煤礦污水處理的智能化應用

在能源需求日益上升的情況下，煤礦開采規(guī)模持續(xù)擴大，由此導致煤礦污水排放量暴增。煤礦污水的成分十分復雜，它含有大量的懸浮物質，重金屬以及有機物之類的污染物。如果這些未經任何妥善處置就被任意排放出來，將會給周邊的土壤、水源以及生態(tài)環(huán)境帶來極重的污染后果。智能化憑借數據處理、智能調控、網絡通信等優(yōu)勢，為煤礦污水治理提供創(chuàng)新解決方案和發(fā)展方向。不過，現(xiàn)階段而言，智能化在煤礦污水處理實際操作過程中的運用還處在較為初級階段，其應用的深度以及應用面都存在問題。

一、煤礦污水處理技術的應用問題

（一）信息系統(tǒng)集成度低

當前，煤礦污水處理流程包含水質監(jiān)測、設備運行監(jiān)控、污水處理工藝控制等諸多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)通常使用獨立開發(fā)或者采購的信息系統(tǒng)。由于設計初期缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各系統(tǒng)的數據格式、通信協(xié)議、數據接口存在顯著差異，造成各個系統(tǒng)之間無法開展有效的數據交流和分享，嚴重出現(xiàn)信息孤島狀況。從技術角度來說，不同的系統(tǒng)也許會選用不同的操作系統(tǒng)，數據庫管理系統(tǒng)以及開發(fā)語言來搭建。水質監(jiān)測系統(tǒng)采用基于Linux系統(tǒng)的開源數據庫和Python語言開發(fā)，設備運行監(jiān)控系統(tǒng)則以Windows系統(tǒng)態(tài)，對于污水工藝的改善工作、設備維護工作未能帶來幫助。

的商業(yè)數據庫和C語言開發(fā)，這種技術架構上的差異致使系統(tǒng)融合要執(zhí)行很多兼容性改進和接口適應作業(yè)。同時，一些老舊系統(tǒng)缺少必要技術文檔和維護支撐。在實際運作時，信息孤島狀況給煤礦污水處理造成不少麻煩，工作人員要在這幾個系統(tǒng)之間頻繁切換，手工搜集并整理數據，既費時又費力，而且很容易出錯。

（二）數據分析能力不足

煤礦污水處理過程中會產出海量數據，其中包含很多有用信息，如水質變化規(guī)律、設備運作情況、處理工藝成效等。不過，當下大多數煤礦企業(yè)在這塊數據分析上存有明顯不足。一方面，數據分析手段比較老舊，不少企業(yè)依舊依靠人工統(tǒng)計、簡單Excel圖表分析等方法，很難對海量、多維度的數據做深入處理和挖掘，這樣不僅效率低，而且分析成果的準確性和可靠性較差，無法契合復雜污水處理場景下的決策需求。另一方面，是缺少專業(yè)的數據分析師，在數據分析能力方面也存在一定問題。煤礦企業(yè)的技術人員都是從事于傳統(tǒng)的采礦、污水處理工作，并沒有專業(yè)的數據分析、數據挖掘、機器學習的專業(yè)知識和技能，在面對海量的數據時無從下手，并且不能運用數據分析的方法和工具來分析出有效價值。煤礦企業(yè)積累的污水處理數據因缺乏專業(yè)分析，長期處于閑置狀

（三）自動化控制水平滯后

盡管已經有一些自動化的技術被應用在煤礦污水處理中，但其整體自動化控制程度還是較為落后，很難滿足當今煤礦污水處理的高效率、高精準度以及穩(wěn)態(tài)性的需求。從硬件設施上來說，部分煤礦污水處理廠缺乏自動化設備，大量環(huán)節(jié)仍依賴人工操作。一些小規(guī)模煤礦污水處理的工廠，像一些加藥裝置、污泥排出裝置等，仍舊采取手動方式，操作員根據自己的經驗以及一些簡單明了的儀表指示來調節(jié)運行參數，這種方式不僅耗時耗力，并且很難達到精確性，很難保證污水處理效果的持續(xù)穩(wěn)定性。在軟件系統(tǒng)上，現(xiàn)存自動化控制系統(tǒng)存在許多問題[1]。

二、智能化在煤礦污水處理技術中的應用策略

（一）實現(xiàn)信息系統(tǒng)整合與數據共享

系統(tǒng)集成理論主張形成統(tǒng)一的技術標準與規(guī)范，把分散的、異構的信息系統(tǒng)有機融合成一個整體，達成數據共享與交互，改善系統(tǒng)的協(xié)同工作能力與整體效能。在煤礦污水處理范疇，依據系統(tǒng)集成理論，制訂統(tǒng)一的數據標準，統(tǒng)一數據格式、編碼規(guī)則、通信協(xié)議等，可以沖破信息孤島，做到各個環(huán)節(jié)信息系統(tǒng)之間的無縫銜接。而且，借助企業(yè)服務總線ESB、數據中臺等技術架構，搭建數據共享平臺，達成數據集中管理和分發(fā)，給污水處理全歷程的監(jiān)督、經營和決策提供全面、精確的數據支撐。

