1.本发明属于污水处理领域，具体涉及一种污水处理控制系统及方法。
背景技术：2.污水生化处理系统包括多种复杂的动态生化反应，该系统繁杂且占地较大，建设周期和成本较高，难以适应偏远地区、人口密度低的区域或其他需要对污水进行临时快速处理的地方。
技术实现要素：3.本发明针对污水处理系统难以快速且简易的进行污水初步处理的问题，提供一种污水处理控制系统。包括数据采集单元、建模单元、计算单元、中央控制单元和调节单元；所述数据采集单元用于采集反应容器内污水的环境数据及水质数据，所述建模单元建立污水处理环境-时间数据库，所述计算单元根据采集的当前污水处理环境数据及所述污水处理环境-时间数据库，计算所述当前污水处理环境数据下污水处理时间，所述调节单元调节所述当前污水处理环境数据，所述当前污水处理环境数据包括ph值、温度及含氧量。
4.优选的，在正式污水处理开启前，所述数据采集单元采集的样本污水处理环境数据，所述中央控制单元根据所述水质数据确定污水处理达标时的样本污水处理时间，所述污水处理环境-时间数据库包括所述样本污水处理环境数据和样本污水处理时间。
5.优选的，所述调节单元包括判断模块和执行模块，判断模块用于判断所述当前污水的处理时间是否大于预设时间，所述执行模块包括ph值调节模块、温度调节模块和含氧量调节模块。
6.优选的，所述数据采集单元包括温度检测传感器、ph值检测传感器、含氧量检测传感器及水质检测传感器。
7.还提供了一种污水处理控制方法，应用于污水处理控制系统，包括步骤：
8.s1、向反应容器内流入第一容量的待处理污水，建立污水处理环境-时间数据库；
9.s2、获取流入反应容器的污水的采样环境数据，基于所述采样环境数据和所述污水处理环境-时间数据库，计算与采样环境数据对应的污水处理时间；其中所述环境数据包括待处理污水的ph值、温度和含氧量；
10.s3、判断所述污水处理时间是否大于预设时间，若是则执行步骤s4，否则不调节污水处理环境；
11.s4、根据预定间隔调节所述采样环境数据，执行步骤s2。
12.优选的，所述预定间隔包括：用于调节ph值的第一预定间隔、用于调节温度的第二预定间隔和用于调节含氧量的第三预定间隔。
13.优选的，所述建立污水处理环境-时间数据库，具体为：
14.s11、将反应容器内污水的ph值调至ph值调节范围的最小值，温度调至温度调节范围的最小值，含氧量调至含氧量调节范围的最小值；
15.s12、获取污水的环境数据及水质达标时的污水处理时间；确定此时的ph 值为第一ph值，此时的温度为第一温度，此时的含氧量为第一含氧量；
16.s13、将达标的污水排出后，向反应容器流入第一容量的待处理污水；
17.s14、第二ph值为所述第一ph值与所述第一预定间隔之和，判断第二ph 值是否大于ph值调节范围的最大值，若是则执行s15，否则将反应容器内的污水ph值调节为第二ph值，温度调节为温度调节范围的最小值，含氧量调节为含氧量调节范围的最小值后，执行s12；
18.s15、第二温度为所述第一温度与所述第二预定间隔之和，判断第二温度是否大于温度调节范围的最大值，若是则执行s16，否则将反应容器内的污水ph 值调节为ph值调节范围的最小值，温度调节为第二温度，含氧量调节为含氧量调节范围的最小值后，执行s12；
19.s16、第二含氧量为所述第一含氧量与所述第三预定间隔之和，判断第二含氧量是否大于含氧量调节范围的最大值，若是则执行s17，否则将反应容器内的污水ph值调节为ph值调节范围的最小值，温度调节为温度调节范围的最小值，含氧量调节为第二含氧量，执行s12；
20.s17、根据获取的不同环境数据及对应的污水处理时间，建立污水处理环境
ꢀ‑
时间数据库。
21.所述计算污水处理时间，具体为：
22.s21、对待处理污水进行采样，得到污水环境数据的采样点q0(x0，y0，z0)，选取污水处理环境-时间数据库内环境数据的已知点qi(xi，yi，zi)，已知点qi对应的污水处理时间为ti，其中x0为采样的待处理污水的ph值，y0为采样的待处理污水的温度，z0为采样的待处理污水的含氧量；xi为数据库内污水的ph 值，yi为数据库内污水的温度，zi为数据库内污水的含氧量，i取值为正整数；
