導讀：污(wu)(wu)水處理過程復雜、影響(xiang)因素多(duo)，我國污(wu)(wu)水處理廠故(gu)障頻發和(he)出水不能實現穩定達標排放，污(wu)(wu)水處理故(gu)障診斷(duan)對保(bao)證污(wu)(wu)水處理廠正常運(yun)行和(he)達標排放有非常重要(yao)的意義。  

我國污(wu)水(shui)處理(li)系統不正常運行、出水(shui)不能(neng)穩定達標的現象仍然(ran)比較嚴峻。而造成上述問(wen)題的部分(fen)原(yuan)因是污(wu)水(shui)處理(li)過(guo)程(cheng)復(fu)雜、影響因素多、故(gu)障(zhang)不易診斷(duan);污(wu)水(shui)處理(li)廠工作人員(yuan)專業性(xing)差，致使污(wu)水(shui)處理(li)過(guo)程(cheng)中(zhong)出現的各種故(gu)障(zhang)發現滯(zhi)后并(bing)且不能(neng)及時(shi)準確(que)地解(jie)決。因此對(dui)污(wu)水(shui)處理(li)廠進行運行故(gu)障(zhang)診斷(duan)和精細化監管(guan)十分(fen)必要和關(guan)鍵。  

1污水處理故障診斷方法  

1.1知識綜合(he)法(fa)  

知(zhi)識綜合法(fa)主要是(shi)指利用(yong)知(zhi)識和經驗(yan)等方(fang)法(fa)綜合對污水處理過程(cheng)中的(de)問題進(jin)行(xing)診(zhen)斷并找出(chu)解(jie)決辦(ban)法(fa)，一(yi)般(ban)是(shi)針(zhen)對某一(yi)案例。知(zhi)識來源包括前期(qi)知(zhi)識的(de)積累(lei)和查閱相關(guan)材料(liao)來獲取與診(zhen)斷相關(guan)的(de)信(xin)息，材料(liao)如(ru)污水處理方(fang)面(mian)的(de)設計(ji)手冊(ce)、技術(shu)規范(fan)、技術(shu)指南、相關(guan)文獻(xian)和類似污水處理工程(cheng)案例資(zi)料(liao)等。  

1.2數(shu)學(xue)模擬診(zhen)斷法  

數(shu)學模(mo)擬法是利(li)用(yong)現有(you)的(de)(de)一些(xie)污(wu)(wu)水處理(li)方(fang)面的(de)(de)數(shu)學模(mo)型或模(mo)擬軟(ruan)件對污(wu)(wu)水處理(li)廠(chang)的(de)(de)運(yun)行工(gong)況進行診(zhen)(zhen)斷(duan)并(bing)提出優(you)化方(fang)案的(de)(de)一種方(fang)法。該(gai)方(fang)法通(tong)過(guo)模(mo)擬能同時實現診(zhen)(zhen)斷(duan)與優(you)化。這類方(fang)法對操作人員專業水平要求較高(gao)，過(guo)程較復(fu)雜，但是診(zhen)(zhen)斷(duan)和優(you)化方(fang)案比較精確(que)高(gao)效，目前很多污(wu)(wu)水處理(li)廠(chang)采用(yong)了數(shu)學模(mo)擬來診(zhen)(zhen)斷(duan)運(yun)行的(de)(de)報道，例如仇(chou)付國等(deng)利(li)用(yong)BioWin軟(ruan)件對北京某ICEAS工(gong)藝(yi)的(de)(de)污(wu)(wu)水廠(chang)進行氮、磷出水不達標診(zhen)(zhen)斷(duan)，并(bing)從調整工(gong)藝(yi)運(yun)行參數(shu)和改(gai)變工(gong)藝(yi)流程兩方(fang)面提出了升級改(gai)造方(fang)案。  

1.3統計學診斷法(fa)  

污水(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)過程復雜，涉(she)及(ji)到的(de)影(ying)響因(yin)素(su)頗多，污水(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)參數很多并(bing)且(qie)相互影(ying)響，這就促進(jin)了(le)統(tong)計學診斷方法(fa)(fa)應用(yong)于污水(shui)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)故障診斷中。且(qie)統(tong)計學診斷方法(fa)(fa)已從最初(chu)的(de)單變量(liang)統(tong)計逐步(bu)發展到多元(yuan)統(tong)計診斷分析，如主(zhu)成分分析法(fa)(fa)，偏(pian)最小二乘(cheng)法(fa)(fa)等。  