煤礦企業(yè)在污水處理系統(tǒng)升級改造時，把系統(tǒng)集成理念和技術應用進來，把原有的分散信息系統(tǒng)整合起來，先成立專門的項目小組，對污水處理流程里的各個信息系統(tǒng)展開全面調研并加以評定，把各系統(tǒng)之間數據交換需求理清楚。隨后，制定出統(tǒng)一的數據標準，包含數據格式、字段定義、編碼規(guī)則內容，再利用企業(yè)服務總線ESB技術搭建起數據集成平臺。在實施時，把水質監(jiān)測體系、設備運作監(jiān)測體系、污水處理流程控制體系等接入ESB平臺，憑借標準的數據接口做到體系之間數據流傳和共享。而且，創(chuàng)建起統(tǒng)一的數據中心，把全部與污水處理有關的數據集中起來存儲和管理，工作人員通過統(tǒng)一的操作界面，隨時查閱水質數據、設備運作情況、處理工藝參數等信息，開展綜合分析和決策。

（二）構建智能分析平臺以提升數據價值

根據大數據分析以及人工智能理論來創(chuàng)建煤礦污水處理智能分析平臺，大數據分析技術可以對大量的、多種來源的、不同結構的數據進行有效存儲、管理以及處理，從而發(fā)掘出數據背后隱藏的規(guī)律和價值[2。而人工智能技術尤其是機器學習、深度學習算法可以自動地學習數據中的模式和特點，進而形成預測模型和決策規(guī)則，把大數據分析技術和人工智能技術結合起來。針對煤礦污水處理過程所產生的水質數據、設備運作數據、環(huán)境數據等展開深入分析時，就可以做到對水質變化走向的預估、設備故障的警報、處理工藝的改良等功能，給污水處理提供科學且精確的決策參考。

煤礦企業(yè)創(chuàng)建一套先進的煤礦污水處理智能分析平臺，這個平臺包含大數據存儲、即時數據處理、機器學習算法、數據可視化等諸多功能模塊。平臺通過分布式存儲技術高效管理海量污水處理數據。在數據處理方面，利用流計算技術來對實時數據實施快速處理和分析，從而保證能及時察覺到數據的異常情況以及變動走向。該平臺采用機器學習算法，針對歷史水質數據、設備運作數據、處理工藝參數等展開訓練與學習，創(chuàng)建諸多預測模型和改良模型。例如，對歷史水質數據分析建模，建立水質預測模型可以提前24小時預測未來水質變化，并且依據預測結果進行工藝調節(jié)，還可以通過對設備運行數據建立設備故障預警模型。

（三）優(yōu)化自動化控制系統(tǒng)以提升控制精度

依據自動化控制理論，融合先進的傳感器技術、通信技術以及智能控制算法，對煤礦污水處理自動化控制系統(tǒng)展開改進。傳感器技術可以做到對污水處理進程中各項參數的即時、精確采集，給自動化控制提供準確的數據基礎。通信技術，尤其是5G、物聯(lián)網等技術的運用，可達成數據的高速、穩(wěn)定傳送，保證控制系統(tǒng)同設備之間可隨時通信。智能控制算法，如模糊控制、神經網絡控制等，能依照復雜的工況和改變的參數，自動調節(jié)控制策略，從而對污水處理設備執(zhí)行精確控制，提升自動化控制系統(tǒng)的反應速度，控制精度和穩(wěn)定度。

煤礦企業(yè)對其污水處理自動化控制系統(tǒng)實施全面升級時，在硬件上替換并增加一定數量的高精度傳感器，如pH傳感器、濁度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器等，從而達成對污水處理期間水質參數、流量、壓力等關鍵指標的即時，精確采集，而且采用5G通信技術，構建起快速、穩(wěn)定的通信網絡，保證數據可以及時傳送到控制系統(tǒng)。軟件方面，則利用模糊控制算法來控制污水處理設備[3]。以污水處理里的加藥環(huán)節(jié)為例，傳統(tǒng)的加藥控制方式大多靠經驗設定固定的加藥量，不能應對水質變化的需求，但引入模糊控制算法以后，系統(tǒng)可以按照即時收集到的水質參數以及流量數據，自動調整加藥量。水質一旦發(fā)生變化，模糊控制系統(tǒng)就能迅速作出反應，依靠模糊推理和決策，找出最佳的加藥量，做到精準投加。

三、結束語

智能化在煤礦污水處理中的應用，將成為推動煤礦行業(yè)綠色發(fā)展的重要路徑。目前，智能化在煤礦污水處理領域已有一些應用收獲，不過也碰到信息系統(tǒng)集成程度不夠高、分析數據的能力有待加強以及自動化控制水平比較落后的狀況。若運用整合信息系統(tǒng)，搭建起智能分析平臺，并且對自動化控制系統(tǒng)加以改進，就可以很好地應對前面提到的各種問題，從而明顯地改進煤礦污水處理的效率及其智能化程度。

參考文獻：

[1]賈麗菲。智能化在煤礦污水處理技術中的應用研究[J].石化技術，2020，27（6）：241-242.

[2]孫麗鳳、孫玉林。計算機模擬和控制技術在污水處理中的應用[J].凈水技術，2015，34（1）：71-74.

[3]周睦鄰。污水處理計算機監(jiān)控及數據采集系統(tǒng)[J].微型計算機，2024（1）：118-120.作者單位：山東能源棗礦集團七五煤業(yè)有限公司