污水处理监控系统的制作方法

本发明是关于一种污水处理监控系统，特别是关于一种利用传感设备实时监测污水处理系统的运作，将监测到的数据与云端监控平台中储存的数据进行比对，判断污水处理系统是否出现异常的智能型监控系统。

背景技术：

已知的污水处理系统，大多具有下列的基本处理步骤，如拦截垃圾异物、让污水静置使泥沙沉淀、进行氧化分解或者加入药剂消毒等程序，让工业废水或家庭废水经过处理后才排放至外界环境当中，避免当中的污染物或病菌危害自然生态中的水资源。然而光是污水种类不同，处理的复杂程度与要求就会有所变化，例如工业废水可能需要处理重金属材料或有毒物质的残留，家庭废水则需要较多有机物分解的处理等。这些都会影响到最后排放的水质。以往的污水处理系统，大多是定时抽检相关设备或储存池的状态，或者定时检测排放口的水质来确保符合放流标准。但是这样的监控方式往往不够实时，要是水质出现问题，待检测发现异常时，进行检测前的这段期间所排出的污水可能已造成污染而来不及补救。

另外，考虑人力的资源分配及成本，每个污水处理系统不易设置特定的人员持续进行监控，因此都是异常发生一段时间后，才能找到对应的操作人员或进行相关的调整。而操作人员的经验，又是无法预测的变因，人员偷懒疏失造成检验不确实，或者为了达到排放标准投入过量的药剂等，都是利用目前管控污水处理系统常面临的问题。

有鉴于此，如何设计一种实时监测污水处理系统，在各种污水处里程序进行时，能实时且持续的监测污水处理系统的状态，确保放流的水质能符合排放 标准，同时还能提升操作效率以减少不必要的人力成本浪费，将是污水处理业者需要的重要技术。因此，本发明的发明人思索并设计一种污水处理监控系统，针对现有技术的缺失加以改善，进而增进产业上的实施利用。

技术实现要素：

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的就是在提供一种污水处理监控系统，以解决已知无法实时监测污水处理系统，且无法通过与已知资料比对来提早得知异常发生的问题。

根据本发明的一目的，提出一种污水处理监控系统，其包含污水处理系统以及云端监控平台。其中，污水处理系统包含多个污水处理单元、水位数据监测器、设备数据监测器以及水质数据监测器。多个污水处理单元分别具有污水容纳空间，污水容纳空间之间通过污水管线互相连接。待处理的污水由进流管道流入污水处理系统，利用对应污水容纳空间设置的污水处理设备进行污水处理程序后，由放流管道排出。水位数据监测器设置于预设的污水容纳空间当中，监测污水于污水容纳空间当中的水位高度数据。设备数据监测器连接于污水处理设备，监测污水处理设备的操作状态数据。水质数据监测器设置于预设的多个污水处理单元当中，检测污水于对应的污水容纳空间中的水质监测数据。云端监控平台透过因特网联机方式与污水处理系统连接。云端监控平台包含资料数据库、智能数据库以及处理器。资料数据库储存由水位数据监测器、设备数据监测器及水质数据监测器上传的水位高度数据、操作状态数据及水质监测数据。智能数据库连接于资料数据库，储存污水处理系统历史数据的水质连续监测数据，并且储存使用者所设定的水位临界值及设备异常条件。处理器连接于资料数据库及智能数据库，实时比对水位高度数据与水位临界值、操作状态数据与设备异常条件及水质监测数据与水质连续监测数据，当比对结果发生异常时，传送异常信息至操作人员。

优选地，污水容纳空间可包含污水处理池、污水储存槽或污水处理渠道。

优选地，污水处理系统可进一步包含监测数据收集器，透过物联网与水位 资料监测器、设备数据监测器及水质数据监测器相连，接收水位高度数据、操作状态数据及水质监测数据，并经由因特网联机上传至资料数据库。