23.s22、计算采样点q0与已知点qi的距离ri为
[0024][0025]
s23、将距离ri按照从小到大排序，将所述距离ri最小的七个已知点q1(x1， y1，z1)、q2(x2，y2，z2)、q3(x3，y3，z3)、q4(x4，y4，z4)、q5(x5，y5， z5)、q6(x6，y6，z6)和q7(x7，y7，z7)确定为基准点；
[0026]
s24、根据七个基准点、采样点以及预设重构函数，计算采样点q0对应的污水处理时间t0。
[0027]
优选的，所述步骤s24，具体包括：
[0028]
s241、根据所述七个基准点和预设重构函数，计算所述重构函数的系数，得到重构函数表达式，所述污水处理环境-时间数据库的预设重构函数t为：
[0029]
t＝a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5yz+a6xz+a7xyz；
[0030]
其中a
0-a7为函数系数，x为污水处理环境的ph值，y为温度，z为含氧量， t为水质达标的污水处理时间；
[0031]
s242、根据所述采样点和所述重构函数表达式计算所述采样点对应的污水处理时间t0。
[0032]
优选的，所述根据预定间隔调节所述采样环境数据，具体为：
[0033]
s41、根据第一预设间隔调节待处理污水的ph值，得到调节ph值后的污水处理时间
不大于预设时间对应的最小ph值调节值；根据ph值调节的单位成本和所述最小ph值调节值，计算最低ph值调节成本；
[0034]
s42、根据第二预设间隔调节待处理污水的温度，得到调节温度后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小温度调节值；根据温度调节的单位成本和所述最小温度调节值，计算最低温度调节成本；
[0035]
s43、根据第三预设间隔调节待处理污水的含氧量，得到调节含氧量后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小含氧量调节值；根据含氧量调节的单位成本和所述最小含氧量调节值，计算最低含氧量调节成本；
[0036]
s44、根据所述最低ph值调节成本、所述最低温度调节成本和所述最低含氧量调节成本，得出调节成本最低的调节方案。
[0037]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0038]
(1)系统结构简单，占地小，能够适用于各种临时需要进行污水初步处理的场所，及在偏远地区或人口稀疏的地区进行简易的污水处理；
[0039]
(2)在污水处理前，基于污水情况建立与待处理污水匹配的数据库，能够在后续污水处理过程中快速计算污水处理时间，通过对污水处理环境进行调节，实现在预定时间内完成污水处理过程；
[0040]
(3)采用重构函数准确预估污水处理时间，能确保快速完成污水的简易处理。
附图说明
[0041]
图1为本发明的污水处理控制系统结构图；
[0042]
图2为本发明的污水处理控制方法流程图；
[0043]
图3为本发明中建立污水处理环境-时间数据库的流程图；
[0044]
图4为本发明计算采样环境数据对应的污水处理时间的流程图；
[0045]
图5为本发明确定最低成本调节方案的流程图。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
第一实施例：
[0048]
图1为本发明的污水处理控制系统的结构图。
[0049]
本发明提供了一种污水处理控制系统，包括数据采集单元、建模单元、计算单元、中央控制单元和调节单元；所述数据采集单元用于采集反应容器内污水的环境数据及水质数据，所述建模单元建立污水处理环境-时间数据库，所述计算单元根据采集的当前污水处理环境数据及所述污水处理环境-时间数据库，计算所述当前污水处理环境数据下污水处理时间，所述调节单元调节所述当前污水处理环境数据，所述当前污水处理环境数据包括ph值、温度及含氧量。
[0050]
