本发明涉及工业污水处理技术领域，具体涉及一种基于大数据的污水处理方法。
背景技术
工业污水是指工业生产过程中产生的污水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业污水种类繁多，成分复杂。例如电解盐工业污水中含有汞，重金属冶炼工业污水含铅、镉等各种金属，电镀工业污水中含氰化物和铬等各种重金属，石油炼制工业污水中含酚，农药制造工业污水中含各种农药等。由于工业污水中常含有多种有毒物质，污染环境同时对人类健康有很大危害，因此要开发综合利用，化害为利，并根据污水中污染物成分和浓度，采取相应的净化措施进行处置后，才可排放。
污水处理，是为了使工业污水达到某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程。随着现代社会的发展，污水中含有重金属离子和酸碱物质的产生量越来越大,由于重金属离子在自然条件下难于降解，其不仅会对水源、土壤等环境造成污染,同时污水中的酸碱物质在自然界中容易产生反应，形成有毒物质，然后沉淀在土壤中或者游离在水中，而且通过食物链的富集作用还会最终进入人体，从而对人体健康造成危害，因此对含有重金属离子和酸碱物质的污水进行处理显得尤为重要。
酸碱污水是污水处理时最常见的一种。酸性污水主要来自钢铁厂、化工厂、染料厂、电镀厂和矿山等，污水处理要重点治理含有各种有害物质或重金属盐类；碱性污水主要来自印染厂、皮革厂、造纸厂、炼油厂等。对于上述酸碱污水而言，现有技术中都是采用酸碱中和反应进行处理，但是现在的酸碱中和设备一般结构简单，只是将需要的酸性或者碱性溶液抽入到反应腔内部进行酸碱中和即可，这样不仅反应效率低，而且需要提前配比好酸碱溶液，从而提高了水污染处理的成本。
另外，一些企业为了逃避国家环保部门的监管及处罚，对污水监测设备监测获得的数据进行恶意篡改，并上传或申报经伪造的虚假数据，以达到其违规排放污水的目的，从而导致企业监管失效。
技术实现要素：
本发明的目的在于，为克服现有的工业污水处理技术存在着净化效率低、处理成本高的技术问题，提供一种基于大数据的污水处理系统及方法，利用本系统及方法能够充分利用酸、碱污水相互中和或利用废碱(渣)中和酸性污水，达到以废治废的目的；同时，本发明还基于区块链技术实现监测数据的交互，防止企业为了违规排放污水而任意篡改监测数据，提高了数据的安全性。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于大数据的污水处理系统，该系统包括：ph值监测器、化学成分分析仪、污水控制终端、服务器端、电控曝气池；
在各工厂排污口的下游均设置有一污水控制终端，所述的污水控制终端通过管路连通于排污口与电控曝气池之间，各污水控制终端均通过无线传输方式与服务器端进行数据交互，用于根据服务器端发送的指令控制排污口的开闭；
所述的ph值监测器和化学成分分析仪设置于排污口处，分别用于监测各工厂所排污水的ph值和化学组分，并将生成的监测信号通过污水控制终端发送至服务器端；
所述的服务器端与电控曝气池电性连接，通过对接收到的监测信号进行分析后生成各工厂排污口的开闭执行策略和电控曝气池的净化处理策略，并利用该开闭执行策略和净化处理策略分别控制污水控制终端及电控曝气池的运行，所述的开闭执行策略包括：各工厂排污口的开启时间、开启时长、污水流速的设定，所述的净化处理策略包括为完成污水中和反应需电控曝气池执行的操作工序；
所述的污水控制终端与服务器端上均设置有区块数据传输器，所有的区块数据传输器均连接于同一网络，所述的区块数据传输器用于建立安全共识机制，各区块数据传输器按照安全共识机制进行数据交互以形成区块链，同时对发送和接收的数据分别执行加密和解密操作。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的服务器端包括：信号处理模块、执行策略匹配模块、执行策略存储模块、驱动控制模块；
所述的信号处理模块用于接收污水控制终端输出的监测信号，并将监测信号进行处理，生成供执行策略匹配模块识别的监测数据；
