一种基于数据智能分析的工业废水处理控制方法及系统与流程

本发明涉及工业废水处理领域，尤其涉及一种基于数据智能分析的工业废水处理控制方法及系统。

背景技术：

工业废水处理作为智慧环保建设的重要组成部分，是保证智慧环保政策切实实施、物联网更加高效的关键环节。《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》(2015-2018)的发布，表明加快新一代信息通信技术与工业深度融合，从技术路线、产业模式、政策保证等全方位细化生态体系建设，已成为我国行业发展的主导。2016年1月《“互联网+”绿色生态三年行动实施方案》进一步明确指出，要大力发展智慧环保，充分发挥互联网在逆向物流回收体系中的平台作用，提高再生资源交易利用的便捷化、互动化、透明化。根据工业废水处理特点，搭建能够与智慧环保互联网平台对接的控制系统，实现工业废水处理升级转型势在必行。

工业废水是造成环境污染，特别是水体污染的重要原因。工业废水成分复杂、污染物浓度高且毒性强、处理难度大，未经处理或未达标排放的污染物极容易迁移变化，对环境造成的危害大、效应持久，很难在短时间恢复。因此，工业废水处理从工艺、成本及人员的控制都具备其特殊性。工艺方面：由于工业废水污染物浓度高、毒性强、水质水量波动显著、废水处理难度大，造成工业废水处理工艺系统受冲击情况易发、冲击造成的连锁效应显著、受冲击后系统修复时间长。成本方面：工业废水有毒有机污染物浓度较高，耗费药剂量较大。为保证达到环保要求，采用预处理、生化处理、深度处理以及回用处理等多级处理措施联用，是工业废水处理通常采用的方法，设备多、投药量点多，但各单元进出水水质、水量、设备、投药缺乏反馈机制，这就造成能耗、药剂消耗显著，运行成本居高不低。人员方面：现阶段现场巡检、维修、检测仍以人为主体，但现场人员专业性弱、目标不明确，信息传输低效、数据分析能力弱，造成工艺管控依赖经验、滞后强；另外，提高工业废水中含有的酚类、氰化物、联苯、氯化物、重金属等毒性物质是威胁现场人员健康的主要因素。

目前，已开发的污水处理控制系统在工业废水处理领域的针对性差，不适用于工业废水处理的智能化控制；同时，大部分污水处理控制系统仅限于信息收集、实时监控，缺乏数据分析、模块交互，导致控制系统智能化程度低。

技术实现要素：

本发明的目的是解决目前污水处理控制系统不适用于工业废水处理控制及智能化程度低的问题，提出一种基于数据智能分析的工业废水处理控制系统。

具体技术方案如下所示：

一种基于数据智能分析的工业废水处理控制系统，包括以下部分：

中控室上位机，内部设置有工艺控制模块、运行成本控制模块、人员控制模块，分别用于对工艺、运行成本和人员进行控制和报警；

手机端，用于与中控室上位机通过无线网的方式进行数据传输；可执行预警提示功能、执行工单操作信息录入及数据分析结果呈现功能；执行提示、检查/维护/维修工单派送及完成信息反馈功能。操作权限以废水处理厂各岗位具体权限细则界定；

工业废水处理工艺系统，内设有在线监测仪表，中控室上位机可通过控制命令设置在线检测仪表参数，并读取在线监测仪表监测结果。

进一步的，所述工业废水处理工艺系统包括废水处理单元，该废水处理单元连接有进水管道和出水管道，进水、出水管道上均设置有在线监测仪表，进水管道上在线监测仪表后端分别设置在线控制前端阀门、后端阀门；在线控制前端阀门前设置跨越管道，跨越管道与事故池、暂存池联通；跨越管道上设置在线控制跨越阀门；废水处理单元还连接有投药设备、蒸汽加热机、鼓风机；所述中控室上位机采集在线监测仪表的数据，并根据数据控制相应阀门及设备的开关。

