1.6ICA优先控制目标的效果。许多干扰和进水有关系。污水厂的进水随水力特性、浓度和组成的变化而变化，必须测定这些变化从而降低干扰的影响。假如污水处理厂的干扰可以测定，如溶解氧水平的变化、污泥层的升高、SS浓度的变化，这些测定信息将反馈到控制器，从而启动泵、阀门或鼓风机，那么可降低对污水广的影响。有时负荷的变化可以在污水厂上游测定；然后应用该信息建立前馈控制提前应付其变化。例如，在负荷到达污水厂之前可以增加曝气，另一个实例是增加污泥回流降低沉淀池污泥层高度，从而为随后到来的水力负荷做好准备。不幸的是，由于不合理的运行导致许多于扰来源于污水厂内部，通常这是由于对污水厂不同部分如何相互作用缺乏了解造成的。假如污泥消化液在污水厂进水高负荷时回流到反应器，那么氮的负荷将会很大。过滤反冲洗有时会造成严重的运行问题，例如在某实例中反冲洗将使进水量瞬时增加50%。营养物去除污水厂前端一般有一个厌氧反应器，这个反应器将受进水量和含有溶解氧的污水的影响，随后进入到后面的缺氧区，生物反应会受到影响，导致出水水质不合格。针对不同的干扰因素，很明显必须采用不同的运行方式，问题会很容易解决。通常，开关模式运行泵将会出现许多问题，因为沉淀池和沉淀过程对流量的快速变化很敏感。为了污水厂的良好运行，确认干扰的来源至关重要。因为确定干扰后并建立相应的控制系统从而减弱或甚至消除干扰，这将在第4章进一步介绍。1.6ICA优先控制目标任何污水厂的操作者必须优先考虑合理运行。很明显良好的运行必须依靠合理的运行装置。ICA技术不仅是控制算法并且可应用计算机来展示。为了实现系统的较好运行，必须保证所有单元过程的正常运行。硬件不仅包括仪表，而且包括不同的执行器，如压缩机、泵、电动机和阀门。通讯系统在污水厂控制系统中变得越来越重要。软件不仅建立在合理的控制算法基础上，而且和数据库、通讯系统、数据收集系统和友好的人机界面也有关系。控制系统最重要的部分是人或者“人力资源”，当然你愿意用“资源”表示也可。所有控制系统都不受操作者限7
第1章概述技制，因为操作者并不影响控制系统的设计，前提是二者必须相互信任，假如运行管理人员不信任控制系统，那么任何设计的和功能化的控制系统都是彻底的失败。因此人们的参与和教育程度是系统成功的一个重要部分。那么优先级是什么呢？1.维持污水厂连续运行保证设备满足功能，泵、阀门和发动机保持正常运行，仪表需标定和维护，信号和控制系统较好的通信，也包括“低水平控制”，比如控制本地的流量、液位、气压或浓度的变化（他们并不会快速影响出水水质）。这些控制大部分是传统的过程控制环路，比如气压控制、液位控制和流量控制，这些内容将在第4章进一步介绍。2.满足排放标准不仅要保证需要测定的物理参数正确，还必须控制和出水水质直接相关的其他变量。这种控制已经实现，它包括不同单元过程变量的控制，如化学沉淀剂投加量的控制、好氧过程DO的控制、回流污泥的控制或SRT的控制。对于每个过程变量都有一个简单的典型控制环路。3.降低运行费用在每一个单元过程，控制的计划可能很精细。例如DO的控制，DO设定值是个变量，它不但在反应器空间结构上、另外在时间上也是变化的，其主要目的是优化单元的过程运行。在第5章将进一步分析这个问题。所有这些都和合适的传感器和仪表相关，这将在第9章进一步介绍。运行费用和能量需求（如曝气或搅拌）、磷沉淀化学药剂的消耗量或离心分离等因素相关，当然也和人工费有关，如今许多污水厂在晚上和周末无人运行情况下都能取得满意的效果。4.污水厂综合运行污水厂综合运行的最终目标也就是在满足排放标准的同时尽可能降低运行费用，通过耦合几个可能的过程从而降低污水厂的扰动，综合运行将最大程度利用反应器容积，活性污泥实现系统最优运行也变为可能，这将在11章进一步介绍。在我们面前有许多机会。些新型和价廉的传感器，尤其是营养物测定仪正以较快的速度应用到污水处理系统。今天我们可以获得很便宜的具有计算功能的仪表，并远远超过当前的需求，可以让我们实现更多的高级应用。通信可以使我们收集数据，并传送获得的信息到所需要的8
1.8本章参考书目地点，从而能获得更深层次的综合和协调。许多工业工程中已建立系统方法，现在可查阅到关于污水过程的大量知识和文献，从而利用先进的技术。1.7本书主要内容过去30年ICA在污水处理系统运行过程中已变得越来越重要。在第2章将对ICA的发展历史进行回顾。另外也要知道今天的一些具有挑战性的问题在20世纪70年代就已经提出，不同国家ICA技术的应用和发展水平完全不同，将在第3章介绍，同时确定ICA的具体应用状态。第4章到第8章介绍污水系统不同水平的控制和自动化。我们需要牢记污水处理过程中的知识是很重要的。在这几章将确定最好的测定位置和变量，以及最适合的控制位置。把合适的传感器和最好的执行器结合是一种艺术，它比选择控制算法更基础。第9章介绍控制和仪表的基础知识，的并不是详细介绍传感器，而是指出如何将仪表用于控制。第10章介绍信号的检测及其特性分析。第11章介绍如何实现全厂控制，如何把污水处理厂和污水系统的不同部分结合在一起。需要提醒大家的是，“不管我们如何讨论自动化，人类是自动化控制最重要的部分”。