所述的执行策略匹配模块用于将监测数据与执行策略存储模块中存储的特征组合序列进行匹配，提取经匹配的特征组合序列所对应的开闭执行策略和净化处理策略，所述的执行策略存储模块用于存储各种特征组合序列，所述的特征组合序列包括由至少两种能够发生中和反应的工业污水ph值和化学组分组合，及其对应的工厂排污口开闭执行策略和净化处理策略；
所述的驱动控制模块用于将匹配获得的开闭执行策略转换成对应的排污口开闭控制指令，并发送至污水控制终端，所述的污水控制终端通过设置的电磁阀控制排污口的开闭及其开口的横截面积；
所述的驱动控制模块还用于将匹配获得的净化处理策略转换成对应的电控曝气池操作指令，并发送至电控曝气池。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号处理模块包括：a/d转换器、信号放大器和滤波器，用于将污水控制终端输出的监测信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的电控曝气池包括：反应池、第一进液管、第二进液管、多通电磁阀、进水管、排液管、机架、驱动电机、搅拌桨和转轴；
所述的第一进液管与第二进液管对称设置于反应池的顶部，分别用于向反应池内输送酸性污水和碱性污水，两个进液管的末端均通过设置的多通电磁阀与若干个工厂排污口相通的管路并联，所述的多通电磁阀的信号输入端与驱动控制模块连接，通过驱动控制模块发送的指令控制各管路与进液管连通，所述的进水管设置于反应池的侧壁上，用于向反应池内注水，该进水管上设置有电子阀门，所述电子阀门的信号输入端与驱动控制模块连接，通过驱动控制模块发送的指令控制该电子阀门开闭，所述的排液管设置于反应池的底部，用于排出经中和反应后的污水，所述的机架设置于反应池的上方，用于搭载驱动电机，所述的驱动电机架设于机架上，该驱动电机的信号输入端与驱动控制模块连接，通过驱动控制模块发送的指令控制其转动，所述驱动电机的动力输出端设置有转轴，该转轴的底端沿机架穿设至反应池内，并连接有搅拌桨。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的服务器端还包括反应监测模块，所述的反应池内还设置有若干个ph值监测器和化学成分分析仪，该ph值监测器和化学成分分析仪的信号输出端与反应监测模块连接，分别实时采集反应池内经中和反应后污水的ph值和剩余化学组分，并将采集得到的化学反应数据发送至反应监测模块，所述的反应监测模块用于对接收到的化学反应数据进行分析，生成二次反应执行策略，并由驱动控制模块按该二次反应执行策略控制电控曝气池的运行，所述的二次反应执行策略包括为完成二次中和反应所需要的补水量和污水注入量。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括微生物反应池、液相色谱仪和胶囊投放设备；
所述的微生物反应池通过管路与电控曝气池连通，用于收集电控曝气池输出的污水，所述液相色谱仪的探针插入至微生物反应池的水体内，其信号输出端与有机物分析模块连接，用于水体采样并从水体样本中分离、分析、纯化有机化合物，以获得有机化合物组分数据，并将有机化合物组分数据发送至有机物分析模块，所述的胶囊投放设备内分类存放有不同种类的微生物胶囊，其信号输入端与驱动控制模块连接；
所述的服务器端还包括有机物分析模块，所述的有机物分析模块通过对有机化合物组分数据进行分析，选择能够降解有机化合物组分的微生物种类，并通过驱动控制模块触发胶囊投放设备向微生物反应池内投放对应种类的微生物胶囊。
本发明还提供了一种基于大数据的污水处理方法，该方法根据上述基于大数据的污水处理系统实现，所述的污水处理方法具体包括：
步骤1）利用设置于排污口处的ph值监测器和化学成分分析仪实时监测各工厂所排污水的ph值和化学组分，并将生成的监测信号通过污水控制终端上设置的区块数据传输器发送至区块链；
步骤2）通过服务器端从区块链接收监测信号，并利用该监测信号进行分析后生成各工厂排污口的开闭执行策略和电控曝气池的净化处理策略，所述的开闭执行策略包括：各工厂排污口的开启时间、开启时长、污水流速的设定，所述的净化处理策略包括为完成污水中和反应需电控曝气池执行的操作工序；
步骤3）利用步骤2）中得到的开闭执行策略和净化处理策略分别控制污水控制终端及电控曝气池的运行。
