【技术实现步骤摘要】
一种基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台
[0001]本专利技术涉及污水处理厂的智能运行和管控领域，具体涉及一种基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台。
技术介绍
[0002]城市排水中的污水处理是指为改变污水性质，使其对环境水域不产生危害而采取的措施。城市污水处理一般分为三级：一级处理，系应用物理处理法去除污水中不溶解的污染物和寄生虫卵；二级处理，系应用生物处理法将污水中各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质；三级处理，系应用化学沉淀法、生物化学法、物理化学法等，去除污水中的磷、氮、难降解的有机物、无机盐等。
[0003]城市污水主要污染物是易降解有机物，所以绝大多数城市污水处理厂都采用好氧生物处理法。但是现有的污水处理厂无基于数学模型和大数据的分析管控平台，所有的工艺调整依靠厂长的经验进行，在运行过程中，厂长经验显得尤为重要。且在运行过程中不具备快速分析出生产所需的最佳运行区间的能力，污水在处理过程中，受到一些外界因素影响，如污水本身的温度、污水中的固态杂质含量等都会对污水处理的效率以及效果产生影响，靠厂长经验直接进行污水处理的工艺控制，处理效率与处理效果都不高。由于污水处理系统是一个典型的非线性、多变量、非稳定的时变系统，它包含多种工艺单元，反应机理复杂，存在许多干扰因素和不确定性因素；此外，污水处理厂的运行还涉及到大量的仪器仪表、设备设施和监控系统。污水处理厂是一个庞大而复杂的系统，因此常常面临运行效率低、运营成本高和出水水质难以持续稳定达标等问题。
技术实现思路
[0004]...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台，包括工艺仿真，其特征在于，包括：污水处理厂数据管理模块，用于对现场设备及传感器数据进行采集，然后通过对数据进行重新审查和校验的过程，删除重复信息、纠正存在的错误，利用如数理统计、数据挖掘或预定义的清理规则将脏数据转化为满足数据质量要求的数据；污水处理厂生产过程虚拟仿真模块，建立动态数学模型对污水处理厂的各种工艺过程和构造进行模拟，将每个反应器看成n个完全混合反应器进行编程，按照流量的物料平衡即实际进水量等于出水流量，与质量平衡即变化量＝输入量
‑
输出量+反应量，求解模拟各反应器的出水流量与浓度，在一定时间范围内,通过边界条件对所有组分的浓度方程与流量方程进行时间的求导，得到对应时间内每一组分的出水浓度与出水流量。2.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台，其特征在于：仿真模拟污水厂反应池出水流量与浓度时所采用的基本计算通式为于：仿真模拟污水厂反应池出水流量与浓度时所采用的基本计算通式为式中Qk、Ck，i分别表示第k个反应池的出水流量与水质参数i的浓度，Q0、C0,i分别表示该工艺中原始污水的流量与水质参数浓度，fk表示原始污水分流到反应池k的分流比，Qr、Cn+1,i分别表示二沉池的底部污泥回流量与水质参数i的浓度，rk表示二沉池污泥回流中分流到反应器k的分流比，Ql,k表示从第l池流入k池的混合液流量，Cl,i表示第l反应池的水质参数i的浓度。3.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台，其特征在于：建立多组所述动态数学模型，描述污水处理过程中的普通异养菌、氨氧化菌、或/和亚硝酸盐氧化菌以及作用于这些组分的物理、化学和生物反应过程，并集成了厌氧硝化模型、pH平衡、气体转移和化学沉淀等模型。4.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台，其特征在于，还包括：污水处理厂图形化建模工具模块，作用是提供操作灵活、界面开放的污水处理厂图形仿真模拟系统，对污水处理厂的各种工艺过程和构造进行建模与模拟，辅助污水处理厂过程设计，协助污水处理厂运营管理，支持污水处理厂过程优化以及实现污水处理厂过程自动化；污水处理厂虚拟现实模块，作用是利用数字化技术营造的与现实污水处理厂对称的数字化镜像，将现实世界中复杂的设计，生产制造和运营维护转换成在虚拟世界相对低成本的数字化信息进行协同及模型优化，并给予现实世界多种方案和选择；通过虚拟现实的虚实连接，数据的不断迭代，模型的不断优化，进而获得最优的解决方案；污水处理厂智能维护、维修模块，作用是在维修过程及维修管理的各个环节中，以计算机为工具，并借助人工智能技术来模拟人类专家智能即分析、判断、推理、构思、决策的各种维修和管理；
