淺談大數(shù)據(jù)在污水處理創(chuàng)新模式中的應(yīng)用

潘泓江

臺州市水處理發(fā)展有限公司 浙江臺州 318000

1 現(xiàn)有污水處理模式的弊端

1.1 參數(shù)靈活性差

我國的污水處理管控模式目前以自動化控制為主，也就是在工業(yè)計算機控制系統(tǒng)中實現(xiàn)對污水處理過程當(dāng)中突發(fā)事件、緊急情況進行自動報警、穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和遠程操作等。但實際上，自動化控制的功能多為基于開關(guān)的的邏輯控制和經(jīng)典控制論所述控制，一旦遇到進水超負荷或運行工況變化，基于固定運行參數(shù)或者靠人工經(jīng)驗調(diào)整的運行模式就很難滿足穩(wěn)定運行的要求，造成出水水質(zhì)不達標(biāo)、能耗過高等問題[1]。

1.2 依賴人工經(jīng)驗

污水處理過程本就是一個工藝非常復(fù)雜的污水經(jīng)微生物凈化的過程，不可能長期地處于非波動狀態(tài)。現(xiàn)有污水廠管理、操作人員大多采用的是傳統(tǒng)模式，即根據(jù)多年積累的工作經(jīng)驗對污水處理過程進行監(jiān)管。這就要求這些管理、操作人員得花較長時間在現(xiàn)場，以便預(yù)防各種可能會發(fā)生的問題；也有時因為新手員工的不當(dāng)操作導(dǎo)致水處理設(shè)備壽命縮短，藥劑量加大，環(huán)境壓力陡升等運營成本風(fēng)險。而且在數(shù)據(jù)記錄、分析相關(guān)環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)的人工方式會造成數(shù)據(jù)時效性偏差。

1.3 規(guī)模變化適應(yīng)力不強

如果從單個污水廠運營的角度看，目前的處理技術(shù)和管理模式基本上是可以滿足日常污水處理需求的，但如果從市場的角度看，人工成本會隨著處理規(guī)模的擴大而膨脹。尤其對于高度集成化、分布散落、水質(zhì)水量極不穩(wěn)定的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠來說，傳統(tǒng)模式無疑會增加這些污水處理廠后期運營的難度。

2 大數(shù)據(jù)在污水處理創(chuàng)新模式中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用的可行性

近年來，隨著浙江五水共治的逐步深入，更高的污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)倒逼著污水處理工藝的升級[2-3]。污水處理廠檢測的指標(biāo)一般比較多，如酸堿值、流量、氨氮濃度、化學(xué)需氧量、固體懸浮物濃度、溶解氧濃度等，某個站點出現(xiàn)故障問題將會在檢測的指標(biāo)中體現(xiàn)，污水處理中處理效果不佳、運行費用高和污染環(huán)境等現(xiàn)象常常是由運行的異常引起的，對這些異常及時恰當(dāng)處理可以提高污水處理的效率。而其中的關(guān)鍵是將工藝運行的經(jīng)驗判斷進行量化分析，也就是將各類運行數(shù)據(jù)根據(jù)工藝自身的特點進行分析設(shè)計從而確定最佳工藝參數(shù)和運行方案以及預(yù)測運行過程中可能出現(xiàn)的問題及其對策。那么，融合了建模、聚類、匹配、優(yōu)化、可視技術(shù)的大數(shù)據(jù)與污水處理系統(tǒng)相結(jié)合的智能污水處理系統(tǒng)就具備可行性。該系統(tǒng)目的就是將水處理硬件、軟件、數(shù)據(jù)分析和人工智能算法串聯(lián)起來解決工藝過程中的難點，提高機械設(shè)備運行的總體性能。從機理層面講，智能污水處理系統(tǒng)是利用機器學(xué)習(xí)來處理傳感器發(fā)送的實時數(shù)據(jù)，達到自動預(yù)測水處理設(shè)備潛在故障、自動診斷運行不合理的目標(biāo)，進而實現(xiàn)信息互聯(lián)互通、問題提前預(yù)判反饋業(yè)主、數(shù)據(jù)自我演進迭代和基本無人參與的先進管理。從宏觀層面講，智能污水處理系統(tǒng)就是用機器感知技術(shù)代替人工肉眼觀察，通過條件研判確定關(guān)鍵指標(biāo)可控因素，尤其是在不同地域、不同季節(jié)、不同環(huán)保要求、水質(zhì)水量非常不穩(wěn)定的條件下，更能根據(jù)實際情況，自動調(diào)節(jié)加藥頻率和劑量，從而將運營成本控制在最經(jīng)濟范圍內(nèi)，同時優(yōu)化異常處置庫，提高必要人工運行操作的自主性和自覺性，大幅降低人為風(fēng)險，節(jié)約成本。

2.2 作用及意義

上述所指的大數(shù)據(jù)，其實是一種通過云存儲和云計算對海量數(shù)據(jù)進行篩選、統(tǒng)計、分析后可以得到有價值信息的數(shù)據(jù)平臺。待這些數(shù)據(jù)積累到達到大數(shù)據(jù)的級別，智能污水處理系統(tǒng)則會針對不同需求，建立運算模型和仿真系統(tǒng)，先對數(shù)據(jù)進行篩選、計算、分析，再呈現(xiàn)在仿真系統(tǒng)里，來顯示過往運行的綜合狀況并預(yù)測未來運營的可能的走勢。譬如系統(tǒng)中某一個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)微小的波動，不足以觸發(fā)告警，但是根據(jù)建模和仿真系統(tǒng)，可以預(yù)測并判斷出未來該環(huán)節(jié)是否會出現(xiàn)問題，并給予應(yīng)對建議，將問題盡量消滅在萌芽階段，從而消除或降低該問題及次生問題所帶來的負面影響，并以此降低為解決問題而額外投入的成本，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[4]。而支撐大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是通過紅外感應(yīng)器、激光設(shè)備、北斗定位等信息傳感設(shè)備實時收集系統(tǒng)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，并實時上傳到大數(shù)據(jù)平臺以分析和存儲，一旦出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)就會觸發(fā)告警，而后平臺會根據(jù)歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)的分析，輸出診斷結(jié)果，并自動發(fā)送指令讓系統(tǒng)進行智能修復(fù)調(diào)試；如需要人工干預(yù)，則會直接推送信息給相應(yīng)的管理人員。最重要的是，智能污水處理系統(tǒng)不僅能在大城市的污水處理廠發(fā)揮作用，更能在無人值守的小型污水處理廠、鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠大顯神通，為污水廠解決分布不均、難統(tǒng)一管理等問題提供了有效方案[5-6]。

3 結(jié)語

隨著污水處理行業(yè)進入創(chuàng)新期，以大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈和人工智能為技術(shù)驅(qū)動，以政府的政策、資金為大力支持，傳統(tǒng)水處理行業(yè)將實現(xiàn)符合數(shù)字經(jīng)濟格局的轉(zhuǎn)型。當(dāng)然，這種技術(shù)也完全可以應(yīng)用于創(chuàng)新城鄉(xiāng)供水模式，形成智慧供水系統(tǒng)。再大一些，可以跳出水務(wù)的框架思維，激活沉淀的數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)多元化數(shù)據(jù)的融合與深度挖掘。未來一個時期，各種智能化、智慧化平臺將陸續(xù)涌現(xiàn)，應(yīng)用前景充滿光明。