本发明的一种基于大数据的污水处理系统及方法优点在于：
本发明的系统首先通过ph值监测器和化学成分分析仪监测各排污口的污水ph值以及化学组分，然后将监测数据反馈至服务器端，由服务器端汇总各工厂的污水监测数据，并从中匹配出两种或多种能够相互起中和反应的污水，通过数控技术驱动污水控制终端按设定策略进行排污，并同时驱动电控曝气池运转，将酸性污水与碱性污水互相中和，充分利用酸、碱污水相互中和或利用废碱(渣)中和酸性污水，达到以废治废的目的，从而降低了污水处理成本，提高了净化效率；同时本发明还基于区块链技术实现监测数据的交互，实现了数据交互的去中心化，利用终端间的信任机制集体维护通信环境的安全性，当任一终端节点遭受攻击或数据丢失时均不会影响整个区块链系统的安全，实现了系统的健壮性，解决了中心化模式中易受攻击、数据安全可靠性差以及维护成本高等问题，防止企业为了违规排放污水而任意篡改监测数据，并将虚假数据上传至服务器端的隐患发生，提高了数据的安全性。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于大数据的污水处理系统结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的服务器端结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的信号处理模块结构示意图；
图4为本发明实施例中提供的电控曝气池结构示意图。
附图标记
1、ph值监测器2、化学成分分析仪3、污水控制终端
4、服务器端5、电控曝气池6、管路
7、微生物反应池8、液相色谱仪9、胶囊投放设备
10、反应池11、第一进液管12、第二进液管
13、多通电磁阀14、进水管15、排液管
16、机架17、驱动电机18、搅拌桨
19、转轴20、区块数据传输器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种基于大数据的污水处理系统及方法进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于大数据的污水处理系统，该系统具体包括：ph值监测器1、化学成分分析仪2、污水控制终端3、服务器端4、电控曝气池5。
在各工厂排污口的下游均设置有一污水控制终端3，所述的污水控制终端3通过管路6连通于排污口与电控曝气池5之间，各污水控制终端3均通过无线传输方式与服务器端4进行数据交互，用于根据服务器端4发送的指令控制排污口的开闭；
所述的ph值监测器1和化学成分分析仪2设置于排污口处，分别用于监测各工厂所排污水的ph值和化学组分，并将生成的监测信号通过污水控制终端3发送至服务器端4；
所述的服务器端4与电控曝气池5电性连接，通过对接收到的监测信号进行分析后生成各工厂排污口的开闭执行策略和电控曝气池5的净化处理策略，并利用该开闭执行策略和净化处理策略分别控制污水控制终端3及电控曝气池5的运行，所述的开闭执行策略包括：各工厂排污口的开启时间、开启时长、污水流速的设定，所述的净化处理策略包括为完成污水中和反应需电控曝气池5执行的操作工序；
所述的污水控制终端3与服务器端4上均设置有区块数据传输器20，所有的区块数据传输器20均连接于同一网络，所述的区块数据传输器20用于建立安全共识机制，各区块数据传输器20按照安全共识机制进行数据交互以形成区块链，同时对发送和接收的数据分别执行加密和解密操作。
酸性污水是ph值小于6的污水，主要来自于冶金、金属加工、石油化工、化纤、电镀等企业排放的污水；碱性污水是ph值大于9的污水，主要来自于造纸、制革、炼油、石油化工、化纤等行业。酸碱污水常用中和法处理。处理含酸污水时，常用碱或碱性氧化物为中和剂；处理碱性污水则以酸或酸性氧化物为中和剂。对于中和处理，本发明考虑以废治废的原则，首先通过ph值监测器和化学成分分析仪监测各排污口的污水ph值以及化学组分，然后将监测数据反馈至服务器端，由服务器端汇总各工厂的污水监测数据，并从中匹配出两种或多种能够相互起中和反应的污水，通过数控技术驱动污水控制终端按设定策略进行排污，并同时驱动电控曝气池运转，