(1)基于(yu)主成(cheng)分(fen)分(fen)析的(de)(de)(de)(de)診斷(duan)方(fang)法。主成(cheng)分(fen)分(fen)析是從影(ying)(ying)響過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)眾多相關變(bian)(bian)量(liang)(liang)中(zhong)挑選幾個(ge)(ge)主要過(guo)程(cheng)變(bian)(bian)量(liang)(liang)來(lai)表(biao)示原有的(de)(de)(de)(de)多個(ge)(ge)變(bian)(bian)量(liang)(liang)，從而簡化分(fen)析過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)(de)一(yi)種統(tong)計方(fang)法。基于(yu)主成(cheng)分(fen)分(fen)析的(de)(de)(de)(de)診斷(duan)方(fang)法是將污水處理的(de)(de)(de)(de)歷史數據(ju)，按一(yi)定(ding)標(biao)準去掉一(yi)些重復的(de)(de)(de)(de)線(xian)性(xing)干擾，找出(chu)影(ying)(ying)響過(guo)程(cheng)變(bian)(bian)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)主成(cheng)分(fen)，構建主成(cheng)分(fen)模型(xing)，通過(guo)數據(ju)對模型(xing)進行檢(jian)驗，對實(shi)時數據(ju)與模型(xing)之間進行比對，實(shi)現故(gu)障診斷(duan)。  

(2)基于故障(zhang)樹(shu)的(de)診(zhen)斷(duan)(duan)方法。故障(zhang)樹(shu)診(zhen)斷(duan)(duan)法是Bell實驗室于1961年提出(chu)來(lai)的(de)一(yi)種推理(li)方法，整(zheng)個構(gou)成(cheng)倒樹(shu)狀(zhuang)結(jie)構(gou)。最上層是頂事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)，向下一(yi)級一(yi)級分支是中間(jian)事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)和(he)子(zi)事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)，子(zi)事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)下部(bu)是導致(zhi)事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)的(de)根部(bu)原因。事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)與事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)之間(jian)存在“與”門和(he)“或”門的(de)關系(xi)。將故障(zhang)樹(shu)診(zhen)斷(duan)(duan)法用于污水(shui)處理(li)廠的(de)診(zhen)斷(duan)(duan)之中，可以通過(guo)這樣一(yi)種樹(shu)狀(zhuang)關系(xi)來(lai)探討導致(zhi)頂事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)的(de)可能原因，邏輯(ji)清晰(xi)，并(bing)且能夠定量(liang)分析出(chu)各事(shi)(shi)(shi)件(jian)(jian)發生(sheng)的(de)概率。  

(3)基(ji)于支(zhi)持向量(liang)機的(de)診(zhen)斷(duan)方法。基(ji)于支(zhi)持向量(liang)機的(de)診(zhen)斷(duan)方法是通過構(gou)造最優(you)分類平面(mian)(mian)將異常數(shu)據與(yu)正常數(shu)據區分開，它是基(ji)于統計理論(lun)的(de)一(yi)種機器學習方法，它在(zai)解(jie)決污水(shui)處理廠的(de)故(gu)障監測和診(zhen)斷(duan)方面(mian)(mian)是一(yi)個有力工具。  

1.4人工智能診斷法  

(1)基(ji)于遺傳(chuan)(chuan)算法(fa)(fa)(fa)的(de)診斷方法(fa)(fa)(fa)。遺傳(chuan)(chuan)算法(fa)(fa)(fa)是從生物進(jin)化過(guo)程(cheng)“適(shi)者生存(cun)”“優(you)勝(sheng)劣汰(tai)”啟(qi)發而來。基(ji)于進(jin)化過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)信息遺傳(chuan)(chuan)機(ji)制和優(you)勝(sheng)劣汰(tai)原則的(de)算法(fa)(fa)(fa)，把求解問題的(de)自(zi)變量(liang)看作原因，編碼構(gou)成染色(se)體(個(ge)體)，在個(ge)體集合(群(qun)體)內依據個(ge)體適(shi)應能(neng)力進(jin)行(xing)最優(you)評(ping)價。遺傳(chuan)(chuan)算法(fa)(fa)(fa)搜索(suo)性(xing)能(neng)優(you)越，同(tong)時能(neng)進(jin)行(xing)全局性(xing)能(neng)優(you)化。  

