立在计算机基础上的污水处理过程模拟可以实现对污水处理系统的操作，评估不同运行方案的处理效果，为污水处理系统的设计和优化提供依据。模拟技术降低了试验研究的需求，减少了测试的投入。基于计算机的先进控制策略的应用，如自适应控制、优化控制、故障诊断等，大大提高了污水处理系统的自动化、智能化和经济化的运行水平。计算机实现的污水处理过程数据的收集储存建立了大数据库，这为科学研究、技术开发、系统设计以及人员培训提供了可靠的数据支持。计算机技术实现了污水处理信息的远程传输，不同区域之间可以共享污水处理设施和技术经验。虚拟仿真和多媒体技术的应用使得对污水处理系统的动态表征更加直观，有助于对污水处理过程的理解和新技术的推广。总之，计算机技术与污水处理工程之间实现了有机结合，推动了污水处理技术进步，提高了污水处理系统的智能化和经济化水平，为城市污水治理提供了有力支撑。1 计算机污水处理模拟模型介绍 计算机污水处理模拟模型是利用计算机技术,对污水处理系统的物理、化学、生物学过程进行数学描述和模拟,实现污水处理系统工艺方案的仿真与优化。1.1 模型结构 计算机污水处理模拟模型主要由模块组成,典型的模块包括：污水来水模块、初沉池模块、生物 pools模块、Membrane 生物反应器模块、二沉池和消毒模块等。每个模块内都建立了污水组分的物质平衡方程和过程动力学方程。1.2 模型输入 模型输入主要是污水水质组分的浓度、流量等,通过采集实际污水处理厂的运行数据进行输入。1.3 模型算法 模型的核心是各模块内的物质平衡方程和速率动力学方程，通过数值方法求解这些方程，模拟污水在处理系统中的变化过程。1.4 模型输出 模型输出主要指标有：出水水质、污泥产量、运行成本等。通过调整模型输入，可以比较不同工艺方案的处理效果和经济影响。2 计算机自动化控制技术在污水处理中的应用 我国很早就在污水处理过程中引进了仪器和仪表中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 63 进行检测，随着我国对污水处理重视程度的加深以及我国经济的快速发展，在 20 世纪 80 年代后，我国陆续引进国外先进的自动化污水处理技术，同时国内相关研究人员也开始着手污水处理自动化控制技术的研发。具体应用如下：2.1 监视控制与数据采集系统介绍 监视控制与数据采集系统是污水处理自动化的核心,它通过传感器、执行器等硬件设备,实现对污水处理工艺参数和设备运行状态的监测控制。典型系统包括:（1）现场控制级：安装在污水处理车间，直接采集传感器信号，控制局部过程，完成现场控制任务。（2）监视级：实现对整个处理系统的监视，人机界面显示过程趋势、报警信息。（3）优化控制级：根据 mathematical models，计算优化控制指令，实现高级控制。（4）数据库级：存储所有过程数据，供模型计算、结果分析等使用。（5）通信网络：连接各控制级，实现信息交互。采用现场总线、工业以太网等实现。随着计算机硬件技术的进步，污水处理监视控制系统功能更加强大智能化，实现了污水处理自动化、智能化、节能高效运行。2.2 监视控制与数据采集系统在应用过程中的分布原则与具体结构系统 应用监视控制与数据采集系统等计算机自动化控制技进行处理污水的过程中，需要根据单元控制原则及就近采集原则进行区域划分布置。在污水处理的各个环节分散放置相关检测和控制设备，并通过总线系统传输各个分散装置搜集的信息，将其传送到总控制系统，操作人员通过分析检测装置发送的信息对相关系统进行统一的操作和管理。自动化控制系统主要分为三层结构，首先是主控结构，主控结构一般位于办公室等自动化控制中心，主要是对污水处理流程进行远程监控，并根据其反馈的信息进行分析，然后根据分析结果进行操作指令决策。