[发明专利]一种分散式污水出水水质超标预警的在线监测系统和方法

权利要求书

1.一种分散式污水出水水质超标预警的在线监测系统，其特征在于，包括设备单元、PLC自动控制单元、数据远程传输/接收模块和出水超标预警模块；所述设备单元包括缺氧段ORP监测设备、出水ORP监测设备、自动取样器、曝气鼓风机、混合液回流泵；所述出水超标预警模块包括：基于ORP数值的异常状态判断模块、基于人工神经网络算法建立的出水水质分级模块、基于时间序列分析的出水水质预测模块；所述设备单元的数据信息均通过所述PLC自动控制单元连接到所述数据远程传输/接收模块，然后接入设置有所述出水超标预警模块的云平台；

所述出水超标预警模块被配置为包括以下步骤：

S1：获取所述设备单元的工作状态，所述设备单元的工作状态包括：所述缺氧段ORP监测设备的监测数据、所述出水ORP监测设备的监测数据、所述混合液回流泵启停状态、所述曝气鼓风机启停状态；

S2：将所述出水ORP监测设备的监测数据与预设阈值比较，输出报警结果；

S3：将所述设备单元的工作状态，作为神经网络的输入，输出预测的出水水质等级；

S4：将所述设备单元的工作状态的历史序列，作为神经网络的输入，输出预测的出水水质等级；

所述S2包括以下步骤：

S2a：获取所述缺氧段ORP监测设备和所述出水ORP监测设备的实时数据；

S2b：将所述实时数据与预设阈值比较，输出对应的报警结果；

所述S3包括以下步骤：

S3a：利用所述自动取样器每隔2h取样一次；

S3b：用国标法测定所取水样的COD、氨氮、TN、TP值；

S3c：从云平台提取所述自动取样器取样时对应的如下在线信息：

ORP_a-缺氧段ORP；ORP_e-出水ORP；混合液回流泵启停状态；曝气鼓风机启停状态；

S3d：按照所述混合液回流泵启停状态和所述曝气鼓风机启停状态，将上述ORP_a与ORP_e分成4组；

S3e：将步骤S3b、S3c测得的COD、氨氮、TN、TP、ORP_a和ORP_e的值，分别记作[COD]、[氨氮]、[TN]、[TP]、[ORP_a]和[ORP_e]；

S3f：将步骤S3e中各变量分别进行矢量归一化预处理，使其映射到[-1，1]区间之内；

S3g：将步骤S3f获得的4组数据分别建模，以[ORP_a]和[ORP_e]为输入值，以[COD]、[氨氮]、[TN]、[TP]为输出值，采用BP-神经网络算法，选择Sigmoid函数为激活函数，并选择合适的神经网络隐含层、每层的单元数和学习率参数构建模型；

S3h：将步骤S3g输出的预测值进行归一化还原，分别记为[COD]_测、[氨氮]_测、[TN]_测、[TP]_测；

S3i：依据国家排水标准中对COD、氨氮、TN、TP指标的排放要求，构建一个分类器模型，分类等级为4级：达标一级A、达标一级B、达标二级、不达标；

S3j：将预测值传输至分类器，得到水质等级；

所述S4包括以下步骤：

S4a：利用所述自动取样器每2h取样一次；

S4b：用国标法测定所取水样的COD、氨氮、TN、TP；

S4c：对照国家排水标准中对COD、氨氮、TN、TP指标的排放要求，将所取水样的水质分为4级：达标一级A、达标一级B、达标二级、不达标；

S4d：从云平台在线数据库提取连续在线ORP监测信息：ORP_a-缺氧段ORP；ORP_e-出水ORP；

S4e：按照所述混合液回流泵启停状态和所述曝气鼓风机启停状态，将步骤S4d提取的ORP_a与ORP_e分成4组；

S4f：采用时间序列分析方法，预测ORP_a与ORP_e，并依据已测的ORP_a与ORP_e值与对应的时间，建立时序图，并构建出ORP预测模型；

S4g：将步骤S4f预测得到的某一时段的ORP_a与ORP_e作为模型的输入值，步骤S4c水样的分类等级作为输出值，利用神经网络构建模型，从而实现出水超标预警。