申请日2018.07.12
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F3/00; H04L29/08; H04W4/38; C02F103/24; C02F103/28; C02F103/30; C02F103/36
摘要
本发明涉及一种基于大数据的企业污水处理系统及方法，所述的系统包括：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);本发明首先通过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，其次基于大数据分析及处理技术，通过将监测数据输入至已训练的模型后自动生成系统执行策略，之后通过数控技术驱动污水控制终端按生成的策略进行排污，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，从而降低了污水处理成本，提高了净化效率。
权利要求书
1.一种基于大数据的企业污水处理系统，其特征在于，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，用于将接收到的监测信号进行处理后生成能够识别的监测数据，并将监测数据输入至已训练的执行策略模型中，计算获得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，所述的执行策略模型利用系统在调试阶段记录的大量运行数据和监测数据进行模型训练，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。
2.根据权利要求1所述基于大数据的企业污水处理系统，其特征在于，所述的服务器端(4)包括：信号处理模块、执行策略生成模块、数据存储模块、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(3)输出的监测信号，并将监测信号进行处理，生成供执行策略生成模块识别的监测数据;所述的执行策略生成模块内设置有执行策略模型，用于接收信号处理模块输出的监测数据，并通过模型运算获得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，所述的运行数据包括污水控制终端(3)和电控曝气池(5)实时执行的操作数据，所述的监测数据包括中和反应后电控曝气池(5)内污水的PH和化学组分测量值，该运行数据和监测数据记录于数据存储模块内;所述的驱动控制模块用于将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(3)，所述的污水控制终端(3)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获得的净化处理策略转换成对应的电控曝气池(5)操作指令，并发送至电控曝气池(5)。
3.根据权利要求2所述基于大数据的企业污水处理系统，其特征在于，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(3)输出的监测信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。
4.根据权利要求2所述基于大数据的企业污水处理系统，其特征在于，所述的电控曝气池(5)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)。
5.根据权利要求4所述基于大数据的企业污水处理系统，其特征在于，所述的服务器端(4)还包括反应监测模块，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。
6.根据权利要求1所述基于大数据的企业污水处理系统，其特征在于，所有的污水控制终端(3)与服务器端(4)均通过无线传输方式连接于同一网络，各污水控制终端(3)及服务器端(4)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。
7.根据权利要求1所述基于大数据的企业污水处理系统，其特征在于，还包括微生物反应池(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。
8.一种基于大数据的企业污水处理方法，其特征在于，该方法根据权利要求1-7之一所述基于大数据的企业污水处理系统实现，包括：
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)发送至服务器端(4);
步骤2)通过服务器端将接收到的监测信号进行处理后生成能够识别的监测数据，并将监测数据输入至已训练的执行策略模型中，计算获得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;所述的执行策略模型利用系统在调试阶段记录的大量运行数据和监测数据进行模型训练，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。
说明书
一种基于大数据的企业污水处理系统及方法
技术领域
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企业污水处理系统及方法。
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。
发明内容
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企业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;同时本发明基于大数据分析及处理技术，利用已训练的模型自动生成系统执行策略，提高污水处理效率，实现污水处理的智能化。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于大数据的企业污水处理系统，该系统具体包括：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，用于将接收到的监测信号进行处理后生成能够识别的监测数据，并将监测数据输入至已训练的执行策略模型中，计算获得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，所述的执行策略模型利用系统在调试阶段记录的大量运行数据和监测数据进行模型训练，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。
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、执行策略生成模块、数据存储模块、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，生成供执行策略生成模块识别的监测数据;
所述的执行策略生成模块内设置有执行策略模型，用于接收信号处理模块输出的监测数据，并通过模型运算获得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，所述的运行数据包括污水控制终端和电控曝气池实时执行的操作数据，所述的监测数据包括中和反应后电控曝气池内污水的PH和化学组分测量值，该运行数据和监测数据记录于数据存储模块内;
所述的驱动控制模块用于将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，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。
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企业污水处理方法，该方法根据上述基于大数据的企业污水处理系统实现，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发送至服务器端;
步骤2)通过服务器端将接收到的监测信号进行处理后生成能够识别的监测数据，并将监测数据输入至已训练的执行策略模型中，计算获得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;所述的执行策略模型利用系统在调试阶段记录的大量运行数据和监测数据进行模型训练，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企业污水处理系统及方法优点在于：
本发明的系统及方法首先通过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，其次基于大数据分析及处理技术，通过将监测数据输入至已训练的模型后自动生成系统执行策略，从各工厂中匹配出两种或多种能够相互起中和反应的污水，之后通过数控技术驱动污水控制终端按生成的策略进行排污，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，并实现了污水处理的智能化。