其次是现场总线控制系统，主要用于连接各个污水处理环节中的传感器，并搜集和传输传感器的相关信息，并协调相关污水处理流程中的设备运行。最后是就地控制系统，一般用于对污水处理流程中所使用的装备、设置进行检测和维修。监视控制与数据采集系统在污水处理工艺中的应用需要遵循分布式结构原则,具体结构系统一般可以分为以下几个层面:（1）现场控制层：该层负责采集传感器数据，驱动执行器，实现对就地过程的监测与基本控制。包含的设备有各类传感器、变送器、现场控制器、执行器等。这一层对应污水处理工艺的具体单元操作，是自动化系统的基础。（2）联锁控制层：在现场控制的基础上，增加相邻工艺单元之间的逻辑联锁与顺序控制，实现对工艺流程的协调、优化与稳定运行。该层包含工艺间逻辑处理器、顺序控制器等。（3）监视操作层：实现对整个污水处理系统的状态监视与操作控制。包含工艺监视站、大屏幕显示、报警系统、人机界面等。工作人员可以观察系统流程，进行操作指令下达。（4）过程优化层：利用物理、化学、生物学原理建立的数学模型，实时优化计算工艺运行参数，输出最优控制指令，实现高级过程控制与优化。（5）信息网络层：提供各层之间的数据传输通路。包含现场总线、以太网、无线网络等。这种分层的监控系统结构，充分利用了分布控制的思想，使整个污水处理系统达到自动化和最优运行。同时也提高了系统的扩展性、灵活性与可维护性。2.3 计算机自动化控制技术在污水处理工艺中的参数控制策略 计算机自动化控制技术实现对污水处理工艺参数的控制，需要采用控制策略，主要包括：（1）自适应控制策略：根据污水水质和流量的变化情况，系统可以实时调整控制参数，使处理工艺适应输入的变化。如调节曝气量适应 COD 变化，调节内循环流量适应氨氮负荷变动等。（2）优化控制策略：利用数学模型计算工艺最优运行条件，并以此为目标，调节工艺参数。使整体系统处于优化状态。如根据最优化目标函数，确定内循环流量分配比例等。（3）协同控制策略：协调各处理工艺单元之间的控制，实现系统协同高效运行。如调控各反应池的溶解氧浓度，实现最佳的微生物活性和排放效果。（4）层次控制策略：分别对各工艺环节实施基于中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 64 模型的高级控制，再由高层协调器进行全局优化，实现层次调节。（5）容错控制策略：当测量数据出现故障时，采用软测量技术进行参数推定，确保控制系统在设备故障时仍能正常工作。（6）在线状态监测与诊断策略：实时监测系统运行状态，当出现异常时快速诊断并提出处理建议或报警。（7）分析仪器集成策略：与在线水质分析仪器结合，根据在线监测结果进行快速响应控制。这些计算机自动化控制策略的应用，极大提高了污水处理系统的稳定性、适应性和优化程度，实现智能化和高效运行。2.4 计算机自动化控制技术在污水处理工艺中存在的不足 计算机自动化控制技术应用于污水处理工艺中，的确提高了污水处理系统的智能化水平，实现了对工艺参数的监测、优化与控制，但其应用中仍存在一些短板与不足之处，比如污水处理系统复杂变化，控制模型建立存在困难；水质参量的在线监测与传感器稳定可靠性还有待提高；一些重要工艺参数软测量技术还需要持续改进；针对多目标与多变量的复杂控制算法还有开发空间；分布式智能控制结构可以得到进一步优化；节能减排、经济性控制方面也需要加强；设备执行系统与优化系统的协同程度还可提高等等。总体来看，污水处理过程自动化智能化控制技术还有很大提高空间，还需要污水处理技术专家与过程控制专家通力合作，继续研发创新，使这项技术向着更智能化和经济化的方向发展。