CN112083700A - 规模水电站施工期废污水零排放管控*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及规模水电站施工期废污水零排放管控***，包括数据库、子功能模块和子***模块；所述子功能模块在取水环节，监测取水情况，并对废水的取回收集进行总量监测；所述数据库在输水环节，利用GIS管线布置监测管道数据；所述GIS多维层次设计***在净水环节，采集污水、回水和中水的信息，以及污水处理运行的信息；所述数据库在配水环节，进行根据需水分析进行用水规划，并对废水处理后的中水回用。本发明能进行管控的关键在于数据库包含有管线布置，取水管理，废物污量，水质，处理运行，中水回用，视频监控等数据库，通过子功能模块输出到GIS对应的层次的设备上，从而形成完整的环路管控。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及规模水电站施工期废污水零排放管控***。
背景技术
国内污水处理企业结合水利水电施工的特点，对人工砂石加工***的污水处理工艺进行了多年的研究和应用，并取得了一定的成果。当前我国的河流污染仍较为严重，水利水电工程各砂石加工***的污水处理工作虽然得到了业主和地方政府的高度重视，但由于技术相对落后，国内水电站建设所产生的废水大都直接或经简单沉淀后排放，出水水质难以保证；某些已建成的污废水处理设施由于运行费用高、管理比较烦琐、经常造成闲置；此外，污泥处理设施也不完善，极易产生二次污染。
检索到专利申请号为201720556094.X的污水处理管理***；专利申请号为201910144868.1的基于水质在线监测指标的污水管控***；专利申请号为201720100979.9的污水监测***；专利申请号为201910153356.1的应用于污水处理的水质监测设备。现有技术中公开的监测技术，只能实现污水数据监测和存储，以及调整污水入水量。现有技术无法实现污水处理从源头、过程到末端的环境、设备和水质的全程监测与调控，导致污水处理效果差，污水回收率低。为此，我们提出规模水电站施工期废污水零排放管控***。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了规模水电站施工期废污水零排放管控***，以解决上述问题。
本发明提供如下技术方案：规模水电站施工期废污水零排放管控***，包括数据库、子功能模块和子***模块；
所述数据库是基于GIS与BMI模型搭建的采集数据库，包含管线布置，取水管理，废物污量，水质，处理运行，中水回用和视频监控的数据；
所述子功能模块用于监测并调整用水量、监测管路异常并跟踪监督、监测并调节环境参数、监测并调节水质；所述子功能模块采集的数据通过计算后，将控制动作输出到GIS多维层次设计***对应的层次设备上，形成环路管控，所述GIS多维层次设计***包含与子功能模块数据监测和调拨相对应的层次设备；
所述子***模块用于了解中水回用的整体状况，为分析决策提供数据支持；
所述子功能模块在取水环节，利用摄像头和废物污量计量设备监测取水情况，并对废水的取回收集进行总量监测；
所述数据库在输水环节，利用GIS管线布置单元监测管道的位置属性数据、实时属性数据和关联属性数据；
所述GIS多维层次设计***在净水环节，利用水质传感器和流量传感器采集污水、回水和中水的信息，以及污水处理运行的信息；
所述数据库在配水环节，获取用水规律，对处理后的水量使用进行规划，并对污水进行收集处理后，回用为绿化用水，降尘用水，地下回灌和生产用水。
优选的，所述中水回用单元的污水收集包含了砂石废水、修配废水、生活污水、洞室废水、仓面养护废水；中水回用单元的污水处理包含沉淀、絮凝、曝气、调PH、DH和消毒。
优选的，所述管道的实时属性数据包括管道压力和管道流量，所述管道的关联属性数据通过摄像头设备和环境传感器采集。
优选的，所述数据库还包括取水管理单元，对砂石料冲洗废水、混凝土***废水、含油废水、生活污水、地下洞室废水、仓面养护、灌浆、混凝土温控产生的废水的取回收集进行总量监测。
优选的，所述子功能模块包括用水自动监测单元，以用水方式对用水进行分类，统计用水时段分布，得出用水规律，通过统计处理后的水质、水量的情况，对处理后的水量使用进行规划。
