摘要：近年來，我國環(huán)境保護力度不斷加大，污水處理已成為環(huán)境保護工作的重要一環(huán)。隨著技術(shù)的迅猛進步，環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)為污水處理廠的精細(xì)化管理和高效運營開辟全新的途徑。環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)技術(shù)主要由3部分組成，即數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)分析與挖掘。結(jié)合環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)技術(shù)組成，分析環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)在污水處理領(lǐng)域的作用，深入研究環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)應(yīng)用的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展趨勢。研究表明，環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)有助于提高污水處理廠運行效率，強化水質(zhì)監(jiān)測與預(yù)警，高效管理排水管網(wǎng)，科學(xué)制定水環(huán)境規(guī)劃與政策。未來，要加強技術(shù)創(chuàng)新，將環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)深入應(yīng)用在污水處理領(lǐng)域，提升污水處理效能，促進水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)好轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；大數(shù)據(jù)；污水處理；技術(shù)創(chuàng)新；發(fā)展趨勢

中圖分類號：X703 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-0-03

Application of Environmental Monitoring Big Data in Sewage Treatment

WEI Shuwen

（Guangxi Zhongzhen Testing Technology Co.， Ltd.， Liuzhou 545000， China）

Abstract： In recent years， China’s environmental protection efforts have been continuously increasing， and sewage treatment has become an important part of environmental protection work. With the rapid advancement of technology， environmental monitoring big data has opened up new avenues for the refined management and efficient operation of sewage treatment plants. The big data technology for environmental monitoring mainly consists of three parts， namely data collection and transmission， data storage and management， and data analysis and mining. Combined environmental monitoring big data technology， the role of environmental monitoring big data is analyzed in the field of sewage treatment， and the in-depth research is conducted on the technological innovation and development trends of environmental monitoring big data applications. Research has shown that environmental monitoring big data can help improve the operational efficiency of sewage treatment plants， strengthen water quality monitoring and early warning， efficiently manage drainage networks， and scientifically formulate water environment planning and policies. In the future， it is necessary to strengthen technological innovation， deeply apply environmental monitoring big data in the field of sewage treatment， improve sewage treatment efficiency， and promote the continuous improvement of water environment quality.

Keywords： environmental monitoring; big data; sewage treatment; technological innovation; development trends

水資源是人類生存與發(fā)展的基石，隨著工業(yè)化和城市化步伐的加快，水污染問題愈發(fā)嚴(yán)峻，污水處理已經(jīng)成為亟待解決的關(guān)鍵問題。面對日益復(fù)雜多變的污水排放情況，傳統(tǒng)的污水處理手段逐漸顯現(xiàn)出效率低、精確度不夠等短板。作為新興技術(shù)，環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)技術(shù)通過全面采集、妥善存儲、深入分析以及有效利用海量、多源頭、結(jié)構(gòu)多樣的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠為污水處理提供更加科學(xué)和精確的決策支持，實現(xiàn)污水處理流程的全面精細(xì)化管理和優(yōu)化調(diào)控。深入研究環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)在污水處理中的應(yīng)用，對于提高污水處理效能和改善水環(huán)境質(zhì)量具有極為重大的意義。

1 環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)技術(shù)組成

1.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)來源廣泛，不僅涵蓋污水處理廠內(nèi)部的各類傳感器和在線監(jiān)測設(shè)備，還涉及外部的流域監(jiān)測站和氣象站等。這些設(shè)備能夠?qū)崟r采集污水流量、多種水質(zhì)指標(biāo)以及氣象參數(shù)等數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式一直發(fā)揮作用，如有線傳輸，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)具有覆蓋范圍廣、功耗低、支持大量設(shè)備連接等優(yōu)勢，能夠很好地滿足大規(guī)模分布式環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H需求[1]。

1.2 數(shù)據(jù)存儲與管理

環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)以體量大、速度快、類型多樣等特點著稱，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在處理這些數(shù)據(jù)時顯得力不從心，而分布式文件系統(tǒng)和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫能夠滿足數(shù)據(jù)存儲需求。分布式文件系統(tǒng)將大量數(shù)據(jù)分散存儲在多個節(jié)點，有效地提升數(shù)據(jù)的可靠性和讀寫性能。非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫則能夠靈活地處理半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，借助鍵值對、文檔、列族等數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)存儲與查詢。此外，數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)常用于對大規(guī)模數(shù)據(jù)進行離線分析處理，通過構(gòu)建面向主題的數(shù)據(jù)存儲模型，為數(shù)據(jù)的多維分析和決策支持提供便利。

