基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的制作方法

1.本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统。


背景技术：

2.污水处理，指的是为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。
3.按污水来源分类，污水处理一般分为生产污水处理和生活污水处理。生产污水包括工业污水、农业污水以及医疗污水等，而生活污水就是日常生活产生的污水，是指各种形式的无机物和有机物的复杂混合物，包括：（1）漂浮和悬浮的大小固体颗粒；（2）胶状和凝胶状扩散物；（3）纯溶液。
4.按水污的质性来分，水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染，当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类。污染物主要有：（1）未经处理而排放的工业废水；（2）未经处理而排放的生活污水；（3）大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水；（4）堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾；（5）水土流失；（6）矿山污水。
5.航天环保领域中，一般采用航天纳米改性滤料作为污水环境治理的主要手段，其核心是以高频波为能源，以水作为引发剂，利用高频波在水中传播时发生的空化效应并伴随着机械效应，天然矿石在空化效应的作用下，氢键、化学键断裂，分离出非成对电子的原子戒原子团，不裂解槽中引发出的自由基立即结合生成新物质，随后新物质被波移走，天然矿石得以改性、扩孔。相较于传统的搓、磨、钻技术，该技术是从微观层次上对原料进行纳米级加工生产出的纳米滤料。该滤料对于污水具有极强的处理能力，在水生态修复治理、水质提升达标、黑臭河道治理、垃圾渗滤液处理、放射性污水治理均有很好的效果。
6.然而，一方面，目前缺乏针对性的应用航天纳米改性滤料的污水处理机制，另一方面，航天纳米改性滤料价格较为昂贵，在执行污水治理时如果使用过多的航天纳米改性滤料，显然会造成不必要的航天纳米改性滤料的浪费，提升了污水治理的开销，相反，在执行污水治理时如果使用较少的航天纳米改性滤料，又会造成污水治理不够干净，严重影响了污水治理的效果。


技术实现要素：

7.为了解决相关领域的技术问题，本发明提供了一种基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统，在引入包括同步控制设备、微控制器、第一泵体、预处理池、第二泵体、多级纳米滤塔、第三泵体以及后处理池的针对性设计的污水处理主架构的基础上，采用定制的基于深度神经网络的智能预测模型以根据污水画面灰度数据与纳米改性滤料级数的对应关系实现当前污水过滤需要的纳米改性滤料级数的选择操作，从而兼顾了污水治理效果和污水
治理成本。
8.为此，本发明至少需要具备以下三处重要的发明点：（1）引入包括同步控制设备、微控制器、第一泵体、预处理池、第二泵体、多级纳米滤塔、第三泵体以及后处理池的针对性设计的污水处理主架构，用于利用纳米改性滤料完成对包括工业污水、垃圾渗滤液体或者农村生活污水的待处理的污水的定制净化处理；（2）基于过往净化处理中污水中央区域成像画面与使用纳米改性滤料级数的对应关系，建立基于深度神经网络的智能预测模型，实现当前纳米改性滤料级数的预测处理；（3）针对不同多级纳米滤塔设计不同的智能预测模型，其中，智能预测模型获取之前被训练的次数与使用的多级纳米滤塔的单次处理水量单调正向关联。
9.根据本发明的第一方面，提供了一种基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统，所述系统包括：污水处理主架构，包括同步控制设备、微控制器、第一泵体、预处理池、第二泵体、多级纳米滤塔、第三泵体以及后处理池，所述第一泵体用于将待处理的污水送至预处理池进行一次曝气和固液分离，所述第二泵体设置在所述预处理池和所述多级纳米滤塔之间，用于将经过一次曝气和固液分离的水体送至所述多级纳米滤塔的塔体内进行过滤处理，所述第三泵体设置在所述多级纳米滤塔和所述后处理池之间，用于将经过过滤处理后的水体送至所述后处理池进行二次曝气和沉淀处理，以获得输出的净水，所述待处理的污水为工业污水、垃圾渗滤液体或者农村生活污水；级数设置机构，与所述多级纳米滤塔连接，用于设置所述多级纳米滤塔内部当前使用的纳米改性滤料级数；信号采集机构，用于在废水被所述第一泵体送入所述预处理池之前，对平静状态下的废水的中央区域执行画面采集动作，以获得解析度以及清晰度固定的参考废水画面；模型初解机构，分别与所述级数设置机构和所述信号采集机构