張帆

摘要：隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市生活污水排放量急劇增加，因此提出城市生活污水污染物排放濃度監(jiān)測方法。對采集到的城市生活污水污染物排放數(shù)據(jù)展開處理，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型識別不同類型的城市生活污水污染物，判斷監(jiān)測設(shè)備的啟停狀態(tài)，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測。選取石家莊作為研究對象，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法可以精準(zhǔn)且實(shí)時(shí)監(jiān)測城市生活污水污染物排放濃度變化規(guī)律。由此證明，該方法可以為城市污水治理工作提供科學(xué)依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：城市生活污水；污染物排放；濃度監(jiān)測；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：X830.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

隨著城市人口的快速增長和工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，城市生活污水污染成為當(dāng)今社會一個(gè)嚴(yán)峻的問題。城市生活污水中含有大量的有機(jī)物、氮、磷等污染物，未經(jīng)適當(dāng)處理直接排放，將給水體造成嚴(yán)重污染。現(xiàn)階段，由于和城市發(fā)展配套的污水處理系統(tǒng)較少，所以造成城市環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，對人們的生活和工作均造成了不同程度的影響，嚴(yán)重阻礙社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。在城市生活污水處理過程中，為了確保治理效果和減少對自然環(huán)境的影響，監(jiān)測污水污染物排放濃度就顯得尤為關(guān)鍵。通過對污水排放口處的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不僅可以評估治理效果，還能預(yù)警潛在的排放異常情況，為及時(shí)采取控制措施提供科學(xué)依據(jù)。侯軼仁等人通過傳感器協(xié)同技術(shù)以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)建立船舶生活污水排放監(jiān)測系統(tǒng)，完成污水排放實(shí)時(shí)監(jiān)測。傅松哲利用宏基因組測序技術(shù)實(shí)現(xiàn)污水監(jiān)測處理，提高污水治理效果。胡月琪等人根據(jù)實(shí)際需求確定了對應(yīng)的污水排放口監(jiān)測點(diǎn)，為污水監(jiān)測提供有效的技術(shù)保障。在以上研究方法基礎(chǔ)上，提出一種城市生活污水污染物排放濃度監(jiān)測方法，引入無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集城市生活污水污染物排放濃度數(shù)據(jù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污染物排放濃度監(jiān)測。

1 城市生活污水污染物排放濃度監(jiān)測方法

無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，采用末端網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對外部傳感器的感知和檢測處理。通過傳感器采集城市生活污水污染源數(shù)據(jù)，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)展開數(shù)據(jù)傳輸。由云平臺以及對應(yīng)小程序?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互。將無線傳感技術(shù)和Wi- Fi技術(shù)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，監(jiān)測終端位于系統(tǒng)最前端，將全部終端節(jié)點(diǎn)均勻分布在需要采集城市生活污水污染物排放區(qū)域。其中，通過數(shù)據(jù)采集模塊采集各個(gè)排放區(qū)域內(nèi)的生活污水污染物排放濃度數(shù)據(jù)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及保存，并將數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器，確保網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)端點(diǎn)的正常運(yùn)行。

在數(shù)據(jù)采集后，手動(dòng)標(biāo)記不同城市生活污水污染源類型，建立城市生活污水污染源特征數(shù)據(jù)集。引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建城市生活污水污染物識別模型：

式（1）中，p和q分別代表輸入和輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)量；β代表調(diào)節(jié)參數(shù)。

通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型完成城市生活污水污染物識別，同時(shí)判定監(jiān)測設(shè)備的啟停狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測城市生活污水污染物排放濃度變化情況。

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)測點(diǎn)和采樣時(shí)間設(shè)定

實(shí)驗(yàn)選取石家莊某一住宅小區(qū)作為研究對象，采用第2小節(jié)提出的監(jiān)測方法展開生活污水污染物排放濃度監(jiān)測。對住宅小區(qū)2022年1月-12月展開生活污水污染物排放濃度監(jiān)測，采樣時(shí)間為每天10點(diǎn)至16點(diǎn)。采集到的樣品均在24小時(shí)內(nèi)展開分析。（見圖1）

