大數(shù)據(jù)技術(shù)在污水處理運營中的應(yīng)用論文

時間：2024-09-23 04:45:20 其他類論文我要投稿

　　內(nèi)容摘要：“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟模式的大量應(yīng)用，促使著大數(shù)據(jù)技術(shù)在各個行業(yè)的開發(fā)利用。其中大數(shù)據(jù)在污水處理運營中的實際運用不僅促進污水處理領(lǐng)域的自動化和智能化發(fā)展，也實現(xiàn)了污水處理工藝參數(shù)的在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)實時采集和傳輸以及故障報警等功能，并為企業(yè)提高污水處理質(zhì)量、降低能源損耗和污水處理運營成本提供強有力的支持。但如何保證大數(shù)據(jù)在污水處理運營中的合理化運用是目前研究的難點問題。本文主要闡述了污水處理運營過程中大數(shù)據(jù)的特點，并對大數(shù)據(jù)在污水處理運營過程的實際應(yīng)用以及存在問題進行合理分析，以期為大數(shù)據(jù)在污水處理運營中的合理運用提供一定的參考意見。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在污水處理運營中的應(yīng)用論文

　　關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);污水處理;模型;檢測

　　一、污水處理運營過程中大數(shù)據(jù)的特點

　　(一)大數(shù)據(jù)的基本特征。大數(shù)據(jù)通常是指數(shù)據(jù)數(shù)量巨大到常用軟件不能及時有效處理分析以及管理的信息集合，其是大量數(shù)據(jù)收集、存儲、分析、管理、挖掘與運用的新技術(shù)體系。大數(shù)據(jù)的特征可以歸納為以下四點:一是數(shù)據(jù)量巨大，這是大數(shù)據(jù)的基本屬性和特征，該特征不僅表現(xiàn)為數(shù)據(jù)自身的大小，同時也說明處理數(shù)據(jù)的方式由傳統(tǒng)的單一個體處理轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾降脑破脚_處理。二是數(shù)據(jù)具有多樣性，這是大數(shù)據(jù)的重要特性之一，具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)種類復(fù)雜多樣。這種多樣性可從多方面、多角度解釋事物屬性，同時也可保證數(shù)據(jù)的準確性和精度。三是數(shù)據(jù)處理速度快，這是大數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)海量數(shù)據(jù)處理的重要區(qū)別。這是由于相關(guān)技術(shù)支持，使得大數(shù)據(jù)處理速度快，可以快速對數(shù)據(jù)進行有效分析。四是單一數(shù)據(jù)價值低，這是大數(shù)據(jù)的基本特征。為了得到事物更多的細節(jié)，通常需要采集大量的原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的單獨個體價值低，但整體數(shù)據(jù)的價值高。

　　(二)污水處理運營過程中大數(shù)據(jù)的特點。污水處理過程是一個較為復(fù)雜的工程，與其他金融、電力和生物等領(lǐng)域相比，大數(shù)據(jù)應(yīng)用具有不同的特點。其特點可以歸納為以下五點:一是數(shù)據(jù)量大且耦合性強，通常使用計算機系統(tǒng)對污水處理運營狀態(tài)進行監(jiān)控，需定時采集系統(tǒng)的變量以及各設(shè)備狀態(tài)，保證正常的系統(tǒng)狀態(tài)顯示和控制。同時也需要大量的重復(fù)性和冗余數(shù)據(jù)測量，長期進行測量使得這些數(shù)據(jù)的數(shù)量相當巨大。同時污水處理的正常運營狀態(tài)需要許多變量進行相互協(xié)調(diào)作用，各變量間的耦合性較強并具有非線性關(guān)系。二是干擾因素多，不確定性大。污水處理運營過程中，其工作環(huán)境較為復(fù)雜，常受到電、磁、噪聲等多因素干擾，會導致整個運營系統(tǒng)存在著不確定性，進而導致相應(yīng)的數(shù)據(jù)易受污染。三是動態(tài)性和類型多樣性，污水處理運營系統(tǒng)的各種變量的數(shù)值是實時變化的，這是系統(tǒng)的動態(tài)平衡的具體表現(xiàn)。通過系統(tǒng)變量數(shù)值的變化監(jiān)控可以有效預(yù)測系統(tǒng)的運營狀態(tài)和變化趨勢［1］。而采集的數(shù)據(jù)類型具有多樣性，如數(shù)值型、非數(shù)值型和邏輯型等。四是多時標性和不完整性，這是由于整個運營系統(tǒng)的復(fù)雜性使得各種變量的變化程度和快慢存在差異，導致采集信號的頻率不同，進而造成數(shù)據(jù)采集時間的不同步性。在數(shù)據(jù)記錄過程中，這種多時標性和不完整性可能引起部分數(shù)據(jù)丟失，導致數(shù)據(jù)的不完整。五是多模態(tài)性，數(shù)據(jù)是系統(tǒng)狀態(tài)變化的重要體現(xiàn)，而污水處理運營系統(tǒng)包括正常運營狀態(tài)、各種異常狀態(tài)和故障狀態(tài)的數(shù)據(jù)，這些狀態(tài)數(shù)據(jù)是污水處理正常運營系統(tǒng)的重要保障之一［2］。同時污水處理過程中，也需對進出水水質(zhì)指標、能耗以及環(huán)境影響等參數(shù)進行大數(shù)據(jù)收集，而這些指標中，一些指標的分析周期較長，如BOD5，其采集的數(shù)據(jù)量較少，需要較長時間進行積累。