现在将提醒大家实现ICA技术的KISS（keepitsimpleandstupid）原则，也就是“不仅维持它简单也应维持它的傻瓜式”，假如不能实现简单性，至少应保持其结构性，因此“保持其简单性和结构性”。1.8本章参考书目IWA的ICA2001会议论文集自然是获得最新信息的重要来源。关于ICA的实际指导可以参阅Ingildsen-Olsson（2001）。污水处理系统ICA技术介绍详细资料见Olsson-Newell（1999），该书的幻灯片可以从www.iea.lth.se/sbr下载。ICA的激励因素和约束因素可以参考Olsson（1993）。Olsson-Rosen（2004）出版了本书，他对控制和自动化给出了全面的见解，尤其对工业计算机控制系统、通讯、PILCs和实时编程给出了详尽说明，该书的幻灯片可以从www.iea.lth.se/auto下载。9
第2章ICA的发展历程ICA2001是国际水协会（IWA）主办的第次ICA会议，然而它是ICA系列会议的第8届，从1973年来，每4年举办一次。由国际水质协会（IAWQ）主办的最后一届ICA会议1997年在英国布赖顿召开。ICA2001也是1AWQ1995年在丹麦哥本哈根召开的传感器会议的延续。本书的第一作者可能是唯一的一位参加了所有ICA会议的人，以下是他对ICA技术发展的一些观点。2.1污水处理系统ICA会议2.1.1伦敦/巴黎1973年第一次ICA会议1973年在伦敦召开，在组织者CarmenGuarino（美国费城）、TonyDrake（大伦敦理事会，英国）、JohnF.Andrews（克莱蒙森大学，美国）和RonBriggs（水污染研究实验室，英国）倡导下举办的。1971年他们在维也纳召开的第一次IAWPR（国际水污染研究协会，IWA前身）特定主题的国际会议上受到启发，这次会议主题是“污水处理厂设计一运行的相互作用”，设计者在没有完全意识到控制的情况下，就已开始实现污水处理厂的自动化。通过这次会议生动的讨论，他们明确地感觉到ICA主题应是一个广泛发展且大家感兴趣的方向，因此应有一个关于该主题的专门会议。第一次ICA会议由IAWPR主办，共有225人参加，64篇文章在大会上宣读。会议期间，代表们参观了巴黎Acheres污水处理厂。参观和会议相结合已成为后来会议的一种惯例。在这次会议上展示了几个大城市（如亚特兰大、芝加哥、伦敦、洛杉、巴黎和费城）的污水处理厂计算机系统，通常这些计算机系统可以获得数据但不能实现闭环控制。同时也展示了一些低水平控制环路的计算机PID控制器。对美国50多个城市污水处理厂的调查表明，仅仪有很少的系统采用闭环环路，10
2.1污水处理系统ICA会议通常采用的是水平控制。很少有文章提到ICA问题的研究，大部分污水处理厂展示的控制系统是基于经验值设计的。仪表是一个主要问题。提供给污水控制的传感器其实是针对其他工业开发的，因此不适合污水处理的恶劣环境。这次会议的主要宣言是“污水系统控制和白动化的主要障碍是缺少足够的仪表、尤其是现场仪表”。当然，溶解氧、电导率和浊度的测量仪表已具有可靠的测量能力。另外会议也展示了一些（如流量、溶解氧、SS、有机物和营养物）新仪表，此外“呼吸仪可能是好氧工艺初级控制最重要的测量工具…·虽然承诺现在可获得，但并没有证据证明在线传感器的存在（WilliamGarber）”。美国的RobertArthur已开发出了这样的呼吸计。儿个作者都提到了溶解氧的控制，并清楚地认识到它具有节能的潜力。实际上已经有人在RyeMeads污水处理厂和牛津（R.Briggs）的中试硝化池进行了DO控制的试验，加利福尼亚PaloAlto的示范性工程也对DO控制进行了报道（C.H.Wells和D.Stepner）。JohnAndrews提到了活性污泥系统的一些控制问题，并进行了模拟。R.Briggs、C.H.Wells、D.Stepner和JohnAndrews在这次会议中提到的DO控制技术对今后人们的工作很有启发。已经着手开发下水道流量和溢流控制的计算机系统，例如在美国克里夫兰（Cleveland）市和MinneapolisSaintPaulSanitary区域。另外，也开发了雨季流量预测模型，并声称“应用数学模型经过10min的计算机模拟就可预测末来6h的情况”（R.Kukudis）。19世纪70年代影响自动化发展的真实障碍是怕失业。在一些国家，实际上缺少合格的运行人员，随着新的复杂的规章制定这种趋势更大，自动化可解决该问题。许多工作者和协会将这种趋势看作是对他们的一个真正的威胁，而逐步淘汰无技能的劳动者是获得最优运行效率的解决办法。后来，1977年在伦敦，L.H.Thompson评论到“许多情况下自动系统不仅仅能节省工作人员，而且能快速可靠地响应运行环境的变化”。当时典型的计算机是数字设备公司28k内存的PDP8，它有300多个数字输入，将近100个模拟输人，200个数字输出和15个模拟输出。运行界面通常是黑白的显像管，以纸带作为软件媒介。也有大型的计算机设施，安装2000个数字输入、600个数字输出、600个模拟输入和11