专利名称：再生水厂原水水质在线预警系统及预警方法
技术领域：
本发明涉及环境保护科学中的再生水检测技术，尤其涉及城市再生水厂原水水质的监测和安全预警系统及预警方法。
背景技术：
污水回用是解决城市水资源短缺的重要途径。近年来许多城市应用污水回用处理技术建立再生水厂，一定程度上缓解了当前城市水资源紧缺的压力。然而，由于再生水厂原水的来源和水质变化情况较为复杂等方面因素的影响，在再生水厂生产运行过程中，保障再生水水质安全的难度较大，缺乏有效的再生水厂原水水质安全预警方法和预警系统，成功应用于实际再生水生产的例子很少。
发明内容
基于上述现有技术存在的难题，本发明提出了一种再生水厂原水水质在线预警系统及预警方法，利用可远程控制的计算辅助系统结合再生水厂原水水质的采集信息分析， 从而迅速准确的在再生水原水水质变化条件下对再生水生产进行预测、预警及调整工艺参数，并对再生水厂生产运行情况的相关数据进行有效的管理，实现再生水厂的安全稳定运行。本发明提出了一种再生水厂原水水质在线预警系统，该系统包括原水水质指标的数据采集与监测系统SCADA、数据中心和主控计算机，其中所述SCADA系统包括若干个用于采集再生水厂原水进水监测点处的水质数据的遥测远传RTU终端，按约定的采集时段定时发送采集数据给数据中心；采集数据发送在本系统中经由有线或无线通讯系统，实现RTU终端与数据中心的信息通讯；所述数据中心，用于控制SCADA系统，并存储SCADA系统发回的原水水质数据；包括用于监控过程值并与过程硬件通讯的服务器，以及用来存储按时序监测的水质在线数据的服务器数据库；以及，若干台所述主控计算机，作为该系统的操作平台，用于存储并运行原水水质数据的分析、预警操作，以及进行数据库中的水质数据管理和数据操作；所述主控计算机上运行的原水水质数据的分析、预警处理，包括以下操作存储对再生水厂原水水质进行分析预警的相关数据；控制SCADA系统对再生水厂原水进水监测点处水质指标进行循环数据采集，并将监测数据传送到服务器数据库中存储并进行操作与分析，此处的操作与分析分别包括对再生水厂原水水质指标进行预测读取服务器数据库的再生水厂原水监测点的在线监测水质数据，并代入神经网络模型作为输入数据对原水水质指标进行预测；对再生水厂原水水质指标进行分析和预警分析和评价当前原水水质监测数据， 同时通过预测的原水水质指标分析评价未来水质的情况；软件根据已经设定好的警级、警限对当前和未来的水质情况进行预警，并根据预警情况显示出对应警情的应急预案。
所述相关数据具体包括以下数据再生水厂的基础情况与数据，包括工艺流程情况、设计和运行参数；再生水厂原水水质数据，包括原水进水的水质监测指标和原水水质的预警指标酸碱度PH、化学需氧量COD、总氮TN、氨氮NH3-N、总磷TP和悬浮物SS ；预测再生水厂未来原水水质指标的神经网络模型，基于上述原水进水水质数据建立数据库，并利用该数据库的数据样本训练神经网络模型；水质预警系统中各预警指标的警级、警限数据根据原水水质变化情况对警情进行分级，并设定各级警情的取值范围，即警限；原水水质安全预警应急预案。本发明还提出一种再生水厂原水水质在线预警方法，该方法包括以下步骤步骤一，存储再生水厂原水水质分析预警的相关数据和信息，包括步骤二，控制SCADA系统对再生水厂原水进水监测点处水质指标进行循环数据采集，并将监测数据传送到服务器数据库中存储并进行操作与分析，此处的操作与分析分别包括；对再生水厂原水水质指标进行预测读取服务器数据库的再生水厂原水监测点的在线监测水质数据，并代入神经网络模型作为输入数据对原水水质指标进行预测；对再生水厂原水水质指标进行分析和预警分析和评价当前原水水质监测数据， 同时通过预测的原水水质指标分析评价未来水质的情况；软件根据已经设定好的警级、警限对当前和未来的水质情况进行预警，并根据预警情况显示出对应警情的应急预案。所述相关数据具体包括以下数据再生水厂的基础情况与数据，包括工艺流程情况、设计和运行参数；再生水厂原水水质数据，包括原水进水的水质监测指标和原水水质的预警指标酸碱度PH、化学需氧量COD、总氮TN、氨氮NH3-N、总磷TP和悬浮物SS ；预测再生水厂未来原水水质指标的神经网络模型，基于上述原水进水水质数据建立数据库，并利用该数据库的数据样本训练神经网络模型；水质预警系统中各预警指标的警级、警限数据根据原水水质变化情况对警情进行分级，并设定各级警情的取值范围，即警限；原水水质安全预警应急预案。由于采用了以上的技术方案，本发明实现了再生水厂原水水质的在线分析与预警。首先，通过原水水质监测，利用神经网络模型等技术，建立了当前原水水质情况和未来水质变化之间的非线性关系模型，用来预测再生水厂原水进水水质。然后，设定预警指标的警级、警限，对当前原水水质和预测的水质变化情况进行分析预警，并给出应急预案。该发明实现了再生水厂原水水质安全预警方法的创新。与现有技术相比，本发明可以准确和迅速地对再生水厂原水的水质变化情况进行分析和预警，预警的精度较高，具有较高的实用价值，提高了再生水厂对原水水质变化情况的处理能力和效率，同时实现了再生水厂生产运行情况相关数据的有效管理。
