非常规、智能化仪器助力污水处理厂自动化

施汉昌

随着科学技术的深入推进与不断提高，自动化监测技术的逐渐完善是污水处理厂未来发展的一种必然趋势，智慧水务也被越来越多地提起。那么，在实现自动 化、打造智慧水务的过程中，我国污水处理厂应注意满足哪些需求?我国自动化监测技术应向着什么方向发展?需要什么样的仪器设备支持?

工艺日益复杂，物料控制等需求催生自动化，实现自动化要满足安全性、经济性、稳定性三方面需求

上世纪70年代国际水质协会提出了ICA的概念，即仪器化、控制化和自动化。ICA技术的污水处理工程设施比单纯由人工操作的系统具有很大优势，受到业内广泛的重视。

当前，随着出水水质的标准日益严格，污水处理厂对于自动控制的需求更加迫切，对于系统的持续稳定性和高效运行性提出了更高的要求。比如，污水处理指标中涵 盖多种污染物，增加了处理工艺的复杂性，对控制要求也大大提高。同时，目前世界上多数国家从出水单纯达标转向以最小的经济消耗来实现达标，污水再生利用带 来的经济效益，也让人们关注到生产过程当中的物料控制。

这些因素的结合，使污水处理厂向着自动化控制。实际上，自动化控制技术诞生于上世纪四五十年代，而当前的物联网、大数据、人工智能等新技术层出不穷，使智慧水务应运而生。

对于污水处理企业来说，实现自动化要满足安全性、经济性、稳定性3方面需求。首先要在生产过程中确保人身和设备的安全，不能出现事故;其次要保证生产成本 低而效率高;最后要维持运行稳定，保证处理水质能够达标。根据以上要求，在了解工艺流程和生产过程的静态、动态特性的基础上，应用控制理论、概念和手段对 控制系统进行分析，采用适宜的手段加以实现。

合理配置监测仪器具有经济效益，非常规监测技术可更有效地提供信息

由于污水处理本身存在着动态变化，水量水质总处于动态变化中，系统要适应这样的过程，必须进行自动化监测控制，这也促进了仪器化的发展。因此，仪器对于自动化监测来说，也是一项十分重要的内容。

目前，业内普遍认为，合理配置仪器具有经济效益。以美国密歇根州AnnArbor污水处理厂为例，每天处理12万吨城市污水，在降低总磷浓度的过程中，合 理地安装了监测仪器并进行了相关测试。最后，污水处理厂根据测试控制加药，使出水从原来经常超标变成了一个稳定达标的状态，总磷从原来1mg/L下降到 0.6mg/L。在加药量方面原来一个月要加89吨/月，而优化工艺后只需要加30吨/月，既保障了出水水质，又取得了经济效益。

实际上，自动控制发展对不同仪器有不同的需求，而且这些仪器都在污水处理厂的自动控制方面有用武之地。因此，在已有的基础上应该去发展一些如光学法、电化学法等非常规的监测技术，能够更有效更快而且还更经济地提供信息。

对于非常规水质监测技术有两个要求，一是空间上密度要高，可以通过多布点来实现;二是时间上频次要高，能够实现半小时一次、十五分钟一次，甚至几分钟一次。如此，电化学法和光学法的优越性显现出来。

无人值守需衡量必要性，目前应发展非常规、信息化、智能化仪器

智慧水务的发展趋势指向了未来自动化的最高境界无人值守污水处理厂。然而，从目前污水处理行业整体角度来看，自动控制还处于初级阶段，单纯从技术 上和经济上来说，一个小规模或中规模的污水处理厂都可以做到几乎无人值守。但是，在建成投产使用之后，人员技术水平如果达不到，还是很难做到完全真正的无 人值守。实现污水处理厂无人值守还有很长的路要走，衡量其必要性和使用范围十分重要。

尽管如此，行业探索自动化控制和智能化仪器的步伐没有停止，随着新材料技术、物理、化学、信息、电子等技术的发展都会促使仪器的进一步发展。

未来的智能化仪器将是计算机技术和电子测量技术紧密结合的产物，除了测量之外，还会有数据存储和运算、逻辑判断能力，能根据被测参数的变化自选量程，可自动校正、自动补偿、自寻故障等。

另外，仪器器械的小型化也是污水处理仪器的一个发展趋势，可以将传感器变成芯片，体积小、材料使用少、功耗小。

从我国目前的环保需求来看，仪器发展和污水处理厂自动化的完善都有着较大空间，应该在原有基础上发展一些非常规、信息化、智能化的仪器，这些将为我国污水处理未来自动化的发展提供有力的技术支撑。

作者为清华大学环境学院教授，文章由中宜环保产业研究院整理，未经本人审阅