我國(guó)城市污水的排放量每年為356億t，隨著城市化的發(fā)展，城市污水的排放量還在不斷增加。2008年底，建有城市污水處理廠共1400座，尚有1000座城市污水處理廠在建設(shè)中。根據(jù)中國(guó)環(huán)境保護(hù)遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要，2010年設(shè)市城市的污水處理率不低于60%，重點(diǎn)城市的污水處理率不低于70%，要在10年的時(shí)間內(nèi)達(dá)到這一目標(biāo)將需要建設(shè)一大批城市污水處理廠。
目前，我國(guó)污水處理廠比較重視出水水質(zhì)的檢測(cè)，一般都設(shè)有在線分析儀表。進(jìn)水水質(zhì)檢測(cè)則依靠實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，檢測(cè)次數(shù)少。然而，進(jìn)水負(fù)荷是不斷變化的，使得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整滯后，導(dǎo)致出水水質(zhì)不穩(wěn)定。為保證出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，一般采取保守“可靠”的方式運(yùn)行，具有一定的富余量。這種運(yùn)行方式效率低，浪費(fèi)大。當(dāng)出現(xiàn)沖擊負(fù)荷時(shí)，這種運(yùn)行方式就變得不可靠了，出水很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
ICA技術(shù)概念
    國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)（IAWQ）提出了ICA技術(shù)概念，即儀器化（Instrumentation）、控制化（Control）和自動(dòng)化（Automation）。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污水處理過(guò)程中的進(jìn)水負(fù)荷和出水水質(zhì)，如溫度、pH、ORP、DO、氨氮、硝氮、磷、污泥界面、污泥濃度、流量等參數(shù)，利用廢水生物處理動(dòng)力學(xué)模型，緊密結(jié)合前（反）饋、PID、自適應(yīng)等現(xiàn)代控制理論，實(shí)時(shí)計(jì)算工廠控制的各種設(shè)定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)供氧強(qiáng)度、優(yōu)化脫氮除磷、控制藥劑投加、優(yōu)化排泥和污泥脫水過(guò)程，從而對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制。通過(guò)對(duì)進(jìn)水負(fù)荷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速響應(yīng)，提高處理效率，滿足日益嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減輕沖擊負(fù)荷對(duì)水處理系統(tǒng)的危害，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，減少運(yùn)行成本和碳排放。
       ICA的技術(shù)核心是檢測(cè)儀器、數(shù)學(xué)模型和過(guò)程控制系統(tǒng)，所有可靠的優(yōu)化控制策略都是基于有效準(zhǔn)確的檢測(cè)值。國(guó)內(nèi)外大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)在線水質(zhì)分析儀器的監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理系統(tǒng)的過(guò)程優(yōu)化控制。在歐洲一些污水處理技術(shù)的地區(qū),已經(jīng)投入了大量的研究,并取得了階段性的成果。
Peel Common污水處理廠
    英國(guó)南部的Peel Common污水處理廠，是英國(guó)早期建立的污水處理廠之一，已經(jīng)有了66年的運(yùn)行歷史，服務(wù)人口25萬(wàn)人，處理水量約6萬(wàn)m3/d，采用4級(jí)Bardenpho工藝（在傳統(tǒng)AAO工藝的好氧區(qū)末段增加停曝氣缺氧區(qū)，加強(qiáng)反硝化）

       Peel Common污水處理廠實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)項(xiàng)目是Hach公司與兩家系統(tǒng)集成公司合作完成。該案例的思路就是基于模型計(jì)算來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)去固定的設(shè)定值，從而減少曝氣量和加藥量，節(jié)能降耗。為滿足優(yōu)化控制的需求，安裝多臺(tái)Hach公司溶解氧、硝氮、氨氮、COD和MLSS等在線水質(zhì)分析儀。

系統(tǒng)組成
整個(gè)優(yōu)化系統(tǒng)包括多個(gè)控制策略：
    對(duì)生化池的1、2組實(shí)行溶解氧開環(huán)+閉環(huán)控制策略，裝有全部的Hach公司在線水質(zhì)分析儀器，根據(jù)進(jìn)水氨氮濃度，計(jì)算四段好氧段的溶解氧設(shè)定值，并根據(jù)出水氨氮的濃度進(jìn)行檢驗(yàn)。生化池的7、8組作為對(duì)比池，僅安裝在線溶解氧儀、氨氮依然沿用傳統(tǒng)的溶解氧恒定的PID控制策略，好氧4區(qū)的溶解氧設(shè)定值分別為2、2、1、0.5 mg/L。 

    根據(jù)缺氧段出水的在線硝氮數(shù)據(jù)，實(shí)行甲醇投加閉環(huán)控制策略，使用PID算法確定需要投加的甲醇含量。

    根據(jù)出水附近的硝氮濃度，實(shí)行回流比控制策略，使用PID算法，確定內(nèi)回流的比例，使出水硝氮濃度降低至設(shè)定值。

    根據(jù)混合液和回流污泥的濃度，實(shí)行排泥量/污泥齡控制策略，控制排泥量，使用PID控制算法，使生化單元的混合液污泥濃度穩(wěn)定在設(shè)定值上。
以上是Peel Common污水處理廠的控制策略，在工藝中還有很多控制策略，在除磷過(guò)程中，通過(guò)在線磷酸鹽濃度和流量自動(dòng)控制加藥量，減少絮凝污泥和加藥成本。
在污泥脫水控制中，通過(guò)監(jiān)測(cè)懸浮固體的濃度，來(lái)控制加藥量，穩(wěn)定排泥質(zhì)量，減少加藥成本。

數(shù)據(jù)比對(duì)
應(yīng)用優(yōu)化控制系統(tǒng)之后，取得了明顯的社會(huì)效益和環(huán)境效益。據(jù)粗略估計(jì)，系統(tǒng)應(yīng)用后可節(jié)約曝氣量20%，節(jié)省甲醇投藥量50%。更重要的是，應(yīng)用優(yōu)化控制后，系統(tǒng)處理氨氮沖擊負(fù)荷的能力提高了，出水更加穩(wěn)定，削峰明顯。

數(shù)據(jù)分析
Peel Common污水處理廠的氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)為氨氮出水濃度<3mg/L或氨氮去除率>90%。以前的出水氨氮的平均值是0.2mg/L，應(yīng)用優(yōu)化控制系統(tǒng)后，可把出水氨氮平均值提高到1mg/L而不超標(biāo)，這樣自然就節(jié)省了曝氣的能耗。
結(jié)論
在線水質(zhì)儀表應(yīng)用于污水處理廠，能夠?qū)崿F(xiàn)了水質(zhì)的連續(xù)檢測(cè)，為優(yōu)化控制提供了有效可靠的測(cè)量值，使得自動(dòng)優(yōu)化控制能夠穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高處理效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
隨著廢水處理技術(shù)的數(shù)學(xué)模型不斷完善，過(guò)程控制理論的不斷應(yīng)用，廢水處理技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。隨著在線檢測(cè)儀器技術(shù)的不斷進(jìn)步，水質(zhì)分析變得更加方便、迅捷、可靠，為污水處理廠優(yōu)化控制策略的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的基礎(chǔ)。應(yīng)用ICA技術(shù)，優(yōu)化更多的工藝過(guò)程，提高污水處理廠的管理運(yùn)行水平，滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，在未來(lái)水處理工藝過(guò)程中將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越大的作用。