　　二、大數(shù)據(jù)在污水處理運營過程中的實際應(yīng)用

　　(一)大數(shù)據(jù)污水處理模型。污水處理系統(tǒng)具有高度非線性和時變性，其復(fù)雜程度超出正常人類的直覺范圍，而數(shù)學模型的使用雖然不具備嚴格的科學性，卻是污水處理較為有效的方法。而數(shù)學模型的建立需要大數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)，而大數(shù)據(jù)的巨大數(shù)據(jù)量、種類多樣性可以有效保證合理化數(shù)學模型的實際應(yīng)用。大數(shù)據(jù)對污水處理模型的作用可以表現(xiàn)為以下兩點:一是數(shù)據(jù)篩選功能，污水處理模型作為污水處理過程的相關(guān)體現(xiàn)，可有效描述和預(yù)測污水處理的具體現(xiàn)象，可通過大數(shù)據(jù)對進水水質(zhì)多樣性和流量的波動性進行有效篩選，進而實現(xiàn)對污水處理模型的簡化和優(yōu)化處理。而常用的污水處理模型主要包括機理模型和黑箱模型兩類，其中機理模型，也稱白箱模型，其主要建立在物料平衡微分方程組的基礎(chǔ)上。而黑箱模型則主要考慮污水處理輸入和輸出的對應(yīng)關(guān)系，并隔離物理、化學或生物過程等因素影響。二是模型優(yōu)化校核方法，大數(shù)據(jù)可用于對污水處理過程模型進行數(shù)學優(yōu)化校核方法，同時利用大數(shù)據(jù)種類的多樣性特點，其也可應(yīng)用于過程經(jīng)驗?zāi)Ｐ托：朔椒�，根�?jù)BIOMATH準則、STOWA準則、HSG準則和WEＲF準則的相關(guān)要求，對被校核模型進行穩(wěn)態(tài)和動態(tài)校核［3］。

　　(二)大數(shù)據(jù)污水處理仿真系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)的建立需要Simulink軟件實現(xiàn)相應(yīng)模型的轉(zhuǎn)換，并利用Borland軟件開發(fā)相應(yīng)的上位系統(tǒng)，再通過UML設(shè)計思想完成系統(tǒng)需求分析與設(shè)計。而仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)是大量的原始數(shù)據(jù)建立的合理化數(shù)學模型。通過大數(shù)據(jù)和數(shù)學模型的聯(lián)合應(yīng)用可以建立大數(shù)據(jù)污水處理仿真系統(tǒng)，其優(yōu)勢可以體現(xiàn)在以下幾個方面:一是通過仿真系統(tǒng)計算分析可節(jié)省污水處理項目的投資成本和設(shè)備運行費用。二是仿真系統(tǒng)可以對系統(tǒng)運營狀態(tài)進行模擬和預(yù)測，對不同的控制工藝進行優(yōu)化，從而有效提高污水處理效率。三是對污水處理建筑物和設(shè)備等尺寸以及整個系統(tǒng)的能耗進行優(yōu)化設(shè)計，保證整個系統(tǒng)的環(huán)境效益。四是通過仿真系統(tǒng)實際模擬污水處理工藝的相關(guān)操作流程，可用于污水處理工作人員的專業(yè)培訓。大數(shù)據(jù)主要用于污水處理仿真系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)庫、控制數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立。其中仿真數(shù)據(jù)庫主要是各種進出水指標�？刂茢�(shù)據(jù)庫包括實驗名稱、時間和內(nèi)容等信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫記錄實驗設(shè)備信息，信號通道和相關(guān)信息技術(shù)等信息。同時這種大數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)具體可應(yīng)用于污水量的非線性動力學分析和短時預(yù)測，污水處理異常征兆模式研究以及活性污泥工藝優(yōu)化設(shè)計等方面。