连接，用于将某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作对应的参考废水画面的各个像素点的各个灰度值作为深度神经网络的各个输入数据，将某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作使用的纳米改性滤料级数作为深度神经网络的单个输出数据，以建立所述深度神经网络；模型再解机构，与所述模型初解机构连接，用于将过往某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作对应的参考废水画面的各个像素点的各个灰度值作为所述深度神经网络的各个输入数据，将过往某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作使用的纳米改性滤料级数作为所述深度神经网络的单个输出数据，执行对所述深度神经网络的一次训练操作，以获得完成多次训练的深度神经网络作为智能预测模型输出；参数选择设备，与所述模型再解机构连接，用于将当前所述污水处理主架构执行污水处理操作对应的参考废水画面的各个像素点的各个灰度值作为所述智能预测模型的各个输入数据以运行所述智能预测模型，获得所述智能预测模型输出的纳米改性滤料级数以作为当前选择级数输出；其中，执行训练的次数与所述多级纳米滤塔的单次处理水量单调正向关联。
10.根据本发明的第二方面，提供了一种基于水质检测的多级纳米滤塔调控方法，所述方法包括使用如上述的基于水质检测的多级纳米滤塔调控平台以引入针对性设计的污水处理主架构以在定制的基于深度神经网络的智能预测模型的基础上根据污水画面灰度
数据与纳米改性滤料级数的对应关系实现当前污水过滤需要的纳米改性滤料级数的选择操作。
11.根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被执行时实现如上述的基于水质检测的多级纳米滤塔调控方法的各个步骤。
附图说明
12.以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：图1为根据本发明的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的技术流程图。
13.图2为根据本发明的实施例1示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
14.图3为根据本发明的实施例2示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
15.图4为根据本发明的实施例3示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
16.图5为根据本发明的实施例4示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
17.图6为根据本发明的实施例6示出的计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
18.航天环保领域采用的航天纳米改性滤料其形成原理如下：高频波的振源是质子震动，振幅很小，加速度很大，作用力定向，在通过液体时，液体各处的声压会发生变化，在水中会产生空化效应，空化效应会产生局部高温高压，伴随强大冲击波、高速微射流，可瞬间摧毁结合力较强的化学键，这是加工过程的原始动力；天然矿石在空化效应的作用下，氢键、化学键断裂，分离出的非成对电子的原子或原子团，与裂解槽中引发出的自由基立即结合生成新物质，并被波移走，天然矿石得以改性、扩孔。
19.但是，目前缺乏针对性的应用航天纳米改性滤料的污水处理机制，同时，航天纳米改性滤料虽然在污水治理中相比较于其他材料其治理效果较佳，但是航天纳米改性滤料的制造成本较高，只有在有效控制使用的航天纳米改性滤料的成本的情况下，才能提升污水治理的性价比，使得航天纳米改性滤料能够成功应用于各种工业或者民用的治理领域中。
20.为解决上述技术问题。本发明搭建了一种基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统，一方面，引入包括同步控制设备、微控制器、第一泵体、预处理池、第二泵体、多级纳米滤塔、第三泵体以及后处理池的针对性设计的污水处理主架构，从而获取到高精度的航天纳米改性滤料的污水处理机制，另一方面，引入定制的基于深度神经网络的智能预测模型以根据当前污水的成像画面的灰度数据智能化自适应解析需要的纳米改性滤料级数，从而在提供有效的污水治理架构的同时避免出现污水治理不力或者污水治理材料浪费的两种未达预期的治理场景。
21.如图1所示，给出了根据本发明示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的技术流程图。
