CN116298159B - 一种工业污水厂污染物溯源方法、装置、存储介质和计算机设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业污水厂污染物溯源方法、装置、存储介质和计算机设备，所述的溯源方法包括：根据污染物类型划分产污区域；并在不同产污区域污水汇流管道内的污水汇入污水厂进水管网主干管道前进行水质检测；检测的水质数据在线实时上传；若检测结果发出异常报警，则表示该产污区域存在超标污水排放。由于相似企业一般比较集中，每一片区域都有相同的主要污染物，因此可根据主要的污染物类型进行产污区域的划分，通过对汇流至污水厂进水管网主干管道内的污水进行水质在线检测，继可实时了解每片区域内的排污情况，方便对产污区域进行追溯。

Description

一种工业污水厂污染物溯源方法、装置、存储介质和计算机 设备

技术领域

本发明涉及一种工业污水厂污染物溯源方法、装置、存储介质和计算机设备，属于污水溯源技术领域。

背景技术

工业企业废水在预处理达到管网排放标准后，排放至园区工业污水厂集中处理，园区污水厂承担着将废水处理达标后排入附近水体的责任。部分工业企业的生产产品繁多，有些还可能存在季节性差异，因此下游污水厂接收的废水水质会有所波动；尤其当某些企业为了降低自身成本，偷排一些危废至排水管网时，会使下游污水厂进水污染物浓度迅速升高，严重时会使污水处理系统崩溃，出水水质超标，进而造成附近水体恶化，且下游污水处理厂将受到环保处罚。因此，进水水质经常波动的工业污水厂需要一套进水污染物溯源系统，方便及时发现水质恶化，采取相应应急措施。

最初污水厂污染物溯源的方式为人工取样，耗时耗力，且有极大的滞后性。目前，比较先进的方法是建立污染物指纹识别系统，其工作原理是不同废水由于污染物组成和浓度不同，所呈现出的三维荧光光谱也不同。不同污染源具有特异性的三维荧光光谱，可称之为污染源的水质指纹。将污水厂进水的水质指纹与污染源水质指纹数据库进行对比，可以溯源锁定具体的超标排污企业。但是，污染物指纹识别系统仍然存在一定局限性，首先，指纹识别系统需要建立工业园区的水质指纹数据库，当工业园区内企业较多、生产产品较为复杂的时候，前期取样检测分析的工作比较繁重，成本较高；其次，荧光光谱只能对有机物进行检测，对无机盐、重金属类污染物无法识别。最后，荧光光谱检测污水中的成分易受到浊度、悬浮物等的干扰，检测的准确性有待提高。

发明内容

为解决解决工业园区污水厂上游来水污染物种类繁多，指纹识别系统无法对无机物进行分析的问题；以及解决光谱仪对污水中有机物检测易受到浊度、悬浮物等干扰的问题，本发明提供一种工业污水厂污染物溯源方法、装置、存储介质和计算机设备。

本发明所采用的技术方案为：

一种工业污水厂污染物溯源方法，包括：

根据污染物类型划分产污区域；并在不同产污区域污水汇流管道内的污水汇入污水厂进水管网主干管道前进行水质检测；

检测的水质数据在线实时上传；若检测结果发出异常报警，则表示该产污区域存在超标污水排放。

优选地，在检测出超标排放的产污区域后，还进行如下步骤：

对产污区域汇流管道内的污水进行多点在线分析检测，得到对应的水质特征因子种类和实时水质特征因子浓度；

针对获取的水质特征因子种类所对应的水质特征因子浓度构建相应的矩阵M₁，并根据矩阵M₁构建某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值矩阵M₂；

设定水质特征因子浓度差值的阈值，取下限为a，上限为b，并根据上下限对差值绝对值矩阵M2中的点值进行取值；若差值绝对值矩阵M₂中的点值ΔC＜a，则ΔC＝-1；若a≤ΔC≤b，则ΔC＝0；若ΔC＞b，则ΔC＝1；其中，-1、0表示积极信号，1表示消极信号；

根据所得取值，将差值绝对值矩阵M₂转换为三值矩阵M₃；

若某一检测点位上游出现连续的积极信号，而下游出现连续的消极信号，则表示存在水质特征因子浓度低的污水入流；若某一检测点位上游出现连续的消极信号，而下游出现连续的积极信号，则表示存在水质特征因子浓度高的污水入流，以此实现对污染物的溯源。