(2)基于人(ren)工(gong)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)網(wang)(wang)絡的(de)(de)診(zhen)(zhen)斷方法。人(ren)工(gong)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)網(wang)(wang)絡是(shi)一(yi)種用大(da)量簡單(dan)相連(lian)人(ren)工(gong)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)元(yuan)來模(mo)仿生物神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)網(wang)(wang)絡的(de)(de)一(yi)種人(ren)工(gong)智能(neng)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)系統，包括硬(ying)件(jian)和(he)軟件(jian)。人(ren)工(gong)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)網(wang)(wang)絡由大(da)量人(ren)工(gong)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)細胞(處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)單(dan)元(yuan))組(zu)成，每個處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)單(dan)元(yuan)都(dou)可以(yi)輸出(chu)信號，該(gai)信號又(you)成為別(bie)的(de)(de)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)單(dan)元(yuan)的(de)(de)輸入(ru)，這種輸入(ru)和(he)輸出(chu)關系一(yi)般用輸入(ru)值的(de)(de)加權乘積和(he)函(han)數來表示。人(ren)工(gong)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)網(wang)(wang)絡的(de)(de)運(yun)作有學(xue)習過(guo)(guo)程和(he)回想過(guo)(guo)程，可以(yi)進(jin)行(xing)大(da)規模(mo)的(de)(de)運(yun)算(suan)、存(cun)儲、處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)、學(xue)習和(he)記憶能(neng)力，針對(dui)污水(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)這類多影(ying)響因素和(he)條件(jian)可以(yi)進(jin)行(xing)評估和(he)診(zhen)(zhen)斷。人(ren)工(gong)神(shen)(shen)(shen)經(jing)(jing)(jing)(jing)網(wang)(wang)絡診(zhen)(zhen)斷在污水(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)故(gu)障(zhang)診(zhen)(zhen)斷領(ling)域主要關注的(de)(de)是(shi)污水(shui)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)過(guo)(guo)程的(de)(de)模(mo)擬和(he)控制(zhi)和(he)對(dui)特定參數進(jin)行(xing)預(yu)測(ce)等。  

(3)基于模(mo)(mo)糊(hu)理(li)(li)論(lun)的故障診斷方(fang)法。模(mo)(mo)糊(hu)理(li)(li)論(lun)診斷法是模(mo)(mo)仿人類思(si)維的模(mo)(mo)糊(hu)綜合判斷推(tui)理(li)(li)來處理(li)(li)問(wen)題(ti)的一種方(fang)法。該方(fang)法對于診斷一些過程本身具有不確定性、不精確性的問(wen)題(ti)有突出優勢，主要是通(tong)過構造隸屬度函數(shu)來實現診斷。  

(4)基于專(zhuan)家系統(tong)的(de)(de)診斷方(fang)法(fa)(fa)。基于專(zhuan)家系統(tong)的(de)(de)診斷方(fang)法(fa)(fa)是將長期大(da)量的(de)(de)知識經驗(yan)和(he)故(gu)(gu)障(zhang)信息進行收集和(he)整理(li)，然后轉化成(cheng)計(ji)算機語言，設計(ji)出(chu)智能程序來解(jie)決復雜問題。專(zhuan)家系統(tong)診斷法(fa)(fa)在設備(bei)、電(dian)子(zi)系統(tong)、機械系統(tong)和(he)運行過(guo)程故(gu)(gu)障(zhang)診斷方(fang)面(mian)都有大(da)量的(de)(de)應用，同(tong)時也逐步開始應用于污水(shui)處理(li)故(gu)(gu)障(zhang)診斷中。  

1.5集成診斷(duan)法  

集(ji)成(cheng)診斷(duan)(duan)法(fa)是(shi)結合各種(zhong)診斷(duan)(duan)方法(fa)的優點而形成(cheng)的一種(zhong)診斷(duan)(duan)方法(fa)，基于此作(zuo)出的決策對污水處理(li)廠的管理(li)有重要推動(dong)作(zuo)用。用的比較(jiao)多(duo)的集(ji)成(cheng)診斷(duan)(duan)法(fa)有神經網絡(luo)和專(zhuan)家系統的集(ji)成(cheng)、模(mo)糊(hu)理(li)論和專(zhuan)家系統的集(ji)成(cheng)、故障樹和專(zhuan)家系統的集(ji)成(cheng)、模(mo)糊(hu)理(li)論和神經網絡(luo)集(ji)成(cheng)等。  

2專家系統在污水處理故障診斷中的應用  

專家系(xi)(xi)統(tong)(tong)包(bao)括知識(shi)(shi)庫(ku)、推理機(ji)、數(shu)據(ju)(ju)(ju)庫(ku)、解釋模塊和人機(ji)交互端(duan)(duan)(duan)口等幾部(bu)分。專家系(xi)(xi)統(tong)(tong)最重(zhong)要的(de)是(shi)(shi)(shi)知識(shi)(shi)庫(ku)，也是(shi)(shi)(shi)整個系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)瓶頸所在。需要盡可能多的(de)收(shou)集所診(zhen)斷對(dui)象可能出(chu)現的(de)問題，并且找出(chu)對(dui)應問題的(de)原(yuan)因和解決辦法。推理機(ji)是(shi)(shi)(shi)根據(ju)(ju)(ju)一定(ding)的(de)邏(luo)輯(ji)及推理規(gui)則，利(li)用(yong)知識(shi)(shi)庫(ku)里的(de)知識(shi)(shi)，對(dui)用(yong)戶輸入的(de)問題進行分析和解釋。數(shu)據(ju)(ju)(ju)庫(ku)是(shi)(shi)(shi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)操作對(dui)象。解釋模塊是(shi)(shi)(shi)對(dui)用(yong)戶的(de)提問進行解釋。人機(ji)交互端(duan)(duan)(duan)口是(shi)(shi)(shi)用(yong)戶與計算機(ji)或者只能專家進行交流(liu)的(de)端(duan)(duan)(duan)口。  