优选地，水质监测数据可包含温度、导电度、酸碱值、溶氧量及悬浮微粒量。

优选地，水质连续监测数据可依照时间区间连续记录水质数据监测器所侦测到的水质监测数据，并扣除侦测的无效数据及遗失数据，储存于智能数据库当中。

优选地，处理器可比对水质监测数据与水质连续监测数据的相关性，通过计算水质监测数据与水质连续监测数据的差异值，评估差异值的变异性来确认是否为异常状态。

优选地，污水处理系统可包含多个污泥处理单元，分别具有污泥容纳空间，污泥容纳空间之间通过污泥管线互相连接。多个污水处理单元产生的污泥，利用对应污泥容纳空间设置的污泥处理设备进行污泥处理程序，将污泥处理后废弃，产生的废水重新回流至污水处理系统进行污水处理程序。

优选地，污泥容纳空间可设置水位数据监测器，监测污泥于污泥容纳空间当中的水位高度数据，并将水位高度数据上传至资料数据库。

优选地，污泥处理设备可设置设备数据监测器，监测污泥处理设备的操作状态数据，并将操作状态数据上传至资料数据库。

优选地，云端监控平台可进一步包含控制指令数据库，当实时比对结果发生异常时，处理器将控制指令数据库中对应的控制指令传送至产生异常的污水处理设备，直接调整污水处理设备的操作参数以调整操作的状态。

承上所述，依本发明的污水处理监控系统，其可具有一或多个下述优点：

(1)此污水处理监控系统能利用水位数据监测器、设备数据监测器及水质数据监测器实时监测污水处理系统的处理状态，并且将数据上传至云端监控平台，让用户能对污水处理系统进行实时监控，减少异常状态发生时间，提高处理应变的效率。

(2)此污水处理监控系统能通过实时监测数据与智能数据库所储存的水位临界值、设备异常条件及水质连续监测数据进行比对，判断污水处理系统当中的污水水位、设备状态及污水水质是否产生异常变化，提出异常信息的警示以及早采取应变措施，持续维持污水处理系统正常运作的状态。

(3)此污水处理监控系统能在异常发生时，利用控制指令直接调整污水处理设备参数，实时解决异常问题，避免人工操作进行过度的调整，降低整体人力及设备资源的浪费。

附图说明

图1为本发明的污水处理监控系统的示意图。

图2为本发明的实施例的污水处理系统的示意图。

图3为本发明的实施例的水质监测器设置的示意图。

具体实施方式

为利贵审查委员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，现将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

请参考图1，其为本发明的污水处理监控系统的示意图。如图所示，污水处理监控系统包含污水处理系统10以及云端监控平台20，两者可通过有线或无线的因特网联机方式互相连接。污水处理系统10可为各地区的大型污水处理厂、住家小区的小型污水处理厂、或是工厂的污水处理设施等，本实施例以单一污水处理系统10为例来说明，但污水处理监控系统也可让云端监控平台20同时连接于多个污水处理系统，实时进行监控。待处理的污水由进流口15经由进流管道17流入，经过多个处理程序后由放流管道19导至放流口16排出。污水处理系统10当中设有第一污水处理单元11、第二污水处理单元12以及第三污水处理单元13，每个污水处理单元分别进行不同的污水处理程序，例如过滤 或沉淀污水中的异物、氧化分解有机物、加入药剂消毒等。污水处理程序执行的方式包含设置各自的污水容纳空间，待污水进入后，再由对应的处理设备执行污水处理程序。如本实施例所示，第一污水处理单元11包含第一污水容纳空间11a及第一污水处理设备11b，第二污水处理单元12包含第二污水容纳空间12a及第二污水处理设备12b，第三污水处理单元13包含第三污水容纳空间13a及第三污水处理设备13b，各个污水容纳空间之间以污水管线18连接。这里所述的污水容纳空间包含污水处理池、污水储存槽或污水处理渠道等，依照处理程序的需求情况来设置，因此，各种不同需求或不同规模的污水处理系统可包含不同数量的污水处理单元，其数量不局限于本实施例所述的三个污水处理单元。