将酸性污水与碱性污水互相中和，充分利用酸、碱污水相互中和或利用废碱(渣)中和酸性污水，达到以废治废的目的；从而降低了污水处理成本，提高了净化效率。
此外，为了提高监测数据采集、传递及存储的安全性，本发明的系统利用区块链技术实现污水控制终端与服务器端之间的数据交互功能。具体地，将所有的污水控制终端与服务器端均通过无线传输方式连接于同一网络，各污水控制终端及服务器端按照设定的安全共识机制进行数据交互以形成区块链，同时对发送和接收的数据分别执行加密和解密操作。
区块链是按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式记账系统。区块在结构上通常包括块头(header)和块体(body)两部分。块头用于链接到前面的块，块体记录的交易信息是上一个区块形成之后、该区块被创建前发生的所有价值交换活动，这个特点保证了数据库的完整性。区块链采用分布式记账方式，每次交易只有被记账者计入区块链中(下文简称为上链)才算是生效。交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，每一个节点在参与记录的同时也来验证其他节点记录结果的正确性。只有当全网大部分节点(或甚至所有节点)都同时认为这个记录正确时，或者所有参与记录的节点都比对结果一致通过后，记录的真实性才能得到全网认可，记录数据才允许上链。
另外，区块链通常采用完全匿名的方式，用户可匿名地通过具有记账权的节点(例如记账者)将交易计入区块链，任一节点可通过区块链设定的竞争机制或规则来争取记账的权利。而无论是用户还是记账者，其身份隐蔽性都非常强。
基于区块链的以上技术原理，本发明将用于采集、记录和存储污水监测数据的污水控制终端及服务器端作为节点，各节点间依据保障安全的共识机制进行链接，从而形成区块链，依据可变的智能合约采用非对称加密的方法进行通信，对终端的安全性数据进行加密，对终端通信进程加密；并实现了数据交互的去中心化，利用终端间的信任机制集体维护通信环境的安全性，当任一终端节点遭受攻击或数据丢失时均不会影响整个区块链系统的安全，实现了系统的健壮性，解决了中心化模式中易受攻击、数据安全可靠性差以及维护成本高等问题，防止企业为了违规排放污水而任意篡改监测数据，并将虚假数据上传至服务器端的隐患发生。
基于上述结构的污水处理系统，为了实现上述污水处理的智能控制功能，如图2所示，所述的服务器端可具体包括：信号处理模块、执行策略匹配模块、执行策略存储模块、驱动控制模块。
所述的信号处理模块用于接收污水控制终端输出的监测信号，并将监测信号进行处理，生成供执行策略匹配模块识别的监测数据；
所述的执行策略匹配模块用于将监测数据与执行策略存储模块中存储的特征组合序列进行匹配，提取经匹配的特征组合序列所对应的开闭执行策略和净化处理策略，所述的执行策略存储模块用于存储各种特征组合序列，所述的特征组合序列包括由至少两种能够发生中和反应的工业污水ph值和化学组分组合，及其对应的工厂排污口开闭执行策略和净化处理策略；
所述的驱动控制模块用于将匹配获得的开闭执行策略转换成对应的排污口开闭控制指令，并发送至污水控制终端，所述的污水控制终端通过设置的电磁阀控制排污口的开闭及其开口的横截面积；
所述的驱动控制模块还用于将匹配获得的净化处理策略转换成对应的电控曝气池操作指令，并发送至电控曝气池。
如图3所示，所述的信号处理模块包括：a/d转换器、信号放大器和滤波器，用于将污水控制终端输出的监测信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。本发明的上述信号处理模块通过设置滤波器，能够降低信号的噪声干扰，提高信号的探测精度，同时通过信号放大能够实现数据的精确采集，为后续的数据分析提供保证。
为了实现污水之间中和反应的功能，如图4所示，本实施例中的电控曝气池包括：反应池10、第一进液管11、第二进液管12、多通电磁阀13、进水管14、排液管15、机架16、驱动电机17、搅拌桨18和转轴19。