專家系(xi)統(tong)及其集成系(xi)統(tong)從1970年(nian)開(kai)始在(zai)污水處理(li)領域(yu)得到應用，至今為止已經(jing)有不少成功(gong)案例，相(xiang)關文(wen)獻報(bao)道也比較多。既(ji)有用于全過程診斷的，也有針對某(mou)個具體處理(li)單元的。  

孫強等在(zai)國內首(shou)次提(ti)(ti)(ti)出建(jian)立(li)基于(yu)模糊理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)的城(cheng)市(shi)(shi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)廠(chang)(chang)故(gu)(gu)障(zhang)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)專(zhuan)家(jia)(jia)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(STFES)。施漢昌等2001年(nian)用(yong)(yong)(yong)(yong)正反向推(tui)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)機制(zhi)，用(yong)(yong)(yong)(yong)故(gu)(gu)障(zhang)樹(shu)的形式(shi)，建(jian)立(li)了(le)一(yi)套故(gu)(gu)障(zhang)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，并用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)城(cheng)市(shi)(shi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)廠(chang)(chang)的運行(xing)(xing)(xing)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)。王剛通過(guo)故(gu)(gu)障(zhang)樹(shu)法(fa)(fa)進行(xing)(xing)(xing)知(zhi)識(shi)(shi)庫(ku)構(gou)建(jian)，采用(yong)(yong)(yong)(yong)正向推(tui)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)機制(zhi)，在(zai)Eclipse平(ping)臺(tai)采用(yong)(yong)(yong)(yong)MySQL開發工(gong)具構(gou)建(jian)數(shu)據(ju)庫(ku)，構(gou)建(jian)了(le)一(yi)套專(zhuan)家(jia)(jia)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)榨菜廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)廠(chang)(chang)故(gu)(gu)障(zhang)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)。該診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)還包括運行(xing)(xing)(xing)維(wei)護模塊，可以提(ti)(ti)(ti)供廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)運行(xing)(xing)(xing)、維(wei)護和(he)(he)管理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)知(zhi)識(shi)(shi)的查詢功能。田在(zai)興利用(yong)(yong)(yong)(yong)故(gu)(gu)障(zhang)樹(shu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)對(dui)引(yin)起出水(shui)(shui)(shui)(shui)問題的原因(yin)進行(xing)(xing)(xing)組(zu)織和(he)(he)整(zheng)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)，構(gou)建(jian)知(zhi)識(shi)(shi)庫(ku)(如圖1)。然(ran)后采用(yong)(yong)(yong)(yong)正向推(tui)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)機制(zhi)，建(jian)立(li)了(le)一(yi)套專(zhuan)家(jia)(jia)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)城(cheng)市(shi)(shi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)廠(chang)(chang)BAF工(gong)藝的診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)中。通過(guo)實(shi)際應用(yong)(yong)(yong)(yong)發現該診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)能準確判斷(duan)出水(shui)(shui)(shui)(shui)異常(chang)數(shu)據(ju)并能對(dui)引(yin)發故(gu)(gu)障(zhang)的原因(yin)給予解釋并提(ti)(ti)(ti)出相(xiang)應解決方案(an)。劉宇基于(yu)貝(bei)葉(xie)斯網絡法(fa)(fa)構(gou)建(jian)貝(bei)葉(xie)斯網絡模型(xing)，再(zai)基于(yu)該模型(xing)構(gou)建(jian)了(le)城(cheng)市(shi)(shi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)廠(chang)(chang)A2/O工(gong)藝故(gu)(gu)障(zhang)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)專(zhuan)家(jia)(jia)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)。王龍(long)雙針對(dui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)冶煉廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)和(he)(he)混合化工(gong)廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)的工(gong)業廢(fei)(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)廠(chang)(chang)運行(xing)(xing)(xing)故(gu)(gu)障(zhang)，利用(yong)(yong)(yong)(yong)模糊理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)構(gou)建(jian)知(zhi)識(shi)(shi)庫(ku)，采用(yong)(yong)(yong)(yong)正向推(tui)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)方法(fa)(fa)構(gou)建(jian)推(tui)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)機，在(zai)此基礎上開發了(le)一(yi)套污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)運行(xing)(xing)(xing)監控(kong)與故(gu)(gu)障(zhang)診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)的專(zhuan)家(jia)(jia)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)。該系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)能實(shi)現污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)廠(chang)(chang)運行(xing)(xing)(xing)異常(chang)數(shu)據(ju)自動提(ti)(ti)(ti)取(qu)、實(shi)時顯示、故(gu)(gu)障(zhang)在(zai)線或離(li)線診(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)斷(duan)功能，實(shi)際調試運行(xing)(xing)(xing)效果良(liang)好(hao)。  

