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一、研究意义与背景
水是一种宝贵的自然资源，是自然界的基本要素，也是人类和一切生物赖以生存的物质基础。虽然地球上水的储量很大，但是人类能够直接取用的淡水资源却十分有限，约只占全部淡水的千分之三，约占全球总水量的十万分之七[1]。
我国是一个水资源非常贫乏的国家，人均占有水量仅2300立方米，年均降水量为630毫米，居世界第109位，只相当于世界人均水平的四分之一，是世界人均占有水资源最贫乏的国家之一；另外，我国水资源分布极其不平衡，东南地区降水较多而西北地区较少，大致由东南向西北递减[2]。另外，我国81%的水资源集中分布在长江流域及以南，长江以北地区水资源却只占全国的19%，但人口和耕地却占了全国的45.3%和64.1%，人均占有量仅为517立方米，相当于世界人均量的1/20和全国人均量的1/5。
我国水资源不仅在人均数量上较少，而且遭到了比较严重的污染。随着人口的增加和经济的发展，污水的排放量急剧增加。在广大农村地区更是如此，污水的处理率很低，大量污水被直接排进天然水体，造成了严重的污染。据统计，我国目前已有超过80%的河流受到了不同程度的污染。环保部在2013年公布的数据显示，在全国约60万个行政村里，绝大多数都还没有环保基础设施，目前中国农村每年产生约90多亿吨的生活污水，其中大部分未经处理而直接排放[3]。
随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，工业废水对流域环境及居民健康造成了一定的影响。近几年来我国越来越注重工业废水的治理，2011年2月，国务院批准了《重金属污染综合防治十二五规划》，以解决工业废水治理的难点问题。可以预见，未来五年内，国家将进一步加大工业废水的治理力度。据环境统计公报的数据，2009年我国工业废水的排放量占全部废水排放量的40%左右，工业废水对水环境污染的比重较大，已成为当今环境工作亟待解决的重大问题之一。从排放的污染物情况来看，在过去几年我国工业经济和固定资产投资都保持增长的情况下，近几年，工业废水排放总量、化学需氧量排放量和氨氮排放量却都呈现出下降趋势。从工业废水的排放行业领域来看，2009年，国家统计局考察了全国11万个工业废水排放企业，排放总量共209亿吨，比上年217亿吨有所下降，相当于排放总量的90%，其中造纸及纸制品业排放总量最大，为39.3亿吨，占统计排放总量的近1/5，其次是化学原料及化学制品制造业、纺织业、电力热力的生产供应业[4]。随着世界人口的增多、工业的发展，人们对水环境的污染程度也在不断加剧。对于我国这样一个水资源严重缺乏的国家，水环境的污染，不仅严重影响着人们的健康，还加速了水资源的短缺。如何有效的进行水资源的循环再利用，实现经济的可持续发展，成为社会的一个重要问题[5]。
二、研究现状
污水处理方法主要包括生物膜法、活性污泥法等，当前我国现有的生活污水处理大多采用的是活性污泥法,辅以一级处理、稳定塘法及土地处理等。这其中所涉及到的设备包括各类水泵、风机、过滤设备、电解设备等；随着自动化控制技术的不断发展，如何将其应用到污水处理设备中以达到高效、便捷并节省人力、物力的要求，成为了新的课题。
1)国外污水处理技术状况
现代污水处理厂采用计算机控制日益普遍，欧美国家一些城市污水处理厂己经用计算机进行数据记录和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守控制模式[6]。英国、美国、日本等发达国家，从上世纪中期开始就很重视污水处理自动控制系统的研究，先后投资研究了集约型、高效型、智能型的自动化控制仪表和污水处理设备[7]。如美国爱阿华水厂，在七十年代初开始研究微机自动控制水厂投加药剂，1975年应用直接数字式计算机控制自动加矾，运转一年就降低矾耗20﹪，并且提高了管理水平和稳定了水质。此外，俄罗斯莫斯科水厂、日本东京朝霞水厂等也先后采用计机自动控制水厂工艺，取得较理想效果[8]。现今许多美国大中型水厂均由集散型的自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台计算机，对整个水处理过程实行多环路控制，其中包括沉淀、过滤及反冲洗、化学药剂投放、泵等，设在中控室里的计算机从各个现场级计算机和智能仪表中收集数据，供图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警等。在系统发生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制[9]。
2)国内的污水处理技术状况
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