[發(fā)明專利]一種以污水資源化利用為目的的智能溫室大棚種植模式

在審

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• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN114793701A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭曉燕;張歆怡;吳昊;藏琪;孟諾;藍(lán)至清;范守港
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: A01G9/14
• 分類號: A01G9/14;A01G9/24;G05B19/04;C02F3/12
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1.一種以污水資源化利用為目的的智能溫室大棚種植模式；所述種植模式由構(gòu)建的可持續(xù)抗污染膜生物反應(yīng)器處理生活污水，以處理水灌溉智能溫室大棚中的作物，實現(xiàn)水體中氮磷的資源化利用；并結(jié)合污水水質(zhì)實時監(jiān)控系統(tǒng)管理污水處理設(shè)備，利用其實時數(shù)據(jù)對污水處理參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整，來降低管理工作量和運行成本，并精準(zhǔn)調(diào)控出水氮磷濃度以適應(yīng)不同作物的生長需求，提高溫室大棚產(chǎn)出效率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水水質(zhì)實時監(jiān)控，其特征在于：由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲三個模塊組成，并建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其特征在于：該依據(jù)目前廣泛應(yīng)用的國際水質(zhì)協(xié)會(IAWQ)推出的活性污泥系列數(shù)學(xué)模型(ASMs)，提取該模型中的參數(shù)，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的黑箱模型；包括以下步驟：

S1、建立輸入層，隱含層，輸出層為框架的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

S2、在步驟S1的輸入層中錄入污水中物質(zhì)組分，污水水質(zhì)指標(biāo)以及可供調(diào)整的設(shè)備參數(shù)：污水中物質(zhì)組分共7種，包括溶解性物質(zhì)6種，溶解氧可水解大分子有機(jī)物S_F，可吸收小分子有機(jī)物S_A，氨態(tài)氮硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮正磷酸鹽不溶性物質(zhì)1種，聚磷化合物X_PP；可供調(diào)整的設(shè)備參共5項，包括反應(yīng)溫度T，水力停留時間HRT，曝氣速率R_A，攪拌速率R_s，污泥齡SRT；污水水質(zhì)指標(biāo)包括pH值及堿；

S3、在步驟S1的隱含層中建立參數(shù)關(guān)聯(lián)方法；

S4、在步驟S1的輸出層中確定待監(jiān)測的水質(zhì)組分：溶解氧可水解大分子有機(jī)物S_F，可吸收小分子有機(jī)物S_A，氨態(tài)氮硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮正磷酸鹽聚磷化合物X_PP；

S5、為優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的準(zhǔn)確性，采用誤差梯度下降法得到隱含層和輸出層權(quán)值與閾值的修正量；實際應(yīng)用工程中，將檢測設(shè)備測得參數(shù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過大量預(yù)實驗檢測得到數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，可得到一個健全的污水處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，即找到了進(jìn)水和出水水質(zhì)在黑箱中的聯(lián)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能溫室大棚，其特征在于：該智能大棚中采集模塊采用L0Ra無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合土壤水分/EC一體化傳感器、溫濕度及光照三合一傳感器、CO2傳感器，實時在線監(jiān)測溫室大棚內(nèi)土壤水分與EC、空氣溫濕度以及CO2濃度6個環(huán)境參數(shù)；數(shù)據(jù)傳輸通過WiFi網(wǎng)絡(luò)把采集到的農(nóng)作物參數(shù)發(fā)送到云服務(wù)器，將傳輸?shù)椒?wù)器中的數(shù)據(jù)保存于MySQL存儲數(shù)據(jù)庫中，服務(wù)器根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行控制決策，實現(xiàn)灌溉的遠(yuǎn)程控制。同時，客戶端通過訪問服務(wù)器相應(yīng)的IP地址，實現(xiàn)溫室大棚環(huán)境的監(jiān)測，用戶通過控制界面發(fā)送控制指令實現(xiàn)控制器的運行，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟煌竟?jié)經(jīng)濟(jì)作物確定所需要的氮磷含量，反饋至膜生物反應(yīng)器，調(diào)控出水參數(shù)。