CN105785951A - 利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水自动处理技术领域且公开了利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，包括：综合模块、预警模块、USAOS系统、通讯模块、Web服务系统、报表模块、数据库系统和日常管理模块，综合模块一方面用于与厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块之间接收和下发指令，且同时综合模块与预警模块连接，综合模块另一方面发送代码处理数据到USAOS系统，而USAOS系统同时返回调度策略到综合模块，USAOS系统还能够读取报警、预警信息，USAOS系统并根据信息下发指令到日常管理模块，然后日常管理模块将信息作用在设备上。本发明可以实现无人值守，全自动调节污水流量、设备运行参数，提前预警，可以实现远程干预、诊断。

Description

利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统

技术领域

本发明具体涉及利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，属于污水自动处理技术领域。

背景技术

传统的污水处理自动化监控系统是由现场数据采集系统和自动化监控系统组成，对设备的控制大多由人来完成，判断运行指标也大多由技术人员根据经验判断。

目前国内城市污水厂的自动化水平：(1)从监控的角度，目前的自动化系统水平已经能达到运行要求；系统对设备、仪表、厂界等很多方面进行参数标示，系统也能对设备运行情况，部分工艺过程的异常报警，也能将指标反馈给技术、管理人员，使操作人员及时了解设备运行情况及工艺参数的变化。(2)监控参数不全面；在城市污水厂运营过程中，生化环节无疑是工艺流程中最重要的部分，无论是常规的活性污泥法、氧化沟法、SBR法、A2O法，单纯地从污泥浓度、泥龄，MLSS，回流比等指标显然不能完整的反应生物生长状况；传统的做法是在实验室显微观测微生物的指示性指标；但数据与整个自动化监控系统并不能有机结合。(3)监控数据存贮时间过短，利用不科学；一般自动化控制系统存贮数据在3个月左右，污水运营的经验数据非常重要，现有系统无法利用更长时间的数据，更多的数据没什么价值，所以存贮时间不长；而现有的数据一般都是用来作趋比较，曲线图也是自身的时间曲线图，对整个污水的运行起报警及提示作用，对整个系统作用不大。(4)现有的自动化控制系统很少有反馈系统，自动加药系统或许更加完善些，更多设备运行及控制要通过人工控制方式实现，而且各种设备之间联动极少，至多是设定连锁运行，自动化系统不能有效地发挥作用。(5)系统能报警，但不能预警。(6)控制系统与管理系统结合不够紧密，与外界沟通少，不利于整体行业的进步与发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统可以有效解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，包括。

作为本发明的一种优选技术方案，包括：综合模块、预警模块、USAOS系统、通讯模块、Web服务系统、报表模块、数据库系统和日常管理模块，综合模块一方面用于与厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块之间接收和下发指令，且同时综合模块与预警模块连接，综合模块另一方面发送代码处理数据到USAOS系统，而USAOS系统同时返回调度策略到综合模块，USAOS系统还能够读取报警、预警信息，USAOS系统并根据信息下发指令到日常管理模块，然后日常管理模块将信息作用在设备上，日常管理模块并将处理结果下发到USAOS系统，同时USAOS系统下发指令到数据库系统，数据库系统通过分析后，控制报表模块将报表信息传递到USAOS系统，USAOS系统一方面通过读取寄存器信息与通讯模块连接，另一方面USAOS系统通过读取监控程序与Web服务系统连接，Web服务系统一方面下发远程信息，另一方面通过远程操作指令连接通讯模块，USAOS系统然后下载控制指令，通讯模块能够存储实时信息到日常管理模块中。

作为本发明的一种优选技术方案，所述综合模块是以出水指标或者消耗指标为自变量，以各工序主要指标为因变量的模型组。

作为本发明的一种优选技术方案，所述厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块均是以厌氧指标、兼氧指标、好氧指标、污泥指标、除磷指标、脱氮指标为自变量，以其影响因素为因变量的模型组

