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摘要：我国的社会整体水平在飞速的发展，经济水平不断的在提高，随之而来的工业发展使得环境受到严重的破坏，因此近年来，对环保的要求也在不断的提高。随之而来的，就是要建设与污染现状相对应数量的污水处理厂，而对污水处理厂的运行以及污水的排放指标也越来越严格，更是要加强对污水处理厂的运行优化。就目前而言，一般的污水处理厂只有在出水水质超出规定标准时才会考虑改变传统的运行方法。在进水负荷改变时，出水指标也会相应的发生改变。这样的运行方式会使得在进水负荷较低的时候产生对水的浪费。而一旦将在线水质仪表应用在污水厂的运行系统中，就会做到对水负荷的实时监测，为优化污水处理工艺奠定一定的基础。通过一定的实践，已经发现，对水负荷进行实时的监测，通过与数学模型的有机结合，再加入一些现代的控制理论，优化污水处理厂的运行过程。不仅能够提高污水的处理效率、减小能源损耗、节省运行成本甚至减小碳排放。对水负荷的实时监测以及快速的响应，可以提升整体系统的稳定性，优化污水厂的运营。
关键词：环保;节能;降耗;在线水质仪表;城市污水厂;实时监测
从目前的市场情况来看，我国的绝大多数污水处理厂相对较为重视对出水水质的检测，防止超标水通过一般的排放途径流出污染水源环境，采用了在线水质仪表进行高频率检测。而对于进水水质的检测则主要采用傳统的实验室抽样检测，定时或不定时的对水质进行检测，相对检测时间间隔较大，检测次数较少，并不能对不断变化的进水负荷起到很好的监控作用，设备不能及时的对水质做出反应，不能及时的调整运行状态，造成出水水质不够稳定。传统上为了达到环境部门的污水排放标准，污水厂一般采取较为保守的方式运行，使得存有一定的富余量，但是这种方式运行的效率较低况且会造成对水的大量浪费。而且一旦出现冲击负荷，这样的保守运行方式也就不再可靠了，出水水质也就不能达到排放标准了。
1.ICA技术概要
国际水质协会（IAWQ）提出了ICA技术概念，也就是仪器化（Instrumentation）、控制化（Control）以及自动化（tomationAu）。对整个污水处理运行过程中的进水负荷以及出水水质进行实时的监测。包括温度、PH、ORP、氨氮、磷、污泥界面、污泥浓度等各种参数，利用污水生物处理的动力学模型，紧密结合前（反）馈、自适应等现代化的控制理论，对工厂的最优化控制设定值进行实时的计算，对供氧强度进行自动化的调节，还可以对脱氮除磷过程进行优化，还可以控制药剂的添加，总之，针对污水处理过程的整体系统，整个工艺加工过程都进行优化。以对进水负荷的实时监测为一个基准，及时的响应，并且及时的做出反应，提高整体的处理效率，以求满足越来越严格的排污标准，大大提高系统的稳定性，减轻甚至避免冲击负荷对水处理系统的损害，真正的节能降耗，达到环保的根本目的。
简明扼要的说，ICA技术的核心内容就是对检测仪器、数学模型以及过程控制系统的综合优化，但这一切优化控制的策略的基础都是精准的实时监测数据。
通过对国内外已经投入使用的大量的系统运行经验进行分析研究，采用了在线水质分析仪器进行检测，是完全可以实现对污水处理系统的整体优化的。在欧洲的一些污水处理技术相对领先的地区，已经有了大量的研究，并已取得有效的成绩。
2.项目背景
工艺流程如下图所示
在英国南部有一个Peel Common污水处理厂，这是早期建立在英国的污水处理厂之一，已经有了六十多年的运行历史，服务超过二十多万的人口，处理水量也较为庞大。采用的工艺是4级Bardenpho工艺，在传统的工艺基础上，在耗氧区的末段又增加了停曝气缺氧区，在过程中对反硝化作用进行了一定程度的加强。
此污水处理厂的实时监测控制系统项目不是单一的，是由Hach公司与另外两家系统集成公司合作完成的。此项目的整体运行思路就是以模型计算作为基础，对老式的设定控制值进行实施的调节，使其不断的与水质负荷相符，够标准也不会造成浪费。为了完成整体过程的优化控制，安装多台在线水质分析仪。
