污水处理水质监测方法、装置及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及污水处理水质监测方法、装置及系统，该方法包括步骤：依次通过数据库、数据采集端、网关接收来自在线仪表所监测的进水实时数据，该在线仪表设置在进水端；输入仿真条件，根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果；将该水质仿真结果通过数据库发送至仿真显示端，以使仿真显示端将水质仿真结果通过预设形式进行显示。本发明以水质指标的仿真结果代替实体仪表的监测结果，弥补因实体仪表数量不足或故障损坏带来的监测空白，从全局层面了解和掌握工艺的实时状况和动态变化，发现并诊断运行过程中出现的问题，提升工艺控制和优化质量。
【专利说明】
污水处理水质监测方法、装置及系统
技术领域
[0001]本发明涉及环境工程、计算机仿真技术领域，尤其涉及一种用于污水处理水质监测方法、装置及系统。【背景技术】
[0002]通过利用仪表对污水处理厂水质的监测、实时掌握整个工艺流程上各水质指标的动态变化，有助于污水处理厂的管理者及时实现和诊断运行中出现的问题，并能对工艺运行参数进行及时的调整，以确保出水水质的达标排放。
[0003]但由于仪表的采购、维护成本不菲，加上仪表易污损、难维护、监测结果易失真、某些水质指标没有专门的监测仪表等缺陷，因此只依靠实体仪表来对污水处理厂运行状况进行监测是不够的。污水处理厂仪表也只在进、出水处安装水质监测仪表，甚至只安装其中部分种类的仪表，导致整个工艺流程的大部分区域存在仪表监测的盲点。
[0004]针对实体仪表在污水处理厂实际应用上存在的不足，有必要开发一种虚拟仪表系统，作为实体仪表的辅助和补充。所谓虚拟仪表，是指不直接依赖物理传感器实体，而是利用其它由物理传感器实体得到的信息，通过数学模型计算得到所需监测信息的测量技术。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种污水处理水质监测方法，其能够弥补实体仪表数量不足或故障损坏带来的监测空白，掌握工艺的实时状况和动态变化。
[0006]本发明的目的之二在于提供一种污水处理水质监测装置，其能够弥补实体仪表数量不足或故障损坏带来的监测空白，掌握工艺的实时状况和动态变化。
[0007]本发明的目的之三在于提供一种污水处理水质监测系统，其能够弥补实体仪表数量不足或故障损坏带来的监测空白，掌握工艺的实时状况和动态变化。
[0008]为实现上述目的之一，本发明采用如下技术方案:
[0009]—种污水处理水质监测方法，应用于仿真处理端，包括如下步骤:
[0010]依次通过数据库、数据采集端、网关接收来自在线仪表所监测的进水实时数据，该在线仪表设置在进水端；
[0011]输入仿真条件，根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果；
[0012]将该水质仿真结果通过数据库发送至仿真显示端，以使仿真显示端将水质仿真结果通过预设形式进行显示。
[0013]优选的，还包括如下步骤:[〇〇14]通过网关将水质仿真结果发送至上位机。
[0015]优选的，所述仿真条件包括模型参数和工艺运行参数。
[0016]优选的，所述预设形式包括曲线、表格和实时数值。
[0017]优选的，所述水质仿真结果包括溶解氧量、氨氮量、硝态氮量、磷酸盐量和污泥浓度。
[0018]优选的，虚拟仪表的设置点至少包括进水端、出水端，还包括厌氧池、缺氧池、好氧池中或反应池廊道的一个或多个。
[0019]为实现上述目的之二，本发明采用如下技术方案:
[0020]一种污水处理水质监测装置，应用于仿真处理端，包括:
[0021]接收模块:用于依次通过数据库、数据采集端、网关接收来自在线仪表所监测的进水实时数据，该在线仪表设置在进水端；[〇〇22]处理模块:用于输入仿真条件，根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果；[〇〇23]发送模块:用于将该水质仿真结果通过数据库发送至仿真显示端，以使仿真显示端将水质仿真结果通过预设形式进行显示。[〇〇24]优选的，还包括如下模块:
[0025]返回模块:用于通过网关将水质仿真结果发送至上位机。
[0026]优选的，虚拟仪表的设置点至少包括进水端、出水端，还包括厌氧池、缺氧池、好氧池或反应池廊道中的一个或多个。[〇〇27]为实现上述目的之三，本发明采用如下技术方案:[〇〇28] 一种污水处理水质监测系统，包括在线仪表、网关、数据采集端、数据库、仿真处理端和仿真显示端，所述在线仪表设置在进水端，且用于检测进水实时数据，并将该进水实时数据依次通过网关、数据采集端、数据库发送至仿真处理端;所述仿真处理端用于输入仿真条件，并根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果，将该水质仿真结果发送至数据库，以使数据库保存该水质仿真结果，并将该水质仿真结果发送至仿真显示端以预设形式进行显示。
