2.1污水处理系统ICA会议关注越来越多，由于一开始就意识到对仪表有特殊的需求，因此1995年在丹麦哥本哈根，IAWQ召开了污水技术方面的传感器的会议，当时一些污水厂已经升级为营养物去除污水厂，因此对测定营养物质的传感器需求更加迫切。这时计算机模拟已作为工艺运行的一个常见的设计工真，该会议同时展示了新一代的离子膜营养物在线传感器。1997年在英国布赖顿会议.上，单元过程控制的研究已获得长足发展，数学模型也取得巨大进步，在ICA会议上获得了认可。在线控制模型也取得巨大进展。这次会议回顾了20年来斯堪的纳维亚半岛、日本、美国和英国污水处理系统运行和控制的进展，遗撼的是学术研究和实际运行仍存在较大偏差。Henri Spanjers领导的IAWQ仪表工作组对呼吸仪进行了大量研究，并提出了，些控制策略。一些文章报到了水质监测仪表的进展，如色度、浊度、硝酸盐和氨氮测定仪表。在评价这次会议时，GustafOlsson和BobNcwcll依然提醒：我们能有效的应用传感器吗？数据过滤和分析存在问题吗？很明显我们没有从其他领域获得过程控制的知识，比如化学过程控制。我们仍需花费大量精力进行生物反应器控制方面的研究。为了促进大型污水厂的运行，我们需关注沉淀、化学沉淀、絮凝和污泥处理。为了进一步实施控制需要制定什么样的合适目标和促进因素呢？我们如何满足综合系统的挑战？2.1.62002年和2004年的水质监控自动化会议最近举办了和ICA会议相关的一系列会议，第1届和第2届IWA水质监控自动化会议（AutMoNet）分别于2002年和2004年在奥地利维也纳举办，虽然控制不是会议的十题，但对ICA的几个主要问题进行了讨论，尤其是仪表和传感器技术、监控和管理。今天在线传感器是逐渐被证实的技术，并获得了令人鼓舞的成果。即使DO传感器具有较好的稳定性和可靠性，在新款传感器中仍需测试新的测定原理，如光学技术。新型生物传感器，例如检测缺氧区活性污泥活性的传感器已应用。固体状态的化学传感器（例如ISFETs/CHEMFETs）已应用于水质检测的序列传感器中。氮成分在线传感器已应用在活性污泥系统硝化和反硝化状态或硝化滴滤池检测中。UV分光计仪表已成功地用于亚硝酸氮、硝酸氮和COD的测定。20世纪70年代，控制的主要问题是通过仪表和估计方法获得运行17
第2章ICA的发展历程过程的当前状态，如果可以获知当前运行状态，控制就变得不再复杂。蓝控和管理技术也获得长足发展，更好的仪表与新型估计方法（如多变量分析、具有较大储存器的计算机）相结合，促进了控制的发展（在第10章会进一步介绍）。在AutMoNet两次会议上，展示了多变量分析方法，如主成分分析（PCA）、簇分析和独立成分分析（ICA），可以应用在准静态和动态条件下！2.2新的挑战通过对上述科学技术会议的总结，我们可以更专注于技术问题。它们确实重要，但也不能掩盖其它问题。我们讨论人为因素已经很多年了，知识是由人类而不是书或文章传播的。任何系统其性能的维持和促进将是我们必须面对的最重要问题，因此仍然需要不断发展和更新商业学校和大学的课程。JohnAndrews1974年提出的某些观点在某些方面仍然正确。决策支持是另外一个重要问题。给水或污水处理厂不是分离的，它们都是综合的城市水系统的一部分。这意味着ICA的规划和实施必须从系统的角度，多方面进行贯彻。技术系统的综合必须从结构上反映出来，从而综合运行成为可能，在管理水平上综合运行也变为可能。德国河流协会和英国水务局表明这样的综合性结构很有效、也是成功的。在过去的10多年，处理系统和输送系统的传感器数据和其他数据几乎以几何数量级增长，但这并不表明信息同步增加了许多。随着传感器数量的增加以及要求出水水质更严格，运行管理人员对控制系统的需求逐步增加。这意味着对可靠的故障分析、数据筛选、信息压缩和管理指导系统的需求增加，同时必须时刻保证数据的质量。控制系统的逐渐复杂化对软件系统的稳定性也提高了要求。今天模块化已变得越来越普遍，因此需要不同软件模块间具有较好的界面。考虑到污水厂硬件、计算机硬件、仪表、电子元件、软件、控制器结构的生命周期不同，这就要求更换系统中不同的模块时不要影响其他模块的功能。这不但对控制系统制造商提高了要求，也对用户提高了要求，用户必须是足以胜任的消费者。城市水系统在许多方面是个很大的系统，并不仅在地理位置土。因此对网络表现出极大兴趣以便实现不同运行间更好的结合。Internet的潜力是巨大的，它可从系统不同部分读入数据。由Net控制的新模块18