作为本发明的一种优选技术方案，所述预警模块能够报警、预警和进行事件处理，同时将处理信息反馈到USAOS系统中。

作为本发明的一种优选技术方案，当所述数据库系统在分析时需要建立多元统计模型。

本发明所达到的有益效果是：

(1)将微生物在线监测引入系统中，对浮游生物进行自动识别、分类及计数，对细菌进行分类，菌落计数，监控细菌、浮游生物的生长过程，记录到数据库中供数据分析。

(2)统计建模技术将采集的水量数据、设备运行参数长时间存贮，提供10年以上的保存周期，为工艺数据分析提供大数据基础。

(3)统计建模技术将数据进行模块化处理，每个模块都是个相对独立的系统，具有一定的稳定性，有自己有因变量与自变量，多个模块之间相互作用，构成一个完整的系统，模块具备自适应功能，通过一定的函数(函数的参数定期自动调整)维持各变量之间的关系，各污水运行参数就构成了变量，为维护模块的稳定性，系统将自动调整各个运行参数，达到一种平衡。

(4)统计建模技术具备反馈机制，在各模块内部与各模块之间通过函数构建的关系会将各种变化反应到设备运行中，达到牵一发而动全身。

(5)统计建模技术具备多种参数联动，具备在较优环境下降低能耗以及在极限条件下指标达标的功能，具有连续预警功能，而不是停留在较低层次的报警。

附图说明

图一为统计建模技术运行原理图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

参阅图1，本发明提供利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，进水口连续进水，仪表检测到调节池的水质、水量，根据历史数据，厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块检测到调节池的水质，并将信息下发到综合模块，且同时综合模块与预警模块连接，综合模块另一方面发送代码处理数据到USAOS系统，而USAOS系统同时返回调度策略到综合模块，USAOS系统还能够读取报警、预警信息，USAOS系统并根据信息下发指令到日常管理模块，然后日常管理模块将信息作用在设备上，日常管理模块并将处理结果下发到USAOS系统，同时USAOS系统下发指令到数据库系统，数据库系统通过分析后，控制报表模块将报表信息传递到USAOS系统，USAOS系统一方面通过读取寄存器信息与通讯模块连接，另一方面USAOS系统通过读取监控程序与Web服务系统连接，Web服务系统一方面下发远程信息，另一方面通过远程操作指令连接通讯模块，USAOS系统然后下载控制指令，通讯模块能够存储实时信息到日常管理模块中。

所述综合模块是以出水指标或者消耗指标为自变量，以各工序主要指标为因变量的模型组。所述厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块均是以厌氧指标、兼氧指标、好氧指标、污泥指标、除磷指标、脱氮指标为自变量，以其影响因素为因变量的模型组，所述预警模块能够报警、预警和进行事件处理，同时将处理信息反馈到USAOS系统中。当所述数据库系统在分析时需要建立多元统计模型。

通过仪表检测到调节池的水质、水量，根据历史数据，厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块检测到调节池的水质，会将历史上影响生物种群、活性的因素记录下来，比如兼氧菌的种群与活性与DO、磷H值，C/N、温度等相关，处理效率与回流比，污泥浓度等相关，统计建模技术将存贮的数据以种群、活性或者处理效率为因变量，以影响因素为自变量，结合一定假设条件，进行相关性分析，建立多元统计模型，求解后进行统计验证，正常情况下，USAOS将根据进水水质情况，结合自动化设备提供的微生物观测结果，将相关设备置于合理的运转水平，达到本系统正常运行的目标，系统模型一般随着外界条件的变化定期变动，直到通过统计验证。

又如，回流比与氨氮的处理水平、温度、COD、磷H值都存在一定的关系，传统的控制过程是根据经验，调整回流比，再调整磷H值，来影响出水氨氮，在统计建模技术中，回流比、进水出COD，进出水氨氮、温度均已经存贮了大量数据，这些数据将通过统计技术构建了一个动态的模型，当指标发生变化时，系统将精确地发现问题，改变其他参数来适应，同时预测变动结果。

这样，每道工序均有相应模块与之相对应，每个模块能相对独立完成调节一两个子目标，整个系统以出水指标或者能耗为因变量，以各个工序中的因变量为综合模块的自变量进行统计建模，建立多元方程，在合理的条件下求解方程，然后进行统计检验，从而建立整套污水运行的方程组，这样，当系统中一个指标出现变动，系统将驱动设备改变其他参数与之相适应，最终达到指标合格或者能耗最优，做到牵一发而动全身，具体方程组示例如下：