國(guo)外方面，Punal建(jian)立(li)(li)了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)個(ge)厭氧處理(li)(li)(li)工業廢水(shui)的(de)(de)(de)診(zhen)斷(duan)專(zhuan)家(jia)系統，以(yi)高濃(nong)度化(hua)纖廢水(shui)的(de)(de)(de)處理(li)(li)(li)為實(shi)際診(zhen)斷(duan)案例，可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)穩定性(xing)好(hao)。Baeza等(deng)為了(le)(le)提高總氮的(de)(de)(de)去除效率，建(jian)立(li)(li)了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)個(ge)基(ji)于知(zhi)識(shi)的(de)(de)(de)專(zhuan)家(jia)系統(KBES)用(yong)于A2/O工藝(yi)污水(shui)處理(li)(li)(li)廠的(de)(de)(de)運行(xing)診(zhen)斷(duan)。Carrasco等(deng)建(jian)立(li)(li)了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)套基(ji)于規則的(de)(de)(de)模糊(hu)診(zhen)斷(duan)專(zhuan)家(jia)系統，用(yong)于對厭氧廢水(shui)處理(li)(li)(li)過(guo)程(cheng)中酸化(hua)相的(de)(de)(de)診(zhen)斷(duan)。該診(zhen)斷(duan)系統搭載了(le)(le)Matlab模糊(hu)邏輯(ji)工具箱(xiang)進(jin)行(xing)數據分(fen)析(xi)，試用(yong)結(jie)果(guo)證明該系統能很好(hao)地診(zhen)斷(duan)反應(ying)器的(de)(de)(de)操作異常問題。Lardon等(deng)針對專(zhuan)家(jia)系統容(rong)易(yi)出現診(zhen)斷(duan)錯(cuo)誤(wu)的(de)(de)(de)現象，經(jing)過(guo)改(gai)進(jin)后建(jian)立(li)(li)了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)種基(ji)于事實(shi)理(li)(li)(li)論(lun)的(de)(de)(de)診(zhen)斷(duan)專(zhuan)家(jia)系統，并應(ying)用(yong)于厭氧工業廢水(shui)處理(li)(li)(li)中，通過(guo)驗證發(fa)現該系統能自動檢測(ce)信息和(he)數據沖突。Chen等(deng)開發(fa)了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)個(ge)基(ji)于知(zhi)識(shi)的(de)(de)(de)在線診(zhen)斷(duan)專(zhuan)家(jia)系統，用(yong)來診(zhen)斷(duan)MBR工藝(yi)污水(shui)處理(li)(li)(li)廠同步(bu)去除有(you)機物和(he)氮。  

雖然(ran)專家系(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)開發和應(ying)用(yong)已經較多(duo)，但專家系(xi)(xi)(xi)統(tong)目(mu)前在(zai)污水處(chu)理(li)診斷(duan)中(zhong)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)也存在(zai)如(ru)下(xia)不(bu)足：一是(shi)知(zhi)(zhi)識庫內容(rong)有限(xian)，不(bu)能(neng)(neng)(neng)包含(han)污水處(chu)理(li)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)所有故障，因此建立的(de)(de)(de)專家系(xi)(xi)(xi)統(tong)可能(neng)(neng)(neng)不(bu)能(neng)(neng)(neng)解(jie)決污水處(chu)理(li)廠的(de)(de)(de)所有問(wen)題;二是(shi)專家系(xi)(xi)(xi)統(tong)知(zhi)(zhi)識庫不(bu)能(neng)(neng)(neng)自動更新，需要人為不(bu)斷(duan)地補充新的(de)(de)(de)問(wen)題，并且轉化成計算機語(yu)言給系(xi)(xi)(xi)統(tong)不(bu)斷(duan)升級;三是(shi)故障診斷(duan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)沒有與自動控制相結合，還是(shi)限(xian)于工作人員通(tong)過專家系(xi)(xi)(xi)統(tong)診斷(duan)問(wen)題，得到系(xi)(xi)(xi)統(tong)反饋(kui)后再去采取相應(ying)措施，存在(zai)一定的(de)(de)(de)延滯，不(bu)夠高效。  

