关键词： 污水处理企业   大数据   智能成本预警   数据仓库   机器学习  

摘要： 随着智能化浪潮的来临,企业的成本管理在不断变革,传统的成本管理模式已经无法驾驭企业产生的海量数据。众多企业正处于数字化转型中,转型带来的问题需要依靠更多的智能技术去解决。成本相关的数据不再单单局限于单纯的财务数据,还涉及生产、业务甚至宏观等数据。面对纷繁复杂的成本数据,如何经济地存储数据、高效抓取数据以及挖掘数据背后的价值成为企业迫在眉睫的问题。在智能技术的加持下,企业的成本管理不再只是事后的分析,逐渐成为事前主动性的预测。特别是对于重视生产的污水处理企业来说,智能成本预警尤为重要。为探索污水处理企业智能成本预警的方案,本文构建了基于机器学习的污水处理企业智能成本预警框架,以L污水处理企业为研究对象进行验证。 L污水处理企业是一家承担污水收集、处理、再生等业务,有着二十余年污水处理经验的企业。L企业正处于数字化战略转型阶段,大力推动技术创新,进行以大数据、物联网、人工智能等新一代计算机技术为基础的智慧水务建设。但目前L企业的成本管理模式较为传统,未存在基于智能技术的成本预警方案,企业大量生产数据背后潜藏的价值也还未进一步挖掘。导致转型中L企业成本超支、资源配置效率低的问题未能得到解决,现有成本管理流程需要改革,智能成本预警系统有待建立。 首先,本文对污水处理企业成本管理、智能成本预警、机器学习的国内外理论和应用研究现状进行了总结,然后介绍了智能成本预警、数据仓库和机器学习算法等相关理论基础,为后续的方案设计与模拟实施提供支撑。接着,通过实地调研与访谈,梳理L污水处理企业的工艺流程,分析其成本构成,再整理L企业现有成本管理流程与成本预警流程,总结出存在成本预警数据管理和查询效率低、污水处理成本风险预警缺乏灵敏机制和维修成本风险预警精细化低的问题。其次,针对L企业成本预警现状的问题,对智能成本预警进行了必要性分析,包括成本预警数据仓库设计、基于决策树算法的污水处理成本风险预警、基于K-means的维修成本风险预警。同时,设计智能成本预警方案,进行智能成本预警数据源分析和ETL过程,构建智能成本预警数据仓库,将L企业不同系统与平台中的数据整合起来,便于有效地存储和分析数据;构建污水处理成本风险预警指标体系,通过决策树算法对污水处理成本进行预警,有效提升企业应对污水处理日常成本风险的机制;进行维修成本风险预警指标体系的设计,构建K-means聚类算法的维修成本风险预警模型,细化L企业的维修成本的预警,有助企业相应决策。并提出加强成本预警数据管理、优化企业成本管理流程与制度和强化成本风险预警模型分析结果应用的建议以及从制度、技术和人员提出保障措施。最后,对本研究进行结论总结与未来展望。 本文通过分析数据源、ETL过程和模型设计等,构建数据仓库优化成本预警数据管理和提升查询效率,利用决策树算法和K-means算法解决污水处理成本风险预警缺乏灵敏机制和维修成本风险预警精细化低的问题。在必要性分析的基础上,为L企业构建的智能成本预警方案能够帮助企业识别污水处理过程中可能出现的成本风险,提前发出预警,使企业采取措施减少潜在的损失。在对各种成本预警进行收集、整合和分析的过程中,提升成本管理的效率,变革成本管理模式,帮助企业更有效地优化资源配置,降低企业的运营成本。污水处理企业智能成本预警方案为行业的成本预警提供理论和实践的借鉴意义,并且需要进行持续优化和改进,适应企业的改变,增强企业的竞争力和可持续发展能力。

