軟測量在污水處理過程中的研究的過程應(yīng)用
1 概述
污水處理是指通過構(gòu)建一項可靠有效的體系來治理與改善水質(zhì)，并依靠一套切合實際的自主監(jiān)控體系來維護其正常運行的過程，這一體系所涉及的參數(shù)較多，必須及時給予檢測，才能保證污水排放的指標(biāo)與我國環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定相符合。在實際操作期間，由于污水處理的過程比較復(fù)雜、變化較大、具有一定的非線性等，存在傳感器不能及時準(zhǔn)確地檢測和傳輸數(shù)據(jù)的情況。針對這一問題，通常主要采用下面兩種方法進行解決：第一，可利用新開發(fā)的硬件檢測儀直接檢測過程參數(shù)，但因污水處理的過程比較復(fù)雜，硬件檢測儀器雖能檢測到污水中有機物的參數(shù)，卻無法實時在線監(jiān)測各種水質(zhì)中的有機物。因此，要想完成這一污水處理過程相對較難。第二，通過計算機結(jié)合易于測量的信息數(shù)據(jù)進行估算待測量的變量值，即所謂的軟測量。在污水處理過程中結(jié)合軟測量進行構(gòu)建相應(yīng)的模型，以完成對污水處理過程的實時監(jiān)控，從而開發(fā)出相關(guān)的自行監(jiān)測體系，滿足污水排放的達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。
2 軟測量技術(shù)及其內(nèi)容
軟測量技術(shù)實質(zhì)是根據(jù)可測量與易測量過程的變量及無法直接測量的待測變量的關(guān)系，而按照相應(yīng)原則來選取新型網(wǎng)絡(luò)計算機技術(shù)進行檢測與評估待測變量的方法。通常該項技術(shù)主要包含以下內(nèi)容，即收集和處理數(shù)據(jù)信息、選取相應(yīng)的輔助變量、構(gòu)建軟測量的模型及在線校正等。首先，數(shù)據(jù)信息的收集是指收集原始輔助變量和主導(dǎo)變量的歷史數(shù)據(jù)，使其具備精簡、均衡及代表性的特點，以便能夠充分反映出污水處理過程的全部狀況。而數(shù)據(jù)處理主要包含數(shù)據(jù)的變換處理與誤差處理兩種，目的是為了確保數(shù)值的一致性，減少污水處理體系的非線性，減小誤差因素。其次，輔助變量的選取，大體包含類型、數(shù)量、檢測點方位等選取內(nèi)容且選取時應(yīng)滿足特異性、準(zhǔn)確性、靈活性等原則。最后，構(gòu)建軟測量的模型，它的建立方式很多，一般包括回歸分析的構(gòu)建法、工藝機理的構(gòu)建法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建法等。其中基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法的研究最多。然而，模型辨識作為軟測量的核心要素，在建立模型時，應(yīng)對其進行認(rèn)真檢驗，保證模型得以滿足預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。
3 軟測量在污水處理過程中的具體應(yīng)用
3.1 污水處理體系故障診斷中軟測量的應(yīng)用實踐
在污水處理的過程中，由于相關(guān)部件發(fā)生故障出現(xiàn)異常問題，導(dǎo)致水質(zhì)逐漸惡化，最終造成整個污水處理體系的運行受到影響。因此，為提高污水處理體系的安全性與可靠性，可將軟測量的技術(shù)具體應(yīng)用到部件故障的診斷中，將軟測量的理論輸出和傳感器的實際輸出相比較，再根據(jù)殘余信號診斷傳感器的故障，最后由軟測量的實際輸出替換故障儀表的輸出。在具體實踐過程中，污水處理體系的正常運行，需要較多的傳感器進行實時監(jiān)測才能實現(xiàn)。而該過程從本質(zhì)上來說是一個運行分類的問題，也就是將體系運轉(zhuǎn)的狀態(tài)劃分為正常和各種異常狀況。對此，可運用模型分類的方式進行檢測生產(chǎn)過程的實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)；谥С窒蛄繖C的檢測技術(shù)，實質(zhì)是一項以最小化結(jié)構(gòu)風(fēng)險為原則的測量方法，因其的構(gòu)造較為簡單且具備良好泛化與全局最優(yōu)性能的特點，進而在軟測量的故障診斷中獲得大量研究。據(jù)相關(guān)文獻顯示，借助軟測量SVM+BP模型進行預(yù)測二沉池的污泥體積指數(shù)(SVI)，以此判定污泥的膨脹程度。但因該法所選擇的污泥膨脹影響參數(shù)相對較少，加上基于支持向量機(SVM)在測量小樣本參數(shù)后取得的誤差較大。而在實際的污水處理中，往往異常現(xiàn)象的樣本數(shù)量均少于正，F(xiàn)象的樣本數(shù)量。因而在異，F(xiàn)象的預(yù)計誤差偏大時，就會引起誤判的可能。應(yīng)利用結(jié)構(gòu)風(fēng)險的泛函加以改進基于支持向量機的方法，結(jié)合故障數(shù)據(jù)的不均勻特性，獲取顯著的分類預(yù)計效果。