优选的，所述子功能模块包括视频自动监测单元，对排污口、取水口和管线进行监测，当出现异常时通知现场人员进行调试或通过摄像头进行跟踪与监督。
优选的，所述子功能模块包括环境自动监测单元，所述环境自动监测单元通过环境感知设备采集的参数与设定的环境参数进行对比，当采集到的参数超过设定的环境范围值时，通过视频查看，并通过喷淋设备调节环境参数。
优选的，所述子***模块包括设备管理单元，对各个设备进行编码并与对应管线绑定，当采集到的设备数据超出限制时报警。
优选的，所述子***模块包括预警管理单元，所述预警管理单元将实时数据与预算得到的数据制成折线图进行实时监测。
优选的，所述GIS多维层次设计***包括监测中水绿化的中水末端设备，监测中水利用环境条件的环境感知设备，监控现场污水处理能力的污水处理设备，采集污水、回水和中水信息的水质监测设备，监测取水口、排污口、污水处理过程、施工区、植被区、干路交叉口的视频摄像头和反映污水产生的位置以及施工进度的基础层。
本发明提供了规模水电站施工期废污水零排放管控***，能进行管控的关键在于数据库包含有管线布置，取水管理，废物污量，水质，处理运行，中水回用，视频监控等数据库，这些内容都是基于GIS与BIM搭建数据采集***搭建采集数据库。由于GIS+BIM模型的参与，计算机通过子功能模块采集数据，通过计算后将控制动作通过子功能模块输出到GIS对应的层次的设备上，从而形成完整的环路管控。并达到污水零排放，解决了现有技术无法实现污水处理从源头、过程到末端的环境、设备和水质的全程监测与调控，导致污水处理效果差，污水回收率低的问题。
附图说明
图1为本发明***原理图；
图2为本发明数据库原理图；
图3为本发明子功能模块原理图；
图4为本发明子***模块原理图；
图5为本发明中水回用的流程图。
具体实施方式
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。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：规模水电站施工期废污水零排放管控***，包括数据库、子功能模块和子***模块；
数据库是基于GIS与BMI模型搭建的采集数据库，包含管线布置，取水管理，废物污量，水质，处理运行，中水回用和视频监控的数据；
子功能模块用于监测并调整用水量、监测管路异常并跟踪监督、监测并调节环境参数、监测并调节水质；子功能模块采集的数据通过计算后，将控制动作输出到GIS多维层次设计***对应的层次设备上，形成环路管控，GIS多维层次设计***包含与子功能模块数据监测和调拨相对应的层次设备；
子***模块用于了解中水回用的整体状况，为分析决策提供数据支持；
取水环节，子功能模块利用摄像头和废物污量计量设备监测取水情况，并对废水的取回收集进行总量监测；
输水环节，数据库利用GIS管线布置单元监测管道的位置属性数据、实时属性数据和关联属性数据；管道的实时属性数据包括管道压力和管道流量，所述管道的关联属性数据通过摄像头设备和环境传感器采集；
净水环节，GIS多维层次设计***利用水质传感器和流量传感器采集污水、回水和中水的信息，以及污水处理运行的信息；
配水环节，数据库获取用水规律，对处理后的水量使用进行规划，并对污水进行收集处理后，回用为绿化用水，降尘用水，地下回灌和生产用水。
数据库(如图2所示)：
数据库的中水回用单元中的污水收集包含了砂石废水、修配废水、生活污水、洞室废水、仓面养护废水；中水回用单元的污水处理包含沉淀、絮凝、曝气、调PH、DH和消毒。整个中水回用的逻辑控制为：QD＝QG+QY-Q0。(如图5所示)
在实际控制管理中，结合“建筑中水设计规范”
QD＝Qαa；
Q为设计最大供水量是常数，α为规定的折算系数(计算机取值0.67～0.91)；
各个生产环节的用水量计为：
QD1，QD1，…QDN
QD＝QD1+QD2+…QDN
各个生产环节的中水量计为：
其中βn为不同工艺的折减系数，折减系数和净水工艺相关(计算机取值为0.8～0.9)；bn为给水百分比，则有b1+b2+…bn＝1；
QY＝QPγ其中γ为不同处理水量的折减系数，和处理水量有关，为计算机控制的变量。