1.3 數(shù)據(jù)分析與挖掘

數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)的應(yīng)用中占據(jù)核心地位，常用的分析方法包括統(tǒng)計分析、機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等。統(tǒng)計分析可以對歷史數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計和相關(guān)性分析，揭示數(shù)據(jù)的基本特征和內(nèi)在規(guī)律。線性回歸、決策樹、支持向量機等機器學(xué)習(xí)算法則被用于建立污水處理過程的預(yù)測模型，實現(xiàn)對水質(zhì)指標(biāo)和處理效果的精準(zhǔn)預(yù)測。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法在圖像識別和語音識別等領(lǐng)域取得顯著的成就，近年來逐漸在污水處理領(lǐng)域得到應(yīng)用。通過分析與挖掘，可以從海量監(jiān)測數(shù)據(jù)中提煉有價值的信息，為污水處理的科學(xué)決策提供有力支撐[2]。

2 環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)在污水處理領(lǐng)域的作用

2.1 提高污水處理廠運行效率

通過深入分析污水處理廠各個工藝環(huán)節(jié)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建污水處理過程的數(shù)學(xué)模型，進而精細(xì)化調(diào)整處理工藝的參數(shù)。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以探究曝氣量、污泥回流比、水力停留時間等參數(shù)與出水水質(zhì)指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系，從而確定最佳的工藝參數(shù)組合，在確保出水水質(zhì)達標(biāo)的同時，有效地降低能耗與藥耗。此外，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)能被用于設(shè)備的故障診斷與預(yù)測性維護。通過對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的細(xì)致分析，可以建立設(shè)備故障的預(yù)測模型，提前察覺潛在故障，及時安排設(shè)備維護，從而減少設(shè)備停機時間，提升污水處理廠運行的可靠性與穩(wěn)定性。

2.2 強化水質(zhì)監(jiān)測與預(yù)警

基于環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測模型，對污水處理廠的進水水質(zhì)、出水水質(zhì)以及受納水體水質(zhì)進行短期、中期乃至長期的預(yù)測?？梢圆捎脮r間序列分析方法對歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)進行建模，以預(yù)測未來一段時間內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)的變化趨勢。同時，利用機器學(xué)習(xí)算法，建立水質(zhì)多參數(shù)的預(yù)測模型。該模型綜合考慮氣象因素、水文條件、污染源排放等因素對水質(zhì)的影響，進一步提升預(yù)測的精確度。水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)則會根據(jù)水質(zhì)預(yù)測結(jié)果和預(yù)設(shè)的預(yù)警閾值，及時發(fā)出水質(zhì)超標(biāo)的預(yù)警信息，為污水處理廠調(diào)整處理工藝和相關(guān)部門采取應(yīng)急措施提供寶貴的時間窗口，從而有效地預(yù)防和控制水污染事件的發(fā)生，保護水環(huán)境安全[3]。

2.3 高效管理排水管網(wǎng)

利用環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)，可以實時監(jiān)測與分析排水管網(wǎng)的流量、水位、水質(zhì)等信息。通過構(gòu)建排水管網(wǎng)的水力模型，可以模擬污水在管網(wǎng)中的流動狀態(tài)，進而實現(xiàn)對管網(wǎng)運行狀況的實時評估與故障診斷?？梢愿鶕?jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷管網(wǎng)是否存在堵塞和滲漏等問題，并準(zhǔn)確確定問題的位置與范圍，為管網(wǎng)的維護與修復(fù)提供有力依據(jù)。此外，大數(shù)據(jù)分析能用于排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計與規(guī)劃。通過深入分析歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以評估現(xiàn)有管網(wǎng)的排水能力與負(fù)荷分布，預(yù)測未來城市發(fā)展對排水管網(wǎng)的需求，從而為管網(wǎng)的擴建、改造以及新管網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)，進一步提高排水管網(wǎng)的運行效率與服務(wù)水平。

2.4 科學(xué)制定水環(huán)境規(guī)劃與政策

環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)能夠全面反映區(qū)域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量、污染源分布與排放情況以及污水處理設(shè)施的運行效果等信息，為水環(huán)境的科學(xué)規(guī)劃與政策的有效制定提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。大數(shù)據(jù)分析可以準(zhǔn)確識別水環(huán)境的主要污染源與污染特征，確定重點污染區(qū)域與保護目標(biāo)，從而制定水污染防治規(guī)劃與減排策略。

3 環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)應(yīng)用的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展趨勢

3.1 智能傳感器技術(shù)的革新

智能傳感器作為環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的核心前端設(shè)備，正經(jīng)歷前所未有的技術(shù)革新。新型水質(zhì)監(jiān)測傳感器巧妙地融合納米材料與微機電系統(tǒng)等技術(shù)，減小體積，同時精確地測量化學(xué)需氧量、氨氮、重金屬離子等多種關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)，與傳統(tǒng)傳感器相比，其檢測精度明顯提升，功耗顯著降低。城市污水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可以采用新型水質(zhì)監(jiān)測傳感器，與物聯(lián)網(wǎng)進行無縫銜接，實現(xiàn)傳感器的自主組網(wǎng)與智能化數(shù)據(jù)采集。