22.第一步，搭建包括同步控制设备、微控制器、第一泵体、预处理池、第二泵体、多级纳米滤塔、第三泵体以及后处理池的针对性设计的污水处理主架构；第二步，根据污水画面灰度数据与纳米改性滤料级数的对应关系建立定制的基于深度神经网络的智能预测模型，其中，不同的污水处理主架构具有各自不同的智能预测模型，主要表现在智能预测模型获取之前被训练的次数与使用的多级纳米滤塔的单次处理水量单调正向关联；第三步，使用信号采集设备对当前要处理的污水的中央区域执行画面采集以获得参考废水画面，以所述参考废水画面的各个像素点分别对应的各个灰度值作为建立的智能预测模型的各个输入数据，以获得当前选择级数以发送给所述污水处理主架构；第四步，所述污水处理主架构基于接收到的当前选择级数将相应级数的多级纳米改性滤料推送到所述多级纳米滤塔的塔体内，以便于所述多级纳米滤塔执行污水过滤操作，从而使得使用的纳米改性滤料的材料数量与当前要处理的污水的污染程度相匹配。
23.本发明的关键点在于，建立了包括同步控制设备、微控制器、第一泵体、预处理池、第二泵体、多级纳米滤塔、第三泵体以及后处理池的针对性设计的污水处理主架构，尤为重要的是，基于过往净化处理中污水中央区域成像画面与使用纳米改性滤料级数的对应关系，建立基于深度神经网络的智能预测模型，从而能够根据当前污水的污染严重程度自适应选择多级纳米滤塔执行当前污水过滤需要的纳米改性滤料的级数，在避免造成纳米改性滤料浪费的同时，尽可能保证污水过滤的效果。
24.下面，将对本发明的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统以实施例的方式进行具体说明。
25.实施例1图2为根据本发明的实施例1示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
26.如图2所示，所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统包括以下部件：污水处理主架构，包括同步控制设备、微控制器、第一泵体、预处理池、第二泵体、多级纳米滤塔、第三泵体以及后处理池，所述第一泵体用于将待处理的污水送至预处理池进行一次曝气和固液分离，所述第二泵体设置在所述预处理池和所述多级纳米滤塔之间，用于将经过一次曝气和固液分离的水体送至所述多级纳米滤塔的塔体内进行过滤处理，所述第三泵体设置在所述多级纳米滤塔和所述后处理池之间，用于将经过过滤处理后的水体送至所述后处理池进行二次曝气和沉淀处理，以获得输出的净水，所述待处理的污水为工业污水、垃圾渗滤液体或者农村生活污水；级数设置机构，与所述多级纳米滤塔连接，用于设置所述多级纳米滤塔内部当前使用的纳米改性滤料级数；信号采集机构，用于在废水被所述第一泵体送入所述预处理池之前，对平静状态下的废水的中央区域执行画面采集动作，以获得解析度以及清晰度固定的参考废水画面；模型初解机构，分别与所述级数设置机构和所述信号采集机构连接，用于将某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作对应的参考废水画面的各个像素点的各个灰度值作为深度神经网络的各个输入数据，将某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作使用的纳米改性滤料级数作为深度神经网络的单个输出数据，以建立所述深度神经网络；
模型再解机构，与所述模型初解机构连接，用于将过往某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作对应的参考废水画面的各个像素点的各个灰度值作为所述深度神经网络的各个输入数据，将过往某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作使用的纳米改性滤料级数作为所述深度神经网络的单个输出数据，执行对所述深度神经网络的一次训练操作，以获得完成多次训练的深度神经网络作为智能预测模型输出；参数选择设备，与所述模型再解机构连接，用于将当前所述污水处理主架构执行污水处理操作对应的参考废水画面的各个像素点的各个灰度值作为所述智能预测模型的各个输入数据以运行所述智能预测模型，获得所述智能预测模型输出的纳米改性滤料级数以作为当前选择级数输出；其中，执行训练的次数与所述多级纳米滤塔的单次处理水量单调正向关联；例如，当所述多级纳米滤塔的单次处理水量为1000升时，所述模型再解机构选择深度神经网络执行训练的次数为500次，当所述多级纳米滤塔的单次处理水量为3000升时，所述模型再解机构选择深度神经网络执行训练的次数为600次，当所述多级纳米滤塔的单次处理水量为6000升时，所述模型再解机构选择深度神经网络执行训练的次数为700次，以及当所述多级纳米滤塔的单次处理水量为10000升时，所述模型再解机构选择深度神经网络执行训练的次数为800