关键词： 活性污泥   污泥沉降性   污泥活性   水力旋流器   离心力   硝化活性   反硝化速率  

摘要： 当前污水处理厂常出现活性污泥沉降性差,活性低等问题,使出水水质难以达标排放,而水力旋流器由于其内部具有优良的流场作用,使分离优劣污泥成为可能。因此本研究用旋流器分离剩余污泥,将底流污泥回流到氧化沟,用以改善污水处理厂中氧化沟污泥性能,提高污水处理厂处理效率,减少相关药剂投加量,节省运行成本。 首先在最佳分流比下运行旋流器,发现旋流分离效果随单旋流器进口流速的增加而加强。在单旋流器进口流速为4.188 m/s时,旋流分离效果最佳,此时旋流器底流污泥MLSS、粒径D50、MLVSS/MLSS较溢流污泥分别增加了18.17%、35.02%、3.08%,SVI较溢流污泥降低了16.55%。长期运行旋流分离系统9个月内,1#、2#氧化沟中污泥每月平均SVI同比下降幅度最大分别可达51.32%、51.74%;高密澄清池排泥总量同比减少了30.95%,污水处理厂污泥的沉降性大幅改善,泥水分离效果提升。 随后通过测定旋流分离系统对污泥活性的影响,发现旋流器底流污泥的比实际呼吸速率、硝化活性、反硝化速率较进口污泥分别提高了2.26%、9.80%、3.81%。旋流器底流污泥中优势菌种如Proteobacteria（变形菌门）、Bacteroidota（拟杆菌门）、Nitrospirota（硝化螺旋菌门）等相对丰度较进口污泥分别增加了5.24%、8.38%、0.63%。长期运行旋流分离系统9个月后,1#、2#氧化沟中污泥的比实际呼吸速率分别提高了9.60%和30.71%、硝化活性分别提高了4.49%和28.42%、反硝化速率分别提高了36.22%和43.02%,污泥活性明显改善,硝化/反硝化速率增加,有利于快速净化水质。 旋流分离系统运行的9个月内,污水处理厂BOD5、COD、NH4+-N、TN、TP、SS总处理量同比分别提高了64.91%、32.05%、13.77%、4.42%、36.35%、97.59%,去除率分别达96.21%、86.17%、96.40%、66.09%、95.61%、96.59%。氧化沟中碳源投加量、二沉池中聚丙烯酰胺阳离子、高密澄清池中聚合硫酸铁投加量、每吨污泥脱水所消耗聚丙烯酰胺阳离子投加量同比分别减少了14.58%、84.23%、44.75%、26.73%。处理每千克BOD5、COD、NH4+-N、TP、SS所耗电量同比分别降低了34.78%、18.55%、5.45%、21.06%、45.56%。因此旋流分离系统长期运行有利于污水处理厂保持高效的污染物去除率,减少投药量和用电量,具有经济可行性。