图1是本发明的再生水厂原水水质在线预警系统的原理结构示意图2是本发明的再生水厂原水水质在线预警系统的软件流程图；图中1数据采集与监测系统(SCADA系统)，2数据中心，3主控计算机，4遥测远传终端(RTU)，5通讯系统，6服务器，7数据库。
具体实施例方式以下通过一具体实施方式
描述本发明的技术方案在图1中，再生水厂原水水质在线预警系统，由SCADA系统1、数据中心2和主控计算机3组成。其中SCADA系统1主要包括若干个遥测远传终端(RTU)4和通讯系统5两部分。 遥测远传终端(RTU)4，是一种远端测控单元装置，用于采集再生水厂原水进水监测点的水质数据，并按约定的采集时段定时发送(无线或有线方式)给数据中心。通讯系统5，用于 RTU与数据中心的信息通讯，可采用有线或无线方式。数据中心2包括服务器6和数据库7，服务器6可监控过程值并与过程硬件通讯， 数据库7用来储存按时序监测的原水水质在线监测数据。主控计算机3内装有系统软件和应用软件(再生水厂原水水质在线预警系统软件)，并可随时操作数据库中的数据，是系统的操作平台。再生水厂原水水质在线预警系统软件的流程图如图2所示，该软件主要流程包括以下几个方面(1)启动计算机，运行再生水厂原水水质在线预警系统。该系统主要包含以下功能与信息①系统存有再生水厂的基础情况与数据其中包括再生水厂的工艺流程情况，各个工艺流程和相关构筑物的设计参数，以及各个构筑物的运行参数等；②系统存有再生水厂原水水质在线监测数据根据再生水厂收水区域污水的水质特征和再生水处理工艺出水水质要求，选定原水进水的水质监测指标为pH、C0D、TN、NH3-N、 TP和SS，并将上述指标作为原水水质的预警指标；③预测原水水质指标的神经网络模型系统将上述各原水水质指标的数据分类汇总并按照时间顺序存储，建立原水水质数据库，并建立神经网络模型；该模型利用数据库中的水质数据为样本训练神经网络模型，然后将预测日之前15天的原水水质监测数据输入到已训练好的模型进行预测即得到预测日当天的原水水质指标；④水质预警系统中各预警指标的警级、警限数据根据污水排放标准、水厂设计参数和水质指标取值变化的统计分析结果，将每个预警指标看成一个独立的表征水质的指标，将预警警级分为轻警、中警、重警3个级别，并设定各水质指标在不同警级条件下的取值范围(警限)；⑤原水水质预警应急预案结合再生水厂工艺设计参数与运行管理人员的相关经验制定的原水水质预警应急预案。针对应急预案，具体来讲，就是针对各个预警指标的不同级别警情，系统存有相应的应急措施，组成应急预案。例如，针对PH的轻警，应监控原水经过再生水厂反应器前后监测点处的PH值，对于pH的重警，则应将原水引入调节池储存，调质后再进入反应器；对于COD的轻警，应密切监控监测点处COD指标，及时掌握水质走向和反应器的处理情况，对于COD的重警，则应将原水引入调节池，此时调节池起到厌氧池水解酸化作用，之后再进入再生水厂反应器，进行后续处理。系统通过数据库获取水质在线监测数据，并对其进行后续分析与研究。(2)系统定时读取服务器数据库中存储的原水进水监测点的水质在线监测数据。(3)系统将最近读取的水质指标与设定好的警级、警限数据进行对比分析，评价当前的水质情况。(4)系统将水质在线监测数据输入到已训练好的神经网络模型，进行水质预测； 将预测得到的原水水质指标与警级、警限数据进行对比分析，评价未来水质的情况。(5)系统根据当前水质和未来水质的评价情况，判断是否做出水质安全预警；若无警情则继续常规的水质监测与工艺生产，系统自动返回O)，等待下一次获取在线监测数据并对其进行分析预警；若有警情则进行下一步预警操作(6)。(6)系统根据设定好的警级、警限数据进行预警分级操作，将警情分为轻警、中警和重警，并报告警情。(7)系统综合各水质指标的预警警情报告，并对警情进行解释说明。(8)系统显示对应警情的应急预案，指导再生水厂做出应急响应，采取必要的措施控制潜在的水质污染风险。(9) SCADA系统可采集再生水厂原水进水口监测点处pH、COD、TN、NH3-N、TP和SS 等水质指标；与本系统连接的SCADA系统对水质指标进行循环采集，即按照指定时间间隔自动对监测点进行数据采集。(IO)SCADA系统的监测数据随时传送到服务器数据库中，数据库存储实时数据和历史数据，可通过图表方式显示历史和趋势数据，且控制中心可随时对数据库中的数据进行查看、修改、添加、删除等操作。(11)根据用户需求判断系统是否继续进行。