3.系统组成
要想完成对整个系统的优化，无疑需要不止一个控制策略。
首先，要对生化池实行溶解氧开环以及闭环结合的控制策略。全部装有在线水质分析仪器，以进水的氨氮浓度为基础依据，分别对不同的组别进行计算，计算出好氧段的溶解氧浓度的基础设定值，然后检验出水氨氮的浓度。同时还要设置对比组的实验，仅仅安装在线溶解氧仪，对于氨氮还是依旧采用传统的溶解氧恒定的PID控制策略。通过一段时间的实验观测，可以发现，对比组的出水氨氮值还是存有较大的波动，而采用溶解氧开环以及闭环组的出水氨氮值则相对较为稳定。此生化池根据好氧池出水的氨氮浓度，计算出即时溶解氧应该有的设定值，以此控制好氧池，最终达到出水的氨氮值保持稳定的目标。
其次，要以缺氧段出水的在线硝氮数据位依据，采用甲醇投加闭环的控制策略，采用PID的算法进行计算，然后确定甲醇的应该投放量。对缺氧段的吹水硝氮值进行计算设定，再根据实际的硝氮值与规定标准值的差值对甲醇的投放量进行适当的加减。
接下来，以缺氧段出水区附近的硝氮浓度进行监测计算，采用回流比的控制策略，依旧是采用PID算法，对内回流的比例进行确定，使得出水硝氮的浓度能够降到标准下并且保持一段时间。对标准值进行设定以后，就适当的减少或者增加回流比，维持实际硝氮值在标准内，且能相对保持稳定。
最后，自热是对混合液以及回流污泥的浓度进行实时监测并且进行相关计算，采用排泥量以及污泥龄的控制策略，对排泥量进行一定的控制，使用PID对算法进行控制。使得单元混合液的污泥浓度在设定的标准值上，并且保持。
除此之外，肯定还有许许多多的其他控制策略可以运用在整体工艺中。例如在除磷的过程中，可以采取在线磷酸盐浓度和流量自动对加药量进行控制，减少絮凝泥污以及整体的加药成本。通过实时监测，磷酸盐浓度以及流量相对标准值而言呈现较高状态时，需要通过标准化的计算加大药剂的投放量，相反的，如果磷酸盐的浓度以及流量均呈现出低于标准值的状态时，则依旧通过计算然后减少药剂的整体投放量。 还有在控制污泥脱水时，要对悬浮固体的浓度进行实时监测，对加药量进行实时控制，对排泥质量进行稳定化的控制，一样可以相应的减少加药的成本以及运行的整体成本。
4.在精确曝气控制中的应用
首先，可以明确的是，污水处理厂中经常使用的较为典型的曝气控制主要有两类。
第一是直接控制风机，一般此类方式是由系统直接采集被安装在好氧池中的分析仪通过一系列监测统计的溶解氧数据值，然后将其与最初系统的设定值进行一个比较，当监测值大于设定值时，就应当降低风机的转速，尽量减少曝气量，逐步的对好氧池的溶解氧进行降低调控操作，使其最终能与设定值保持一致。而一旦监测值小于系统的设定值，则相应的应该使得风机的转速变大，增加曝气量，提高好氧池的溶解氧浓度。就单此种方式而言，会使得曝气管道所承受的压力处于较为波动的状态，对曝气的控制不是很有利，所以一般只应用于较为小型的污水处理厂。
除此之外，還有一类就是直接对阀门进行控制。
前期操作是一样的，首先要有实际的溶解氧监测值，并且与系统的设定值有一个即时的比较，以第一类的方式进行阀门的控制。与此同时，还不能忽略曝气管道的压力，对此也要进行一个数据的采集，并且与设定值进行比较。如果实际的压力是大于设定值的，则应当减小风机的转速，而如果实际的压力是小于设定值的，则必须增大风机的转速。最终的目的是能够保证曝气管的压力维持在一个较为平稳的状态。在此类型的控制方式中，曝气管的压力一般保持在一个恒定值，所以阀门的开度与曝气量能够保持一个较为好控制的曝气量，一般在大、中型的污水处理厂中使用此类方式。
