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摘 要：污水处理过程是一项具有时变、时滞和变量繁多的动态非线性生化反应过程，对污水的有效处理不仅是我国解决水资源问题的重要方面，也是世界解决水环境问题的重要课题。为了有效提高污水处理系统的工作效率、保证水处理质量、降低能耗，研发智能优化控制方法就显得至关重要，这也是当前污水处理的发展趋势。
关键词：污水处理；节能；优化控制
0.引言
据相关资料调查表明，预计到2026年，全世界人口总数将达到84亿，受水资源污染、缺乏影响的全球人口数量会由1991年的4亿增加到2026年的30亿。这也就是，将会有三分之一的全世界人口受到高度缺水的影响。所以，高效利用地球上的淡水资源、有效控制水资源污染、净化水源和污水处理现已成为全世界各个国家都在关注的环境问题。随着城市化建设的不断加快，城市工业化发展速度也在大幅提升，导致人们生产生活对水资源的需求不断增加，与此同时对水资源的污染也越来越严重。据我国2013年环境公报显示：全国上一年度排放废水总量约653亿吨，逐年增加6%，114个环境保护重点城市的取水总量为227亿吨，不达标水源为22亿吨，占总水量的10%左右。由此可知，我国水资源缺乏状况日益严重，污染问题突出。因此，如何有效的处理污水，尽最大努力保护水资源，实现水环境和水资源的可持续发展，是我国水源综合利用的重要战略举措。
1.污水处理节能优化方法分析
随着我国科学技术的快速发展，污水处理技术也在不断更新。当前，为了有效改善污水处理效率，综合提高水质要求，实现污水处理的自动化控制，不仅可以高效降低电能的消耗，还可以有效减少污水的处理成本，将能耗控制在一定的范围内。国外发达国家早在80年代初期就开始对污水的处理工作进行了深入研究，充分利用了污水处理中的模型建立和自动控制理论，具有着丰富的污水处理经验。现阶段，我国污水处理企业虽然拥有了较为完善的硬件设施，但却始终未能真正的利用起来，发挥巨大作用。所以，从我国污水处理技术分析，主要缺少关键的自动控制技术，有很多地区的污水处理厂受地理条件和经济水平限制，没能实施相关技术的革新工作，在污水处理过程中能源消耗浪费现象突出。因此，开展污水处理过程的节能优化方法研究就显得至关重要。污水处理过程中，不仅要保证污水的处理效果，还要有效降低能耗，减少污水处理成本，这也是污水处理不断发展的新方向。
2.基于能耗特征的节能优化方法
污水处理节能控制的总体目标就是满足出水质量达到国家规范标准要求，符合排放和回收利用标准的同时，最大限度的降低污水处理过程中的成本消耗。由于污水处理过程中的水流、进水量、污染物等因素频繁波动变化，而且生化反应过程受到气温、水温和微生物含量的影响，导致各个影响因素间关系复杂，出水的水质很难得到准确预测且与能耗关系难以计算。因此，若想达到能耗和污水处理水质两个指标的最优化，仅凭简单的回路控制难以实现，而优化控制难度又十分巨大，具有挑戰性。污水处理过程节能优化控制的关键在于科学合理确定被控制量的设定值以及对设定值进行可靠的跟踪，以实时准确调整污水处理设备的工艺参数，优化微生物生长条件、保持营养的动态平衡，从而节能降耗。
2.1预测控制简介
随着计算机技术的快速发展，预测控制技术是近年来不断发展起来的适用不易建立精确的数字模型但又具备复杂生产过程的一种新型计算机控制算法。其计算过程不仅利用当前和以往的实际输出值与预计值的偏差值对优化问题进行在线求解，同时还利用预测模型事先估算未来的偏差值，从而确定当前的最优输入策略。总之，各种预测控制的差别就是针对不同的数学模型来有针对性的设计算法，但都具有预测模型、滚动优化和反馈校正等特征机理。
（1）预测模型。这种控制算法以模型为基础，以模型的功能为重点而不是形式，主要根据被控制对象的历史数值和未来输入的信息来预测系统的输出。预测控制算法成功改变了控制对模型结构严格要求的条件，更加注重实际功能的要求，与一般控制相比较更具备动态特性。根据不同的控制方式，预测模型能够得到不同的控制输出趋势，经过我们科学、精准和详细缝隙，选择一种能够达到系统最优化的控制策略。