数据库还包括管线布置单元，管线布置单元包含各条管道的位置属性数据、实时属性数据和关联属性数据。基于GIS与BMI搭建数据采集***。BIM是建筑信息模型，以三维模型为载体，集建筑物在全生命周期中的各个阶段的工程信息、过程以及资源于一体；GIS是门面向地理空间信息的技术，具有强大的三维可视化能力以及空间查询分析能力，可以弥补BIM对周围环境宏观处理以及可视化能力的不足。
BIM设计要求如下：
1、能直观反映的地貌地物真实环境信息，可以让用户从多个角度身临其境查看设计环境；
2、具有真实的地理坐标，可以进行坐标、长度、面积、体积的测量与计算；
3、通过实景模型可以方便的提取Un、DTM、DOM等测量数据供后续流程使用。
GIS设计要求如下：
1、要求至少按照GIS多维层次设计的6个图层来描述道路，摄像头，传感器或其它功能节点的分布，可选用CAD图导入；
2、加入适当的标注，能够简明清晰的体现各个图层中的各个功能节点间的关联要素；
3、设计能够提供网页或者专用办公平台的接入方式。
数据库还包括取水管理单元，对砂石料冲洗废水、混凝土***废水、含油废水、生活污水、地下洞室废水、仓面养护、灌浆、混凝土温控产生的废水的取回收集进行总量监测。对于一个零排放***，重要的是水需求平衡，用简单的公式表达为：需水总量＝供水总量＝中水水量+补充原水水量；
中水水量废水得取回收集进行总量*系数；系数表示废水中水处理的效率，由此看来废水得取回收集进行总量监测至关重要。
另外将废水分类分级处理，主要是含油的含油废水；生活污水；以及砂石料冲洗废水；混凝土***废水；地下洞室废水；仓面养护、灌浆、混凝土温控废水，可以显著提高***效率和降低运营成本。
数据库还包括视频监控单元、处理运行单元、水质单元、废物污量单元，
废物污量单元包含各类废物污量得种类、测定有害废物中各类污染物质的含量。
水质单元包含源水的污水、回水、中水参数信息，净水的污水、回水、中水参数信息。
视频监控单元包含摄像头设备信息，所有排污口，取水口等视频监控，并具备存储功能。
处理运行单元包含处理运行过程中的各项数据。
子功能模块(如图3所示)：
子功能模块包括用水自动监测单元，以用水方式对用水进行分类，统计用水时段分布，得出用水规律，通过统计处理后的水质、水量的情况，对处理后的水量使用进行规划。
施工用水具有明显的周期性，在早上8:30-17:00，晚上19:30-次日4:00是施工用水高峰；对此，在用水的非高峰时期，可以通过已建设的浮流池，对中水进行暂存，同时用水高峰时期通过浮流池内水量进行调蓄，这种方法可以显著提高***的运行效率。
子功能模块包括视频自动监测单元，对排污口、取水口和管线进行监测，当出现异常时通知现场人员进行调试或通过摄像头进行跟踪与监督。
子功能模块包括环境自动监测单元，环境自动监测单元通过环境感知设备采集的参数与设定的环境参数进行对比，当采集到的参数超过设定的环境范围值时，通过视频查看，并通过喷淋设备调节环境参数。具体调节操作如下表：
处理自动监测单元：通过对设备进行编码，实现设备故障的监测与定位。
水质自动监测单元：通过净水水质参数的采集与合格水质进行对比，如果净水没有达到要求，可以调用处理检测功能进行对水质的调节，使之到达合格要求。
子***模块(如图4所示)：
子***模块包括设备管理单元，对各个设备进行编码并与对应管线绑定，当采集到的设备数据超出限制时报警。基于分布式计算的信息***智能终端设备的统一编码模式。优选采用11位编码方式统一进行编码，如下表：
| 码段 | 码位 | 含义 |
| 编码 | 1，2 | 设备所在的*** |
| 分部工程编码 | 3，4，5 | 设备所在的分部工程位置 |
| 类型编码 | 6，7 | 设备的类型 |
| 设备序号 | 8，9，10 | 设备的物理编号 |
| 保留 | 11 | 未定义 |
详细解释：
1、编码所指的设备所在***：包含砂石料冲洗废水处理，混凝土***废水处理，含油废水处理，生活污水处理，地下洞室废水处理，仓面养护、灌浆、混凝土温控废水，鱼类增繁殖站废水处理，视频监控***等。
2、分部工程编码指的设备所在空间位置：包含地下厂房，生活营地，汽车修理厂等。
3、设备类型编码指具体设备的名称：包括电磁流量计，***式压力计，环境检测仪等。