污水处理厂安全管控模块，作用是对污水处理厂的安全工作进行管理,从而实现管理标准化、现场标准化和操作标准化,做到安全生产、文明生产,减少重大伤亡事故的发生率；污水处理厂操作模拟系统，作用是协助污水处理厂进行日常运营管理，对各种干扰因素产生的影响进行预报和预测，从而制定应急预案；污水处理厂模型预测控制系统，作用是与第三方应用程序无缝集成，实现污水处理厂过程自动化、实时在线控制和稳定出水水质；污水处理系统运行优化模块，包括基于活性污泥数学模型ASM、构建和模拟污水处理工艺的生化单元模型，构建和模拟各类控制过程的控制器，用于控制和设定不同过程的时间的定时器，估算曝气、回流或/和污泥处置费用的成本计算模型，自定义计算各种过程变量的过程计算器；脱泥优化模块，作用是优化污水处理系统中的排泥过程；厌氧硝化共生优化模块，作用是计算预测厌氧消化的过程中微生物间的相互关系，即严格的互营共生关系，揭示厌氧消化过程的本质，优化生产参数；离线仿真、边缘计算模块，作用是在本地处理上配备算力，解决在资源存储、计算性能以及能效方面存在的不足的问题。自动闭环控制模块，把输出量直接或间接地反馈到输入端构成闭环，实现自动控制；自适应控制模块，完成自动调参和对复杂变量的自动适应；污水处理厂预测性维护设备管理系统，作用是资产库维护，设备健康分析，预防性维护分析，设备结构编码及维护手册关联，3D视图，维护工单关联；污水处理厂远程专家协同系统，实现实时在线协同、论坛交流、在线培训；污水处理厂其他服务系统，包括移动端应用程序、网络安全管控、应用二次开发。5.根据权利要求4所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台，其特征在于，所述污水处理厂数据管理模块包含以下子模块：物联网数据采集子模块，通过传感器对设备开关、模拟量、数字量数据进行采集；数据标准化子模块，使用直线型方法、折线型方法或/和曲线型方法将数据按比例缩放，使之落入一个小的特定区间；一级存储，进行会话级别的数据缓存；数据统计分析子模块，用统计分析方法对收集来的污水处理过程中的大量数据进行分析，提取有用信息和形成结论，对数据加以详细研究和用数学公式进行概括总结；工业逻辑分析子模块，将原来由一个师傅掌握生产经验，然后教给徒弟的过程通过机器能识别的标准化以及规范化动作迁移至污水处理智能分析、管控平台的过程，来不断提高平台在处理经验问题的准确度和命中率；离散数据分析子模块，对连续型变量如污水处理过程中的频数分析，集中趋势分析得到均值、众数或/和中位数，离散程度分析得到标准差、方差、最大值、最小值或/和范围，消除空值、重复值、缺失值、波动太大、不同数据源获取的数据矛盾，数据与常识或经验矛盾，使得建立的数学模型更贴近污水处理厂现场情况；传感器数据清洗与管理子模块，将传感器探测到的数据进行
①
加权平滑：平滑和均衡传感器数据，减小偶然数据突变的影响；
②
抽取突变：去除静态和缓慢变化的数据背景，强调瞬间变化；
③
简单移动平均线：保留数据流最近的多个数据，取平均值；使得数据中的噪
音更小，降低噪音至污水处理数学模型能接受的水平；数据可靠性分析子模块，通过传回的数据以及出水水质预测的数学模型，研究导致污水处理厂生产过程红薄弱环节的内因和外因，找出规律，给出改进措施和改进后对系统可靠性的影响。6.根据权利要求4所述的基于污水处理厂的大数据智能分析数字管控平台，其特征在于，所述污水处理厂图形化建模工具模块包括如下子模块：嵌入式可调参数工艺单元模型子模块，对新建污水处理厂进行工艺参数设计，对已建污水处理厂的改扩建方案进行分析和评估；图形用户接口...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宏扬，李淦，李亮，舒峰，余洪征，蒋宇亮，
申请(专利权)人：成都蓉联高科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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