次；其中，所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统还可以包括电源供应机构，分别与所述污水处理主架构、所述级数设置机构、所述信号采集机构、所述模型初解机构、所述模型再解机构以及所述参数选择设备连接，用于分别为所述污水处理主架构、所述级数设置机构、所述信号采集机构、所述模型初解机构、所述模型再解机构以及所述参数选择设备提供各自需要的电力供应；在所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统中，可以采用数据暂存芯片以分别与所述污水处理主架构、所述级数设置机构、所述信号采集机构、所述模型初解机构、所述模型再解机构以及所述参数选择设备连接，用于暂时存储与所述污水处理主架构、所述级数设置机构、所述信号采集机构、所述模型初解机构、所述模型再解机构以及所述参数选择设备各自的状态数据。
27.实施例2图3为根据本发明的实施例2示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
28.如图3所示，相比较于本发明的实施例1，所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统还包括：滤料推送设备，设置在所述多级纳米滤塔的塔体内，与所述级数设置机构连接，用于根据所述级数设置机构设置的纳米改性滤料级数将与设置的纳米改性滤料级数的级数相符的多级纳米改性滤料推送到所述多级纳米滤塔的塔体内；其中，所述滤料推送设备可以包括机械手臂、定位单元以及微控制器，所述微控制器分别与所述机械手臂和所述定位单元连接，用于配置所述机械手臂和所述定位单元的工作参数，所述定位单元用于确定多级纳米改性滤料中每一级纳米改性滤料在所述多级纳米滤塔的塔体内的实时位置，所述机械手臂用于将多级纳米改性滤料推送到所述多级纳米滤塔的塔体内。
29.实施例3图4为根据本发明的实施例3示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
30.如图4所示，相比较于本发明的实施例1，所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统还包括：第一测温设备，埋设在所述预处理池内，用于测量所述预处理池内的待处理的污水的实时水温；第二测温设备，埋设在所述后处理池内，用于测量所述后处理池内的经过过滤处理后的水体的实时水温；其中，所述第一测温设备和所述第二测温设备都为接触式温度传感器，以及所述第一测温设备和所述第二测温设备各自选择的接触式温度传感器的型号相同。
31.实施例4图5为根据本发明的实施例4示出的基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统的结构示意图。
32.如图5所示，相比较于本发明的实施例3，所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统还包括：状态报警设备，通过蓝牙通信链路分别与所述第一测温设备和所述第二测温设备连接，用于在所述第一测温设备和所述第二测温设备任一设备输出的实时水温超过设定温度阈值时，发出与水温越界相应的状态报警信号；其中，所述状态报警设备可以选择为语音报警设备，用于在所述第一测温设备和所述第二测温设备任一设备输出的实时水温超过设定温度阈值时，播放与水温越界相应的语音报警文件；或者，所述状态报警设备可以选择为光电报警设备，用于在所述第一测温设备和所述第二测温设备任一设备输出的实时水温超过设定温度阈值时，执行与水温越界相应的光电报警操作；其中，所述状态报警设备可以选择为光电报警设备，用于在所述第一测温设备和所述第二测温设备任一设备输出的实时水温超过设定温度阈值时，执行与水温越界相应的光电报警操作包括：所述光电报警设备采用预设频率进行灯光闪烁以执行与水温越界相应的光电报警操作；其中，所述光电报警设备采用预设频率进行灯光闪烁以执行与水温越界相应的光电报警操作包括：水温越界的数值越多，进行灯光闪烁的频率越快；其中，所述状态报警设备包括蓝牙通信单元、水温比较单元和信号触发单元，所述水温比较单元分别与所述蓝牙通信单元和所述信号触发单元连接；其中，所述蓝牙通信单元用于接收所述第一测温设备输出的实时水温和所述第二测温设备输出的实时水温；其中，所述水温比较单元用于将所述第一测温设备和所述第二测温设备任一设备输出的实时水温与所述设定温度阈值进行数值比较；其中，所述信号触发单元用于基于数值比较结果确定是否发出与水温越界相应的状态报警信号；
可替换地，可以采用移动通信单元或者wifi通信单元来替换所述蓝牙通信单元。