所述的第一进液管11与第二进液管12对称设置于反应池10的顶部，分别用于向反应池10内输送酸性污水和碱性污水，两个进液管的末端均通过设置的多通电磁阀13与若干个工厂排污口相通的管路6并联，所述的多通电磁阀13的信号输入端与驱动控制模块连接，通过驱动控制模块发送的指令控制各管路6与进液管连通，所述的进水管14设置于反应池10的侧壁上，用于向反应池10内注水，该进水管14上设置有电子阀门，所述电子阀门的信号输入端与驱动控制模块连接，通过驱动控制模块发送的指令控制该电子阀门开闭，所述的排液管15设置于反应池10的底部，用于排出经中和反应后的污水，所述的机架16设置于反应池10的上方，用于搭载驱动电机17，所述的驱动电机17架16设于机架16上，该驱动电机17的信号输入端与驱动控制模块连接，通过驱动控制模块发送的指令控制其转动，所述驱动电机17的动力输出端设置有转轴19，该转轴19的底端沿机架16穿设至反应池10内，并连接有搅拌桨18。
上述电控曝气池在各反应环节的操作工序均由服务器端控制，实现了电控曝气池的智能化监控功能，提高了净化处理的及时性及准确性。
另外，如图2所示，所述的服务器端还可包括反应监测模块，如图4所示，所述的反应池10内还设置有若干个ph值监测器1和化学成分分析仪2，该ph值监测器1和化学成分分析仪2的信号输出端与反应监测模块连接，分别实时采集反应池10内经中和反应后污水的ph值和剩余化学组分，并将采集得到的化学反应数据发送至反应监测模块，所述的反应监测模块用于对接收到的化学反应数据进行分析，生成二次反应执行策略，并由驱动控制模块按该二次反应执行策略控制电控曝气池5的运行，所述的二次反应执行策略包括为完成二次中和反应所需要的补水量和污水注入量。
在首次将酸碱污水注入反应池后会立即发生中和反应，而在反应一段时间后池内大部分化学污染物会被中和并从水体内析出，但仍有些未发生反应或未反应完全的化学成分存留于反应池内，为此，本发明通过对反应池内污水ph值和化学组分进行监测，以此进一步判定需要再次投放何种污水及用量来实现二次反应，使得污水中的剩余酸性或碱性化合物被彻底中和，从而进一步提高水体的净化处理能力。
目前，按工业污水中所含主要污染物的化学性质分类，含无机污染物为主的为无机污水，含有机污染物为主的为有机污水。例如电镀污水和矿物加工过程的污水是无机污水，食品或石油加工过程的污水是有机污水，印染行业生产过程中的是混合污水，不同的行业排除的污水含有的成分不一样。而对于有机物而言，不能通过上述酸碱中和法对其进行降解。为此，本发明的系统还提供了利用微生物的生化作用来对有机物进行净化处理。
进一步地，如图1所示，本发明的系统还可包括微生物反应池7、液相色谱仪8和胶囊投放设备9。
所述的微生物反应池7通过管路6与电控曝气池5连通，用于收集电控曝气池5输出的污水，所述液相色谱仪8的探针插入至微生物反应池7的水体内，其信号输出端与有机物分析模块连接，用于水体采样并从水体样本中分离、分析、纯化有机化合物，以获得有机化合物组分数据，并将有机化合物组分数据发送至有机物分析模块，所述的胶囊投放设备9内分类存放有不同种类的微生物胶囊，其信号输入端与驱动控制模块连接；
所述的服务器端4还包括有机物分析模块，所述的有机物分析模块通过对有机化合物组分数据进行分析，选择能够降解有机化合物组分的微生物种类，并通过驱动控制模块触发胶囊投放设备9向微生物反应池7内投放对应种类的微生物胶囊。
本发明还提供了一种基于大数据的企业污水处理方法，该方法利用上述基于大数据的企业污水处理系统实现，所述的企业污水处理方法具体包括一下步骤：
步骤1）利用设置于排污口处的ph值监测器1和化学成分分析仪2实时监测各工厂所排污水的ph值和化学组分，并将生成的监测信号通过污水控制终端3上设置的区块数据传输器20发送至区块链；
步骤2）通过服务器端从区块链接收监测信号，并利用该监测信号进行分析后生成各工厂排污口的开闭执行策略和电控曝气池5的净化处理策略，所述的开闭执行策略包括：各工厂排污口的开启时间、开启时长、污水流速的设定，所述的净化处理策略包括为完成污水中和反应需电控曝气池5执行的操作工序；
步骤3）利用步骤2）中得到的开闭执行策略和净化处理策略分别控制污水控制终端3及电控曝气池5的运行。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。