关键词： 污水处理厂   深度学习   总磷预测   总氮预测   informer模型  

摘要： 水体富营养化的重要成因之一是水体中氮磷含量过高,故总磷和总氮是污水处理的一项重要水质控制参数,传统总磷总氮检测方式无法实现出水总磷的实时监测,不利于处理过程的智能化发展。 污水处理厂作为削减氮磷负荷、控制水体富营养化的关键环节,担任着改善水质量、促进水循环的关键责任。随着社会经济的发展,污水排放标准日益严格,为了提高污水处理厂处理能力,推进数字赋能的智慧水务建设进程,水质预测模型建立势在必行。然而污水处理是一个物理化学生物反应错综复杂的过程,具有很强的不确定性、影响因素众多和非线性等特点,导致现有的水质预测模型无法精准地预测出水水质。本文从污水处理厂实际历史数据出发,建立基于深度学习的污水处理厂出水水质预测建模,实现对未来一段时间内出水总磷、总氮浓度的预测,并且基于构建的出水水质预测模型进行投药量的优化。结果如下: （1）对污水处理厂A、B日常运行报表进行数据分析,分析发现部分历史数据起伏波动较大、存在极大或极小异常值和不完全服从正态分布。为了能获得特征向量和标签向量之间更为准确全面的映射关系,使用皮尔森相关性分析和灰色关联度分析,筛选出合适预测污水处理厂出水总磷、总氮浓度的指标作为特征向量,出水总磷浓度作为标签向量。为了避免原始数据中波动和偏差对模型的干扰,增加模型的泛化效果,采用箱线图和3σ原则进行数据清洗,并对数据进行归一化操作后构成训练模型所用数据集。 （2）使用BP神经网络（BPNN）、卷积神经网络（CNN）、长短期记忆递归神经网络（LSTM）、Informer建立了污水处理厂A出水总磷浓度预测模型。通过对模型之间性能评估指标的分析:BPNN模型的R2为0.4597,模型的预测结果平稳性差;CNN模型的各项评估指标都较差,不适用于污水处理厂出水总磷的预测;LSTM模型的MSE、RMSE、MAE和R2分别为0.0082、0.0905、0.0684和0.6068,模型预测精度较高;informer模型的MSE、RMSE、MAE相比LSTM模型分别降低了21.95%、11.60%、28.65%,R2较LSTM模型提高了19.94%,较LSTM模型具有明显的预测优势。informer模型预测精度高且泛用性强,预测结果平稳性好,能有效预测未来一段时间内的出水总磷浓度。 （3）基于TCN和informer深度学习算法构建污水处理厂B出水总氮浓度预测模型,通过两种模型在测试集上的预测值与实际值变化趋势分析了两种模型预测值与实际值的变化趋势拟合情况,说明informer模型对污水处理厂出水总氮浓度的预测值与实际值的变化趋势一致性高,能够较好地预测出水总氮浓度的变化趋势。为进一步验证模型性能,与其他团队构建的预测模型进行对比实验,其中BPNN和LSTM的R2分别为0.6023和0.6349,说明两种模型输出的预测值离散程度较高,预测稳定性差。TCN预测模型与stacking集成模型的预测性能相差不大。Informer模型的预测性能要高于其他四种模型,MSE、RMSE、MAE分别相比TCN模型降低了17.4%、9.1%、15.4%,相比stacking集成模型降低了12.7%、6.6%、10.6%,且informer模型的R2为0.7462大于TCN模型的0.6796和stacking集成模型的0.7045,验证了informer模型用于预测出水总氮的有效性。 （4）基于informer出水总磷预测模型进行除磷药剂聚合氯化硫酸铁投加量的优化,围绕该模型设计了投药量优化思路,降低测试集中聚合氯化硫酸铁投加量并重新预测出水总磷,预测值与国家一级A标准比较并决定是否循环,慢慢逼近在满足出水总磷浓度标准时的最小投药量,并通过相关性分析验证了优化思路的可行性。最终优化结果为在出水总磷浓度不超标的情况下,最多可以节约15%的聚合氯化硫酸铁药剂的消耗。 综上所述,本文基于深度学习算法构建了预测精度高、预测效果稳定的出水水质预测模型,为污水处理厂的数字赋能进程建设奠定了基础,对于污水处理厂提高智能化水平、优化处理工艺、提高处理效率、科学调控、减少能耗和实现碳中和具有重要意义。

