污水处理故障诊断方法有这些你都了解吗？

该诊断系统还包括运行维护模块，可以提供废水处理运行、维护和管理知识的查询功能。田在兴利用故障树理论对引起出水问题的原因进行组织和整理，构建知识库（如图1）。然后采用正向推理机制，建立了一套专家诊断系统，用于城市污水处理厂BAF工艺的诊断中。

通过实际应用发现该诊断系统能准确判断出水异常数据并能对引发故障的原因给予解释并提出相应解决方案。刘宇基于贝叶斯网络法构建贝叶斯网络模型，再基于该模型构建了城市污水处理厂A2/O工艺故障诊断专家系统。王龙双针对处理冶炼废水和混合化工废水的工业废水处理厂运行故障，利用模糊理论构建知识库，采用正向推理方法构建推理机，在此基础上开发了一套污水处理运行监控与故障诊断的专家系统。

该系统能实现污水处理厂运行异常数据自动提取、实时显示、故障在线或离线诊断功能，实际调试运行效果良好。

国外方面，Punal建立了一个厌氧处理工业废水的诊断专家系统，以高浓度化纤废水的处理为实际诊断案例，可靠性和稳定性好。Baeza等为了提高总氮的去除效率，建立了一个基于知识的专家系统（KBES）用于A2/O工艺污水处理厂的运行诊断。Carrasco等建立了一套基于规则的模糊诊断专家系统，用于对厌氧废水处理过程中酸化相的诊断。

该诊断系统搭载了Matlab模糊逻辑工具箱进行数据分析，试用结果证明该系统能很好地诊断反应器的操作异常问题。Lardon等针对专家系统容易出现诊断错误的现象，经过改进后建立了一种基于事实理论的诊断专家系统，并应用于厌氧工业废水处理中，通过验证发现该系统能自动检测信息和数据冲突。Chen等开发了一个基于知识的在线诊断专家系统，用来诊断MBR工艺污水处理厂同步去除有机物和氮。

虽然专家系统的开发和应用已经较多，但专家系统目前在污水处理诊断中的应用也存在如下不足：一是知识库内容有限，不能包含污水处理过程中的所有故障，因此建立的专家系统可能不能解决污水处理厂的所有问题；二是专家系统知识库不能自动更新，需要人为不断地补充新的问题，并且转化成计算机语言给系统不断升级；三是故障诊断系统没有与自动控制相结合，还是限于工作人员通过专家系统诊断问题，得到系统反馈后再去采取相应措施，存在一定的延滞，不够高效。

3其他诊断方法在污水处理故障诊断中的应用

3.1知识综合法

王先宝等采用知识综合诊断法对昆明某氧化沟工艺的污水处理厂进行问题诊断，通过收集污水处理厂运行一年的进出水水质水量数据，利用专业知识积累、文献查询或咨询专业人士等手段来寻找运行问题的原因，最后发现进水碳源问题、供氧问题等几个方面的原因并给出了优化建议。李鹏峰等对某CAST工艺污水处理厂进行诊断分析，在历史运行数据的基础上，通过污泥活性测试和工艺模拟试验提出相应的工艺优化运行措施。

知识综合法进行故障诊断需要长期的知识和经验的积累，专业性太强，且容易以主观意识为主，缺乏科学性，导致诊断结论错误，造成损失。

3.2数学模拟法

数学模拟法是近几年兴起较快的一项技术，在污水处理诊断、工艺优化、升级改造、能耗评估等多方面均有实际应用。目前应用比较多的模拟模型软件包括：BioWin模拟软件、TUD模型、GP-X软件、WEST软件等。

仇付国等利用BioWin软件对北京某ICEAS工艺的污水处理厂进行氮、磷出水不达标诊断，先建立概化模型，校正模型参数，进行动态模拟，从调整工艺运行参数和改变工艺流程两方面提出了升级改造方案。郝晓地等通过数学模拟的方式对荷兰某污水处理厂进行节能降耗优化，采用TUD模型，使用AQUASIM2.0软件进行模拟，发现反硝化脱氮除磷在同步脱氮除磷过程中能节约53%~59%的COD，多余的COD可以转化为CH4，从而降低能耗。

Nuhoglu等利用GPS-X软件对土耳其某卡鲁塞尔氧化沟工艺的污水处理厂进行了全流程模拟，发现调整μmaxh、μmaxa、KNH、KS这4个参数能使得模拟结果与实际出水水质有很好的匹配。Vitanza等采用BioWin模拟软件对污水处理厂进行诊断和工艺优化，发现模型拟合度好，模拟准确。Guo等基于贝叶斯网络模型建立了一种新的用于A2/O工艺污水处理诊断的方法。