进一步的，所述在线监测仪表包括水量流量计和测量COD、NH₃-N、pH、温度等的水质监测传感器。

一种运行于基于数据智能分析的工业废水处理控制系统上的方法，所述工艺控制模块完成如下操作步骤：

4.1)进水水质、水量控制：在各废水处理单元进水管道设置关键水质(如COD、NH₃-N、pH、温度)、水量(如流量计)在线监测仪表，进水管道的在线监测仪表与中控室上位机连接，根据工艺参数设定在线监测仪表阈值，数据通过在线监测仪表传输至中控室上位机，中控室上位机对在线监测仪表实时数据执行数据计算及存储功能。当进水水质、水量在设定阈值范围内，进水管道上前端阀门、后端阀门均处于开启状态，跨越管道上跨越阀门处于关闭状态；当进水水质、水量超过设定阈值，中控室上位机自动启动关闭进水管道前端阀门功能，同时启动开启跨越管道跨越阀门功能，实现超阈值废水进入事故池或暂存池的功能；当进水水质、水量超过设定阈值，且中控室自动启动关闭进水管道后端阀门功能，同时开启跨越管道跨越阀门功能后，在线监测仪表继续显示进水水质、水量超过设定阈值，则立即启动关闭进水管道前端阀门功能，实现超阈值废水进入事故池或暂存池的功能，中控室上位机发送提示信息给手机端，预警并提示对仪表、设备进行检查、维修；事故池、暂存池管道上设置回流阀门，并与中控室上位机连接，在线监测仪表数值恢复阈值范围时，执行事故池、暂存池回流阀门开启功能，事故池暂存池内超阈值废水按照进水量1-3％回流；

4.2)出水水质、水量控制：出水管道的在线监测仪表与中控室上位机连接，根据工艺参数设定在线监测仪表阈值；当出水水质在阈值范围内，在线检测仪表控制出水水质稳定运行；当出水水质超过阈值范围，中控室启动设备调控功能，启动投药设备，当出水水质恢复到阈值范围内时，调控结束；当出水水质超过阈值范围，中控室启动设备调控功能，在线监测仪表持续显示出水水质超过设定阈值时长≥12h，则中控室上位机发送提示信息给手机端，预警并提示对仪表、设备进行检查、维修；

4.3)预警控制：所述工艺控制模块内还设置有工艺实时预警、预测预警模块；中控室上位机对在线监测仪表实时数据执行数据存储功能，存储数据实时传输至工艺实时预警、预测预警模块；所述工艺实时预警模块用于当进水口水质、水量和出水口水质超过在线监测仪表阈值时，在中控室上位机及手机端进行预警提示，同时中控室上位机分别执行进水、出水的水量、水质控制步骤；所述预测预警模块用于采集进水口水质、水量和出水口水质，根据工艺设计参数，通过内置的数学模型预测出水水质、水量，当预测结果超过在线监测仪表阈值时，在中控室上位机及手机端进行预警提示，同时中控室上位机执行出水的水量、水质控制步骤。

进一步的，所述运行成本控制模块完成如下操作步骤：

5.1)药剂控制：中控室上位机对在线监测仪表实时数据执行数据计算及存储功能，将出水量、药剂投加量、药剂价格计算并输出单位水量药剂价格；并将废水处理单元出水量、药剂投加量、药剂价格、单位水量药剂价格按照时间节点顺序呈现；根据工艺参数设定药剂投加量、单位水量药剂价格阈值；当药剂投加量、单位水量药剂价在阈值范围内，中控室关闭提示功能；当药剂投加量、单位水量药剂价超过阈值范围，中控室启动提示功能；同时计算药剂价格，发送预警信息给手机端；

5.2)维修维护成本控制：中控室上位机执行维修、维护价格计算及存储功能，计算及存储内容包括：中控室上位机提示的仪表、设备进行检查、维修数据，仪表、设备检查、维修现场数据，以及关键设备进行点检、维护；根据工艺设计仪表、设备型号归类数据；同型号设备维修/维护频度占比低于均值30％，中控室关闭提示功能；同型号设备维修/维护频度占比高于均值30％，中控室启动提示功能，并计算维修维护价格，同时发送预警信息给手机端：