4、设备序号指具体设备的地址编码：该编码用于区分和定位同一设备的分布使用情况。
5、保留指没有定义的数据位。
子***模块包括预警管理单元，预警管理单元将实时数据与预算得到的数据制成折线图进行实时监测。此条环节针对污水处理环节，一般情况下(90％的情况下)，工地污染物废水处理总量是波动的，但是相对稳定。但是由于设备是露天的，容易受环境影响，通过大数据分析对现场SS(悬浮物Suspended Solids的缩写)的数值和数量进行描点，会获得一条曲线，取出曲线的90％区域，通过程序自动运行，但是当暴雨或者山洪来临，***输入性污染激增，如污染浓度的变化，污染水总量变化，这个时候客观因素存在可能超过设备调节能力的范围，就需要加强人为干预。预警就是告诉管理人员，需要加强人为监测了。这些预警信息可以通过网页，现场设备，手机短信等多种模式进行发布。
用户管理单元：对不同的用户进行权限分配，使得不同用户对***拥有不同的操作权限。
综合查询单元：用于查询用水时段分布、废物污量、环境、取水量及处理前后净水水质、水量等信息。
分析统计单元：对用水进行分类(以用水方式)，统计用水时段分布、废物污量、环境、取水量及处理前后净水水质、水量，通过数据分析统计出需要的信息。
用水调拨单元：通过已建设的浮流池，对中水进行暂存，在用水高峰时期通过浮流池内水量进行调蓄。
GIS多维层次设计***分为6个层次：
1)基础层，主要展现施工区域的道路，桥梁，隧洞，河流，边坡，工作边等特征信息，能反映污水产生的位置以及相关施工进度。
2)视频摄像头，主要用于监测取水口，排污口，污水处理过程，施工区，植被区，干路交叉口等，能反映污水运动关键轨迹的影像信息。
3)水质监测设备，将水质传感器以及流量传感器置于该层内进行管理，采集污水，回水，中水的各类信息。
4)污水处理设备，该层主要是用于监控各类净水工艺方法运行情况，监控现场污水处理能力。
5)环境感知设备，布置该层的PM10，温湿度等感知设备，监测中水利用环境条件。
6)中水末端设备，用于监测中水绿化的末端设备，主要采集信息包括管压，水量等。
GIS多维层次设计***能提升自动化生产和智能化管理能力，做到同工程生命周期同步，实现安全条件下的数据共享，建立智能***人机交互、运行状态全面感知、信息高效处理的智慧服务***。
本发明中，以三维模型为载体，集建筑物在全生命周期中的各个阶段的工程信息、过程以及资源于一体；GIS是门面向地理空间信息的技术，具有强大的三维可视化能力以及空间查询分析能力，可以弥补BIM对周围环境宏观处理以及可视化能力的不足。通过GIS+BIM模型与动态多目标优化相结合的方法获得了能耗和出水水质之间的平衡关系污水处理过程实时优化控制是将控制回路与实时优化相结合，采用层级结构方式，上层通过优化目标函数产生控制变量的优化设定值，底层通过控制器跟踪优化设定值，实现监测，自动处理，预警一体化。
同传统的监测***不同，本系是管控***。能进行管控的关键在于数据库包含有管线布置，取水管理，废物污量，水质，处理运行，中水回用，视频监控等数据库，这些内容都是基于GIS与BIM搭建数据采集***搭建采集数据库。由于GIS+BIM模型的参与，计算机通过子功能模块采集数据，通过计算后将控制动作通过子功能模块输出到GIS对应的层次的设备上，从而形成完整的环路管控。
实施例：
以混凝拌和站碱性废水为例，工程设置2处混凝土拌和***，所产生的混凝土拌和废水呈碱性，pH值可达9～12，固体悬浮物浓度可达2000mg/L，设计目标为出水SS浓度≤100mg/L。
污水处理工艺的前端和后端分别设置电磁流量计，监测污水发生量和中水回用量；混凝拌和站废水主要污染物是pH和SS，采用“中和沉淀法”进行处理，并在中和沉砂池前端投加酸试剂。本次加药采用一体化智能精密加药控制机替代传统计量泵，其原理是运用人工神经网络算法根据水质和水量的变化数值计算出药剂最佳投加量，将该数值下发至投加设备，该投加***由磁力泵、精密型调节阀、电磁流量计等主要设备组成，离心泵提供投加动力，精密调节阀作为流量节流，流量计作为实时反馈，因此达到智能精密投加的目的。