优选地，所述的矩阵M₁表示形式为：

式中，M₁为水质特征因子浓度矩阵；T为测量时间点；T∈{1，2，...，n}；S为检测点位，单位m；S∈(1，2，...，m)。

优选地，所述的某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值表示为：

ΔC＝|C_TnSm-C_TnS(m-1)|，

式中，ΔC为某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值，单位mg/L；C_TnSm为T时刻距离S点位处的管道内污水水质特征因子浓度值，单位mg/L；C_TnS(m-1)为T时刻距离S-1点位处的管道内污水水质特征因子浓度值，单位mg/L；

优选地，所述的矩阵M₂表示形式为：

式中，M₂为某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值矩阵；D为某一时刻管道上相邻两检测点同一水质特征因子对应浓度的差值序号，D∈{1，2，...，m-1}。

优选地，所述的矩阵M₃表示形式为：

式中，

优选地，所述的水质特征因子包括污水的COD、BOD、氨氮、总磷、总氮或电导率中的一种或几种。

一种工业污水厂污染物溯源装置，包括

水质在线检测模块，用于对污水厂进水管网的主干管道以及产污区域污水汇流管道内的污水进行多点在线分析检测，得到对应的水质特征因子种类和实时水质特征因子浓度并转换为电信号进行输出；

数据采集模块，用于采集水质在线检测模块输出的电信号，并转换成水质特征因子种类数据和实时水质特征因子浓度数据并输出；

单片机，用于接收数据采集模块输出的水质特征因子种类数据和实时水质特征因子浓度数据。

一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机被处理器执行时实现上述的工业污水厂污染物溯源方法的步骤。

一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的工业污水厂污染物溯源方法的步骤。

本发明的有益效果在于：

由于相似企业一般比较集中，每一片区域都有相同的主要污染物，因此可根据主要的污染物类型进行产污区域的划分，通过对汇流至污水厂进水管网主干管道内的污水进行水质在线检测，继可实时了解每片区域内的排污情况，方便对产污区域进行追溯；为了方便对具体排污源头进行追溯，通过对产污区域汇流管道内的污水进行多点在线分析检测，得到对应的水质特征因子种类和实时水质特征因子浓度，建立并转化为相应的矩阵模型，通过模型数据即可实现对排污源头的溯源，提高了溯源的准确性。

附图说明

图1为本申请一个实施例的污染物溯源方法的流程图；

图2为工业园区内企业以及管网分布示意图；

图3为本申请一个实施例的污染源溯源装置的模块连接示意图；

其中，图中各附图标记：

1、污水处理厂，2、主干管道、3、汇流点，4、生产企业、5汇流管道；6、水质在线检测模块，7、数据采集模块，8、单片机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。

实施例

请参阅图1，其是本申请一个实施例的污染物溯源方法的流程图，包括：

S1：根据污染物类型划分产污区域；并在不同产污区域污水汇流管道5内的污水汇入污水厂进水管网主干管道2(即汇流点3)前进行水质检测。

具体来说，将工业园区内的企业4进行区域分类，请参阅图2，一般情况下，园区内相似企业4一般比较集中，每一片区域都有主要的污染物类型，大类上分为无机物和有机物两种类型，比如：当电子信息、电镀等以无机物产污类型为主的企业4的产污总水量超过区域产污量70％时定义为无机物产污区域，当石油化工、医药、印染、造纸等以有机物产污类型为主的企业4的产污总水量超过区域产污量70％时定义为有机物产污区域。当两种类型都低于70％时，定义为混合型产污区域。

然后在不同产污区域内的每条污水汇流管道5与污水处理厂1进水主干管的汇流点3前端管道上分别设置检测仪。

S2：检测的水质数据在线实时上传；若检测结果发出异常报警，则表示该产污区域存在超标污水排放。

具体来说，检测仪还均可设置为无线连接，可自动发送相关数据至用户端，并可设置超标预警提醒功能。若检测结果超标报警后，则证明对应的产污区域存在超标排放行为。

同时，在各企业4的排水口均可设置自动取样留样装置，当检测仪监测到汇流管道5内存在异常水质后，将对该采样点位对应产污区域的各企业4进行取样留样，一旦污水厂进水水质确实出现较大波动，水样将进一步送至专业检测单位检测，作为证据留存。但若污水厂进水水质在24h内未出现明显波动，污水处理系统运行正常，则水样瓶将自动将水样清空。