5.3)能耗控制：中控室上位机执行设备能耗价格计算及存储功能；根据工艺参数设备功率、单位用电价格设定用电量阈值；当用电量在阈值范围内，中控室关闭提示功能；当药用电量超过阈值范围，中控室启动提示功能，并计算能耗价格，同时发送预警信息给手机端；

5.4)人员操作控制：中控室上位机执行人员信息、人员操作信息计算功能。将人员信息、人员操作信息按照时间节点顺序呈现，并计算人员费用；同时发送具体信息给手机端；

5.5)设备折旧控制：中控室上位机执行工艺设计仪表、设备折旧数据计算功能；将仪表、设备折旧按照时间节点分配，并计算折旧费用；同时发送具体信息给手机端；

5.6)总成本控制：中控室上位机执行运行成本计算及存储功能，计算内容包括：药剂、维修维护、能耗、人员、折旧成本数据，同时发送数据至手机端。

进一步的，所述人员控制模块完成如下操作步骤：

6.1)人员数量控制：当人员信息、人员操作信息在同时间节点备用人数低于25％，则考虑岗位互补替换；当人员信息、人员操作信息在同时间节点备用人数为25％，则考虑维护人员流动稳定；当人员信息、人员操作信息在同时间节点备用人数高于25％，则考虑调岗或裁员：

6.2)人员效率控制：当人员信息、人员操作信息在8小时时间节点低于1∶1，则考虑岗位互补替换；当人员信息、人员操作信息在8小时时间节点为1∶1，则考虑维护人员流动稳定；当人员信息、人员操作信息在8小时时间节点高于1∶1，则考虑调岗或裁员；

6.3)人员安全控制：根据人员信息、人员操作信息设安全保护备注功能，按照操作信息备案安全防护操作信息、安全防护措施信息；执行人员安全事故发生信息提示功能，同时发送数据至手机端

6.4)人员权限控制：中控室上位机对上述步骤6.1)-6.3)执行审核、审批功能。

本发明的有益效果在于：本申请通过在中控室上位机内设置有工艺控制模块、运行成本控制模块、人员控制模块，分别用于对工艺、运行成本和人员进行控制，中控室上位机内信息还可通过无线网的形式与手机端进行数据传输，手机端执行预警提示功能，执行工单操作信息录入于、数据分析结果呈现功能；该系统集工艺、成本、人员智能化控制于一体，全面及时的工业废水处理系统的全方位智能化控制，实现废水处理系统的稳定运行、成本降低、人员高效。

同时针对工业废水污染物浓度高、毒性强、水质水量波动显著、废水处理难度大特点，通过采用该系统，可以提高工业废水系统耐多发冲击，并显著提高冲击后系统修复时间；并且通过各个环节的预处理、生化处理、深度处理以及回用处理等多级联动处理措施，降低能耗及药剂消耗，减少成本及对环境造成的污染；最后通过控制系统提高现场巡检、维修及检测工作效率及操作安全，提高了控制的专业性、信息传输及分析能力显著提高，并且使人远离废水处理过程中的有毒物质影响。

附图说明

结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本申请系统总体结构框图；

图2为本申请中工艺控制流程的结构框图；

图3为本申请中运行成本控制流程的结构框图；

图4为本申请中人员控制流程的结构框图；

具体实施方式

以下将根据附图所示的优选实施例，对本发明进行详细解释，然而本发明不限于该实施例。

结合附图1-4，对本技术方案进行介绍：

本申请的主要关键点在于通过中控室上位机实现对整个处理过程的工艺控制、运行成本控制、人员控制，分别实现对工艺、运行成本和人员进行控制，中控室上位机内信息还可通过无线网的形式与手机端进行数据传输，手机端执行预警提示功能，执行工单操作信息录入于、数据分析结果呈现功能；该系统集工艺、成本、人员智能化控制于一体，全面及时的工业废水处理系统的全方位智能化控制。