3 计算机模拟技术与控制技术在煤矿污水处理中的应用 3.1 计算机模拟技术与控制技术在煤矿污水处理中使用的设备 在计算机模拟技术与控制技术应用于煤矿污水处理的过程中，除了需要应用计算机技术以及自动控制技术，还需要使用下列仪器结合相关计算机技术进行处理。计算机模拟技术与控制技术在煤矿污水处理中使用的设备主要包括传感器设备、控制执行设备、通讯设备、计算机设备等。具体来说，传感器设备用于检测 pH、溶解氧、浊度、电导率等污水处理工艺参数；控制执行设备包括控制阀、变频器、执行器等实现对工艺的操作控制；通讯设备实现现场数据的收集与控制指令的下达，典型的有现场总线、工业以太网等；计算机设备包含工业控制机、工作站、模型建立与计算平台等，实现对 Models 的建立、控制算法计算等。这些设备协同组成了煤矿污水处理系统的测量控制层、执行层、信息网络层、计算机模拟层，实现对整个煤矿污水处理系统的监控与优化，使污水得到有效处理。3.2 计算机模拟技术与控制技术在不同级别污水处理中的应用 计算机模拟技术与控制技术可应用于煤矿污水处理的不同处理级别，实现对各级污水处理工艺的监控与优化。在初级处理阶段，可建立污水初沉池的计算模型，模拟污水中的悬浮物沉降规律，优化初沉池的操作参数，并利用在线浊度传感器实时监控入流污水浊度变化，实现对絮凝沉降工艺的自适应控制，保证出水浊度稳定达标。在生物处理阶段，可建立活性污泥法反应池的计算模型，模拟污染物生化转化动力学过程，实现对溶解氧量、污泥循环流量等参数的模型预测控制，优化生化反应过程，提高污染物去除效果。在深度处理阶段，可建立生物膜法、膜生物反应器等高级处理单元的工艺模型，并结合在线监测数据，实现对高级处理工艺的自动控制与优化，提高出水水质。除处理工艺外，还可以建立污水厂总体模型，实现对系统能耗、运行成本的预测分析，进行节能减排、成本最小化的最优控制。4 结束语 我国人口众多且工业较发达，工业生产过程中会产生大量的工业污水，对工业污水进行净化或者过滤处理，使污水排放达到相关标准，一直是我国水资源保护的重要措施。近年来，随着社会对水污染的重视程度的提升，加强污水处理呼声高涨。传统的污水处理方式效率较低，且需要耗费大量的人工劳动才能完成，因此按照传统方式处理污水成本非常高。在此背景下，计算机技术在污水处理工程中的应用，极大地推动了污水处理技术的发展与进步。计算机的监控、优化、智能控制，实现了污水处理从传统的手工操作中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 65 向自动化、信息化方向转变。虚拟仿真技术的应用，降低了污水处理技术研发的投入，模拟技术与大数据分析为污水处理提供了科学依据。然而，污水处理领域计算机技术应用也存在一定局限性，如污水组分难以在线准确监测，控制模型与软测技术还需提高等。未来仍需要加强以下几方面的工作：一是加强过程参数软测技术研发，提高关键指标的监测准确度；二是建立更加准确全面的污水处理过程模型，提高仿真与在线优化效果；三是继续推进智能分布式多变量协同控制策略研发，实现污水处理系统的节能高效、智能运行；四是推进信息化与工业化深度融合，提高系统集成与协同控制水平。污水处理技术与计算机技术的融合仍有很大的发展空间。需要污水处理技术与自动化控制技术人员通力合作，以计算机技术为支撑，持续推进污水处理技术进步，以适应污水治理的需求，保障水环境安全。参考文献 1刘少军,张思雨.基于 MCGS 的污水处理集散控制系统的设计J.国外电子测量技术,2015,34(9):48-51.2朱坚淞.污水处理设备更有效更节能化制造策略研究J.中国设备工程,2020(1):227-228.3陈超,杨博,王娟,等.基于深度学习的污水处理图像分类研究J.自动化学报,2020,46(7):1364-1373.