每个企业4排污口的自动取样留样装置有两个取样瓶，交替进行取样，互为备用。

进一步的，在检测出超标排放的产污区域后，由于每个产污区域内还存在多家企业4，因此为了找到排放污染物的具体企业4，还需进行如下步骤：

S3：对产污区域汇流管道5内的污水进行多点在线分析检测，得到对应的水质特征因子种类和实时水质特征因子浓度。

即每个产污区域内均存在一条与污水厂进水柱主干管相连的污水回流管，该产污区域内的每个企业4的排放管道均与该汇流管道5相连。由于该产污区域内的主要污染物是可知的，因此可在该产污区域内的汇流管道5上间隔设置多个检测点，在每个检测点位上设置一个或多个检测仪，具体检测污水的COD、BOD、氨氮、总磷、总氮或电导率中的一种或几种。

S4：针对获取的水质特征因子种类(污水的COD、BOD、氨氮、总磷、总氮或电导率中的一种或几种)所对应的水质特征因子浓度构建相应的矩阵M₁，并根据矩阵M₁构建某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值矩阵M₂。

其中，矩阵M₁表示形式为：

式中，M₁为水质特征因子浓度矩阵；T为测量时间点；T∈{1，2，...，n}；S为检测点位，单位m；S∈(1，2，...，m)。

某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值表示为：

ΔC＝|C_TnSm-C_TnS(m-1)|，

式中，ΔC为某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值，单位mg/L；C_TnSm为T时刻距离S点位处的管道内污水水质特征因子浓度值，单位mg/L；C_TnS(m-1)为T时刻距离S-1点位处的管道内污水水质特征因子浓度值，单位mg/L。

因此，矩阵M₂表示形式则为：

式中，M₂为某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值矩阵；D为某一时刻管道上相邻两检测点同一水质特征因子对应浓度的差值序号，D∈{1，2，...，m-1}。

S5：设定水质特征因子浓度差值的阈值，取下限为a，上限为b，单位mg/L，并根据上下限对差值绝对值矩阵M2中的点值进行取值；若差值绝对值矩阵M₂中的点值ΔC＜a，则ΔC＝-1；若a≤ΔC≤b，则ΔC＝0；若ΔC＞b，则ΔC＝1；其中，-1、0表示积极信号，1表示消极信号。

此处，阈值下限a、上限b的取值可根据该条汇流管道5污水正常汇入时，相邻两检测点位间对应的水质特征因子浓度差的平均值进行设定或该次分析检测前，前2-4次所计算得的相邻量检测点间的水质特征因子浓度差的平均值进行设定。

S6：根据所得取值(即步骤S5中ΔC的取值：-1，0，1)，将差值绝对值矩阵M₂转换为三值矩阵M₃；。

因此，矩阵M₃表示形式则为：

式中，

每个区间内，若某一检测点位上游出现连续的积极信号，而下游出现连续的消极信号，则表示存在水质特征因子浓度低的污水入流；若某一检测点位上游出现连续的消极信号，而下游出现连续的积极信号，则表示存在水质特征因子浓度高的污水入流，以此实现对污染物的溯源。通常，文中所说连续的消极或积极信号为矩阵M₃中同一行中，至少出现2-3个连续的-积极信号或消极信号。

下面以汇入污水处理厂1主干管中的其中一条汇流管道5内污水氨氮含量超标为例(＞150mg/L)进行说明。

若几片产污区域内存在一产污区域内的汇流管道5内污水氨氮含量超标(＞150mg/L)，则在该片产污区域污水汇流管道5内的污水汇入污水厂进水管网主干管道2前的水质检测点检测仪所检测的水质数据将超标，因此该检测仪会发出异常报警，传达该条汇流管道5对应的产污区域内存在超标污水排放的情况。

但由于该产污区域内可能存在多家企业4，这些企业4的排污管均匀该条汇流管道5连通；因此，需要进一步的对污染物的源头进行追溯。

此时，只需要对该产污区域内间隔一定的时间(1-3mim)进行多点在线采样分析，将所得结果以矩阵形式表示则为：

将M₄换算成以差值绝对值表示的差值绝对值矩阵M₅则为：

按稳定时氨氮浓度差值波动范围平均值，取氨氮浓度差值的阈值下限a为3，上限b为10，则将M₅转换为三值矩阵M₆则表示为：

由三值矩阵M₆可知，同一在线分析检测时间点，在连续2次积极信号后出现连续2-3次消极信号，即表示在第一个消极信号对应检测点位与上游的检测点位之间存在水质特征因子浓度高的污水入流，通过检测点位以及企业4分布图即可查得超标排污的企业4。

