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面对全局优化的要求,我们已经可以使用集成模型来开展模拟,把模型跟运行决策关联在一起,这包含有数学模型、控制策略,以及基于知识的一些技术。
这张图介绍了在全厂控制模型中每个单元的控制器数量。在预处理单元有2~10个控制器,沉淀池、混合单元以及深度处理单元都有数十个控制器,在污泥部分,重力浓缩池、厌氧消化池和脱水单元等都有数十个控制器。全部加起来,全场有将近百个这样的控制器,用于控制数十个泵、阀以及闸门等等。为了解决这样的复杂问题,需要一种结构化的方案或办法,把所有控制过程关联在一起。这就需要全厂控制的模型。
目前全厂控制模型包含了排水管网控制和污水处理厂运行控制。需要处理这两者之间的冲突,找到一个中间点。排水管网的运行目标是最使溢流率最小,而污水处理厂的目标来是使排水在达标情况下运行成本最低,所以需要协调两者目标之间的关系。
未来的机会与挑战
新能源与污水处理相结合
中国是全球太阳能和风能等新型能源的引导者,风光能利用量居于世界第一。如果能够发展并使用好太阳能和风能,使其从小区域扩展到大区域使用,尤其在没有电力供应的偏远地区使用,就能更快的促进分散式污水处理设施的发展,促进水的回用。
在下图结构中,太阳能提供电源,集装箱里有泵、脱盐装置、污水处理装置、水回用装置等。用这些装置可以完成所有的水处理任务。这样的设施对于ICA领域的技术人员来说是一个新的挑战,需要很多技术的集成化。这样的装置可以作为标准化的设施,用于分散处理的情况或者是农村区域。
ICA技术的发展机遇
现在有很多ICA技术的发展机遇。比如,现在已有集成设计和控制工具,一直在研究开发新的装置和设备,计算机发展速度非常快,其海量的存储能力和运算能力可以支持ICA的发展,同时还有很多新的数学工具对信号进行处理和分析,从而进一步来获取决策支持信息。
ICA技术在整个水循环系统都需要得到发展和应用,比如非传统的水系统,自动化的分散式处理站,饮用水处理系统,智能化的供水管网以及水的回用等等。每个领域都需要ICA技术的贡献和参与。目前在进行最高的系统级别控制时,还有很多问题和挑战,如确定控制规则、处理复杂耦合度以及建立更友好的界面等等。
未来污水智能化处理的方向首先是分析检测方面
第一,能够测量和描述本地生态系统的状态。第二,能够实现饮用水中微生物学指标的在线测量。第三,能够在污水系统中测量微量污染物的指标。
其次是系统分析领域
第一,开发出简单容易、无需专家参与的动力学模拟工具。第二,能够发展优化资产管理的工具,用于指导和管理污水管网和污水处理厂。第三,开展自然资产的审计,对环境中的资源要进行定价,实行环境税等等。
最后是决策阶段
第一,引领者要有可持续发展的眼光和视野。第二,在进行工艺设计时,要以全方位的视角,把各个方面的问题和需求反映到设计方案中。第三,对整个水循环系统进行科学管理。
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