養殖業污染防控決策系統創建范文

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決策支持系統是輔助決策者使用技術、數據、知識和模型，以人機交互方式進行決策的計算機系統［1］，它能提供可靠的信息服務和科學計算，在互聯網環境下人機充分交互的決策可得到廣泛共享。目前，決策支持系統在農業生產上得到廣泛應用，解決了很多實際問題，如劉忠研究了全國及省級層次上的農田生態系統氮養分平衡情況，建立了國內的養分平衡決策支持系統［2］;劉博研究了奶牛飼料配方優化決策系統，實現了以線性規劃的兩階段法配合奶牛飼料配方的優化算法，幫助用戶進行決策［3］。SahadebDe的養分管理的決策支持系統可跟蹤養殖糞污中的N，P，K，通過使用養分管理模型，用戶可以做出符合作物需要和減少水體影響污染的最佳決策［4］。隨著集約化畜禽養殖業的快速發展，許多有機廢棄物進入江河湖海造成富營養化。這些廢棄物中含有大量的污染物質(COD，TN，TP，NH3等)。污染物產生量與養殖種類、養殖規模、地域特點有密切關系。污染物排放量則與養殖場采用的污染處理技術相聯系。畜禽糞污處理技術有堆肥、沼氣工程以及后續的活性污泥法、氧化接觸法、氧化塘法等［5～6］，這些不同層次處理技術的應用條件取決于養殖規模和當地經濟發展水平。但這些處理技術種類繁多、適用性不明確，需要進行統一的管理和劃分。采用決策支持系統可以有效解決產排污量計算與最佳污染物處理技術選用的問題。現在國內缺乏有效地畜禽養殖業污染控制方面的決策支持應用系統，本系統針對此問題進行了研究，選擇了合適的標準和數據，確定了本研究的目的是為用戶提供分析畜禽養殖業污染所需要的各項數據資料、選擇污染控制模型，并以交互的方式輔助用戶制定控制方案、完成決策過程。

1系統框架設計

本研究是針對政府管理人員、養殖場業主和普通用戶三種不同類型用戶，解決畜禽養殖產、排污數據管理不規范、處理技術應用等問題，構建畜禽養殖業污染決策支持系統。其具體框架結構如圖1所示。圖1畜禽污染決策支持系統體系框架圖本系統中用戶可以用不同的身份登錄系統界面，然后進入相應的三個模塊，即產排污管理模塊、處理技術建議模塊、數據庫管理模塊。數據庫管理模塊實時更新數據后，可為各種用戶提供數據及方法。處理技術建議模塊為養殖場提供污染處理技術建議。而經建議后或已應用處理技術的養殖場可通過產排污管理模塊查詢詳細的產排污情況。三個模塊互相聯系構成有機的整體，詳細功能如下。(1)產排污管理模塊，可查詢某畜禽污染物的產、排污系數，并計算出具體的產、排污量。(2)處理技術選用模塊，可對某畜禽場規模、養殖種類、所處地域的進行分析，從模型庫提取相應的選用方法，經推理后提出處理技術組合建議。(3)數據庫管理模塊，采用SQL工具對產排污信息、處理技術信息等進行規范化管理。該模塊對所有的信息可進行修改、添加，保證信息的準確性、及時性。系統的實現取決于與模型的建立情況。

2模型設計

本系統涉及的模型主要包括污染物產、排核算模型以及處理技術選用模型兩方面。

2．1污染物產、排核算模型

2．1．1污染物產污量核算模型畜禽污染物產污量主要與產污系數、養殖量有關。具體計算公式如下:PiQ=Xi×Q(1)式中PiQ表示第i種污染物的產污量，kg•年－1;Xi表示i種污染物的產污系數，kg•頭年－1;Q為養殖量，頭。應用時先選定某畜禽種類，然后通過公式(1)計算出不同畜禽不同污染物的產生量。