建模单元基于采集的多组ph值、温度、含氧量数据及对应的污水处理时间构建污
水处理环境-时间数据库。建立污水处理环境-时间数据库。在进行污水处理前，将预定的第一容量的待处理污水加入至反应容器内，根据预定间隔分别调节所述反应容器内污水的ph值、温度及含氧量，并在每次调节后采集对应的污水ph值、温度及含氧量。如ph值调节范围为3-11，调节ph值的预定间隔为0.5，在每个调节后的ph值下采集对应的ph值、温度及含氧量，并实时检测反应容器内污水处理达到排出标准时的所需时间；温度调节范围为 20℃-40℃，调节温度的预定间隔为5℃，在每个调节后的温度值下采集对应的 ph值、温度及含氧量，并实时检测反应容器内污水处理达到排出标准时的所需时间；含氧量调节范围为0至当前温度下的溶解氧浓度饱和值，调节含氧量的预定间隔为0.5mg/l，在每个调节后的含氧量下采集对应的ph值、温度及含氧量，并实时检测反应容器内污水处理达到排出标准时的所需时间。由于水中饱和溶解氧浓度与水温有关，且成反比，即水温越高时水中溶解氧的浓度越低，在对氧含量进行调节时，调节范围受到水温影响。表1为水中饱和溶解氧浓度与温度的关系表。
[0051]
表1水中饱和溶解氧浓度与温度的关系表
[0052][0053]
优选的，在正式污水处理开启前，所述数据采集单元采集的样本污水处理环境数据，所述中央控制单元根据所述水质数据确定污水处理达标时的样本污水处理时间，所述污水处理环境-时间数据库包括所述样本污水处理环境数据和样本污水处理时间。对污水进行处理时，不同污水的成分不同，而同一区域排放的污水成分总体上处于相对稳定的状态。在污水处理前，检测待处理污水的污水处理环境及对应的污水处理时间，将其构建为污水处理环境-时间数据库，能够使数据库与后续待处理的污水相匹配。
[0054]
优选的，所述调节单元包括判断模块和执行模块，判断模块用于判断所述当前污水的处理时间是否大于预设时间，所述执行模块包括ph值调节模块、温度调节模块和含氧量调节模块。污水处理过程中，在反应容器内保持污水处理原料(如除氮剂、除磷剂、活性污泥等)充足，污水处理时间与反应时间(如 ph值、温度、含氧量等)有关。
[0055]
优选的，所述数据采集单元包括温度检测传感器、ph值检测传感器、含氧量检测传感器及水质检测传感器。
[0056]
第二实施例：
[0057]
图2为本发明的污水处理控制方法流程图。本发明还提供了一种污水处理控制方法，应用于污水处理控制系统中，包括步骤：
[0058]
s1、向反应容器内流入第一容量的待处理污水，建立污水处理环境-时间数据库；
[0059]
s2、获取流入反应容器的污水的采样环境数据，基于所述采样环境数据和所述污水处理环境-时间数据库，计算与采样环境数据对应的污水处理时间；其中所述环境数据包括待处理污水的ph值、温度和含氧量；
[0060]
s3、判断所述污水处理时间是否大于预设时间，若是则执行步骤s4，否则不调节污水处理环境；
[0061]
s4、根据预定间隔调节所述采样环境数据，执行步骤s2。
[0062]
在污水处理前，检测待处理污水的污水处理环境及对应的污水处理时间，将其构
建为污水处理环境-时间数据库，能够使数据库与后续待处理的污水相匹配。通过预设的所述第一容量的待处理污水，采集待处理污水的环境数据的同时，能够缩短污水处理使水质达标的时间，进而加速数据库的建立。
[0063]
优选的，所述预定间隔包括：用于调节ph值的第一预定间隔、用于调节温度的第二预定间隔和用于调节含氧量的第三预定间隔。
[0064]
优选的，图3为本发明中建立污水处理环境-时间数据库的流程图。所述建立污水处理环境-时间数据库，具体为：
[0065]
s11、将反应容器内污水的ph值调至ph值调节范围的最小值，温度调至温度调节范围的最小值，含氧量调至含氧量调节范围的最小值；
[0066]
s12、获取污水的环境数据及水质达标时的污水处理时间；确定此时的ph 值为第一ph值，此时的温度为第一温度，此时的含氧量为第一含氧量；
[0067]
s13、将达标的污水排出后，向反应容器流入第一容量的待处理污水；
[0068]