自变量：ABCDEFG…….N

因变量：Y1Y2Y3Y4……Yn

指标值：αβγ………

$\left\{\begin{array}{ccc}A1& A2& A\mathrm{3.......}An=Y1\≤\mathrm{\α}\\ B1& B2& B\mathrm{3.......}Bn=Y2\≤\mathrm{\β}\\ C1& C2& C\mathrm{3.......}Cn=Y3\≤\mathrm{\γ}\end{array}\right.$

……………………

N1N2N3……..Nn＝Yn≤ω

Y1Y2Y3………Yn

本方程组将出水总指标与污水运营中直接相关的因素结合起来，改变其中的一个变量，将影响出水结果；

有的因变量也会近受其他变量的影响而变化，也有的因变量变动是多种因素变化的结果，比如：好氧菌的变化会引起出水指标中COD的变动，但好氧菌本身也会受温度、DO值、磷H值、C/N，盐度等因素的影响，由此，需要以好氧菌的某项指标作为因变量，以上述因素为自变量，组成方程组来分析这些基础因素对好氧环节的影响。

自变量：A1.1A1.2A1.3…….A1.n

B1.1B1.2B1.3……..B1.n

……………………………………………

N1.1N1.2N1.3……..N1.n

因变量：A1B1C1……………..N1

指标值：A1αB1αC1α………N1α

$\left\{\begin{array}{ccc}A1.1& A1.2& A\mathrm{1.3......}A1.n=A1\≤A1\mathrm{\α}\\ B1.1& B1.2& B\mathrm{1.3.......}B1.n=B1\≤B1\mathrm{\α}\\ C1.1& C1.2& C\mathrm{1.3.......}C1.n=C1\≤C1\mathrm{\α}\end{array}\right.$

……………………

N1.1N1.2N1.3……..N1.n＝Y1≤N1α

A1B1C1………N1

由此，统计建模技术系统至少由两级方程组构成，每个指标的变动都可能引起整个系统的变化，从而底层设备的运转会受到影响，无论是生物性、物理性、化学性的影响都会影响系统进而引发广泛的连锁，直至预测指标平衡，如果预测达不到指标平衡，系统则预警引发人工干预，同时列出预警原因。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，包括：综合模块、预警模块、USAOS系统、通讯模块、Web服务系统、报表模块、数据库系统和日常管理模块，其特征在于，综合模块一方面用于与厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块之间接收和下发指令，且同时综合模块与预警模块连接，综合模块另一方面发送代码处理数据到USAOS系统，而USAOS系统同时返回调度策略到综合模块，USAOS系统还能够读取报警、预警信息，USAOS系统并根据信息下发指令到日常管理模块，然后日常管理模块将信息作用在设备上，日常管理模块并将处理结果下发到USAOS系统，同时USAOS系统下发指令到数据库系统，数据库系统通过分析后，控制报表模块将报表信息传递到USAOS系统，USAOS系统一方面通过读取寄存器信息与通讯模块连接，另一方面USAOS系统通过读取监控程序与Web服务系统连接，Web服务系统一方面下发远程信息，另一方面通过远程操作指令连接通讯模块，USAOS系统然后下载控制指令，通讯模块能够存储实时信息到日常管理模块中。

2.如权利要求1所述的利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，其特征在于，所述综合模块是以出水指标或者消耗指标为自变量，以各工序主要指标为因变量的模型组。

3.如权利要求1所述的利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，其特征在于，所述厌氧模块、兼氧模块、好氧模块、污泥模块、除磷模块和脱氮模块均是以厌氧指标、兼氧指标、好氧指标、污泥指标、除磷指标、脱氮指标为自变量，以其影响因素为因变量的模型组。

4.如权利要求1所述的利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，其特征在于，所述预警模块能够报警、预警和进行事件处理，同时将处理信息反馈到USAOS系统中。

5.如权利要求1所述的利用统计建模技术实现污水的处理自动化运行系统，其特征在于，当所述数据库系统在分析时需要建立多元统计模型。