2．1．2污染物削減率核算模型畜禽污染物削減率與動物品種、清糞方式、糞便及污水的處理技術有關。在不同清糞方式下應用不同的處理技術產生的削減率不同。在公式中，糞便處理技術納入核算的措施包括直接農業利用、堆肥、沼氣工程、無處理;污水納入核算的措施有直接農業利用、厭氧處理、好氧處理、達標處理、無處理。不同處理技術的組合，對污染物的去除效率不同［7］。該模型給每一種組合一個計算系數，使畜禽污染物的產排控制可定量化。根據畜禽種類，以清糞方式為基準進行計算。具體的公式如下:TMi=fi×μi，j+fi×(1－μi，j)×Σ(ai，j，t×bi，k)(2)TFi=fi×ηi，j+fi×(1－ηi，j)×Σ(ci，j，t×di，k)(3)Ri=TMi+TFi(4)式(2)中TMi表示采用第i種清糞工藝的糞便經處理后的總削減率;fi表示某養殖場第i種清糞方式的應用比例;μi，j表示糞便采用第i種清糞方式導致的第j種污染物的削減率;ai，j，t是糞便在第i種清糞方式下用第j種處理技術導致的第t種污染物的削減率;bi，k表示糞便采用第i種清糞方式下第k種處理技術采用的比例。式(3)中TFi表示采用第i種清糞工藝的污水經處理后的總削減率;ηi，j表示污水采用第i種清糞方式導致的第j種污染物的削減率;ci，j，t是污水在第i種清糞方式下用第j種處理技術導致的第t種污染物的消減率;di，k表示污水采用第i種清糞方式下第k種處理技術采用的比例。式(4)中Ri表示第i種污染物的總削減率。

2．1．3污染物排污量核算模型畜禽污染物的排污系數與產污系數和相應的削減率有關，具體公式如下:Di=Xi×(1－Ri)(5)DiQ=Di×Q(6)式(5)中Di表示第i種污染物的排污系數，kg•頭年－1;Xi表示產污系數，kg•頭年－1;Ri表示削減率。式(6)中DiQ表示第i種污染物排污量，kg•年－1。

2．2處理技術選用模型

目前，國內有多家養殖場采用聯合工藝進行糞污處理且運行效果良好，如UASB-SBR-氧化塘［8］以及CSTR-SBR［9］工藝等，均達到國家畜禽養殖廢水排放標準。這些處理技術的選擇要考慮經濟發展水平、地域特點、養殖場規模等因素。本文從中國實際情況出發，對畜禽糞便及污水處理技術分成以下三級。一級處理包括直接還田、堆肥、沼氣工程等。用戶輸入養殖種類，根據豬場產生廢水多，牛糞、雞糞干物質多的特點［10］，豬、牛、雞的養殖場都可選用沼氣工程，而牛、雞還可選用堆肥。利用沼氣工程要考慮其規模和清糞方式，以養豬場為例，如表1所示。表1中不同養殖場規模適合應用不同的清糞工藝及沼氣工程反應器的類型。糞污經厭氧處理后的消化液中仍含有一定數量未降解的有機污染物，特別是NH3-N，P含量還很高［11］。因此，需進行二級、三級處理。二級處理即對厭氧消化液進行處理，采用的好氧處理技術主要有活性污泥法、生物接觸氧化法［12］、生物膜法及SBR法［13］等。通過模型分析，對于經濟水平較好、規模較大的養殖場可選用生物氧化接觸法和SBR法。三級處理即達標處理的方法有人工濕地［14］、氧化塘等。人工濕地技術廣泛應用于處理農村生活污水，若在畜禽養殖業中應用，則更適用于小規模的養殖場。而氧化塘更適合大中型畜禽養殖場。

3系統實現

本系統使用VisualStudio2008工具進行前臺網絡頁面的設計，應用ASP•NET技術，在B/S模式下開發。后臺數據管理使用了SQLSERVER2005express。本系統主界面下包括五個方面:即產排污核算、處理技術選用、數據庫管理、用戶管理、用戶交流部分。產排污管理負責系數查詢和產排量計算;處理技術選用負責決策出最佳處理技術組合;數據庫管理完成對數據有關的操作;用戶管理對不同用戶權限進行管理;用戶交流部分可供瀏覽者留言。界面設計如圖2所示。圖2產排污管理模塊以產排污管理模塊為例，如圖2所示，該模塊實現了對產、排污信息的規范化管理。不同的用戶對數據進行瀏覽、查詢、管理等功能。其中畜禽養殖場主登錄后可進入該界面，選擇畜禽種類、污染因子等信息，本模塊的主要決策功能是產排污系數的確定及產排污量的計算。

4總結

本文開發了畜禽養殖業污染控制決策支持系統，為解決不同地區、不同養殖規模、經濟發展水平條件下污染物的產排量計算和處理技術選用提供了支持。文章對系統總體框架進行設計，并對具體模塊內容進行規劃。系統建立了畜禽污染物核算模型，對不同畜禽產、排污情況進行定量核算;研究了處理技術選用模型，將處理技術分級，為用戶的實際需求提供幫助、建議;該系統的建立有利于畜禽污染數據管理的規范化、數字化，對于減少畜禽養殖業對環境的污染有指導性作用。