在上述的污水处理系统10当中，在各个污水处理单元当中会设置相关的传感器来监测污水处理的情况，同样如第1图所示，第一污水处理单元11包含第一水位数据监测器111、第一设备数据监测器112以及第一水质资料监测器113。第一水位资料监测器111与第一水质数据监测器113设置在第一污水容纳空间11a，分别监测污水在空间中的水位高度以及污水处理的水质情况，第一设备数据监测器112连接于第一污水处理设备11b，监测第一污水处理设备11b的设备操作状态。同样地，第二污水处理单元12也可包含第二水位数据监测器121、第二设备数据监测器122以及第二水质数据监测器123；第三污水处理单元13可包含第三水位数据监测器131、第三设备数据监测器132以及第三水质资料监测器133。第二及第三污水处理单元12、13当中监测器设置的方式可同于第一污水处理单元11，但本发明不以此为限，水位资料监测器及水质资料监测器也可仅设置在默认的污水处理单元之中，监测特定程序的处理状态，而非设置在每一个污水处理单元当中。另外，设备数据监测器不一定是独立的传感装置，也可为撷取及传输装置，直接抓取污水处理设备上的操作参数数据或运转状态数据，再上传至云端监控平台20。

再次以第一污水处理单元11为例，第一水位数据监测器111、第一设备数 据监测器112以及第一水质资料监测器113所监测到的水位高度数据、操作状态数据以及水质监测数据，可利用无线传输方式传送至云端监控平台20的资料数据库21。这里所述的无线传输方式是利用无线传输装置14来传送监测数据，此无线传输装置14可为无线网络基地台，让各个监测器可利用WiFi传输方式连上因特网，将数据上传至资料数据库21。或者无线传输装置14也可为数据收集器，利用物联网与第一水位数据监测器111、第一设备数据监测器112以及第一水质数据监测器113连接，接收并整合各个监测数据后，再由无线传输装置14一同上传至资料数据库21。同样地，第二污水处理单元12及第三污水处理单元13也可用相同的方式来上传监测数据。

云端监控平台20的资料数据库21储存了上传的水位高度数据、操作状态数据及水质监测数据，而智能数据库22则连接于资料数据库21，将各个水质监测器所测量的历史数据，储存成为水质连续监测数据，此水质连续监测数据，可包含了每日、每周、每月、每季的连续数据，也即在特定时间区间内，所有水质监测指针的数据。在此，若有发生异常的监测数据，或是监测设备故障无法取得正确监测数据，都必须将其时间区间的数据扣除。通过有效监测记录值百分率的计算，可以查核并确保数据传输数据的有效性，其计算方式可以下列公式计算。

其中，P为有效监测记录值百分率，T为时间区间的总时间，Du为监测器中无效数据，Dm为监测器中遗失数据。

在确保智能数据库22当中的水质连续监测数据的有效性后，于第一污水处理单元11运作的同时，云端监控平台20当中的处理器23可比对第一水质监测器113实时测得的水质监测数据与智能数据库22当中的水质连续监测数据，进行相关性的分析。利用实时水质监测数据与水质连续监测数据当中数据的差值，计算算数平均值、差值标准偏差、信赖系数、相对误差测试查核的相对准确度及平均差值等特征值，当这些特征值超过预设的临界值时，判定第一污水处理 单元11当中的水质发生异常。此时，处理器23可传送异常信息201至污水处理系统10的操作人员，例如传送短信至操作人员的随身手持装置，通知第一污水处理单元11发生问题，需要尽快采取适当的应变措施，避免水质持续恶化。或者也可在云端监控平台发布异常信息，让连上该平台的监控人员能得知水质产生异常，而能实时的做出对应的处理。