3其他診斷方法在污水處理故障診斷中的應用  

3.1知(zhi)識綜(zong)合法  

王(wang)先寶等(deng)(deng)采用知識綜合(he)診斷法對(dui)昆明某(mou)氧化(hua)溝工(gong)藝(yi)(yi)的(de)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)廠進(jin)行(xing)問(wen)題診斷，通(tong)(tong)過(guo)收集污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)廠運行(xing)一年的(de)進(jin)出水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質水(shui)(shui)(shui)量數據，利用專(zhuan)業(ye)知識積累、文獻查詢或咨詢專(zhuan)業(ye)人士等(deng)(deng)手段來尋找(zhao)運行(xing)問(wen)題的(de)原(yuan)因，最(zui)后發現進(jin)水(shui)(shui)(shui)碳源問(wen)題、供氧問(wen)題等(deng)(deng)幾(ji)個方(fang)面(mian)的(de)原(yuan)因并給出了(le)優化(hua)建議。李鵬峰(feng)等(deng)(deng)對(dui)某(mou)CAST工(gong)藝(yi)(yi)污(wu)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)廠進(jin)行(xing)診斷分(fen)析，在歷(li)史運行(xing)數據的(de)基礎上，通(tong)(tong)過(guo)污(wu)泥活性測試和工(gong)藝(yi)(yi)模(mo)擬試驗提出相應的(de)工(gong)藝(yi)(yi)優化(hua)運行(xing)措施。  

知(zhi)識(shi)綜合法進行故障(zhang)診斷需要長期(qi)的知(zhi)識(shi)和經驗的積累，專(zhuan)業性太強，且容易以主觀意(yi)識(shi)為主，缺乏(fa)科(ke)學性，導致診斷結(jie)論錯誤，造成(cheng)損失。  

3.2數學模擬法  

數學模(mo)(mo)擬法是近(jin)幾年興起較快的一項技術，在污(wu)水處理診斷(duan)、工(gong)藝優(you)化(hua)、升級改造、能耗評(ping)估(gu)等多(duo)(duo)方面均有實際應用。目前應用比較多(duo)(duo)的模(mo)(mo)擬模(mo)(mo)型(xing)軟(ruan)件包(bao)括：BioWin模(mo)(mo)擬軟(ruan)件、TUD模(mo)(mo)型(xing)、GP-X軟(ruan)件、WEST軟(ruan)件等。  

仇(chou)付國等利用BioWin軟件(jian)對北京某ICEAS工(gong)藝的污(wu)水(shui)處理廠(chang)進行(xing)氮、磷(lin)出(chu)水(shui)不達標診斷，先建立概化(hua)模(mo)(mo)型，校正模(mo)(mo)型參(can)數，進行(xing)動態模(mo)(mo)擬(ni)，從調整(zheng)工(gong)藝運行(xing)參(can)數和改變工(gong)藝流程(cheng)兩方(fang)面提出(chu)了升級改造(zao)方(fang)案(an)。郝曉(xiao)地等通過(guo)數學模(mo)(mo)擬(ni)的方(fang)式對荷(he)蘭某污(wu)水(shui)處理廠(chang)進行(xing)節能降(jiang)耗(hao)優化(hua)，采用TUD模(mo)(mo)型，使(shi)用AQUASIM2.0軟件(jian)進行(xing)模(mo)(mo)擬(ni)，發現(xian)反硝化(hua)脫氮除(chu)磷(lin)在同步脫氮除(chu)磷(lin)過(guo)程(cheng)中能節約53%~59%的COD，多(duo)余的COD可以轉化(hua)為CH4，從而降(jiang)低能耗(hao)。  

Nuhoglu等(deng)利用GPS-X軟(ruan)件對(dui)土耳(er)其某卡魯(lu)塞爾氧化(hua)溝工(gong)藝的污(wu)水(shui)處(chu)理(li)(li)廠進(jin)(jin)行了(le)全流程模(mo)(mo)(mo)擬(ni)(ni)，發現調整μmaxh、μmaxa、KNH、KS這4個(ge)參數能使得模(mo)(mo)(mo)擬(ni)(ni)結果與實際出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)有很好的匹配(pei)。Vitanza等(deng)采用BioWin模(mo)(mo)(mo)擬(ni)(ni)軟(ruan)件對(dui)污(wu)水(shui)處(chu)理(li)(li)廠進(jin)(jin)行診斷和工(gong)藝優化(hua)，發現模(mo)(mo)(mo)型擬(ni)(ni)合度好，模(mo)(mo)(mo)擬(ni)(ni)準確(que)。Guo等(deng)基于貝葉(xie)斯網(wang)絡模(mo)(mo)(mo)型建立了(le)一種新的用于A2/O工(gong)藝污(wu)水(shui)處(chu)理(li)(li)診斷的方(fang)法。  