[0029]相比现有技术，本发明的有益效果在于:
[0030]本发明以水质指标的仿真结果代替实体仪表的监测街而过，弥补因实体仪表数量不足或故障损坏带来的监测空白，从全局层面了解和掌握工艺的实时状况和动态变化，发现并诊断运行过程中出现的问题，提升工艺控制和优化质量。【附图说明】
[0031]图1为本发明的污水处理水质监测方法的流程图；
[0032]图2为本发明的虚拟仪表的分布图。
[0033]图3为本发明的另一个虚拟仪表的分布图。【具体实施方式】[〇〇34]下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述:[〇〇35]参见图1，本发明提供一种污水处理水质监测方法，应用于仿真处理端，该仿真处理端实际由仿真处理软件操作，该软件为现有软件，包括如下步骤:
[0036]S1:依次通过数据库、数据采集端、网关接收来自在线仪表所监测的进水实时数据，该在线仪表设置在进水端；
[0037]在线仪表通过网关与数据采集端连接，数据采集端由数据采集程序执行，当然还可包括PLC，PLC对进水实时数据进行采集，发送至数据采集端。进水实时数据作为仿真的输入条件，在此基础上获得包括出水在内的工艺流程各个位置上的水质指标的仿真结果。数据库可通过Web Service作为仿真软件交互的接口，将数据库存储的进水实时数据接入仿真软件，作为驱动仿真的输入参数。
[0038]S2:输入仿真条件，根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果；参见图2,虚拟仪表的设置点至少包括进水端和出水端，但是只对这两个位置进行监测并不够完善，因而还可以厌氧池、缺氧池、好氧池以及反应池各廊道中的一个或多个位置也设置虚拟仪表进行监测，以评价该工段的运行效果是否正常。在图中，1为厌氧池的虚拟仪表设置点，2为缺氧池的虚拟仪表设置点，3-5为好氧池的虚拟一般设置点，6为二沉池出水的虚拟仪表设置点。图2适用于A2/0工艺及其改型，包括但不限于典型A2/0、倒置A2/0、UCT等。同理参见图3，1至6为反应池的各个廊道中的虚拟仪表设置点，7为二沉池出水的虚拟仪表设置点，图3适用于氧化沟工艺及其改型，包括但不限于卡鲁赛尔氧化沟、奥贝尔氧化沟等。图2和图3所代表的虚拟仪表分布，可适用于大多数主流活性污泥处理工艺。两个图中的箭头方向为水流方向或内回流方向以及污泥回流方向，这些工艺也为公知常识。在上述每一个池中并不一定只设置一个虚拟仪表，也可以为多个。其中，仿真条件包括模型参数和工艺运行参数，也就是说，需要把整个工艺处理流程的每个工作池配置的参数、成分、环境状况、工艺包含的操作步骤等进行输入，也就是说，仿真条件的具体是人为设定的。[〇〇39]S3:将该水质仿真结果通过数据库发送至仿真显示端，以使仿真显示端将水质仿真结果通过预设形式进行显示。
[0040]仿真显示端例如为显示器之类的显示装置，能够将水质仿真结果以动态刷新的数据展示当前的实时仿真结果，以历史曲线展示当前时间之前的历次仿真结果，即历史数据。 预设形式可以是多种，可以包括曲线、表格和实时数值。曲线的显示方式可以用于显示历史数据，实时数据可以用于显示实时数据，也就是当前的仿真结果，更加直观的展示。
[0041]S4:通过网关将水质仿真结果发送至上位机。除了向仿真显示端发送数据进行显示之外，还可以通过网关向上位机进行呈现当前仿真结果。[〇〇42]在本发明中，污水处理过程中的建模仿真是重要部分，虚拟仪表展示的结果即是仿真的结果。虚拟仪表的位置和数量也是人为设置和定义，虚拟仪表的设置点也就是人为设定对该位置进行监测的位置。工艺建模基于污水厂的真实工艺流程，结合生化反应动力学和反应器动力学，列出各项参与反应的水质指标的过程反应速率方程组，该方程组是高度非线性的，没有解析解。通过软件的配置和运行来模拟实际污水处理厂在各种进水、运行条件下的运行效果，能预测污水处理厂在不同工况下的实时响应，进而检验各种工艺调整预案的效果，优化污水处理厂的工艺运行。实际操作中，整个工艺流程在进水端和出水端分别设有实体仪表，进水端仪表采集进水数据作为仿真输入，出水端仪表作为和仿真结果对比的参照物，以检验虚拟仪表的结果是否合理。
[0043]上述水质仿真结果包括溶解氧量、氨氮量、硝态氮量、磷酸盐量和污泥浓度等。 [〇〇44]本发明还提供一种污水处理水质监测装置，应用于仿真处理端，其包括接收模块: 用于依次通过数据库、数据采集端、网关接收来自在线仪表所监测的进水实时数据，该在线仪表设置在进水端；