3.2 優(yōu)化過程中軟測量的應(yīng)用情況
在污水處理的過程中，因無法在線監(jiān)測水質(zhì)中的各種參數(shù)，若能準(zhǔn)確估算很難測量或者無法在線檢測的參數(shù)，并將其用來隨時調(diào)節(jié)有關(guān)設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，如調(diào)整閥門開度、電機工作頻率等。便能達(dá)到環(huán)保節(jié)能，實現(xiàn)通過消耗最少的物資能源來完成污水排放達(dá)標(biāo)的目的。在污水處理中，微生物的氧氣需求量可隨著環(huán)境與時間的改變而變化。因此，應(yīng)在不同工作狀況下研究及構(gòu)建氧變化的溶解模型，尤其是污水優(yōu)化期間很難測量或無法實時測量的變量模型，并在此基礎(chǔ)上對鼓風(fēng)量實施低消耗的有效控制。除曝氣優(yōu)化之外，軟測量還可應(yīng)用于其他的優(yōu)化工藝中。如用來估計序批式活性污泥(SBR)工藝的循環(huán)時間。SBR作為一種污水處理工藝，有序與間歇運行的操作便是其最大的特征，并且該過程具備較大的靈敏性，能依據(jù)進水的水質(zhì)適時調(diào)節(jié)工藝，確保出水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)。據(jù)相關(guān)文獻資料，利用軟測量技術(shù)來估算SBR工藝中各階段的最優(yōu)處理時間，并按照不同工藝的要求進行分段控制，可實現(xiàn)SBR工藝的全過程優(yōu)化。此外，污水經(jīng)一二級的處理后，其水質(zhì)相對有所改善，污水中的細(xì)菌不斷減少，但即便如此，污水中可能還會存有少許的病原菌。排放前需給予全面消毒，且加入適量的氯物質(zhì)。據(jù)文獻報道，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測量方法來預(yù)先測量大腸桿菌的數(shù)量，并投放適量的氯參加氯化與反氯化反應(yīng)，能起到改善水質(zhì)的作用。
4 回顧展望
由于污水處理的過程具有強非線性、多變量的耦合及參數(shù)變化等特點，目前，軟測量技術(shù)在污水處理過程中的發(fā)展趨勢，主要是將人工智能、回歸分析及機理模型等手段有機結(jié)合而成的軟測量模型，來進行測量無法測量或難以在線測量的參數(shù)，以便有效診斷及優(yōu)化污水處理的過程。軟測量在污水處理過程的運用與實施仍處于初步階段，還存有較多的問題需要解決。首先，污水處理過程的復(fù)雜性與多變性，所獲取的數(shù)據(jù)存在較大誤差，進而嚴(yán)重影響了精確模型的建立，為此需要建立一個能自主適應(yīng)的軟測量的模型。其次，軟測量的模型沒有得到很好校正，始終阻礙著軟測量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，尤其是在傳感器出現(xiàn)故障時，不知如何完成軟測量的自行校正。最后，如何有效應(yīng)用軟測量來診斷及優(yōu)化污水處理的過程，尤其是污泥膨脹的現(xiàn)象。
5 結(jié)語
總而言之，在污水生化處理的過程中，尚存有多變量的耦合、測量參數(shù)的經(jīng)常變化、非線性強烈等問題，這給污水生化處理的監(jiān)控工作造成嚴(yán)重影響。因此，我們只有在污水生化處理中有針對性地應(yīng)用軟測量，盡可能地將其用來優(yōu)化污水治理的整個過程，從而有效提高污水處理的經(jīng)濟和社會效益
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參考文獻
[1] 李明河，楊明.污水總氮軟測量模型的研究與應(yīng)用
[J].自動化與儀表，2009，(9)：1-4.
[2] 馬軍爽.污水處理出水水質(zhì)軟測量建模研究[J].微計算機信息，2010，26(1)：154-156.
[3] 黃道平，劉乙奇，李艷.軟測量在污水處理過程中的研究與應(yīng)用[J].化工學(xué)報，2011，62(1)：2-9.
[4] 楊文娟.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和主元分析——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量技術(shù)在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2008，30(1)：102-106.
[5] 劉乙奇，黃道平，李艷.基于改進JIT算法的軟測量建模及其在污水處理中的應(yīng)用[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，39(5)：56-67.
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