本申请的一个实施例还提供了一种工业污水厂污染物溯源装置，请查阅图3，包括水质在线检测模块6、数据采集模块7和单片机8，其中，

水质在线检测模块6用于对污水厂进水管网的主干管道2以及产污区域污水汇流管道5内的污水进行多点在线分析检测，得到对应的水质特征因子种类和实时水质特征因子浓度并转换为电信号进行输出；数据采集模块7用于采集水质在线检测模块6输出的电信号，并转换成水质特征因子种类数据和实时水质特征因子浓度数据并输出；单片机8用于接收数据采集模块7输出的水质特征因子种类数据和实时水质特征因子浓度数据。

本申请的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机被处理器执行时实现上述的工业污水厂污染物溯源方法的步骤。

本申请的一个实施例还提供了一种计算机设备，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的工业污水厂污染物溯源方法的步骤。

以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种工业污水厂污染物溯源方法，其特征在于，包括：

根据污染物类型划分产污区域；并在不同产污区域污水汇流管道内的污水汇入污水厂进水管网主干管道前进行水质检测；

检测的水质数据在线实时上传；若检测结果发出异常报警，则表示该产污区域存在超标污水排放；

在检测出超标排放的产污区域后，还进行如下步骤：

对产污区域汇流管道内的污水进行多点在线分析检测，得到对应的水质特征因子种类和实时水质特征因子浓度；

针对获取的水质特征因子种类所对应的水质特征因子浓度构建相应的矩阵M₁，并根据矩阵M₁构建某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值矩阵M₂；

设定水质特征因子浓度差值的阈值，取下限为a，上限为b，并根据上下限对差值绝对值矩阵M2中的点值进行取值；若差值绝对值矩阵M2中的点值ΔC＜a，则ΔC＝-1；若a≤ΔC≤b，则ΔC＝0；若ΔC＞b，则ΔC＝1；其中，-1、0表示积极信号，1表示消极信号；

根据所得取值，将差值绝对值矩阵M₂转换为三值矩阵M₃；

若某一检测点位上游出现连续的积极信号，而下游出现连续的消极信号，则表示存在水质特征因子浓度低的污水入流；若某一检测点位上游出现连续的消极信号，而下游出现连续的积极信号，则表示存在水质特征因子浓度高的污水入流，以此实现对污染物的溯源。

2.根据权利要求1所述的溯源方法，其特征在于，所述的矩阵M₁表示形式为：

式中，M₁为水质特征因子浓度矩阵；T为测量时间点；T∈{1，2，...，n}；S为检测点位，单位m；S∈(1，2，...，m)。

3.根据权利要求2所述的溯源方法，其特征在于，所述的某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值表示为：

ΔC＝|C_TnSm-C_TnS(m-1)|，

式中，ΔC为某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值，单位mg/L；C_TnSm为T时刻距离S点位处的管道内污水水质特征因子浓度值，单位mg/L；C_TnS(m-1)为T时刻距离S-1点位处的管道内污水水质特征因子浓度值，单位mg/L。

4.根据权利要求3所述的溯源方法，其特征在于，所述的矩阵M₂表示形式为：

式中，M₂为某一时刻管道上相邻两检测点且同一水质特征因子对应浓度的差值绝对值矩阵；D为某一时刻管道上相邻两检测点同一水质特征因子对应浓度的差值序号，D∈{1，2，...，m-1}。

5.根据权利要求3所述的溯源方法，其特征在于，所述的矩阵M₃表示形式为：

式中，

6.根据权利要求1所述的溯源方法，其特征在于，所述的水质特征因子包括污水的COD、BOD、氨氮、总磷、总氮或电导率中的一种或几种。

7.一种基于权利要求1-6任一所述的工业污水厂污染物溯源方法的溯源装置，其特征在于，包括：

水质在线检测模块，用于对污水厂进水管网的主干管道以及产污区域污水汇流管道内的污水进行多点在线分析检测，得到对应的水质特征因子种类和实时水质特征因子浓度并转换为电信号进行输出；

数据采集模块，用于采集水质在线检测模块输出的电信号，并转换成水质特征因子种类数据和实时水质特征因子浓度数据并输出；

单片机，用于接收数据采集模块输出的水质特征因子种类数据和实时水质特征因子浓度数据。

8.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的工业污水厂污染物溯源方法的步骤。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括储存器、处理器以及储存在所述储存器中并可被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的工业污水厂污染物溯源方法的步骤。