s14、第二ph值为所述第一ph值与所述第一预定间隔之和，判断第二ph 值是否大于ph值调节范围的最大值，若是则执行s15，否则将反应容器内的污水ph值调节为第二ph值，温度调节为温度调节范围的最小值，含氧量调节为含氧量调节范围的最小值后，执行s12；
[0069]
s15、第二温度为所述第一温度与所述第二预定间隔之和，判断第二温度是否大于温度调节范围的最大值，若是则执行s16，否则将反应容器内的污水ph 值调节为ph值调节范围的最小值，温度调节为第二温度，含氧量调节为含氧量调节范围的最小值后，执行s12；
[0070]
s16、第二含氧量为所述第一含氧量与所述第三预定间隔之和，判断第二含氧量是否大于含氧量调节范围的最大值，若是则执行s17，否则将反应容器内的污水ph值调节为ph值调节范围的最小值，温度调节为温度调节范围的最小值，含氧量调节为第二含氧量，执行s12；
[0071]
s17、根据获取的不同环境数据及对应的污水处理时间，建立污水处理环境
ꢀ‑
时间数据库。
[0072]
所述ph值调节范围可设为3-11，所述第一预设间隔为0.5；所述温度调节范围可设为20℃-40℃，所述第二预设间隔为0.5℃；所述含氧量调节范围可设为0至当前温度下的溶解氧浓度饱和值，所述第三预设间隔为0.5mg/l。
[0073]
优选的，图4为本发明计算采样环境数据对应的污水处理时间的流程图。所述计算污水处理时间，具体为：
[0074]
s21、对待处理污水进行采样，得到污水环境数据的采样点q0(x0，y0，z0)，选取污水处理环境-时间数据库内环境数据的已知点qi(xi，yi，zi)，所述已知点qi对应的污水处理时间为ti，其中x0为采样的待处理污水的ph值，y0为采样的待处理污水的温度，z0为采样的待处理污水的含氧量；xi为数据库内污水的ph值，yi为数据库内污水的温度，zi为数据库内污水的含氧量，i取值为正整数；
[0075]
s22、计算采样点q0与已知点qi的距离ri为
[0076][0077]
s23、将所述距离ri按照从小到大排序，将所述距离ri最小的七个已知点 q1(x1，y1，z1)、q2(x2，y2，z2)、q3(x3，y3，z3)、q4(x4，y4，z4)、q5(x5， y5，z5)、q6(x6，y6，z6)和q7(x7，y7，z7)确
定为基准点；
[0078]
s24、根据七个基准点、采样点以及预设重构函数，计算采样点q0对应的污水处理时间t0。
[0079]
优选的，所述步骤s24，具体包括：
[0080]
s241、根据所述七个基准点和预设重构函数，计算所述重构函数的系数，得到重构函数表达式，所述污水处理环境-时间数据库的预设重构函数t为：
[0081]
t＝a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5yz+a6xz+a7xyz；
[0082]
其中a
0-a7为函数系数，x为污水处理环境的ph值，y为温度，z为含氧量， t为水质达标的污水处理时间；
[0083]
s242、根据所述采样点和所述重构函数表达式计算所述采样点对应的污水处理时间t0。
[0084]
优选的，图5为本发明确定最低成本调节方案的流程图。所述根据预定间隔调节所述采样环境数据，具体为：
[0085]
s41、根据第一预设间隔调节待处理污水的ph值，得到调节ph值后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小ph值调节值；根据ph值调节的单位成本和所述最小ph值调节值，计算最低ph值调节成本；
[0086]
s42、根据第二预设间隔调节待处理污水的温度，得到调节温度后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小温度调节值；根据温度调节的单位成本和所述最小温度调节值，计算最低温度调节成本；
[0087]
s43、根据第三预设间隔调节待处理污水的含氧量，得到调节含氧量后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小含氧量调节值；根据含氧量调节的单位成本和所述最小含氧量调节值，计算最低含氧量调节成本；