2.3本章参考书目可以在永久安装之前在实际污水厂测试，当需要时，可以较好的利用Net在特殊情况下引进的专家知识。我们可以从最近的ICA会议获得这些思想，未来的会议中将会有更多这方面的报道。污水厂综合控制在今天可能是一个新方向，但在以后的ICA会议中，它将是主要的研究问题。2.3本章参考书目IWA举办的8次或其前任举办的ICA会议文献如下：(1)ICA(1973)。(2）ICA（1977）见Guarino-Radzuil（p35-39）、Gillblad-Olsson(p427-433）和Roesler-Timmons-Manning（p369-374)。(3) ICA (1981)。（4）ICA（1985），关于自我运行的调节器文章见Olsson等人（p473-480），关于模型图书馆的文章见Olsson等人（p721-728）。（5）ICA（1990）和横滨（1990），用了Patry-Takacs（p385-392）。（6）ICA（1993)，关于ICA发展的激励和限制因素见OIsson（pl-7)。(7）ICA（1997)，参考了Huntington（p27-34）和Olsson-Newell（p397-401）的文章，呼吸计工作小组的报告见Spanjers等（1998）。(8) ICA (2001)。克莱蒙森工作组的报告记载在Clemson（1974）。1995年的传感器工作组会议记载在传感器（1995）。水质监控自动化会议论文集见AutMoNet（2002）和AutMoNet(2004)。19
第3章ICA在一些国家的应用现状今天已经充分认识到ICA是污水厂运行和设计的重要组成部分。传感器、计算机、控制和通讯技术获得巨大发展，并应用在污水处理系统。本章将讨论ICA技术在污水处理系统应用的国际概况。促进ICA发展的主要原因是经济，但也包括其他一些推动因素，如易于运行，这很难从经济角度来估计。稳定运行可能是ICA应用的最重要的驱动力。在下面提及的一个调查中，2/3的操作人员认为在污水厂运行中应用ICA较多可获得的收益会较多或更多。ICA发展的推动因索不仅仅包括1.3节提及的，还有更多其它因素。欧洲水协会为ICA的发展提出了新的促进因素，并全力规范和提高立法。在新的环境部门提出了…些经济因素，例如“污染者一付费”原则、2010年水价政策，这将会使用户更加高效地利用水资源。此外，人们已经获得仪表性能特征的清晰定义、仪表标准化的测试方法，而国际新标准ISO15839：2003可增进传感器之间的比较，从而促进它们的标准化。3.1ICA在污水处理中的应用在过去几年开展了一些关于ICA应用的国际调研，从而可了解ICA技术的当前应用状况。在此我们将引用一些主要结论说明ICA在污水处理中的应用，一并介绍促进ICA更广泛应用的激励因素。我们必须认识到，在不同的污水厂和不同国家之间实现完全公平的比较是不可能的，因为获得的数据并不代表某个国家，并且通常不同国家的定义和术语也不同。排放标准以及污水厂设计的复杂程度通常很大程度上决定ICA使用数量的水平，能否成功应用ICA通常和运行人员与管理人员的技能以及受教育程度相关。实际上，已经有多个污水厂成功应用了传感器和在线分析器测定营养物浓度、有机物、SS和污泥层高度。传感器可应用在进水控制、DO20
3.1ICA在污水处理中的应用控制、间歇曦气、内循环回流和剩余污泥去除、外碳源投加控制、回流污泥控制、SBR反应器反应时间控制以及沉淀控制。流量和溶解氧是大部分污水厂最常用的自动控制变量，可用于供气量控制、回流污泥控制和化学药剂投加控制。其他变量，如SRT和污泥层高度，通常应用设定时间或与进水流量成一定比例手动控制。在厌氧处理系统，关于控制环路的应用很少，但pH控制通常采用的是反馈控制环路。为了调整污泥状态通常采用自动控制投加聚合物，但关于污泥处置过程中控制应用的报道很少。对29个活性污泥法污水处理厂进行调查，获得脱氮污水厂应用自动控制的数据，见表3-1。由于不同调查其报道的情况不同，所以对数据的考察必须谨慎。例如关于氨氮测定的报道多于对流量和DO测定的报道，这实际上是不对的，由于流量和DO的测定最普遍，所以没有着重报道。控制环路和传感器的应用（Schumitz等，2000）表3-1%控制环路传感器的应用%51气DO128回流污泥红3011硝化液回流32硝酸氨14流量ORP1211剩余污泥流量10最有代表性的信息来自Tschepetzki对德国东北部污水厂的调查，他根据污水厂类型、大小来区分，并调查了每个单元过程的控制情况（见表3-2）。污水厂有大型的、小型的，脱氮系统可以是交替式脱氮系统、同时硝化反硝化、间歇运行系统、后置或前置反硝化工艺。德国东北部污水厂传感器的应用情况（Tschepetzki，2000）表3-2输入变量测定(%)手动调整（%)自动控制（%）DO802732氨氮4415154417硝酸氮12磷酸盐49171517ORP1015SS2052注：ORP数据并不连续21