权利要求
1.一种再生水厂原水水质在线预警系统，该系统包括原水水质指标的数据采集与监测系统SCADA、数据中心和主控计算机，其中所述SCADA系统包括若干个用于采集再生水厂原水进水监测点处的水质数据的遥测远传RTU终端，按约定的采集时段定时发送采集数据给数据中心；采集数据发送在本系统中经由有线或无线通讯系统，实现RTU终端与数据中心的信息通讯；所述数据中心，用于控制SCADA系统，并存储SCADA系统发回的原水水质数据；包括 用于监控过程值并与过程硬件通讯的服务器，以及用来存储按时序监测的水质在线数据的服务器数据库；以及，若干台所述主控计算机，作为该系统的操作平台，用于存储并运行原水水质数据的分析、预警操作，以及进行数据库中的水质数据管理和数据操作；所述主控计算机上运行的原水水质数据的分析、预警处理，包括以下操作 存储对再生水厂原水水质进行分析预警的相关数据，控制SCADA系统对再生水厂原水进水监测点处水质指标进行循环数据采集，并将监测数据传送到服务器数据库中存储并进行操作与分析，此处的操作与分析分别包括；对再生水厂原水水质指标进行预测读取服务器数据库的再生水厂原水监测点的在线监测水质数据，并代入神经网络模型作为输入数据对原水水质指标进行预测；对再生水厂原水水质指标进行分析和预警分析和评价当前原水水质监测数据，同时通过预测的原水水质指标分析评价未来水质的情况；软件根据已经设定好的警级、警限对当前和未来的水质情况进行预警，并根据预警情况显示出对应警情的应急预案。
2.如权利要求1所述的再生水厂原水水质在线预警系统，其特征在于，所述相关数据具体包括以下数据再生水厂的基础情况与数据，包括工艺流程情况、设计和运行参数； 再生水厂原水水质数据，包括原水进水的水质监测指标和原水水质的预警指标酸碱度 pH、化学需氧量COD、总氮TN、氨氮NH3-N、总磷TP和悬浮物SS ；预测再生水厂未来原水水质指标的神经网络模型，基于上述原水进水水质数据建立数据库，并利用该数据库的数据样本训练神经网络模型；水质预警系统中各预警指标的警级、警限数据根据原水水质变化情况对警情进行分级，并设定各级警情的取值范围，即警限； 原水水质安全预警应急预案。
3.—种再生水厂原水水质在线预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤一，存储再生水厂原水水质分析预警的相关数据和信息，包括步骤二，控制SCADA系统对再生水厂原水进水监测点处水质指标进行循环数据采集， 并将监测数据传送到服务器数据库中存储并进行操作与分析，此处的操作与分析分别包括；对再生水厂原水水质指标进行预测读取服务器数据库的再生水厂原水监测点的在线监测水质数据，并代入神经网络模型作为输入数据对原水水质指标进行预测；对再生水厂原水水质指标进行分析和预警分析和评价当前原水水质监测数据，同时通过预测的原水水质指标分析评价未来水质的情况；软件根据已经设定好的警级、警限对当前和未来的水质情况进行预警，并根据预警情况显示出对应警情的应急预案。
4.如权利要求1所述的再生水厂原水水质在线预警方法，其特征在于，所述相关数据具体包括以下数据再生水厂的基础情况与数据，包括工艺流程情况、设计和运行参数； 再生水厂原水水质数据，包括原水进水的水质监测指标和原水水质的预警指标酸碱度 pH、化学需氧量COD、总氮TN、氨氮NH3-N、总磷TP和悬浮物SS ；预测再生水厂未来原水水质指标的神经网络模型，基于上述原水进水水质数据建立数据库，并利用该数据库的数据样本训练神经网络模型；水质预警系统中各预警指标的警级、警限数据根据原水水质变化情况对警情进行分级，并设定各级警情的取值范围，即警限； 原水水质安全预警应急预案。
全文摘要
本发明公开了一种再生水厂原水水质在线预警系统及预警方法，包括原水水质指标的数据采集与监测SCADA系统、数据中心和主控计算机，所述主控计算机上运行的原水水质数据的分析、预警处理，包括存储对再生水厂原水水质进行分析预警的相关数据，控制SCADA系统对再生水厂原水进水监测点处水质指标进行循环数据采集，并将监测数据传送到服务器数据库中存储并进行操作与分析对再生水厂原水水质指标进行预测；以及进一步进行分析和预警；本发明准确和迅速地对再生水厂原水的水质变化情况进行分析和预警，预警精度较高，具有较高实用价值，提高了再生水厂对原水水质变化情况的处理能力和效率，实现了再生水厂生产运行情况相关数据有效管理。
文档编号G01N33/18GK102565296SQ20111041242
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月11日 优先权日2011年12月11日
发明者于佳瀛, 单金林, 孙井梅, 庄宝玉, 彭森, 赵新华 申请人:天津大学