关键词： 污水处理   类芬顿氧化   生物炭负载   零价铜   抗氧化  

摘要： Fenton氧化法因具有高效、简单的优点而被广泛应用于有机污水处理。与Fe基类Fenton催化剂相比,纳米零价铜(Cu（0）)催化剂因具有高表面反应活性和独特的氧化还原性能而得到快速发展。然而,纳米Cu（0）存在易被氧化导致催化性能降低和粉末催化剂回收困难等问题,限制其广泛应用。基于以上问题,本文采用原位碳化法制备了生物炭负载Cu（0）类Fenton催化剂,利用多种改性手段解决Cu（0）易被氧化问题,从而提升催化剂的催化性能。此外,结合膜分离技术,有效解决粉末催化剂的回收问题。具体研究内容如下: （1）采用原位碳化法合成了N掺杂生物炭包覆Cu（0）(Cu@N:C)催化剂,通过改变Cu（NO3）2·3H2O的加入量,得到一系列不同Cu（0）负载量的类Fenton催化剂。采用XRD、FTIR、SEM、TEM和XPS等表征手段,对催化剂的形貌、结构进行了系统分析。此外,详细考察了反应条件、无机阴离子、腐植酸和天然水基质对催化性能的影响,以及对其他有机污染的降解能力。结果表明,当Cu（NO3）2·3H2O添加量为12%时,12%Cu@N:C催化剂的催化性能最佳,在120 min内可以去除77.4%的PNP。同时,12%Cu@N:C催化剂在接近中性的pH值范围（4.0～8.0）内对多种有机污染物表现出优异的催化性能,并且催化性能受天然水基质的干扰较小,甚至在海水中显著增强。此外,由于碳层对Cu（0）的包裹作用,使得12%Cu@N:C催化剂具有良好的环境稳定性。Cu（0）被证明是Cu@N:C催化剂活化H2O2产生·OH、·O2–和1O2的活性中心,并提出了一种降解PNP可能的催化反应机理。 （2）基于原位碳化的方法制备了不同酸改性的生物炭负载Cu（0）(Cu/C)催化剂,并通过调节不同HCl加入量,得到一系列不同HCl量改性的Cu/C（Cu/C-HCl-x）催化剂。通过XRD、SEM、TEM、XPS和H2-TPR等表征手段,对催化剂的形貌、结构进行了系统分析。此外,还研究了反应条件、无机阴离子和腐植酸对催化性能的影响,以及对其他有机污染的降解能力。结果表明,HCl改性催化剂性能明显优于H2SO4和HNO3改性催化剂,当HCl添加量为1 mL时,Cu/C-HCl-1.0催化剂显示出最优的催化性能,在60 min内可以去除97.1%的PNP。催化性能的增强可归因于HCl改性有效抑制了Cu（0）表面氧化层的形成,并使得该催化剂具有良好的环境稳定性。此外,该催化剂在宽的初始pH值（3.7～11.2）范围内对酚类、染料和抗生素均表现出良好的去除能力。Cu（0）被证明是Cu/C-HCl-1.0催化剂活化PMS产生·OH和·O2–的活性中心,并提出了一种降解PNP可能的催化反应机理。 （3）结合高温水热处理,采用原位碳化的方式制备了HCl改性的生物炭负载Cu（0）催化剂（Cu/C-HCl-1.0-HT）。通过XRD、FTIR、SEM和XPS等表征手段,对催化剂的形貌、结构进行了系统分析。此外,还研究了反应条件、无机阴离子和腐植酸对催化性能的影响,以及对其他有机污染的降解能力。结果表明,Cu/C-HCl-1.0-HT催化剂活化PMS去除PNP的反应速率常数为Cu/C-HCl-1.0催化剂的1.7倍。该催化剂对酚类、染料和抗生素也表现出不错的去除能力。淬灭实验表明,在Cu/C-HCl-1.0-HT/PMS体系中,·OH作为主要活性氧物种降解PNP,·O2–起辅助作用。之后,以Cu/C-HCl-1.0-HT催化剂作为添加剂,采用非溶剂致相分离法制备了不同Cu/C-HCl-1.0-HT添加量改性的PVDF超滤膜（PVDF-x）。通过一系列表征手段和测试方法,系统评价了Cu/C-HCl-1.0-HT的加入量对膜形貌结构和综合性能的影响。结果表明,Cu/C-HCl-1.0-HT催化剂的引入在不明显影响膜孔结构和BSA截留率情况下,改善了PVDF膜的机械性能和透水性,还使其具备一定的催化性能。当Cu/C-HCl-1.0-HT添加量达到1 wt%时,PVDF-1膜的综合性能最优,拉伸断裂强度和纯水通量分别提升了21.6%和26.7%。

摘要： (2024年11月12日湖北省第十四届人民代表大会法制委员会第十八次会议通过)湖北省人民代表大会常务委员会:11月12日,省人大法制委员会召开会议,对《黄石市城镇排水与污水处理条例》进行了审议。法制委员会认为,该条例符合法律、法规的有关规定,不与上位法相抵触,建议提请省十四届人大常委会第十三次会议审议批准。

关键词： 零排放   油田   污水处理   应用  

摘要： 污水排放问题制约了油田企业的发展，污水处理问题已经成为油田企业重点关注的对象。高效处理污水，减少污染物的排放以及提高企业经济效益是油田企业可持续发展的关键。针对我国目前油田企业的现状，重点阐述了多介质过滤技术、钠离子交换技术、弱酸阳床技术、反渗透技术、纳滤技术、电渗析技术及多效蒸发技术在国内油田工业中的应用过程。