數學模(mo)擬(ni)法(fa)需要基于(yu)(yu)數據建模(mo)或(huo)者利用現(xian)有(you)的(de)(de)(de)模(mo)型軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)建立(li)概化模(mo)型等，需要專業(ye)(ye)水處(chu)理(li)知(zhi)識(shi)和(he)強的(de)(de)(de)數學功底(di)，同(tong)時(shi)對(dui)(dui)模(mo)型軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)很好的(de)(de)(de)掌握，能(neng)獨(du)立(li)操作(zuo)，相對(dui)(dui)難(nan)度(du)大。另(ling)外(wai)，目(mu)前數學模(mo)擬(ni)法(fa)也(ye)僅局(ju)限于(yu)(yu)對(dui)(dui)生活污(wu)(wu)(wu)水的(de)(de)(de)處(chu)理(li)，對(dui)(dui)于(yu)(yu)進(jin)水成(cheng)分復雜的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)業(ye)(ye)廢水目(mu)前應用效果不好，有(you)空缺。但是數學模(mo)擬(ni)法(fa)有(you)很多別的(de)(de)(de)方法(fa)不能(neng)比(bi)擬(ni)的(de)(de)(de)優勢，一(yi)方面能(neng)夠通過(guo)數據校正、擬(ni)合(he)，對(dui)(dui)污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)廠進(jin)水水質水量改變(bian)、污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)藝條件(jian)(jian)(jian)變(bian)化、構筑(zhu)物容積等發生改變(bian)的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下對(dui)(dui)污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)系統的(de)(de)(de)影響，對(dui)(dui)于(yu)(yu)新建污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)廠和(he)需要完(wan)成(cheng)升級改造(zao)的(de)(de)(de)污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)廠有(you)比(bi)較(jiao)準確(que)的(de)(de)(de)預(yu)測作(zuo)用，可(ke)以節約成(cheng)本和(he)節省工(gong)(gong)(gong)作(zuo)量。另(ling)一(yi)方面，模(mo)型軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)可(ke)以同(tong)時(shi)實(shi)(shi)現(xian)診斷與優化，并針對(dui)(dui)每個污(wu)(wu)(wu)水處(chu)理(li)廠的(de)(de)(de)實(shi)(shi)際情(qing)況(kuang)提出精確(que)、具體可(ke)行的(de)(de)(de)優化方法(fa)，包(bao)括(kuo)工(gong)(gong)(gong)藝優化和(he)能(neng)耗優化，實(shi)(shi)用性(xing)非常強。  

3.3統計(ji)學(xue)診(zhen)斷法  

劉乙奇(qi)等為(wei)了(le)(le)克服PCA方法的(de)不足(zu)，提出因子分析(FA)故障診斷方法，并在BSM1模型(xing)上進行(xing)了(le)(le)驗證，發(fa)現(xian)與PCA法相比(bi)，FA錯誤(wu)率更(geng)低(di)，對不確定信息(xi)的(de)表(biao)述能力更(geng)完整。  

Tao等(deng)采用主(zhu)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)(fen)析方(fang)法(PCA)法診(zhen)斷(duan)SBR工藝(yi)污(wu)水(shui)處理廠的(de)傳(chuan)感器系統故障，在(zai)歷史(shi)運(yun)行(xing)數據(ju)的(de)基礎上，結合主(zhu)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)得分(fen)(fen)(fen)(fen)和主(zhu)成(cheng)分(fen)(fen)(fen)(fen)負荷系數，建(jian)立了新的(de)故障診(zhen)斷(duan)方(fang)法和模型(xing)，在(zai)實(shi)際(ji)案(an)例中能(neng)準確進行(xing)故障診(zhen)斷(duan)。  

3.4故障樹(shu)診斷法  

故障(zhang)樹診斷法(fa)可以單(dan)獨用來對故障(zhang)進(jin)行(xing)分析，也常用來與其他方(fang)法(fa)進(jin)行(xing)組合后以集成(cheng)的方(fang)式(shi)來進(jin)行(xing)診斷。  

高(gao)大康針對(dui)CAST工藝常見出水(shui)故障，采用故障樹法分析故障原因和(he)邏輯關(guan)系(xi)，建(jian)立了基于規則的故障診(zhen)斷模型，并(bing)用于廣州某工業園區廢(fei)水(shui)處理故障診(zhen)斷，離線診(zhen)斷對(dui)污水(shui)處理系(xi)統的穩(wen)定運行有積極作用。  

Beauchamp等將故(gu)障(zhang)(zhang)樹(shu)診斷法(fa)引(yin)入電(dian)(dian)化學(xue)超(chao)濾(lv)技(ji)術的(de)診斷分析(xi)中。針對(dui)水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理過程中微生物(Cryptosporidiumparvum，小球隱孢(bao)子蟲(chong))容易(yi)超(chao)標，以此為頂事件，逐層分析(xi)導致(zhi)該事件的(de)各項因(yin)素及根本(ben)原因(yin)。該研究結論有助于更好地理解電(dian)(dian)化學(xue)超(chao)濾(lv)過程，合理控制、提高操作能力和技(ji)術，確保出(chu)水(shui)(shui)安全。Taheriyoun等采用故(gu)障(zhang)(zhang)樹(shu)分析(xi)法(fa)對(dui)某活性污泥(ni)法(fa)工藝的(de)污水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)進(jin)行診斷，分析(xi)影響(xiang)(xiang)污水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)出(chu)水(shui)(shui)效果的(de)各項因(yin)素。結果表明人為因(yin)素是導致(zhi)污水(shui)(shui)處(chu)(chu)(chu)理廠(chang)出(chu)水(shui)(shui)故(gu)障(zhang)(zhang)的(de)最主要的(de)影響(xiang)(xiang)因(yin)素，通過故(gu)障(zhang)(zhang)樹(shu)分析(xi)能有效的(de)評估風(feng)險，排除故(gu)障(zhang)(zhang)。  