　　(三)大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺。大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺主要使用遠程數(shù)據(jù)采集裝置對污水處理運營系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行實時采集和傳輸，并通過數(shù)據(jù)匯集傳輸設(shè)備實現(xiàn)實時上傳到管理云平臺，其中使用的遠程數(shù)據(jù)采集裝置主要是工業(yè)標準在線傳感器以及工業(yè)無線傳感器。大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺包括多種數(shù)據(jù)分析處理模型，可對污水處理系統(tǒng)制定相應(yīng)的指標限值和超標處理方案。該平臺還可對上傳的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行自動分類、匯總、比較和分析，從而得到分析結(jié)果并傳送給運營企業(yè)客戶端，實現(xiàn)污水處理狀態(tài)的實時監(jiān)控管理。當管理云平臺發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異�；虺鲋笜讼拗禃r，該平臺會自動報警并將相關(guān)信息及時反饋給相關(guān)部門報備，同時管理云平臺根據(jù)異常處理或超標處理方案遠程指導工作人員進行相應(yīng)的操作，保證問題處理的時效性。管理云平臺可通過大數(shù)據(jù)計算分析得到污水處理的最佳工藝運行控制參數(shù)，保證系統(tǒng)實時處于最優(yōu)工況，進而提高污水處理效率。河南大河工業(yè)水處理大數(shù)據(jù)云平臺是目前應(yīng)用較好的大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺之一，其可以提高污水綜合利用率，降低故障停機頻次，提高相關(guān)設(shè)備的安全可靠運行。同時其可有效降低人工成本30%以上，并減少藥劑、耗材等材料費用20%～30%，實現(xiàn)整體運營成本降低30%以上。鄉(xiāng)村水處理集中運維管控云平臺主要服務(wù)于各類鄉(xiāng)村污水處理廠，其可以實現(xiàn)對鄉(xiāng)村污水處理設(shè)備的遠程監(jiān)控、移動巡檢管理和故障報警等云服務(wù)，該平臺既可以有效采集鄉(xiāng)村污水處理的大數(shù)據(jù)，也為鄉(xiāng)村污水處理的工藝選擇、條件優(yōu)化和設(shè)備篩選提供必要的數(shù)據(jù)支持。

　　三、污水處理中大數(shù)據(jù)應(yīng)用存在的問題

　　從大數(shù)據(jù)在污水處理運營過程的實際應(yīng)用情況來看，在污水處理運營過程中，大數(shù)據(jù)應(yīng)用可有效降低人工勞動強度和整個系統(tǒng)的運營成本，促進污水處理效率提高以及保證污水處理質(zhì)量，但是大數(shù)據(jù)實際應(yīng)用存在某些問題也在一定程度上限制著其大規(guī)模應(yīng)用。一是信息安全性問題，大數(shù)據(jù)的實際使用過程中，需將污水處理數(shù)據(jù)傳送給相關(guān)的用戶、軟件以及各種設(shè)備，在這個過程中易造成關(guān)鍵技術(shù)信息的泄露，特別是大量未授權(quán)用戶使用大數(shù)據(jù)信息。二是數(shù)據(jù)完整性問題，在污水處理大數(shù)據(jù)的采集和傳輸過程中，易遭到未授權(quán)的增加、修改和刪除等操作，這些操作可能破壞大數(shù)據(jù)的完整性，使得一部分數(shù)據(jù)丟失。三是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)拒絕服務(wù)的問題，這種拒絕服務(wù)可能是大量的非授權(quán)訪問超出大數(shù)據(jù)系統(tǒng)負荷，進而使得大數(shù)據(jù)系統(tǒng)資源不能被利用，也可能是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)由于未授權(quán)操作造成的邏輯或物理上被破壞，造成系統(tǒng)的拒絕服務(wù)。目前，隨著大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的實際應(yīng)用、技術(shù)升級和管理水平的提高，這些問題正在逐漸得到解決。四、結(jié)語通過對污水處理運營過程中大數(shù)據(jù)特點的闡述，以及大數(shù)據(jù)在污水處理運營過程的實際應(yīng)用和存在問題的分析可看出:隨著大數(shù)據(jù)在污水處理運營系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，污水處理運營系統(tǒng)的自動化和智能化水平得到相應(yīng)提高，有效降低人工勞動強度和整個系統(tǒng)的運營成本，并通過合理化的數(shù)學模型加強對污水處理機理的深入研究，進而保障污水處理運營系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和污水處理效率。但是大數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用還存在一些問題，這也在一定程度上限制著大數(shù)據(jù)的大規(guī)模應(yīng)用，而隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展完善，這些問題也會得到相應(yīng)解決，大數(shù)據(jù)在污水處理領(lǐng)域的前景將會更加廣闊。

　　參考文獻:

　　［1］孫鍇，高建民，高智勇．基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的系統(tǒng)彩色圖譜分析現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)健康狀態(tài)［J］．機械工程學報，2012，(18):186～191

　�。�2］李迎迎．中國城市污水治理模式探討［D］．蘇州大學，2011

　�。�3］韋安磊．污水處理過程數(shù)學模型方法及其關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．湖南大學，2010

　�。�4］董闊．屠宰場廢水處理及中水回用方案設(shè)計析［D］．吉林大學，2013

　�。�5］任敏．淺談屠宰場污水處理技術(shù)［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，4:104

　�。�6］張顯龍，胡娜．屠宰廠廢水處理工藝流程設(shè)計［J］．工業(yè)水處理，2012，4

　�。�7］王惠勇，劉勝發(fā)．AB法處理屠宰廢水及中水回用［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2007，5

　�。�8］楊新萍，王世和．Fenton試劑處理有機氯農(nóng)藥廢水的研究［J］．環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，6

　�。�9］熊忠，林衍，等．Fenton氧化法在廢水處理中的應(yīng)用［J］．新疆環(huán)境保護，2002，2

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