【正文】 1　緒論我國是一個(gè)水資源匱乏的國家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。與此同時(shí)，在我國大部分城市和地區(qū)，本已極為有限的水資源還受到水質(zhì)惡化和水生態(tài)系統(tǒng)破壞的嚴(yán)重威脅。由于80%以上的污水未經(jīng)有效處理就直接投進(jìn)水域，已造成我國1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域嚴(yán)重污染，近50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。尤其伴隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加速，需水量和污染物排放量迅速增長，水危機(jī)不僅會(huì)長期存在，而且有迅速加劇的趨勢。水資源短缺和水環(huán)境污染造成的水危機(jī)已經(jīng)成為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。國內(nèi)外水環(huán)境恢復(fù)與再生的實(shí)踐表明，污水深度處理與再利用是通向健康水循環(huán)的橋梁，推進(jìn)污水深度處理和普及再生水，利用人類與自然兼容協(xié)調(diào)，創(chuàng)造良好水環(huán)境，促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。　選題的目的和意義世界任何國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來不同程序的環(huán)境污染。污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了世界各國政府的關(guān)注，治理水污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總量為28000億m2，居世界第六位，人均水資源量為2220m2，居世界第110位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上13個(gè)缺水國家之一。目前我國約300個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有50個(gè)。據(jù)中國經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國按目前正常需要，年缺水總量約為300億～400億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)2300億元，超過洪澇災(zāi)害。水資源的匱乏和水資源的污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的日常生活，嚴(yán)重影響了我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展。特別是我國北方城市，如北京、天津、沈陽等城市水資源更為短缺。根據(jù)國家十五發(fā)展綱要，十五期間各縣市都要建立污水處理廠，如何保證處理過程的正常運(yùn)行，減少運(yùn)行成本成為環(huán)保部門、城建部門所關(guān)注的問題。目前國家治理污染的重點(diǎn)是“33211”工程，即“三河”(淮河、海河、遼河流域)、“三湖”(太湖、巢湖、滇池)、“兩區(qū)”(酸雨控制區(qū)、二氧化硫控制區(qū))、“一市”(北京)、“一?！?渤海流域)[1]。179。、179。、179。，并且我們的工作人員還要比這些國家多，但是我國城市污水處理深度卻遠(yuǎn)不如這些國家。造成這種結(jié)果的原因主要是：污水處理廠管理水平低、自動(dòng)化控制手段差。因此建設(shè)符合我國國情的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)，保持我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。　當(dāng)今國內(nèi)外污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r　國外污水處理自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r國外的一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、西歐等國，由于這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，并較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早而且較快，環(huán)境問題特別是水資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來，同時(shí)也得到了這些國家政府的重視，投入了大量的人力、物力，進(jìn)行水處理的研究。這些國家在研究水處理新理論和工藝的同時(shí)，也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究。這些國家先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動(dòng)化控制儀表。一些發(fā)達(dá)國家經(jīng)過十幾年的努力，污水處理率幾經(jīng)達(dá)到了80%~90%，成功地解決了來自于城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問題。同時(shí)一些國家開始重視污水的回用，如以色列的污水回用率達(dá)到了90%。由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時(shí)國外較早的將SCADA技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國外同時(shí)注重水處理中PLC的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、Schneider的TSX Quantum系列；同時(shí)國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO(Dissolved Oxygen)、化學(xué)需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)分析儀。