大數(shù)據(jù)技術(shù)在污水處理運(yùn)營中的應(yīng)用

施海祥

（江蘇豐正環(huán)保科技有限公司，如皋 226551）

大數(shù)據(jù)，由維克托·邁爾-舍恩伯格及肯尼斯·庫克耶在2008年8月中旬提出，屬于計(jì)算機(jī)、信息科學(xué)及統(tǒng)計(jì)學(xué)的范疇，在BI、工業(yè)4.0、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+等領(lǐng)域適用，具有“5V”的特點(diǎn)，即：大量、高速、多樣、價(jià)值、真實(shí)性。值得注意的是，在這個(gè)信息爆炸的時(shí)代，大數(shù)據(jù)技術(shù)逐步被推廣應(yīng)用到各行各業(yè)，比如說污水處理運(yùn)營。由于工業(yè)的發(fā)展，我國廢水排放量不斷增長，據(jù)《2014-2018年中國污水處理行業(yè)市場前瞻與投資規(guī)劃分析報(bào)告》顯示，2001我國廢水排放總量為433億噸，到2012年年廢水排放總量增加了252億噸，平均年復(fù)合增長率高達(dá)4.3%，做好污水治理工作，并強(qiáng)化污水處理運(yùn)營，成為目前國家環(huán)保的當(dāng)務(wù)之急[1]。污水處理是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，會(huì)持續(xù)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，為了提升污水處理運(yùn)營效能，可應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)。

1 污水處理運(yùn)營中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用特征分析

根據(jù)實(shí)踐工作證明，在污水處理運(yùn)營中，大數(shù)據(jù)技術(shù)呈現(xiàn)出以下幾個(gè)應(yīng)用特征：

1.1 數(shù)據(jù)量大、耦合性強(qiáng)特征

在工作過程中，可使用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集各項(xiàng)工作信息，比如說污水治理設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、系統(tǒng)變量等，確保系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，需測(cè)量獲取大量重復(fù)、冗余信息，數(shù)據(jù)量大，且在污水處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量耦合性較強(qiáng)的變量。

1.2 干擾因素多、不確定性大特征

污水處理運(yùn)營環(huán)境復(fù)雜，容易受到電磁干擾及噪聲干擾，進(jìn)水水質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)也存在較大的不確定性。

1.3 動(dòng)態(tài)性、類型多樣性特征

為了確保污水處理運(yùn)營系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，需要不斷調(diào)整一些參數(shù)，所以說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化特征，而且，由于污水治理對(duì)象及工藝的復(fù)雜性，會(huì)產(chǎn)生數(shù)值型、非數(shù)值型和邏輯型等多種數(shù)據(jù)。

1.4 多時(shí)標(biāo)性、不完整性特征

污水處理運(yùn)營系統(tǒng)極為復(fù)雜，這期間所采集的變量信息在變化程度、速度上呈現(xiàn)出差異，所以不能以統(tǒng)一頻率采集信號(hào)，這就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)采集時(shí)間的不同步，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集漏洞，導(dǎo)致信息不全面。

1.5 多模態(tài)性特征

污水處理運(yùn)營系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，會(huì)發(fā)生各種故障，所以系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)可分為正常狀態(tài)、異常狀態(tài)及故障狀態(tài)，數(shù)據(jù)也可以分為這三類，呈現(xiàn)出多模態(tài)性[2]。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在污水處理運(yùn)營中的應(yīng)用分析