[0088]
s44、根据所述最低ph值调节成本、所述最低温度调节成本和所述最低含氧量调节成本，得出调节成本最低的调节方案。
[0089]
所述ph值调节的单位成本为ph值每增加或减少0.1所需要原料的成本，能够通过向反应容器添加水、酸性或碱性原料调节ph值，将ph《7的污水的 ph值增加至不大于7或将ph》7的ph值减小至不小于7时，仅需加水即可，其成本可忽略不计；所述温度调节的单位成本为温度每上升或下降1℃所消耗成本，能够通过电加热进行升温，通过注入冷水进行降温；所述含氧量调节的单位成本为每增加或降低0.1mg/l氧气所需要的成本，通过向污水中曝气增加污水含氧量，向污水加入化学除氧剂降低污水含氧量。
[0090]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种污水处理控制系统，其特征在于：包括数据采集单元、建模单元、计算单元、中央控制单元和调节单元；所述数据采集单元用于采集反应容器内污水的环境数据及水质数据，所述建模单元建立污水处理环境-时间数据库，所述计算单元根据采集的当前污水处理环境数据及所述污水处理环境-时间数据库，计算所述当前污水处理环境数据下的污水处理时间，所述调节单元调节所述当前污水处理环境数据，所述当前污水处理环境数据包括ph值、温度及含氧量。2.根据权利要求1所述的污水处理控制系统，其特征在于：在正式污水处理开启前，所述数据采集单元采集的样本污水处理环境数据，所述中央控制单元根据所述水质数据确定污水处理达标时的样本污水处理时间，所述污水处理环境-时间数据库包括所述样本污水处理环境数据和样本污水处理时间。3.根据权利要求2所述的污水处理控制系统，其特征在于：所述调节单元包括判断模块和执行模块，判断模块用于判断所述当前污水的处理时间是否大于预设时间，所述执行模块包括ph值调节模块、温度调节模块和含氧量调节模块。4.根据权利要求3所述的污水处理控制系统，其特征在于：所述数据采集单元包括温度检测传感器、ph值检测传感器、含氧量检测传感器及水质检测传感器。5.一种如权利要求1-4任一项所述的污水处理控制系统的控制方法，其特征在于：包括步骤：s1、向反应容器内流入第一容量的待处理污水，建立污水处理环境-时间数据库；s2、获取流入反应容器的污水的采样环境数据，基于所述采样环境数据和所述污水处理环境-时间数据库，计算与采样环境数据对应的污水处理时间；其中所述环境数据包括待处理污水的ph值、温度和含氧量；s3、判断所述污水处理时间是否大于预设时间，若是则执行步骤s4，否则不调节污水处理环境；s4、根据预定间隔调节所述采样环境数据，执行步骤s2。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述预定间隔包括：用于调节ph值的第一预定间隔、用于调节温度的第二预定间隔和用于调节含氧量的第三预定间隔。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述建立污水处理环境-时间数据库，具体为：s11、将反应容器内污水的ph值调至ph值调节范围的最小值，温度调至温度调节范围的最小值，含氧量调至含氧量调节范围的最小值；s12、获取污水的环境数据及水质达标时的污水处理时间；确定此时的ph值为第一ph值，此时的温度为第一温度，此时的含氧量为第一含氧量；s13、将达标的污水排出后，向反应容器流入第一容量的待处理污水；s14、第二ph值为所述第一ph值与所述第一预定间隔之和，判断第二ph值是否大于ph值调节范围的最大值，若是则执行s15，否则将反应容器内的污水ph值调节为第二ph值，温度调节为温度调节范围的最小值，含氧量调节为含氧量调节范围的最小值后，执行s12；s15、第二温度为所述第一温度与所述第二预定间隔之和，判断第二温度是否大于温度调节范围的最大值，若是则执行s16，否则将反应容器内的污水ph值调节为ph值调节范围的最小值，温度调节为第二温度，含氧量调节为含氧量调节范围的最小值后，执行s12；