3.2 大數(shù)據(jù)分析算法的持續(xù)優(yōu)化

隨著人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析算法在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化。污水處理企業(yè)可以與科研機構(gòu)攜手，基于強化學(xué)習(xí)算法優(yōu)化污水處理工藝。在復(fù)雜的污水處理環(huán)境中，人工智能設(shè)備不斷進行試錯與學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)對曝氣量和藥劑投放量等關(guān)鍵參數(shù)的動態(tài)調(diào)整。經(jīng)實踐驗證，在確保水質(zhì)達標(biāo)的同時，污水處理廠能耗降低，化學(xué)藥劑消耗減少。深度學(xué)習(xí)算法可以應(yīng)用在水質(zhì)預(yù)測領(lǐng)域，通過精心構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，準(zhǔn)確預(yù)測河流、湖泊等地表水體的水質(zhì)變化趨勢。該模型充分整合歷年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)以及周邊污染源排放數(shù)據(jù)，經(jīng)過大量的訓(xùn)練與優(yōu)化，相較于傳統(tǒng)預(yù)測模型，其顯著提高未來一周水質(zhì)指標(biāo)的預(yù)測準(zhǔn)確率。該模型能夠提前精準(zhǔn)地識別潛在的水質(zhì)惡化風(fēng)險，為及時采取應(yīng)對措施提供有力的技術(shù)支持[4]。

3.3 云計算與邊緣計算的協(xié)同工作

云計算與邊緣計算的緊密協(xié)作正在重塑污水處理領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)。城市污水處理系統(tǒng)可以巧妙地構(gòu)建云邊一體化架構(gòu)。邊緣端部署各污水處理廠和污水管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的邊緣計算設(shè)備，實時且高效地處理采集的流量和水質(zhì)等數(shù)據(jù)。一旦某一節(jié)點的設(shè)備檢測到水質(zhì)異常波動或設(shè)備運行參數(shù)超出正常范圍，邊緣計算設(shè)備就能夠在極短的時間內(nèi)完成初步分析，并立即發(fā)出預(yù)警信息，實現(xiàn)本地故障的即時判斷與報警。同時，這些邊緣設(shè)備會將處理后的數(shù)據(jù)上傳至云端數(shù)據(jù)中心。云端憑借其強大的計算能力，能夠綜合評估整個城市區(qū)域的水環(huán)境質(zhì)量，深入分析不同區(qū)域污水處理廠的協(xié)同效應(yīng)與優(yōu)化潛力。

3.4 數(shù)據(jù)融合與可視化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

當(dāng)前，可以采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，全面整合不同監(jiān)測站點的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)的流域地形與管網(wǎng)分布數(shù)據(jù)以及污水處理廠內(nèi)部的工藝運行數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個涵蓋空間維度、時間維度和工藝維度的多維度數(shù)據(jù)模型，通過深入的數(shù)據(jù)挖掘與分析，揭示不同數(shù)據(jù)的潛在關(guān)聯(lián)與規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)功能強大的交互式三維動態(tài)可視化平臺，實時地以三維立體圖形展示污水處理廠的工藝流程，以動態(tài)曲線呈現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)隨時間的變化趨勢，并以虛擬模型直觀地反映設(shè)備運行狀態(tài)。管理人員只需要通過觸摸屏幕進行簡單的縮放、旋轉(zhuǎn)、點擊等操作，就能夠從多個角度深入觀察污水處理系統(tǒng)的運行細(xì)節(jié)[5]。

4 結(jié)論

環(huán)境監(jiān)測大數(shù)據(jù)在污水處理中的應(yīng)用展現(xiàn)出廣闊的前景與巨大的潛力。通過數(shù)據(jù)采集與傳輸、存儲與管理、分析與挖掘等，它能夠強有力地支持污水處理廠的運行優(yōu)化工作，提供水質(zhì)監(jiān)測與預(yù)警服務(wù)，加強排水管網(wǎng)管理，并為水環(huán)境規(guī)劃與政策制定提供科學(xué)依據(jù)。這些技術(shù)支持將有效地提升污水處理的效能與管理水平，從而推動水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善。

參考文獻

1 馮莉媛，王紹凱，徐 茜.淺議大數(shù)據(jù)分析的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價[J].石河子科技，2024（5）：48-49.

2 馬弋惠，姚安曉.基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價[J].皮革制作與環(huán)保科技，2024（15）：46-47.

3 蘇 志，董 凱，閆 潔.大數(shù)據(jù)技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境與生活，2024（8）：90-92.

4 韓志彬.環(huán)境監(jiān)測中大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用[J].信息系統(tǒng)工程，2024（7）：40-43.

5 劉 偉.探究大數(shù)據(jù)在土壤環(huán)境監(jiān)測與管理中的應(yīng)用[J].清洗世界，2024（1）：192-194.

收稿日期：2024-12-13

作者簡介：韋淑穩(wěn)（1996—），女，廣西柳州人，助理工程師。研究方向：生態(tài)環(huán)境保護。