2.2 監(jiān)測指標(biāo)和測定方法

主要監(jiān)測指標(biāo)以及對應(yīng)的測試方法為：

（1）COD：重鉻酸鉀測定；

（2）TN：過硫酸鉀氧化紫外分光光度測定（選取原樣測定）；

（3）TP：采用濾膜過濾后的水樣測定；

（4）NH3 -N：納式分光光度法測定。

2.3 污水污染物排放濃度監(jiān)測結(jié)果分析

2.3.1 周期內(nèi)指標(biāo)濃度變化結(jié)果

對住宅小區(qū)各個(gè)季度（春季：3 -5月；夏季：6 -8月；秋季：9 -11月；冬季：12 -2月）的污水污染物排放濃度展開了4個(gè)周期的監(jiān)測，各個(gè)監(jiān)測指標(biāo)對應(yīng)的變化情況見表1。

通過表1可知，COD濃度在春季和秋季相對較低，在夏季和冬季相對較高，這可能與夏季氣溫高、有機(jī)物易分解以及冬季取暖導(dǎo)致有機(jī)物排放增加有關(guān)。TN的濃度在夏季相對較高，可能與夏季降雨量大、雨水沖刷地表帶人大量氮素有關(guān)，在冬季，TN的濃度相對較低，可能與冬季氣溫低、生物活動(dòng)減弱有關(guān)。TP的濃度在夏季相對較高，可能與夏季氣溫高、藻類生長旺盛導(dǎo)致磷的釋放增加有關(guān)，在冬季和春季，TP的濃度相對較低，可能與氣溫低、生物活動(dòng)減弱有關(guān)。NH3 -N的濃度在不同季節(jié)間的變化相對較小，可能與NH3 -N的來源比較穩(wěn)定有關(guān)，然而，在夏季，NH3 -N的濃度相對較高，可能與夏季氣溫高、有利于氨的揮發(fā)有關(guān)。

2.3.2 不同類型用水污染物排放濃度變化情況

住宅小區(qū)不同類型用水污染物排放濃度變化情況見表2。

通過表2可知，不同類型用水的污染物排放濃度存在顯著差異。由于大小便用水含有人體廢物和糞便等有機(jī)物較多，因此COD和、TN、TP、NH3 -N濃度相對較高。廚房用水中通常含有油脂、食物殘?jiān)扔袡C(jī)物，因此COD的濃度較高，而TN和TP的濃度較低，表明廚房用水中氮磷等污染物的排放較少。洗漱用水中可能含有牙膏、肥皂等化學(xué)物質(zhì)較多，導(dǎo)致COD的濃度較高。洗浴用水中一般含有洗發(fā)水、沐浴露等洗滌劑，使得COD的濃度較高，而其他污染物的濃度相對較低。洗衣用水的TP濃度較高，這主要與洗滌劑中的磷含量有關(guān)。

2.3.3 不同方法下的城市生活污水污染物排放濃度監(jiān)測性能結(jié)果

選擇文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法作為對比方法，分析不同方法的城市生活污水污染物排放濃度監(jiān)測性能，具體結(jié)果見圖2。

通過圖2可知，所提方法獲取的生活污水污染物排放濃度監(jiān)測值和真實(shí)值基本吻合，而對比方法獲取的真實(shí)值和監(jiān)測值之間存在一定的誤差。這是因?yàn)樗岱椒ㄊ謩?dòng)標(biāo)記不同城市生活污水污染源類型并建立相應(yīng)的特征數(shù)據(jù)集，為后續(xù)的模型訓(xùn)練提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建城市生活污水污染物識別模型，通過不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)權(quán)重逼近真實(shí)非線性關(guān)系，有效處理復(fù)雜污水污染物識別問題，提高監(jiān)測準(zhǔn)確度。

3 結(jié)束語

監(jiān)測城市生活污水污染物排放濃度是評估水體污染程度的重要手段，同時(shí)也是制定治理策略的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)城市污水的有效管理，文章提出城市生活污水污染物排放濃度監(jiān)測方法。通過收集并處理城市生活污水污染物排放數(shù)據(jù)，使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對生活污水污染物進(jìn)行識別和分類，實(shí)現(xiàn)污水污染物排放濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測。選取石家莊某一住宅小區(qū)作為研究對象展開實(shí)驗(yàn)分析，由于夏季用水量較大，所以夏季污水污染物排放濃度值較高且人體排泄物中的污染物較多。通過對比測試得出所提方法的生活污水污染物排放濃度監(jiān)測準(zhǔn)確度較高，能夠精準(zhǔn)掌握污染物排放濃度變化情況。因此，通過研究以期為城市污水治理工作提供科學(xué)依據(jù)。