（2）滚动优化。这是预测控制的最本质特征。优化目标并不是固定不变的，是要根据优化时域区间的不同，反复在线进行，得到每一个时刻的优化指标，也就是采用有限时间区域范围，来进行滚动优化的方法。尽管工业生产过程相对比较复杂，可能会出现模型失配、干扰等一系列问题，有限时段优化策略有一定的局限性，但是滚动优化的成功实施正好可以弥补不确定因素造成的不良影响。
（3）反馈校正。被控对象通过预测模型可以大致反映出其动态特性趋势，引入反馈校正主要是为了及时修正系统由于模型失陪或干扰等出现的控制对理想状态的偏离问题。系统可以通过反馈补偿来预测模型，然后在进行滚动优化，也就是滚动优化的优越性仅在反馈校正的基础上才能发挥出来。
2.2污水处理的生物脱氮技术
随着人们生活用水量的不断增加以及工业生产废水排量的不断增大，我们面临一个关键水污染问题就是水的富营养问题。当前，虽然我国污水处理厂不断增多，处理效率也在不断提高，但由于氮、磷等有机物导致的水富营养问题却未能解决。所以，污水处理技术的发展已经成功转变为去除污水中有机物的污染，也就是去除氮、磷等。现阶段，我国污水处理厂在脱氮和除磷工艺方法上普遍存在着耗能高、效率低和运行不稳定等诸多问题。利用现代化的科学技术，提高传统工艺的脱氮除磷效果，解决我国水污染问题，不仅可以节约能源、降低能耗，还具有重大的现实意义。众所周知，氮化合物的分子量小，用加投化学药剂的方法很难去除；如果采用膜处理技术的方法，反渗透膜的处理技术最为有效可行，但是运行费用巨大。污水中，磷化合物的去除通常采用生物处理技术，如果效果不达标，还可通过投药的方式来获得满意的指标。所以，综上所述氮化合物的去除是污水处理中的难点，我们只有成功运用生物脱氮技术对污水进行节能优化处理，才是最经济、最有效的方式。
结束语：
随着人们生活用水和工业废水排放的不断增加，对污水进行成功处理是我国水资源可持续发展的关键。而对污水处理过程进行节能优化控制，不仅可以降低污水处理成本，还可以节约能源，节能降耗。所以，采用智能化的污水处理技术，应用先进的控制方法，提高污水处理效率，具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 范程华，朱武.污水生化处理中溶解氧的非线性控制研究[J].自动化技术与应用.2008（02）.
[2] 韩红桂，甄博然，乔俊飞.动态结构优化神经网络及其在溶解氧控制中的应用[J].信息与控制.2010（03）.
[3] 刘大伟，沈文浩.活性污泥法污水处理基准仿真模型的开发及进展[J].中国给水排水.2007（20）.
关键词：污水处理；节能；优化控制
0.引言
据相关资料调查表明，预计到2026年，全世界人口总数将达到84亿，受水资源污染、缺乏影响的全球人口数量会由1991年的4亿增加到2026年的30亿。这也就是，将会有三分之一的全世界人口受到高度缺水的影响。所以，高效利用地球上的淡水资源、有效控制水资源污染、净化水源和污水处理现已成为全世界各个国家都在关注的环境问题。随着城市化建设的不断加快，城市工业化发展速度也在大幅提升，导致人们生产生活对水资源的需求不断增加，与此同时对水资源的污染也越来越严重。据我国2013年环境公报显示：全国上一年度排放废水总量约653亿吨，逐年增加6%，114个环境保护重点城市的取水总量为227亿吨，不达标水源为22亿吨，占总水量的10%左右。由此可知，我国水资源缺乏状况日益严重，污染问题突出。因此，如何有效的处理污水，尽最大努力保护水资源，实现水环境和水资源的可持续发展，是我国水源综合利用的重要战略举措。
1.污水处理节能优化方法分析
随着我国科学技术的快速发展，污水处理技术也在不断更新。当前，为了有效改善污水处理效率，综合提高水质要求，实现污水处理的自动化控制，不仅可以高效降低电能的消耗，还可以有效减少污水的处理成本，将能耗控制在一定的范围内。国外发达国家早在80年代初期就开始对污水的处理工作进行了深入研究，充分利用了污水处理中的模型建立和自动控制理论，具有着丰富的污水处理经验。现阶段，我国污水处理企业虽然拥有了较为完善的硬件设施，但却始终未能真正的利用起来，发挥巨大作用。所以，从我国污水处理技术分析，主要缺少关键的自动控制技术，有很多地区的污水处理厂受地理条件和经济水平限制，没能实施相关技术的革新工作，在污水处理过程中能源消耗浪费现象突出。因此，开展污水处理过程的节能优化方法研究就显得至关重要。污水处理过程中，不仅要保证污水的处理效果，还要有效降低能耗，减少污水处理成本，这也是污水处理不断发展的新方向。