[0045]处理模块:用于输入仿真条件，根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果;仿真条件包括模型参数和工艺运行参数。 [〇〇46]发送模块:用于将该水质仿真结果通过数据库发送至仿真显示端，以使仿真显示端将水质仿真结果通过预设形式进行显示。预设形式包括曲线、表格和实时数值。
[0047] 还包括返回模块:用于通过网关将水质仿真结果发送至上位机。[〇〇48]同样的，虚拟仪表的设置点至少包括进水端、出水端，还包括厌氧池、缺氧池、第三好氧池、反应池各廊道中的一个或多个。
[0049]另外一方面，本发明还提供一种污水处理水质监测系统，包括在线仪表、网关、数据采集端、数据库、仿真处理端和仿真显示端，所述在线仪表设置在进水端，且用于检测进水实时数据，并将该进水实时数据依次通过网关、数据采集端、数据库发送至仿真处理端； 所述仿真处理端用于输入仿真条件，并根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果，将该水质仿真结果发送至数据库，以使数据库保存该水质仿真结果，并将该水质仿真结果发送至仿真显示端以预设形式进行显示。
[0050]通过数据采集端接入在线仪表的进水实时数据，作为仿真处理端的输入参数，驱动仿真进行，仿真处理端以工艺模型为依托，根据进水实时数据结合仔细配置的模型参数和工艺运行参数进行出水质指标的仿真结果，并将仿真结果实时呈现，起到虚拟仪表的作用。通过虚拟仪表的设置能够降低污水处理实体仪表的采购费用和维护费用，降低成本。
[0051]对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种污水处理水质监测方法，应用于仿真处理端，其特征在于，包括如下步骤:依次通过数据库、数据采集端、网关接收来自在线仪表所检测的进水实时数据，该在线 仪表设置在进水端；输入仿真条件，根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点分 别所对应的水质仿真结果；将该水质仿真结果通过数据库发送至仿真显示端，以使仿真显示端将水质仿真结果通 过预设形式进行显示。2.如权利要求1所述的污水处理水质监测方法，其特征在于，还包括如下步骤:通过网 关将水质仿真结果发送至上位机。3.如权利要求1所述的污水处理水质监测方法，其特征在于，所述仿真条件包括模型参 数和工艺运行参数。4.如权利要求1所述的污水处理水质监测方法，其特征在于，所述预设形式包括曲线、 表格和实时数值。5.如权利要求1所述的污水处理水质监测方法，其特征在于，所述水质仿真结果包括溶 解氧量、氨氮量、硝态氮量、磷酸盐量和污泥浓度。6.如权利要求1所述的污水处理水质监测方法，其特征在于，虚拟仪表的设置点至少包 括进水端、出水端，还包括厌氧池、缺氧池、好氧池或反应池廊道中的一个或多个。7.—种污水处理水质监测装置，应用于仿真处理端，其特征在于，包括:接收模块:用于依次通过数据库、数据采集端、网关接收来自在线仪表所监测的进水实 时数据，该在线仪表设置在进水端；处理模块:用于输入仿真条件，根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟 仪表的设置点分别所对应的水质仿真结果；发送模块:用于将该水质仿真结果通过数据库发送至仿真显示端，以使仿真显示端将 水质仿真结果通过预设形式进行显示。8.如权利要求7所述的污水处理水质监测装置，其特征在于，还包括如下模块:返回模 块:用于通过网关将水质仿真结果发送至上位机。9.如权利要求7所述的污水处理水质监测装置，其特征在于，虚拟仪表的设置点至少包 括进水端、出水端，还包括厌氧池、缺氧池、好氧池或反应池廊道中的一个或多个。10.—种污水处理水质监测系统，其特征在于，包括在线仪表、网关、数据采集端、数据 库、仿真处理端和仿真显示端，所述在线仪表设置在进水端，且用于检测进水实时数据，并 将该进水实时数据依次通过网关、数据采集端、数据库发送至仿真处理端;所述仿真处理端 用于输入仿真条件，并根据仿真条件以及进水实时数据处理得到若干个虚拟仪表的设置点 分别所对应的水质仿真结果，将该水质仿真结果发送至数据库，以使数据库保存该水质仿 真结果，并将该水质仿真结果发送至仿真显示端以预设形式进行显示。
【文档编号】G01N33/18GK106018722SQ201610383408
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】汤克敏, 陈娟娟, 袁维芳, 薛永强, 胡继波, 钟毓, 苏焱顺, 龚阳, 胡权, 张帆, 吴志昇, 张伟, 范岳峰, 方荣兆, 胡晓东
【申请人】广东省环境保护工程研究设计院