工艺控制：中控室上位机设定进水水质、水量阈值，设定各单元内部关键运行参数阈值，执行在线监测仪表数据、台账数据、模型的预警预测功能，控制各单元进水水质、水量，控制各单元运行，实现中控室上位机实现控制工业废水高浓度、有毒污染物、水质水量波动，避免废水处理工艺系统造成冲击；实现冲击情况下各单元可分离，避免冲击造成连锁效应；实现冲击情况下各单元可分离，缩短受冲击后系统修复时间，其具体步骤如下：

1)进水水质、水量控制：进水管道的在线监测仪表与中控室上位机连接，根据工艺参数设定在线监测仪表阈值；当进水水质、水量在设定阈值范围内，进水管道上前端阀门、后端阀门均处于开启状态，跨越管道上跨越阀门处于关闭状态；当进水水质、水量超过设定阈值，中控室上位机自动启动关闭进水管道前端阀门功能，同时启动开启跨越管道跨越阀门功能，实现超阈值废水进入事故池或暂存池的功能；当进水水质、水量超过设定阈值，且中控室自动启动关闭进水管道后端阀门功能，同时开启跨越管道跨越阀门功能后，在线监测仪表继续显示进水水质、水量超过设定阈值，则立即启动关闭进水管道前端阀门功能，实现超阈值废水进入事故池或暂存池的功能，中控室上位机发送提示信息给手机端，预警并提示对仪表、设备进行检查、维修；事故池、暂存池管道上设置回流阀门，并与中控室上位机连接，在线监测仪表数值恢复阈值范围时，执行事故池、暂存池回流阀门开启功能，事故池暂存池内超阈值废水按照进水量5％回流；

2)出水水质、水量控制：出水管道的在线监测仪表与中控室上位机连接，根据工艺参数设定在线监测仪表阈值；当出水水质在阈值范围内，在线检测仪表控制出水水质稳定运行；当出水水质超过阈值范围，中控室启动设备调控功能，启动投药设备，当出水水质恢复到阈值范围内时，调控结束；当出水水质超过阈值范围，中控室启动设备调控功能，在线监测仪表持续显示出水水质超过设定阈值时长≥12h，则中控室上位机发送提示信息给手机端，预警并提示对仪表、设备进行检查、维修；

3)预警控制：所述工艺控制模块内还设置有工艺实时预警、预测预警模块；中控室上位机对在线监测仪表实时数据执行数据存储功能，存储数据实时传输至工艺实时预警、预测预警模块；所述工艺实时预警模块用于当进水口水质、水量和出水口水质超过在线监测仪表阈值时，在中控室上位机及手机端进行预警提示，同时中控室上位机分别执行进水、出水的水量、水质控制步骤；所述预测预警模块用于采集进水口水质、水量和出水口水质，根据工艺设计参数，通过内置的数学模型预测出水水质、水量，当预测结果超过在线监测仪表阈值时，在中控室上位机及手机端进行预警提示，同时中控室上位机执行出水的水量、水质控制步骤，其具体步骤如下：

运行成本控制：中控室上位机设定进水水质、水量阈值，设定各单元内部关键运行参数阈值，执行进水水质、水量、单元内部关键参数控制设备药剂投加量功能，执行处理水量、药剂投加量、药剂价格、单位水量药剂价格计算功能，实现投药量控制，实现药剂成本控制。

中控室上位机设定进水水质、水量阈值，设定各单元内部关键运行参数阈值，执行进水水质、水量、单元内部关键参数控制仪表、设备检查、维护、维修功能，执行维修、维护价格计算及存储功能，实现维修、维护成本控制。中控室上位机设定进水水质、水量阈值，设定各单元内部关键运行参数阈值，执行进水水质、水量、单元内部关键参数控制设备运行功能，执行设备能耗价格计算及存储功能，实现能耗控制。