2.基于能耗特征的节能优化方法
污水处理节能控制的总体目标就是满足出水质量达到国家规范标准要求，符合排放和回收利用标准的同时，最大限度的降低污水处理过程中的成本消耗。由于污水处理过程中的水流、进水量、污染物等因素频繁波动变化，而且生化反应过程受到气温、水温和微生物含量的影响，导致各个影响因素间关系复杂，出水的水质很难得到准确预测且与能耗关系难以计算。因此，若想达到能耗和污水处理水质两个指标的最优化，仅凭简单的回路控制难以实现，而优化控制难度又十分巨大，具有挑戰性。污水处理过程节能优化控制的关键在于科学合理确定被控制量的设定值以及对设定值进行可靠的跟踪，以实时准确调整污水处理设备的工艺参数，优化微生物生长条件、保持营养的动态平衡，从而节能降耗。
2.1预测控制简介
随着计算机技术的快速发展，预测控制技术是近年来不断发展起来的适用不易建立精确的数字模型但又具备复杂生产过程的一种新型计算机控制算法。其计算过程不仅利用当前和以往的实际输出值与预计值的偏差值对优化问题进行在线求解，同时还利用预测模型事先估算未来的偏差值，从而确定当前的最优输入策略。总之，各种预测控制的差别就是针对不同的数学模型来有针对性的设计算法，但都具有预测模型、滚动优化和反馈校正等特征机理。
（1）预测模型。这种控制算法以模型为基础，以模型的功能为重点而不是形式，主要根据被控制对象的历史数值和未来输入的信息来预测系统的输出。预测控制算法成功改变了控制对模型结构严格要求的条件，更加注重实际功能的要求，与一般控制相比较更具备动态特性。根据不同的控制方式，预测模型能够得到不同的控制输出趋势，经过我们科学、精准和详细缝隙，选择一种能够达到系统最优化的控制策略。
（2）滚动优化。这是预测控制的最本质特征。优化目标并不是固定不变的，是要根据优化时域区间的不同，反复在线进行，得到每一个时刻的优化指标，也就是采用有限时间区域范围，来进行滚动优化的方法。尽管工业生产过程相对比较复杂，可能会出现模型失配、干扰等一系列问题，有限时段优化策略有一定的局限性，但是滚动优化的成功实施正好可以弥补不确定因素造成的不良影响。
（3）反馈校正。被控对象通过预测模型可以大致反映出其动态特性趋势，引入反馈校正主要是为了及时修正系统由于模型失陪或干扰等出现的控制对理想状态的偏离问题。系统可以通过反馈补偿来预测模型，然后在进行滚动优化，也就是滚动优化的优越性仅在反馈校正的基础上才能发挥出来。
2.2污水处理的生物脱氮技术
随着人们生活用水量的不断增加以及工业生产废水排量的不断增大，我们面临一个关键水污染问题就是水的富营养问题。当前，虽然我国污水处理厂不断增多，处理效率也在不断提高，但由于氮、磷等有机物导致的水富营养问题却未能解决。所以，污水处理技术的发展已经成功转变为去除污水中有机物的污染，也就是去除氮、磷等。现阶段，我国污水处理厂在脱氮和除磷工艺方法上普遍存在着耗能高、效率低和运行不稳定等诸多问题。利用现代化的科学技术，提高传统工艺的脱氮除磷效果，解决我国水污染问题，不仅可以节约能源、降低能耗，还具有重大的现实意义。众所周知，氮化合物的分子量小，用加投化学药剂的方法很难去除；如果采用膜处理技术的方法，反渗透膜的处理技术最为有效可行，但是运行费用巨大。污水中，磷化合物的去除通常采用生物处理技术，如果效果不达标，还可通过投药的方式来获得满意的指标。所以，综上所述氮化合物的去除是污水处理中的难点，我们只有成功运用生物脱氮技术对污水进行节能优化处理，才是最经济、最有效的方式。
结束语：
随着人们生活用水和工业废水排放的不断增加，对污水进行成功处理是我国水资源可持续发展的关键。而对污水处理过程进行节能优化控制，不仅可以降低污水处理成本，还可以节约能源，节能降耗。所以，采用智能化的污水处理技术，应用先进的控制方法，提高污水处理效率，具有重要的现实意义。
参考文献
[1] 范程华，朱武.污水生化处理中溶解氧的非线性控制研究[J].自动化技术与应用.2008（02）.
[2] 韩红桂，甄博然，乔俊飞.动态结构优化神经网络及其在溶解氧控制中的应用[J].信息与控制.2010（03）.
[3] 刘大伟，沈文浩.活性污泥法污水处理基准仿真模型的开发及进展[J].中国给水排水.2007（20）.