s16、第二含氧量为所述第一含氧量与所述第三预定间隔之和，判断第二含氧量是否大于含氧量调节范围的最大值，若是则执行s17，否则将反应容器内的污水ph值调节为ph值调节范围的最小值，温度调节为温度调节范围的最小值，含氧量调节为第二含氧量，执行s12；s17、根据获取的不同环境数据及对应的污水处理时间，建立污水处理环境-时间数据库。8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述计算污水处理时间，具体为：s21、对待处理污水进行采样，得到污水环境数据的采样点q0(x0，y0，z0)，选取污水处理环境-时间数据库内环境数据的已知点q
i
(x
i
，y
i
，z
i
)，已知点q
i
对应的污水处理时间为t
i
，其中x0为采样的待处理污水的ph值，y0为采样的待处理污水的温度，z0为采样的待处理污水的含氧量；x
i
为数据库内污水的ph值，y
i
为数据库内污水的温度，z
i
为数据库内污水的含氧量，i取值为正整数；s22、计算采样点q0与已知点q
i
的距离r
i
为s23、将距离r
i
按照从小到大排序，将所述距离r
i
最小的七个已知点q1(x1，y1，z1)、q2(x2，y2，z2)、q3(x3，y3，z3)、q4(x4，y4，z4)、q5(x5，y5，z5)、q6(x6，y6，z6)和q7(x7，y7，z7)确定为基准点；s24、根据七个基准点、采样点以及预设重构函数，计算采样点q0对应的污水处理时间t0。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述步骤s24，具体包括：s241、根据所述七个基准点和预设重构函数，计算所述重构函数的系数，得到重构函数表达式，所述污水处理环境-时间数据库的预设重构函数t为：t＝a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5yz+z6xz+a7xyz；其中a
0-a7为函数系数，x为污水处理环境的ph值，y为温度，z为含氧量，t为水质达标的污水处理时间；s242、根据所述采样点和所述重构函数表达式计算所述采样点对应的污水处理时间t0。10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：所述根据预定间隔调节所述采样环境数据，具体为：s41、根据第一预设间隔调节待处理污水的ph值，得到调节ph值后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小ph值调节值；根据ph值调节的单位成本和所述最小ph值调节值，计算最低ph值调节成本；s42、根据第二预设间隔调节待处理污水的温度，得到调节温度后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小温度调节值；根据温度调节的单位成本和所述最小温度调节值，计算最低温度调节成本；s43、根据第三预设间隔调节待处理污水的含氧量，得到调节含氧量后的污水处理时间不大于预设时间对应的最小含氧量调节值；根据含氧量调节的单位成本和所述最小含氧量调节值，计算最低含氧量调节成本；s44、根据所述最低ph值调节成本、所述最低温度调节成本和所述最低含氧量调节成本，得出调节成本最低的调节方案。
技术总结本发明公开了一种污水处理控制系统及方法，数据采集单元用于采集反应容器内污水的环境数据及水质数据，建模单元建立污水处理环境-时间数据库，计算单元根据采集的当前污水处理环境数据及所述污水处理环境-时间数据库，计算所述当前污水处理环境数据下污水处理时间，调节单元调节所述当前污水处理环境数据，实现在预设时间内完成污水处理。系统结构简单，占地小，基于数据库内多个临近采样点的环境数据，采用重构函数准确预估污水处理时间，能确保快速完成污水的简易处理。能确保快速完成污水的简易处理。能确保快速完成污水的简易处理。
技术研发人员：郭雷 张硌 胡婵娟 高红莉 胡军周 李洪涛 牛晓青
受保护的技术使用者：河南省科学院地理研究所
技术研发日：2022.05.19
技术公布日：2022/7/5