精确的曝气控制，一般采用自动化的控制理论进行控制。根据进水的负荷发生的变化还有出水的水质对曝气量进行更为精确的控制。使得曝气量处于一个正好满足污水处理需求的量度，不仅能够做到稳定出水量，还可以减少能耗的损失，整体上提升污水处理厂的稳定性。精确曝气的控制一般分为开环控制、闭环控制以及复合控制。因为曝气池的硝化功能受到较多因素的综合性影响，情况较为复杂，一般不采用开环控制的方式。
精确的曝气闭环控制系统，一般是建立在较为典型的曝气控制基础之上的，系统需要安装在线溶解氧分析仪以及在线氨氮分析仪，分别安装在曝气池以及曝气池的末段。同上述的原理一致，同样是将监测值与系统的设定值进行比较，依照大小关系，采取相应的措施，使得各个数据长期稳定在设定值上下，不仅增强整个系统的稳定性，更重要的是降低损耗。
在整个使用的过程中，同所有仪器一样，在线水质分析仪长期浸泡在污水中，同样容易发生故障，甚至发生故障的可能性更大，况且在线水质分析仪在整个系统运作中更是起到了眼睛的作用，一旦发生故障，将造成严重的后果，对此，WTOS系统做好了充分的应对工作，一旦发生异常现象，将马上自动报警，启动故障运行方式，使得在异常时仍能实现整体控制。
5.结语
在线水质仪表在污水厂的应用，不仅能够实现对水质的连续性监测，为整个运行系统的优化提供原始数据的支持，确保所得数据的时效性，真实性以及可靠性，还能引用一定的科学计算以及控制方法，使得污水处理厂的整体自动化控制得到优化并且维持稳定，从而在根本上提高了效率，做到了节能降耗。
随着各种科学技术以及工艺的不断进步，在线水质仪表也在不断地优化提高，在未来的污水厂发展方向中，在线水质监测仪无疑占有很重的地位，它的整体化取代应用无疑是不可避免的，届时，水质分析将变得更加方便，更加快捷，也更加可靠。这无疑为污水处理厂的优化控制策略得以实现提供了十分可靠的基础。
参考文献：
[1]黄伟明，武云志，方闻.在线水质仪表在城市污水厂节能中的应用[J].中国给水排水，2010，26（22）
[2]温琦亮.浅谈自来水厂在线水质仪表的使用与管理[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（2）
[3]黄伟明.在线水质仪表在城市污水厂节能中的典型应用[A].全国城镇污水处理及污泥处理处置技术高级研讨会论文集[C].2009.
[4]楚朝阳，闫建华，任月秀.在线仪表在水质监测系统的运用和探讨[A].中国水协设备材料委第二届调度监测、自动控制设备技术应用研讨会论文集[C].2007.
[5]卢玮，黄伟明，武云志等.污水处理厂的曝气优化[J].中国给水排水，2012，28（22）
关键词：环保;节能;降耗;在线水质仪表;城市污水厂;实时监测
从目前的市场情况来看，我国的绝大多数污水处理厂相对较为重视对出水水质的检测，防止超标水通过一般的排放途径流出污染水源环境，采用了在线水质仪表进行高频率检测。而对于进水水质的检测则主要采用傳统的实验室抽样检测，定时或不定时的对水质进行检测，相对检测时间间隔较大，检测次数较少，并不能对不断变化的进水负荷起到很好的监控作用，设备不能及时的对水质做出反应，不能及时的调整运行状态，造成出水水质不够稳定。传统上为了达到环境部门的污水排放标准，污水厂一般采取较为保守的方式运行，使得存有一定的富余量，但是这种方式运行的效率较低况且会造成对水的大量浪费。而且一旦出现冲击负荷，这样的保守运行方式也就不再可靠了，出水水质也就不能达到排放标准了。
1.ICA技术概要
国际水质协会（IAWQ）提出了ICA技术概念，也就是仪器化（Instrumentation）、控制化（Control）以及自动化（tomationAu）。对整个污水处理运行过程中的进水负荷以及出水水质进行实时的监测。包括温度、PH、ORP、氨氮、磷、污泥界面、污泥浓度等各种参数，利用污水生物处理的动力学模型，紧密结合前（反）馈、自适应等现代化的控制理论，对工厂的最优化控制设定值进行实时的计算，对供氧强度进行自动化的调节，还可以对脱氮除磷过程进行优化，还可以控制药剂的添加，总之，针对污水处理过程的整体系统，整个工艺加工过程都进行优化。以对进水负荷的实时监测为一个基准，及时的响应，并且及时的做出反应，提高整体的处理效率，以求满足越来越严格的排污标准，大大提高系统的稳定性，减轻甚至避免冲击负荷对水处理系统的损害，真正的节能降耗，达到环保的根本目的。