33.在上述实施例的任一实施例中，可选地，在所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统中：所述多级纳米滤塔中的当前使用的各级纳米改性滤料在所述多级纳米滤塔的塔体内由上自下垂直布置且各级纳米改性滤料的结构相同；其中，所述多级纳米滤塔中的当前使用的各级纳米改性滤料在所述多级纳米滤塔的塔体内由上自下垂直布置且各级纳米改性滤料的结构相同包括：每一级纳米改性滤料为厚度固定的纳米改性滤料填充滤板；其中，在所述多级纳米滤塔的塔体内，所述经过一次曝气和固液分离的水体被送到最上层的一级纳米改性滤料上，所述经过过滤处理后的水体从最下层的一级纳米改性滤料的下方流出；其中，所述多级纳米滤塔的塔体内还可以包括流量测量机构，设置在所述最上层的一级纳米改性滤料的上方，用于测量所述经过一次曝气和固液分离的水体的实时流量。
34.在上述实施例的任一实施例中，可选地，在所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统中：在废水被所述第一泵体送入所述预处理池之前，对平静状态下的废水的中央区域执行画面采集动作，以获得解析度以及清晰度固定的参考废水画面包括：所述中央区域的面积相对于废水总面积的比值等于设定比例；其中，在废水被所述第一泵体送入所述预处理池之前，对平静状态下的废水的中央区域执行画面采集动作，以获得解析度以及清晰度固定的参考废水画面还包括：所述信号采集机构面向所述废水执行画面采集动作，当所述参考废水画面的各个像素点分别对应的各个景深值的标准差小于等于设定标准差阈值，判断废水处于平静状态；其中，在废水被所述第一泵体送入所述预处理池之前，对平静状态下的废水的中央区域执行画面采集动作，以获得解析度以及清晰度固定的参考废水画面还包括：当所述参考废水画面的各个像素点分别对应的各个景深值的标准差大于所述设定标准差阈值，判断废水处于非平静状态；其中，所述中央区域的面积相对于废水总面积的比值等于设定比例包括：所述中央区域的面积相对于废水总面积的比值等于四分之一、八分之一或者十六分之一；其中，在废水被所述第一泵体送入所述预处理池之前，对平静状态下的废水的中央区域执行画面采集动作，以获得解析度以及清晰度固定的参考废水画面还包括：所述中央区域的形状为设定形状；以及所述中央区域的形状为设定形状包括：所述中央区域的形状为圆形、正方形或者菱形。
35.在上述实施例的任一实施例中，可选地，在所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统中：所述同步控制设备分别与所述第一泵体、所述第二泵体以及所述第三泵体连接，用于实现所述第一泵体、所述第二泵体以及所述第三泵体的同步控制；其中，所述微控制器分别与所述第一泵体、所述第二泵体以及所述第三泵体连接，用于实现所述第一泵体、所述第二泵体以及所述第三泵体的工作参数的实时配置；
以及所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统还可以包括计时操作设备，用于分别与所述第一泵体、所述第二泵体以及所述第三泵体连接，用于分别为所述第一泵体、所述第二泵体以及所述第三泵体连接提供各自需求的计时信号。
36.实施例5在本实施例中，本发明搭建了一种基于水质检测的多级纳米滤塔调控方法，所述方法包括使用如上述的基于水质检测的多级纳米滤塔调控平台以引入针对性设计的污水处理主架构以在定制的基于深度神经网络的智能预测模型的基础上根据污水画面灰度数据与纳米改性滤料级数的对应关系实现当前污水过滤需要的纳米改性滤料级数的选择操作。
37.实施例6图6为根据本发明的实施例6示出的计算机可读存储介质的示意图。如图6所示，根据本公开实施例的计算机可读存储介质60，其上存储有非暂时性计算机可读指令61。当该非暂时性计算机可读指令61由处理器运行时，执行前述的本发明的实施例5的基于水质检测的多级纳米滤塔调控方法的全部或部分步骤。
38.另外，在所述基于水质检测的多级纳米滤塔调控系统中，将某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作对应的参考废水画面的各个像素点的各个灰度值作为深度神经网络的各个输入数据，将某一次所述污水处理主架构执行污水处理操作使用的纳米改性滤料级数作为深度神经网络的单个输出数据，以建立所述深度神经网络包括：深度神经网络的各个输入数据的数量为所述参考废水画面的固定的解析度中水平解析度和垂直解析度的乘积。
39.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
40.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如rom/ram、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
41.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。