再者，智能数据库22也储存用户设定的水位临界值及设备异常条件，当第一污水处理单元11当中的第一水位数据监测器111侦测到第一污水容纳空间11a当中污水的水位高于最高临界值或低于最低临界值时，处理器23判断水位高度异常，通过传送异常信息201对操作人员提出预警，让操作人员能适时提高或降低流量以调整水位高度问题，避免第一污水处理设备11b空转或者无法处理过多的水量。除此之外，设备异常条件则是针对第一污水处理设备11b的操作状态进行监控，例如处理器23可比对第一污水处理设备11b连续运转是否超过设备异常条件内的设定，当监测到持续运转超过预设时间时，通知操作人员检查设备或者考虑替换或重启设备，避免过度运转损坏第一污水处理设备11b。另外，云端监控平台20还可包含控制指令数据库，储存发生异常时，不同情况所对应的控制指令，当处理器比对发现异常时，可直接将对应的控制指令回传至污水处理单元当中，例如第一污水处理设备11b出现异常时，直接由对应的控制指令调整第一污水处理设备11b的操作参数，调整机台设备的操作状态以避免异常持续发生。上述云端监控平台20的架构及监控方式，也可同样适用于第二污水处理单元12及第三污水处理单元13，因而构成整体的污水处理监控系统。

请参考图2，其为本发明的实施例的污水处理系统的示意图。如图所示，本实施例的污水处理系统包含多个污水处理单元及多个污泥处理单元，其中污水处理单元包含拦污池31、沈砂除油池32、调匀池33、氧化深渠34、最终沉淀池35、消毒池36以及放流池37，通过污水管线连接。污水由进流口流入后，经过上述污水容纳空间当中设置的污水处理设备处理后，由放流口放流排出。 上述的污水处理单元可分别对应不同的污水处理设备，例如拦污池31可设置拦污机及输送机；沈砂除油池32设置搅拌机、洗砂机、抽砂泵及洗砂废水泵；调匀池33包括搅拌机及鼓风机；氧化深渠34设置曝气机；最终沉淀池35包括刮泥机及浮渣泵；消毒池36设置抽水泵、加药机及除臭机；放流池37设置抽水泵，上述污水处理设备的机台数量均可依污水处理系统的规模来调整。在每一个机台设备上都可装设设备数据监测器，实时监测每一个污水处理设备操作的状态。水位数据监测器31a、32a、36a、37a则可选择装设在重要的拦污池31、沈砂除油池32、消毒池36以及放流池37等，监测主要污水处理程序当中的水位高度。

除了多个污水处理单元外，污水处理系统还可设置多个污泥处理单元，其包含污泥贮槽41、重力浓缩池42以及废水收集池43。在最终沉淀池35产生的污泥，先经由污泥管线输送到污泥贮槽41暂存，部分污泥经由重力浓缩后形成废弃污泥，另一部分则回流至调匀池33。而污泥处理程序中产生的废水，则收集到废水收集池43，重新回到氧化深渠34进行污水处理程序。污泥处理单元的污泥贮槽41可包括进料泵、回流污泥泵、输送机、脱水机；重力浓缩池42设置搅拌机；废水收集池43设置抽水泵等污泥处理设备。与污水处理单元类似，污泥处理单元也在每一机台设备装设设备数据监测器，实时监测每一个污泥处理设备操作的状态。水位数据监测器41a、43a则选择性的装设在污泥贮槽41重力浓缩池42以及废水收集池43，监测污泥处理程序当中污泥容纳空间的水位高度。

请参考图3，其为本发明的实施例的水质监测器设置的示意图。如图所示，本实施例的污水处理系统包含多个污水处理单元，如调匀池51、氧化深渠52、沉淀池53以及放流池54，可参考前一实施例的设置，除了针对污水容纳空间进行水位监测及针对污水处理设备进行状态监测外，还必须对其中的污水水质进行监测。以本实施例为例，水质数据监测器51a、52a、54a可分别设置于调匀池51、氧化深渠52以及最终的放流池54，利用前、中、后段污水处理程序 当中污水水质的变化，判定水质是否异常。水质数据检测器设置的位置，依据污水处理系统的变化也可设置在其他污水处理单元当中，不局限于本实施例所设置的位置。