简明扼要的说，ICA技术的核心内容就是对检测仪器、数学模型以及过程控制系统的综合优化，但这一切优化控制的策略的基础都是精准的实时监测数据。
通过对国内外已经投入使用的大量的系统运行经验进行分析研究，采用了在线水质分析仪器进行检测，是完全可以实现对污水处理系统的整体优化的。在欧洲的一些污水处理技术相对领先的地区，已经有了大量的研究，并已取得有效的成绩。
2.项目背景
工艺流程如下图所示
在英国南部有一个Peel Common污水处理厂，这是早期建立在英国的污水处理厂之一，已经有了六十多年的运行历史，服务超过二十多万的人口，处理水量也较为庞大。采用的工艺是4级Bardenpho工艺，在传统的工艺基础上，在耗氧区的末段又增加了停曝气缺氧区，在过程中对反硝化作用进行了一定程度的加强。
此污水处理厂的实时监测控制系统项目不是单一的，是由Hach公司与另外两家系统集成公司合作完成的。此项目的整体运行思路就是以模型计算作为基础，对老式的设定控制值进行实施的调节，使其不断的与水质负荷相符，够标准也不会造成浪费。为了完成整体过程的优化控制，安装多台在线水质分析仪。
3.系统组成
要想完成对整个系统的优化，无疑需要不止一个控制策略。
首先，要对生化池实行溶解氧开环以及闭环结合的控制策略。全部装有在线水质分析仪器，以进水的氨氮浓度为基础依据，分别对不同的组别进行计算，计算出好氧段的溶解氧浓度的基础设定值，然后检验出水氨氮的浓度。同时还要设置对比组的实验，仅仅安装在线溶解氧仪，对于氨氮还是依旧采用传统的溶解氧恒定的PID控制策略。通过一段时间的实验观测，可以发现，对比组的出水氨氮值还是存有较大的波动，而采用溶解氧开环以及闭环组的出水氨氮值则相对较为稳定。此生化池根据好氧池出水的氨氮浓度，计算出即时溶解氧应该有的设定值，以此控制好氧池，最终达到出水的氨氮值保持稳定的目标。
其次，要以缺氧段出水的在线硝氮数据位依据，采用甲醇投加闭环的控制策略，采用PID的算法进行计算，然后确定甲醇的应该投放量。对缺氧段的吹水硝氮值进行计算设定，再根据实际的硝氮值与规定标准值的差值对甲醇的投放量进行适当的加减。
接下来，以缺氧段出水区附近的硝氮浓度进行监测计算，采用回流比的控制策略，依旧是采用PID算法，对内回流的比例进行确定，使得出水硝氮的浓度能够降到标准下并且保持一段时间。对标准值进行设定以后，就适当的减少或者增加回流比，维持实际硝氮值在标准内，且能相对保持稳定。
最后，自热是对混合液以及回流污泥的浓度进行实时监测并且进行相关计算，采用排泥量以及污泥龄的控制策略，对排泥量进行一定的控制，使用PID对算法进行控制。使得单元混合液的污泥浓度在设定的标准值上，并且保持。
除此之外，肯定还有许许多多的其他控制策略可以运用在整体工艺中。例如在除磷的过程中，可以采取在线磷酸盐浓度和流量自动对加药量进行控制，减少絮凝泥污以及整体的加药成本。通过实时监测，磷酸盐浓度以及流量相对标准值而言呈现较高状态时，需要通过标准化的计算加大药剂的投放量，相反的，如果磷酸盐的浓度以及流量均呈现出低于标准值的状态时，则依旧通过计算然后减少药剂的整体投放量。 还有在控制污泥脱水时，要对悬浮固体的浓度进行实时监测，对加药量进行实时控制，对排泥质量进行稳定化的控制，一样可以相应的减少加药的成本以及运行的整体成本。
4.在精确曝气控制中的应用
首先，可以明确的是，污水处理厂中经常使用的较为典型的曝气控制主要有两类。