污水处理工艺中采用在线仪表采集水质参数，对污水运行状况进行实时监测，环保管控平台根据水质参数判断是否满足回用标准，若水质不达标返回前端进行再次处理。另外该***配置环境感知***如PM10、湿度、温度等，管控平台利用该数据判断中水回用途径，从而实现施工污水零排放。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：包括数据库、子功能模块和子***模块；
所述数据库是基于GIS与BMI模型搭建的采集数据库，包含管线布置，取水管理，废物污量，水质，处理运行，中水回用和视频监控的数据；
所述子功能模块用于监测并调整用水量、监测管路异常并跟踪监督、监测并调节环境参数、监测并调节水质；所述子功能模块采集的数据通过计算后，将控制动作输出到GIS多维层次设计***对应的层次设备上，形成环路管控，所述GIS多维层次设计***包含与子功能模块数据监测和调拨相对应的层次设备；
所述子***模块用于了解中水回用的整体状况，为分析决策提供数据支持；
所述子功能模块在取水环节，利用摄像头和废物污量计量设备监测取水情况，并对废水的取回收集进行总量监测；
所述数据库在输水环节，利用GIS管线布置单元监测管道的位置属性数据、实时属性数据和关联属性数据；
所述GIS多维层次设计***在净水环节，利用水质传感器和流量传感器采集污水、回水和中水的信息，以及污水处理运行的信息；
所述数据库在配水环节，获取用水规律，对处理后的水量使用进行规划，并对污水进行收集处理后，回用为绿化用水，降尘用水，地下回灌和生产用水。
2.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述中水回用单元的污水收集包含了砂石废水、修配废水、生活污水、洞室废水、仓面养护废水；中水回用单元的污水处理包含沉淀、絮凝、曝气、调PH、DH和消毒。
3.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述管道的实时属性数据包括管道压力和管道流量，所述管道的关联属性数据通过摄像头设备和环境传感器采集。
4.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述数据库还包括取水管理单元，对砂石料冲洗废水、混凝土***废水、含油废水、生活污水、地下洞室废水、仓面养护、灌浆、混凝土温控产生的废水的取回收集进行总量监测。
5.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述子功能模块包括用水自动监测单元，以用水方式对用水进行分类，统计用水时段分布，得出用水规律，通过统计处理后的水质、水量的情况，对处理后的水量使用进行规划。
6.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述子功能模块包括视频自动监测单元，对排污口、取水口和管线进行监测，当出现异常时通知现场人员进行调试或通过摄像头进行跟踪与监督。
7.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述子功能模块包括环境自动监测单元，所述环境自动监测单元通过环境感知设备采集的参数与设定的环境参数进行对比，当采集到的参数超过设定的环境范围值时，通过视频查看，并通过喷淋设备调节环境参数。
8.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述子***模块包括设备管理单元，对各个设备进行编码并与对应管线绑定，当采集到的设备数据超出限制时报警。
9.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述子***模块包括预警管理单元，所述预警管理单元将实时数据与预算得到的数据制成折线图进行实时监测。
10.根据权利要求1所述的规模水电站施工期废污水零排放管控***，其特征在于：所述GIS多维层次设计***包括监测中水绿化的中水末端设备，监测中水利用环境条件的环境感知设备，监控现场污水处理能力的污水处理设备，采集污水、回水和中水信息的水质监测设备，监测取水口、排污口、污水处理过程、施工区、植被区、干路交叉口的视频摄像头和反映污水产生的位置以及施工进度的基础层。
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