3.5其他集成(cheng)診(zhen)斷法(fa)  

陸林花將遺傳算法和聚類算法應用于(yu)污水處理(li)異常診斷(duan)中，采(cai)用基(ji)于(yu)距離的異常因子來檢測異常數據，再(zai)建(jian)立(li)故障(zhang)診斷(duan)規則。通過實(shi)際(ji)案(an)例證(zheng)明該(gai)方法能對污水處理(li)中的異常數據進(jin)行有效檢測。  

Han等基于故障(zhang)樹理(li)論，利用模(mo)糊神經網絡(FNN)建立了一(yi)個廢水處理(li)在線診斷系統(tong)(tong)，該系統(tong)(tong)包(bao)含一(yi)個診斷污泥體積(ji)指(zhi)數(SVI)的在線傳感器。該診斷系統(tong)(tong)通(tong)過對實際試(shi)驗數據和(he)FNN預測結(jie)果(guo)的對比進(jin)(jin)行故障(zhang)診斷，最終應用于SBR工藝污水處理(li)進(jin)(jin)行診斷效果(guo)驗證。  

4結論與展望  

在(zai)總(zong)結(jie)故(gu)障(zhang)診斷方法的基(ji)礎上，結(jie)合對污(wu)水處理(li)故(gu)障(zhang)診斷方法的認識(shi)和目前應(ying)用(yong)現狀的了解，對該領域(yu)未來的發(fa)展提出以(yi)下觀點：  

(1)現有的診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)方法或(huo)者診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)系(xi)(xi)統基本(ben)集中在對某種處(chu)理工(gong)藝、單一的故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)問題等，對于多(duo)(duo)種處(chu)理工(gong)藝都通(tong)用的診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)系(xi)(xi)統和多(duo)(duo)方位(wei)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)還比較缺乏。與此(ci)同時，污水處(chu)理廠運行故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)與故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)之間(jian)可(ke)能(neng)存在各種關聯(lian)，會產生鏈式(shi)反應。因此(ci)建立適(shi)應性更強、全(quan)污水廠逐級分布(bu)式(shi)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)(zhang)診(zhen)(zhen)斷(duan)(duan)系(xi)(xi)統是一個可(ke)行的研究方向。  

(2)人工智(zhi)能(neng)應用與(yu)污(wu)水處理故障診斷(duan)領域是一個發(fa)(fa)展趨勢(shi)，而目前專(zhuan)家系統(tong)、神(shen)經(jing)網絡等人工智(zhi)能(neng)診斷(duan)方(fang)(fang)法(fa)(fa)有自(zi)(zi)身的(de)(de)缺陷(xian)和局限性，主要是自(zi)(zi)主學(xue)(xue)習能(neng)力差、數值(zhi)計算(suan)能(neng)力弱、經(jing)驗推(tui)理能(neng)力不足等。因此，將來(lai)可以(yi)從(cong)以(yi)下兩方(fang)(fang)面考(kao)慮(lv)，一方(fang)(fang)面可以(yi)采(cai)用多(duo)種智(zhi)能(neng)方(fang)(fang)法(fa)(fa)相結合的(de)(de)集成智(zhi)能(neng)診斷(duan)系統(tong)可以(yi)發(fa)(fa)揮各(ge)自(zi)(zi)優(you)勢(shi)，取得更好的(de)(de)效果(guo)。另(ling)一方(fang)(fang)面，在人工智(zhi)能(neng)中開發(fa)(fa)機器自(zi)(zi)主學(xue)(xue)習的(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，有助于及時補(bu)充知識(shi)，提(ti)高診斷(duan)系統(tong)能(neng)力。  

(3)目前互聯網(wang)技術的發展(zhan)，有助于(yu)建(jian)立虛擬故(gu)障診(zhen)斷(duan)平(ping)臺，實施遠(yuan)程故(gu)障診(zhen)斷(duan)。電腦搭載診(zhen)斷(duan)系(xi)統的同時開發診(zhen)斷(duan)APP，污(wu)水處理廠(chang)實時數據傳輸到診(zhen)斷(duan)APP，利(li)用(yong)診(zhen)斷(duan)軟件可以隨時進(jin)行故(gu)障診(zhen)斷(duan)，更便捷(jie)、高(gao)效。同時，網(wang)絡的發展(zhan)又可以實現污(wu)水處理故(gu)障診(zhen)斷(duan)資源共享(xiang)，幫助污(wu)水處理廠(chang)優化(hua)運營。

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