【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种污水处理厂sbr反应器污泥膨胀早期预警装置和方法，属于污水处理优化运行领域。
技术介绍
1、当前国内的污水处理厂大部分采用活性污泥法来处理污水，这种生物处理技术以其廉价、稳定高效的优点受到人们广泛的关注。但使用该方法处理污水时污泥膨胀的发生率较高。污泥膨胀是生化处理系统较为严重的异常现象之一，其发生率高、范围广，且抑制难度大，严重时造成出水水质变差、沉降性能恶化、污泥流失，甚至会导致整个污水处理系统崩溃。在污水处理过程中，及时识别污泥膨胀的发生是对污泥膨胀实施抑制的前提。因此，寻求有效方法对污泥膨胀进行早期预警与抑制具有重要意义。
2、目前，已经开发出多种预防和控制污泥膨胀发生的方法。常规指标的监测如溶解氧、ph值、温度、出水水质，对污水处理厂活性污泥膨胀的预警以及及时防范提供了依据，但是人工检测工作繁杂、耗时大，且具有一定的滞后性。通过测定污泥沉降比(sludgesettling velocity,sv)与污泥体积指数(sludge volume index,svi)来判断污泥沉降性，测定过程往往费时费力。且svi仅能反映30min后活性污泥沉降特征，忽视了对污泥沉降性能的过程监测。基于显微镜图像信息的识别方法在一定情况下能够识别污泥膨胀，但该方法对操作者和设备本身的依赖程度高、操作复杂、且不具备在线识别的能力。基于机理和数据驱动模型的污泥膨胀预测方法，能够实现对污泥膨胀的准确描述和检测，但由于污泥膨胀问题的复杂非线性，对数据依赖性大，适应性差，响应时间慢。尽管对污泥膨胀早期预警及控制的研究众多，
3、随着信息化时代的到来，人工智能领域正快速发展，图像识别技术作为其重要分支，正逐渐与污水处理领域产生交叉融合。进一步推进“智慧水务”在污水处理厂中的应用，实现污水处理厂智能控制，提高污水处理厂处理能力与管理效率。计算机视觉作为一种新兴技术，可以实现自动化分析和处理图像，提高工作效率和减少劳动力成本，近年来在污水处理监测系统中被广泛应用。
4、开发基于计算机视觉技术的污泥膨胀早期预警装置及方法，可以代替运维人员日常巡视，实现无人化管理。在污泥即将膨胀时系统报警，对图像信息与常规数据进行综合分析，给出运行调控建议，以快速、高效地解决污泥膨胀问题，降低污泥膨胀恢复难度，做到“早发现、早介入”。同时使用低成本的摄像头实现污水处理厂的过程监测，对提升污水处理厂的监测水平和运行稳定性有着重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种基于计算机视觉技术的sbr反应器污泥膨胀早期预警装置和方法，污泥在线预警系统包括污泥表观图像的模型预警和对污泥沉降曲线的信息提取。两种方法综合判断可以全面反映污泥的沉降性能，对污泥膨胀早期特征进行精准识别。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术以传统活性污泥法为基础，开发了一种新型污泥膨胀早期预警系统，本系统通过在sbr反应器中安装显示器(1)、工控机(2)、报警器(3)、数据传输线(4)、俯视近红外/可见光双目摄像头(5)、侧视近红外/可见光双目摄像头(6)、伸缩支架(7)、三脚架(8)、led补光灯(9)、发光标尺(10)、ph探头(11)、溶解氧探头(12)、cod探头(13)、光伏电池板(14)、蓄电池(15)等硬件实现数据的实时采集、处理和图形化呈现，最终实现对污水厂污泥膨胀早期的实时预警与优化控制。
4、如图1所示为装置示意图，本装置根据功能分为三大模块，包括图像采集模块、数据传输与处理模块、数据可视化与报警模块。
5、1、图像采集模块：
6、(1)为实时监测sbr反应器污泥是否即将膨胀，在sbr反应器顶部安装用于采集污泥表观图像的俯视近红外/可见光双目摄像头(5)，使用工控机(2)发出指令，调用俯视近红外/可见光双目摄像头(5)高频率地采集sbr反应器好氧、缺氧及沉淀阶段的污泥表观图像，可根据光线条件选择是否开启led补光灯(9)。
7、(2)为实时监测sbr反应器污泥的沉降性能，在sbr反应器内部安装发光标尺(10)用于计量泥水分界面的位置，侧面安装用于采集污泥沉降图像的侧视近红外/可见光双目摄像头(6)，使用工控机(2)发出指令，调用侧视近红外/可见光双目摄像头(6)采集sbr反应器沉淀阶段的污泥沉降图像。
8、2、数据传输与处理模块：
9、数据传输与处理模块包括工控机(2)、数据传输线(4)、ph探头(11)、溶解氧探头(12)和cod探头(13)。利用数据传输线(4)分别将俯视近红外/可见光双目摄像头(5)采集的污泥表观图像和侧视近红外/可见光双目摄像头(6)采集的污泥沉降图像传输到工控机(2)。同时，工控机(2)与报警器(3)、led补光灯(9)、ph探头(11)、溶解氧探头(12)和cod探头(13)连接，实现对各设备控制的同时获取实时数据。其中，ph探头(11)、溶解氧探头(12)和cod探头(13)用于获取反应器运行参数，作为常规检测参数的输入。
10、(1)污泥表观图像的识别：利用俯视近红外/可见光双目摄像头(5)采集sbr反应器内污泥的表观图像，使用工控机(2)预装的python软件中负责图像处理的opencv模块对采集的污泥表观图像进行预处理。首先，将非主要区域进行裁剪及图像特征增强处理，利用计算机视觉技术对好氧、缺氧及沉淀阶段的污泥表观图像进行特征提取，包括颜色、线条、轮廓或更抽象的高级语义特征，并测试模型识别的准确率；其次，调用预先构建的污泥膨胀早期预警模型对反应器内污泥的表观图像进行识别；最终，将识别结果与正常状态对比，判断sbr反应器是否即将膨胀，进而对即将发生污泥膨胀的系统进行实时报警。此外，模型还能实现对svi的范围预测。
11、(2)污泥沉降图像的识别：利用侧视近红外/可见光双目摄像头(6)采集sbr反应器沉淀阶段的污泥沉降图像，使用工控机(2)预装的python软件中负责图像处理的opencv模块对采集的污泥沉降图像进行双边滤波、直方图均衡化、大津算法二值化等图像预处理完成图像降噪，改善图片质量；然后通过连通区域标记法对图像进行精细化处理，识别泥水分界面，实时生成污泥沉降曲线和污泥沉降速率曲线；最终，通过工控机(2)对沉降曲线进行信息提取，进而判断sbr反应器中污泥的沉降性能，对即将发生污泥膨胀的系统进行实时报警。
12、3、数据可视化与报警模块：
13、数据可视化与报警模块包括电子显示器(1)和报警器(3)。污泥数据的最终处理结果以用户界面的形式呈现在显示器(1)上，实时显示sbr反应器的污泥膨胀状态、污泥沉降性能和基本运行参数。根据污泥膨胀早期表观图像和沉降曲线的图像特征，报警器(3)在污泥即将膨胀时发出报警，提醒运维人员及时介入。同时，工控机(2)结合污水处理先验知识对ph探头(11)、溶解氧探头(12)和cod探头(13)数据进行综合分析，对污泥即将膨胀原因进行初本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于计算机视觉的SBR反应器污泥膨胀早期预警装置，其特征在于
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种基于计算机视觉的sbr反应器污泥膨胀早期预警装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，高瑜，张雨，杨博文，李佳诚，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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