國外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)　采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝段來劃分若干個(gè)控制站，站與站之間可以平級(jí)關(guān)系也可以是上下級(jí)關(guān)系，站與站之間一般獨(dú)立運(yùn)行。設(shè)立中控室，中控室有操作員和工程師站，負(fù)責(zé)全廠的數(shù)據(jù)管理與記錄、報(bào)表等工作。(2)　采用在線監(jiān)測的水質(zhì)分析儀表，對(duì)全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并由上位機(jī)記錄下來，提高了測量精度。(3)　生產(chǎn)過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動(dòng)地調(diào)整相應(yīng)的控制方式。(4)　大量采用遙測、遙控設(shè)備，并開始有效地利用社會(huì)信息資源，如電話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、國際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。　國內(nèi)污水處理自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時(shí)的污水污染程度很低，且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，如著名的沈撫灌溉等，全國僅有幾個(gè)城市建設(shè)了近十座污水處理廠(還包括1921~1926年間外國人興建3座污水處理廠)，在處理工藝有的還是一級(jí)處理，處理的規(guī)模也很小，每天只有幾千個(gè)立方米，最大的也只有每天5萬立方米左右，致使污水處理技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。我國第一座大型污水處理廠——天津市紀(jì)莊子污水處理廠于1982年破土動(dòng)工，1984年4月28日竣工投產(chǎn)運(yùn)行，處理規(guī)模為26萬立方米/天。紀(jì)莊子污水處理廠投產(chǎn)運(yùn)行后多年來達(dá)到設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，使黑臭的污水變?yōu)榍辶鳎恼Q生填補(bǔ)了我國大型污水處理廠建設(shè)的空白。在此成功經(jīng)驗(yàn)的帶動(dòng)下，北爾、上海、廣東、廣西、陜西、山西、河北、江蘇、浙江、湖北、湖南等省市根據(jù)各自的具體情況分別建設(shè)了不同規(guī)模的污水處理廠。與國外相比，我國污水處理自動(dòng)化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建設(shè)投產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大的提高。從國外引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測儀表，各種新工藝，新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用?？梢哉f我國污水處理自動(dòng)化的現(xiàn)狀是：手動(dòng)與自動(dòng)皆備，自制和引用并舉?？梢钥闯鑫覈奈鬯幚碜钥叵到y(tǒng)有以下特點(diǎn)：(1)　對(duì)于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動(dòng)與自動(dòng)并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水廠自動(dòng)化程度仍然很低，仍采用人工巡檢的方式。(2)　國產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒有達(dá)到要求，所以大部分采用進(jìn)口的在線儀表，但是由于進(jìn)口儀表價(jià)格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。水質(zhì)的檢測主要是有實(shí)驗(yàn)室人員通過實(shí)驗(yàn)來測量。(3)　各個(gè)控制站之間完全獨(dú)立，沒有信息的交換。并且各個(gè)控制單元由于其內(nèi)部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡單的時(shí)間控制和邏輯控制。通過對(duì)比，不難看出整體上和國外相比我國污水的自控系統(tǒng)仍然存在很大的差距，但是我國的應(yīng)用前景卻非常廣泛、潛力很大。2　污水處理概述　污水處理概述城市污水、生活污水、生產(chǎn)污水或工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)污水，往往都排入城市排水系統(tǒng)，故把生活污水和生產(chǎn)污水的混合污水叫做城市污水。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。水處理的目的不外乎三種[2]：(1)　去除水中影響使用水質(zhì)的雜質(zhì)以及污泥的處置，這是最主要的內(nèi)容。(2)　為了滿足用水的要求，在水中加入新的成分以改變水的化學(xué)性質(zhì)，如食用水中加氟以防止齲齒病，循環(huán)冷卻水中加緩蝕劑以控制腐蝕和結(jié)垢等。(3)　改變水的物理性質(zhì)的處理，如水的冷卻，降低水的粘滯度等?！∥鬯幚砉に嚰夹g(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展我國現(xiàn)有城市污水處理廠80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一級(jí)處理、強(qiáng)化一級(jí)處理、穩(wěn)定塘法及土地處理法等?！捌呶濉薄ⅰ鞍宋濉?、“九五”國家科技攻關(guān)課題的建立與完成，使我國在污水處理新技術(shù)、污水再生利用新技術(shù)、污泥處理新技術(shù)等方面都取得了可喜的科研成果，某些研究成果達(dá)到國際先進(jìn)水平同時(shí)，借助于外貸城市污水處理工程項(xiàng)目的建設(shè)，國外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進(jìn)到我國，AB法、氧化溝法、A/O工藝、A/A/O工藝、SBR法在我國城市污水處理廠中均得到應(yīng)用。污水處理工藝技術(shù)由過去只注重去除有機(jī)物發(fā)展為具有除磷脫氮功能。國