污水处理故障诊断方法有这些 你都了解吗？

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简介:污水处理过程复杂，影响因素多。我国污水处理厂故障频发，出水达不到稳定的排放标准。污水处理故障的诊断对于保证污水处理厂的正常运行和达标排放具有重要意义。

我国污水处理系统运行不正常、出水不能稳定达标的问题依然严重。产生上述问题的部分原因是污水处理过程复杂，影响因素多，故障不易诊断；污水处理厂工作人员专业素质差，导致污水处理过程中各种故障的发现滞后，不能及时准确地解决。因此，对污水处理厂的运行故障进行诊断，并对其进行仔细的监控是十分必要和关键的。

1、污水处理故障诊断方法

1.1知识综合方法

知识综合法主要是指利用知识和经验，综合诊断污水处理过程中存在的问题并找出解决办法，一般针对某一个案例。知识来源包括积累以前的知识和查阅相关资料以获取与诊断相关的信息，如设计手册、技术规范、技术指南、相关文献和类似的污水处理工程案例数据等。

1.2数学模拟诊断方法

数学模拟法是利用污水处理中已有的一些数学模型或模拟软件对污水处理厂的运行状况进行诊断并提出优化方案的方法。该方法通过仿真可以同时实现诊断和优化。这种方法对操作人员的专业水平要求较高，过程复杂，但诊断和优化方案更加准确高效。目前，许多污水处理厂使用数学模拟来诊断运行报告。如邱利用biowin软件对北京某iceas工艺污水处理厂的氮磷出水进行了诊断，并从调整工艺运行参数和改变工艺流程两个方面提出了升级方案。

1.3统计诊断方法

污水处理过程复杂，影响因素多，且污水处理参数多且相互影响，这促进了统计诊断方法在污水处理故障诊断中的应用。此外，统计诊断方法也逐渐从原来的单变量统计发展到多元统计诊断分析，如主成分分析、偏最小二乘法等。

(1)基于主成分分析的诊断方法。主成分分析是一种统计方法，它从影响过程的许多相关变量中选择几个主要的过程变量来表示原始的多个变量，从而简化了分析过程。基于主成分分析的诊断方法是按照一定的标准从污水处理历史数据中去除一些重复的线性干扰，找出影响过程变量的主成分，建立主成分模型，通过数据对模型进行检验，并将实时数据与模型进行比较，实现故障诊断。

(2)基于故障树的诊断方法。故障树诊断法是贝尔实验室于1961年提出的一种推理方法，它构成了一种倒树结构。顶层是顶层事件，下一层分支是中间事件和子事件，子事件的下部是事件的根本原因。事件之间存在“与”门和“或”门的关系。将故障树诊断方法应用于污水处理厂的诊断中，通过这样的树型关系，可以探讨顶层事件的可能原因，逻辑清晰，可以定量分析每个事件的概率。

(3)基于支持向量机的诊断方法。基于支持向量机的诊断方法是通过构造最优分类平面来区分异常数据和正常数据。它是一种基于统计理论的机器学习方法，是解决污水处理厂故障监测和诊断的有力工具。

1.4人工智能诊断方法

(1)基于遗传算法的诊断方法。遗传算法的灵感来自生物进化中的“适者生存”和“适者生存”。基于进化过程中的信息遗传机制和适者生存原则，将解决问题的自变量视为原因，编码构成染色体(个体)，根据个体集合(群体)中的个体适应性进行优化评价。遗传算法具有优越的搜索性能，能够优化全局性能。

(2)基于人工神经网络的诊断方法。人工神经网络(ANN)是一种模仿生物神经网络的人工智能处理系统，具有大量简单连接的人工神经元，包括硬件和软件。人工神经网络由大量的人工神经细胞(处理单元)组成，每个处理单元可以输出一个信号，该信号成为其他处理单元的输入。投入和产出之间的关系通常用投入值的加权乘积和函数来表示。人工神经网络的运行有一个学习过程和一个回忆过程，可以进行大规模的运算、存储、处理、学习和记忆，可以对污水处理等多种影响因素和条件进行评价和诊断。人工神经网络诊断侧重于污水处理过程的模拟和控制以及污水处理故障诊断领域中特定参数的预测。

(3)基于模糊理论的故障诊断方法。模糊理论诊断是模仿人类思维的模糊综合判断和推理来处理问题的方法。该方法在诊断过程中存在不确定性和不准确性的问题时具有突出的优势，主要是通过构造隶属函数来实现诊断。

(4)基于专家系统的诊断方法。基于专家系统的诊断方法是长期收集和整理大量的知识和经验以及故障信息，然后将其转换成计算机语言，并设计智能程序来解决复杂问题。专家系统诊断方法在设备、电子系统、机械系统和运行过程故障诊断中有着大量的应用，也逐渐被应用到污水处理故障诊断中。

1.5综合诊断方法

综合诊断法是一种综合各种诊断方法优点的诊断方法，基于它做出的决策对污水处理厂的管理具有重要的促进作用。集成诊断方法很多，如神经网络与专家系统集成、模糊理论与专家系统集成、故障树与专家系统集成、模糊理论与神经网络集成等。

2.专家系统在污水处理故障诊断中的应用

专家系统包括知识库、推理机、数据库、解释模块和人机交互端口。专家系统最重要的是知识库，这也是整个系统的瓶颈。有必要收集尽可能多的被诊断对象的可能问题，并找出相应问题的原因和解决方法。推理机根据一定的逻辑和推理规则，利用知识库中的知识来分析和解释用户输入的问题。数据库是系统运行的对象。解释模块用于解释用户的问题。人机交互端口是用户仅与计算机或专家交流的端口。

自1970年以来，专家系统及其集成系统已被应用于污水处理领域。到目前为止，已经有许多成功的案例和相关的文献报道。它可用于整个过程诊断和特定的处理单元。

孙强等在国内首次提出建立基于模糊理论的城市污水处理厂故障诊断专家系统(stfes)。施汉昌等2001年用正反向推理机制，用故障树的形式，建立了一套故障诊断系统，并用于城市污水处理厂的运行诊断。王刚通过故障树法进行知识库构建，采用正向推理机制，在eclipse平台采用mysql开发工具构建数据库，构建了一套专家诊断系统，用于榨菜废水处理厂故障诊断。该诊断系统还包括运行维护模块，可以提供废水处理运行、维护和管理知识的查询功能。田在兴利用故障树理论对引起出水问题的原因进行组织和整理，构建知识库(如图1)。然后采用正向推理机制，建立了一套专家诊断系统，用于城市污水处理厂baf工艺的诊断中。通过实际应用发现该诊断系统能准确判断出水异常数据并能对引发故障的原因给予解释并提出相应解决方案。刘宇基于贝叶斯网络法构建贝叶斯网络模型，再基于该模型构建了城市污水处理厂a2/o工艺故障诊断专家系统。王龙双针对处理冶炼废水和混合化工废水的工业废水处理厂运行故障，利用模糊理论构建知识库，采用正向推理方法构建推理机，在此基础上开发了一套污水处理运行监控与故障诊断的专家系统。该系统能实现污水处理厂运行异常数据自动提取、实时显示、故障在线或离线诊断功能，实际调试运行效果良好。