数学模拟法需要基于数据建模或者利用现有的模型软件建立概化模型等，需要专业水处理知识和强的数学功底，同时对模型软件很好的掌握，能独立操作，相对难度大。另外，目前数学模拟法也仅局限于对生活污水的处理，对于进水成分复杂的工业废水目前应用效果不好，有空缺。

但是数学模拟法有很多别的方法不能比拟的优势，一方面能够通过数据校正、拟合，对污水处理厂进水水质水量改变、污水处理工艺条件变化、构筑物容积等发生改变的情况下对污水处理系统的影响，对于新建污水处理厂和需要完成升级改造的污水处理厂有比较准确的预测作用，可以节约成本和节省工作量。另一方面，模型软件可以同时实现诊断与优化，并针对每个污水处理厂的实际情况提出精确、具体可行的优化方法，包括工艺优化和能耗优化，实用性非常强。

3.3统计学诊断法

刘乙奇等为了克服PCA方法的不足，提出因子分析（FA）故障诊断方法，并在BSM1模型上进行了验证，发现与PCA法相比，FA错误率更低，对不确定信息的表述能力更完整。

Tao等采用主成分分析方法（PCA）法诊断SBR工艺污水处理厂的传感器系统故障，在历史运行数据的基础上，结合主成分得分和主成分负荷系数，建立了新的故障诊断方法和模型，在实际案例中能准确进行故障诊断。

3.4故障树诊断法

故障树诊断法可以单独用来对故障进行分析，也常用来与其他方法进行组合后以集成的方式来进行诊断。

高大康针对CAST工艺常见出水故障，采用故障树法分析故障原因和逻辑关系，建立了基于规则的故障诊断模型，并用于广州某工业园区废水处理故障诊断，离线诊断对污水处理系统的稳定运行有积极作用。

Beauchamp等将故障树诊断法引入电化学超滤技术的诊断分析中。针对水处理过程中微生物（Cryptosporidiumparvum，小球隐孢子虫）容易超标，以此为顶事件，逐层分析导致该事件的各项因素及根本原因。该研究结论有助于更好地理解电化学超滤过程，合理控制、提高操作能力和技术，确保出水安全。

Taheriyoun等采用故障树分析法对某活性污泥法工艺的污水处理厂进行诊断，分析影响污水处理厂出水效果的各项因素。结果表明人为因素是导致污水处理厂出水故障的最主要的影响因素，通过故障树分析能有效的评估风险，排除故障。

3.5其他集成诊断法

陆林花将遗传算法和聚类算法应用于污水处理异常诊断中，采用基于距离的异常因子来检测异常数据，再建立故障诊断规则。通过实际案例证明该方法能对污水处理中的异常数据进行有效检测。

Han等基于故障树理论，利用模糊神经网络（FNN）建立了一个废水处理在线诊断系统，该系统包含一个诊断污泥体积指数（SVI）的在线传感器。该诊断系统通过对实际试验数据和FNN预测结果的对比进行故障诊断，最终应用于SBR工艺污水处理进行诊断效果验证。

4结论与展望

在总结故障诊断方法的基础上，结合对污水处理故障诊断方法的认识和目前应用现状的了解，对该领域未来的发展提出以下观点：

（1）现有的诊断方法或者诊断系统基本集中在对某种处理工艺、单一的故障诊断问题等，对于多种处理工艺都通用的诊断系统和多方位故障诊断还比较缺乏。与此同时，污水处理厂运行故障与故障之间可能存在各种关联，会产生链式反应。因此建立适应性更强、全污水厂逐级分布式故障诊断系统是一个可行的研究方向。

（2）人工智能应用与污水处理故障诊断领域是一个发展趋势，而目前专家系统、神经网络等人工智能诊断方法有自身的缺陷和局限性，主要是自主学习能力差、数值计算能力弱、经验推理能力不足等。因此，将来可以从以下两方面考虑，一方面可以采用多种智能方法相结合的集成智能诊断系统可以发挥各自优势，取得更好的效果。另一方面，在人工智能中开发机器自主学习的方法，有助于及时补充知识，提高诊断系统能力。

（3）目前互联网技术的发展，有助于建立虚拟故障诊断平台，实施远程故障诊断。电脑搭载诊断系统的同时开发诊断APP，污水处理厂实时数据传输到诊断APP，利用诊断软件可以随时进行故障诊断，更便捷、高效。同时，网络的发展又可以实现污水处理故障诊断资源共享，帮助污水处理厂优化运营。

微信对原文有删减，本文经微信小编整理后发布。原文标题：污水处理故障诊断方法的研究现状及展望，作者：李云、蒋进元、何连生、王军霞；刊登在《给水排水》2017年10期。

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