中控室上位机执行人员信息、人员操作信息计算功能，将人员信息、人员操作信息按照时间节点顺序呈现，实现中控室上位机内信息通过无线网的形式与手机端进行数据传输，执行预警提示、检查/维修工单派送及完成信息反馈功能，实现人员操作控制，具体包含如下步骤：

1)药剂控制：中控室上位机对在线监测仪表实时数据执行数据计算及存储功能，将出水量、药剂投加量、药剂价格计算并输出单位水量药剂价格；并将废水处理单元出水量、药剂投加量、药剂价格、单位水量药剂价格按照时间节点顺序呈现；根据工艺参数设定药剂投加量、单位水量药剂价格阈值；当药剂投加量、单位水量药剂价在阈值范围内，中控室关闭提示功能；当药剂投加量、单位水量药剂价超过阈值范围，中控室启动提示功能；同时计算药剂价格，发送预警信息给手机端；

2)维修维护成本控制：中控室上位机执行维修、维护价格计算及存储功能，计算及存储内容包括：中控室上位机提示的仪表、设备进行检查、维修数据，仪表、设备检查、维修现场数据，以及关键设备进行点检、维护；根据工艺设计仪表、设备型号归类数据；同型号设备维修/维护频度占比低于均值30％，中控室关闭提示功能；同型号设备维修/维护频度占比高于均值30％，中控室启动提示功能，并计算维修维护价格，同时发送预警信息给手机端；

3)能耗控制：中控室上位机执行设备能耗价格计算及存储功能；根据工艺参数设备功率、单位用电价格设定用电量阈值；当用电量在阈值范围内，中控室关闭提示功能；当药用电量超过阈值范围，中控室启动提示功能，并计算能耗价格，同时发送预警信息给手机端；

4)人员操作控制：中控室上位机执行人员信息、人员操作信息计算功能。将人员信息、人员操作信息按照时间节点顺序呈现，并计算人员费用；同时发送具体信息给手机端；

5)设备折旧控制：中控室上位机执行工艺设计仪表、设备折旧数据计算功能；将仪表、设备折旧按照时间节点分配，并计算折旧费用；同时发送具体信息给手机端；

6)总成本控制：中控室上位机执行运行成本计算及存储功能，计算内容包括：药剂、维修维护、能耗、人员、折旧成本数据，同时发送数据至手机端。

人员控制：中控室上位机执行人员信息、人员操作信息、安全操作信息计算功能，执行人员岗位互补替换、维护人员流动稳定、调岗或裁员分析功能，执行人员安全事故发生信息提示功能。实现人员数量、人员效率、人员安全、人员权限的控制功能，其具体步骤如下：

1)人员数量控制：当人员信息、人员操作信息在同时间节点备用人数低于25％，则考虑岗位互补替换；当人员信息、人员操作信息在同时间节点备用人数为25％，则考虑维护人员流动稳定；当人员信息、人员操作信息在同时间节点备用人数高于25％，则考虑调岗或裁员；

2)人员效率控制：当人员信息、人员操作信息在8小时时间节点低于1∶1，则考虑岗位互补替换；当人员信息、人员操作信息在8小时时间节点为1∶1，则考虑维护人员流动稳定；当人员信息、人员操作信息在8小时时间节点高于1∶1，则考虑调岗或裁员；

3)人员安全控制：根据人员信息、人员操作信息设安全保护备注功能，按照操作信息备案安全防护操作信息、安全防护措施信息；执行人员安全事故发生信息提示功能，同时发送数据至手机端

4)人员权限控制：中控室上位机对上述步骤6.1)-6.3)执行审核、审批功能。

综上，采用发明提供的基于数据智能分析的工业废水处理控制系统，集成工艺、成本、人员智能化控制于一体，全面及时的工业废水处理系统的全方位智能化控制，实现废水处理系统的稳定运行、成本降低、人员高效。