这些水质数据监测器51a、52a、54a，可利用传感器分别检测污水的温度、导电度、酸碱值、溶氧量及悬浮微粒量，这些项目依照设定条件，例如温度设定的区间、酸碱值设定的区间或是悬浮微粒的浓度等，分别由传感器取得不同条件的监测记录数值，再将这些数值上传至云端监控平台的资料数据库，由处理器比对这些实时监测记录数值与智能数据库当中的水质连续监测数据的相关性，判断处理的水质当中，各个监测项目是否产生异常。

相关性的判断可包含利用实时水质监测数据与水质连续监测数据当中数据的差值，计算算数平均值、差值标准偏差、信赖系数、相对误差测试查核的相对准确度及平均差值等特征值。其计算方式包含下列公式(1)-(5)：

其中，为「实时监测记录」与「水质连续监测数据」数据差值的算术平均值；d_i为「实时监测记录」与「水质连续监测数据」数据的差值；n为监测纪录次数；Sd为「实时监测记录」与「水质连续监测数据」数据差值的标准偏差；CC为信赖系数(confidence coefficient)；t为检定值。

以下分别对于水质检测实际的温度、导电度、酸碱值、溶氧量及悬浮微粒量等范例进行说明。首先针对温度的检测，可视污水处理单元设置方式来调整，若是露天的处理池，将会受到日照期间影响而使早晚侦测到的温度有明显差距， 例如白天温度维持于约26℃，而夜间则维持在约23℃，智能数据库纪录此处理池每日、每周、及每季的变化，建立温度变化曲线，当实时监测到的温度数据明显偏离曲线时，产生异常信息通知操作者或管理人员。再以导电度为例，处理池当中一日的连续监测数值均在3.5μs/cm至3.9μs/cm间，低导电度数值反映出受污染程度相对为轻，若是水质数据监测器实时侦测到的数值超过上述数值，或是实时侦测到的数值与连续监测数值差距持续提高，则判断导电度发生异常。同样针对溶氧量、酸碱度及悬浮微粒量的检测，利用连续侦测数据于智能数据库当中建立每日的变化曲线，例如溶氧量可介于2ppm至7ppm间、pH值在8至10之间以及悬浮固体在55mg/L至72mg/L间。因此，当实时监测数据超过默认临界值或是与标准的差值持续扩大，系统则判断产生异常。这些异常发生时，除了发出异常通知外，也可依预设控制方式直接传送操作指令至各个污水处理设备，例如增加加药机的投药量，增加搅拌或沉淀时间等，待原本异常的数据回到正常范围内时，在回复到原本的机台设定，使整体污水处理系统更有效率的处理异常状况。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的申请专利范围中。

附图标记说明

10：污水处理系统

11、12、13：第一、第二、第三污水处理单元

11a、12a、13a：第一、第二、第三污水容纳空间

11b、12b、13b：第一、第二、第三污水处理设备

111、121、131：第一、第二、第三水位资料监测器

112、122、132：第一、第二、第三设备数据监测器

113、123、133：第一、第二、第三水质资料监测器

14：无线传输装置

15：进流口

16：放流口

17：进流管道

18：污水管线

19：放流管道

20：云端监控平台

21：资料数据库

22：智能数据库

23：处理器

201：异常信息

31：拦污池

31a、32a、36a、37a、41a、43a：水位资料监测器

32：沈砂除油池

33、51：调匀池

34、52：氧化深渠

35、53：最终沉淀池

36：消毒池

37、54：放流池

41：污泥贮槽

42：重力浓缩池

43：废水收集池

51a、52a、54a：水质资料监测器