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污水處理廠智能運營系統的研究開發
更新時間:2018-06-28 來源:開天源水務信息化 作者:趙令

  1、概述

  污水處理廠主要是以微生物處理工藝為主,其生化處理過程復雜,針對不斷變化的污水水質,處理水質也具有極大的不確定性,而目前常規的監控手段還是以人工經驗為主,結合手動或遠控方式進行操作,在運行中出現問題也往往是按照“出現問題-反饋問題-解決問題”的過程。造成目前污水處理中普遍存在現場控制回路簡單、信息滯后、數據管理凌亂、節能降耗意識和手段缺失、水質預測困難等問題。

  針對這些問題,特對需要對污水處理過程進行綜合的重新設計,按模塊功能進行分類設計,最終實現從硬件到軟件平臺的智能化整體解決方案。

  2、研究開發步驟和內容

  2.1數據展示

  (1)運營畫面優化。為了提高第一觀感和易讀性,在畫面開發的過程中,采用3D高清的立體模型結構圖。對主要的構筑物、設備進行簡單直觀的3D模型的開發。3D模型具備動態數據顯示功能,同時可進行視角的實時切換。同時滿足了SCADA系統巡視和移動APP發布查看等要求。

  (2)引入建筑信息模型概念。建立構建筑物、工藝管線、電氣設備的綜合模型,并以擴建和升級改造工程建設為契機、相結合,實現污水廠建設運行基礎資料的大數據管理模式。

  2.2數據加工

  采樣過程中,由于會出現測定誤差、信號丟失、傳感器失靈等各種因素,造成記錄信息中混有各種虛假信號。同時污水處理廠日常工作中,普遍存在對外報出數據填報量大的問題。一般會出現延誤填報、數據不統一的問題。在以下幾個方面做出改進。

  2.2.1數據檢測

  對異常數據進行檢測和修正。途徑是根據規則和統計分析方法。主要是通過定義基準-監控比較-偏差大時觸發檢測-考慮其他相關變量(多變量分析)-確定數據準確性。數據檢測作為專家系統的一個分支,提供對化驗、在線儀表數據可靠性的智能化分析。

  2.2.2數據統一規范性

  將中控報表數據、化驗室數據、生產消耗人工錄入數據三方面結合,匯總進入統一數據管理系統,由專人負責數據統一規范性,負責對外數據。

  2.2.3數據接口對接

  開發了數據審核、網頁自動填報等功能,滿足提高效率的要求。具備報表自組功能,使污水處理廠在面臨格式報表變更時能夠及時調整。

  2.3數據分析

  (1)績效評估模型:以行業要求為基礎,將績效評估分析模型數字化。

  (2)加工后的數據作為水質調整決策的重要依據,與專家系統和BP神經網絡共享數據。

  (3)利用大數據分析方法,開發專家系統,結合給出優化控制方案,根據經驗和水處理模型理論實現工藝調整大方向上的決策,實現對現場工藝、能耗、設備管理的智能化控制。按照控制層級(現場級、中控級、公司級)、工藝區域分步實施智能化算法的開發。

  (4)專家系統:開發了一個適應于本廠的智能化程序,結合理論參數的對匯總的數據進行統計、加工和學習,通過辨別問題,提出預報和警報,并自動歸類,從而建立適應于本廠的知識庫。

  專家系統用到的基礎和數據如下:定量數據包括各類流量、溫度、DO、pH、ORP;化學和物理指標包括進、出水及中間過程和污泥處理的所有相關指標數據;通過計算得到的數據包括SRT、HRT、SVI、F/M、不同物質的去除率、氨氮負荷、硝化速率、反硝化速率等;定性數據包括污泥絮體結構、絲狀菌數量、污泥鏡檢微生物各種類數量、污泥沉降性、二沉池泥層高度、二沉池出水清澈度、污泥沉降上清液觀測、污泥是否有氣泡和上浮;設備數據包括資產名稱、資產編號、設備序號、使用單位、原值、數量、單位、放置位置、規格型號、操作(設備卡片)、運行臺時、故障臺時、配件信息、維護保養計劃、養護智能提醒、養護執行情況等。

  (5)專家系統用途主要有:通過現場智能優化控制參數傳遞,實現了污水流量智能優化控制;生物處理中硝化反應過程、反硝化反應過程、高負荷情況下的工藝調整、低負荷下的工藝調整、污泥膨脹的檢測控制、污泥中毒的檢測控制、污泥物料平衡控制;設備、儀表故障缺陷自診斷分析;單路停電自恢復。應用方式針對各類控制策略建立分級、分區域的專家子系統。通過參數傳遞實現分級控制,通過分區域的智能化控制建立綜合控制程序。

  (6)BP神經網絡控制。在基礎數據基礎上,引入BP神經網絡可以實現對控制參數的精確調控。BP神經網絡適用于難以用一般數學模型描述的高度非線性過程。利用其自適應性,通過專家系統輸入-輸出數據對的導入訓練,使其具備預測功能。其實現了最優成本下的水質保證。主要是在現有運營基礎上,將水量、電耗、藥劑等運行成本進行綜合分析,建立動態成本評測和控制模型。

  2.4現場智能優化控制

  2.4.1水力控制

  水力干擾是污水處理中影響出水的重要因素。較少的進水流量變化,可以降低對污水處理系統的沖擊,減少大幅調整的發生次數。

  2.4.2廠內回流影響控制

  污水處理廠采用智能化控制后,單元的操作考慮了對其他單元對其的影響。例如以下幾個影響因素:

  (1)污泥外回流滯后的緩慢自動調整,穩定了二沉池SS濃度增加。

  (2)綜合考慮了回流量變化對缺氧區DO影響。提前進行精確曝氣系統的調整。

  (3)消化池上清液的排放盡量避免與進水高峰重合。

  (4)匹配處理泥量、泥質,防止污泥排放對污泥處理單元產生沖擊。

  (5)自動進行水量核算并對水量異常單元進行預警,防止進出水量差距過大。

  3、問題及結論

  本系統的開發研究提高了污水處理廠的工藝穩定性,提高節能降耗水平。實現綜合優化管理,有效提高運行管理水平。

  但也存在一些問題,如缺乏工程階段的頂層設計:設計之初沒有詳細的參數自動控制策略;對操作人員的水平要求高,現場人員亟待深入培訓等。

  綜上,以水處理工藝和大數據智能化分析為方法,提升現有自控方式,實現污水廠復雜的工藝過程的智能化處理,達到處理過程的的低能耗、高穩定性、低產量的目標。是污水處理廠智能化發展的必然趨勢。

來源:開天源水務信息化

編輯:王文靜、于存杰 

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