污水处理厂故障诊断


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污水处理厂故障诊断

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污水处理厂故障诊断

作者：施汉昌王… 文章来源：不详点击数：更新时间：2006-11-12

文章摘要：     0　引言　　         　　经验表明，城市污水处理厂长期稳定运行是较为困难的，在一些污水处理厂中，处理效果不佳、运行费用高和污染环境等现象常常是由运行的问题引起的［1］。由于针对污水处理厂日常运行问题的解决策略在书籍中难以找到，长期以来运行人员往往是根据多年积累的经验对污水处理厂进行管理。然而这些经验的积累要求具有较长时间的实际操作......

统给出的解决方案与人类专家给出的解决方案，验证专家系统的准确性。本专家系统的验证工作是在北京某污水处理厂进行的，根据实际使用情况，对知识库中不合理的规则和知识表达形式进行了修改。

    3　专家系统的总体结构

    　　专家系统包括知识库、推理机、数据库、用户接口等几个部分。

    3.1　知识库

    　　从人类专家处获得的知识，经过组织后以规则If…，Then…的形式存储在知识库中。根据以往的经验，知识的良好组织是系统能够灵活应用的必要条件［5］。为此知识库采用了模块化结构，即把知识分成若干相互独立的知识库，如故障诊断知识库，故障检索知识库，活性污泥法培训知识库等。系统在工作时，推理机根据实际情况将相应的知识库调入内存使用。

    　　为了便于用户根据自身的实际情况对知识库进行相应的修改和完善，系统采用了故障树的形式将污水处理厂故障诊断知识库向用户公开。故障树的方法本质上是一个分解的等级逼近法：从故障树的根结点出发，通过对输入信息的分析以及运行人员和系统之间的交流，将故障逐级分解，直至找到引起污水处理厂运行故障的基本原因，最后给出故障的解决方案。

    3.2　推理机

    　　包含解决问题的策略和推理方法，接收从人机界面部分传送来的信息，根据数据库汇总的记录，调用知识库中的有关知识对该信息进行相应的处理，并将处理结果送往人机界面或其它结构。

    　　本系统在运行过程中，根据不同情况，采用不同的推理机制。由于故障诊断是一个典型的解析问题的过程，而决策过程则是一个典型的合成过程，所以在故障诊断过程中使用与其特点相适应的反向推理机制，在决策过程中使用与其特点相适应的正向推理机制［3］。这两种推理机制的混合使用，使系统避免向使用人员提出冗余的问题，从而使提出的问题数最少，方便了用户和系统的交流，提高了运行速度。

    3.3　数据库

    　　存放所有的原始数据资料，求解过程中的中间数据、动态数据查询表、最后结果及推进记录。

    3.4　用户接口

    　　负责将用户输入的信息转化成系统内规范化的表示形式，再把这些内部表示交给相应的模块去处理，系统输出的内部信息也由它转化成用户易于理解的外部表示形式显示给用户。

    4　专家系统的应用实例

    　　本专家系统在北京某污水处理厂的运用中已取得实际效果。

    　　该污水处理厂长期在污泥浓度较低(1000 mg/L左右)的情况下运行，存在的主要问题有：氨氮基本得不到去除(平均去除率低于5%)，总氮去除率低(平均去除率低于20%)，曝气池白色泡沫过多，二沉池内藻类滋生等。

    　　专家系统对该污水处理厂近3年的运行数据和现象进行了分析，认为这些问题是相互联系的，主要原因是：剩余污泥排放量过大(2 400 m3/d)，污泥龄短(3 d左右)。由于硝化细菌的生长需要较长的时间，在该厂的运行条件下，污泥龄小于硝化细菌的世代时间，曝气池中的硝化细菌流失殆尽，硝化反应不能正常进行，氨氮得不到去除。出水中氮磷等营养元素浓度高导致了二沉池中藻类的滋生。同时，曝气池出现大量白色泡沫也表明污泥龄短，污泥不成熟。以上诊断得到了水处理专家、污水处理厂工程师的认可，并且得到了IAWQ模型数值模拟软件的模拟计算结果的验证(硝化细菌浓度近似为零)。

    　　针对这些问题，系统给出了相应的解决办法：增加污泥回流比、降低污泥排放率、提高曝气池污泥浓度和延长污泥龄。并对各解决办法的执行过程进行了具体的解释。这些对策的正确性得到了水处理专家的证明，表明了本专家系统能够完成故障诊断并给予解决的功能。

    5　结论

    　　 (1)本系统具有以下特点：准确性：收集整理了大量水处理专家、污水处理厂工程师等的专业领域知识，确保了知识来源的准确性；建立了准确的知识库和高效的推理机，保证了结论的准确性。通用性：实现了知识库和推理机的分离，使解决问题的知识和使用知识的程序分离开来，保证了专家系统的透明性和灵活性，提高了系统的可移植性，通过对知识库的修改，可以适用于不同的污水处理厂。方便性：用户界面简单易学，用户不必经过专门的培训就能够使用本系统，适合于污水处理厂日常的运行管理人员使用。

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