第一是直接控制风机，一般此类方式是由系统直接采集被安装在好氧池中的分析仪通过一系列监测统计的溶解氧数据值，然后将其与最初系统的设定值进行一个比较，当监测值大于设定值时，就应当降低风机的转速，尽量减少曝气量，逐步的对好氧池的溶解氧进行降低调控操作，使其最终能与设定值保持一致。而一旦监测值小于系统的设定值，则相应的应该使得风机的转速变大，增加曝气量，提高好氧池的溶解氧浓度。就单此种方式而言，会使得曝气管道所承受的压力处于较为波动的状态，对曝气的控制不是很有利，所以一般只应用于较为小型的污水处理厂。
除此之外，還有一类就是直接对阀门进行控制。
前期操作是一样的，首先要有实际的溶解氧监测值，并且与系统的设定值有一个即时的比较，以第一类的方式进行阀门的控制。与此同时，还不能忽略曝气管道的压力，对此也要进行一个数据的采集，并且与设定值进行比较。如果实际的压力是大于设定值的，则应当减小风机的转速，而如果实际的压力是小于设定值的，则必须增大风机的转速。最终的目的是能够保证曝气管的压力维持在一个较为平稳的状态。在此类型的控制方式中，曝气管的压力一般保持在一个恒定值，所以阀门的开度与曝气量能够保持一个较为好控制的曝气量，一般在大、中型的污水处理厂中使用此类方式。
精确的曝气控制，一般采用自动化的控制理论进行控制。根据进水的负荷发生的变化还有出水的水质对曝气量进行更为精确的控制。使得曝气量处于一个正好满足污水处理需求的量度，不仅能够做到稳定出水量，还可以减少能耗的损失，整体上提升污水处理厂的稳定性。精确曝气的控制一般分为开环控制、闭环控制以及复合控制。因为曝气池的硝化功能受到较多因素的综合性影响，情况较为复杂，一般不采用开环控制的方式。
精确的曝气闭环控制系统，一般是建立在较为典型的曝气控制基础之上的，系统需要安装在线溶解氧分析仪以及在线氨氮分析仪，分别安装在曝气池以及曝气池的末段。同上述的原理一致，同样是将监测值与系统的设定值进行比较，依照大小关系，采取相应的措施，使得各个数据长期稳定在设定值上下，不仅增强整个系统的稳定性，更重要的是降低损耗。
在整个使用的过程中，同所有仪器一样，在线水质分析仪长期浸泡在污水中，同样容易发生故障，甚至发生故障的可能性更大，况且在线水质分析仪在整个系统运作中更是起到了眼睛的作用，一旦发生故障，将造成严重的后果，对此，WTOS系统做好了充分的应对工作，一旦发生异常现象，将马上自动报警，启动故障运行方式，使得在异常时仍能实现整体控制。
5.结语
在线水质仪表在污水厂的应用，不仅能够实现对水质的连续性监测，为整个运行系统的优化提供原始数据的支持，确保所得数据的时效性，真实性以及可靠性，还能引用一定的科学计算以及控制方法，使得污水处理厂的整体自动化控制得到优化并且维持稳定，从而在根本上提高了效率，做到了节能降耗。
随着各种科学技术以及工艺的不断进步，在线水质仪表也在不断地优化提高，在未来的污水厂发展方向中，在线水质监测仪无疑占有很重的地位，它的整体化取代应用无疑是不可避免的，届时，水质分析将变得更加方便，更加快捷，也更加可靠。这无疑为污水处理厂的优化控制策略得以实现提供了十分可靠的基础。
参考文献：
[1]黄伟明，武云志，方闻.在线水质仪表在城市污水厂节能中的应用[J].中国给水排水，2010，26（22）
[2]温琦亮.浅谈自来水厂在线水质仪表的使用与管理[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（2）
[3]黄伟明.在线水质仪表在城市污水厂节能中的典型应用[A].全国城镇污水处理及污泥处理处置技术高级研讨会论文集[C].2009.
[4]楚朝阳，闫建华，任月秀.在线仪表在水质监测系统的运用和探讨[A].中国水协设备材料委第二届调度监测、自动控制设备技术应用研讨会论文集[C].2007.
[5]卢玮，黄伟明，武云志等.污水处理厂的曝气优化[J].中国给水排水，2012，28（22）