2.1 大數(shù)據(jù)污水處理模型

由于污水處理運(yùn)營系統(tǒng)呈現(xiàn)出高度非線性和時(shí)變性，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)于污水的高效處理，應(yīng)以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。具體來說，大數(shù)據(jù)污水處理模型具有以下作用：①數(shù)據(jù)篩選功能。污水處理模型可準(zhǔn)確描述、預(yù)測(cè)污水處理的具體現(xiàn)象，在這一過程中，通過對(duì)監(jiān)測(cè)所得的進(jìn)水水質(zhì)多樣性、流量波動(dòng)性的篩選，可簡化、優(yōu)化污水處理模型；②模型優(yōu)化校核方法。應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于污水處理過程模型的數(shù)學(xué)優(yōu)化校核，而且，基于大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)種類豐富的特性，可應(yīng)用STOWA 準(zhǔn)則、BIOMATH 準(zhǔn)則、WERF 準(zhǔn)則、HSG 準(zhǔn)則等對(duì)污水處理模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)校核。總之，可以通過大數(shù)據(jù)污水處理模型的構(gòu)建，合理地應(yīng)用到污水處理水質(zhì)的有效預(yù)警當(dāng)中，使污水處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，或使處理后的污水達(dá)到再利用的效果。

2.2 大數(shù)據(jù)污水處理仿真系統(tǒng)

在建立污水處理仿真系統(tǒng)的過程中，需要應(yīng)用Simulink 軟件進(jìn)行魔性轉(zhuǎn)換，應(yīng)用Borland 軟件開發(fā)出上位系統(tǒng)，并依據(jù)UML理念去分析系統(tǒng)需求，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，而上述工作的展開，其實(shí)是以大量原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建仿真數(shù)據(jù)庫、控制數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，組成污水處理仿真系統(tǒng)，具有以下作用：準(zhǔn)確分析各類污水處理項(xiàng)目的投資成本及設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，從而選擇合適的方案，節(jié)省成本；這一系統(tǒng)可模擬、預(yù)測(cè)污水處理系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)處理工藝優(yōu)化，提升污水處理效率；借助大數(shù)據(jù)污水處理仿真系統(tǒng)，能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有處理工藝、設(shè)備在設(shè)計(jì)層面的不足，優(yōu)化其設(shè)計(jì)方案，從而降低能耗，全面提升系統(tǒng)創(chuàng)造的環(huán)境效益；在進(jìn)行污水處理工作人員培訓(xùn)時(shí)，可應(yīng)用仿真系統(tǒng)，讓工作人員進(jìn)行實(shí)操演練，提升專業(yè)水平。

2.3 大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺(tái)

在大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺(tái)上，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在線傳感器、工業(yè)無線傳感器采集到的污水處理運(yùn)營數(shù)據(jù)，會(huì)經(jīng)由數(shù)據(jù)匯集傳輸設(shè)備實(shí)施傳輸?shù)焦芾碓破脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。這個(gè)平臺(tái)上，含有多種數(shù)據(jù)分析處理模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分類、匯總、處理、分析，并將結(jié)果傳輸至企業(yè)客戶端，實(shí)現(xiàn)對(duì)于污水處理工作的實(shí)施監(jiān)控，比如說，在上傳數(shù)據(jù)超過指標(biāo)限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并將處理方案傳輸給管理部門，遠(yuǎn)程調(diào)控污水處理人員，工作效率極高。借助于大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺(tái)，可確保系統(tǒng)設(shè)備基本處于最佳運(yùn)行工況，降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，降低人工成本，減少藥劑、化學(xué)制劑等材料耗費(fèi)，全面降低污水處理運(yùn)營工作成本。總之，可合理科學(xué)地利用大數(shù)據(jù)污水處理管理云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)防污水處理風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生了，進(jìn)一步提高污水處理的效率及質(zhì)量。

3 結(jié)束語

綜上所述，污水處理運(yùn)營是一件復(fù)雜而又系統(tǒng)的事情，能否科學(xué)利用工作過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，對(duì)降低系統(tǒng)運(yùn)營成本、提升污水處理效率有著積極意義，而大數(shù)據(jù)技術(shù)，正好能夠勝任這項(xiàng)工作。因此，在污水處理運(yùn)營工作開展過程中，可以合理科學(xué)地利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理水質(zhì)的有效預(yù)警，進(jìn)一步提高污水處理運(yùn)營的工作效率及質(zhì)量，保證出水達(dá)標(biāo)。