论文标题：A Reliable Sewage Quality Abnormal Event Monitoring System
期刊名称：Water Research
发表时间：2017年5月19日
作者：Tianling Li, Melissa Winne, Hao Lin, Jared Panther, Chang Liu, Roger O’Halloran, Kewen Wang, Taicheng An, Po Keung Wong, Shanqing Zhang, Huijun Zhao
所属机构： - Griffith University, Gold Coast Campus, 澳大利亚 - Griffith University, School of Information and Communication Technology, 澳大利亚 - Goulburn-Murray Water, 澳大利亚 - Liaoning Medical University, Department of Chemistry, 中国 - Swinburne University of Technology, Australia - Guangdong University of Technology, 中国 - The Chinese University of Hong Kong, 中国
随着全球水资源短缺和环境污染问题的日益严重，替代水源的利用变得愈加重要。回收的废水（Purified Recycled Water, PRW）作为一种潜在的替代水源，已经被广泛应用于多个国家和地区，包括澳大利亚、新加坡和美国等。这些国家为确保水资源的可持续性投入了大量资金来建设PRW基础设施。然而，随着PRW的应用日益普及，废水水质的监测变得至关重要，因为废水不再是简单的废弃物，而是水源的一部分，可能对公共健康产生潜在威胁。因此，研究和开发可靠的废水质量监测系统（Wastewater Quality Monitoring System, WQMS）成为了关键问题之一。
当前的废水监测系统面临一系列挑战，尤其是在传感器污染和生物污垢问题上，尤其是在处理未经处理的污水时，现有的传感器技术往往无法应对这些挑战。本研究的目的就是提出一种创新的废水质量监测系统，通过技术手段解决传感器污染和生物污垢问题，提供一个高效且可靠的解决方案，用于实时监测废水质量并检测异常事件。
本研究提出的废水质量监测系统结合了多种创新技术，包括高流量水动力自清洁方法和双传感器自诊断概念。具体来说，研究过程主要包括以下几个步骤：
系统设计：首先，设计并搭建了一个废水质量监测系统，包含了多个传感器对温度、pH、电导率、浊度等废水质量参数进行实时监测。系统中采用了高流量水动力自清洁技术，通过高速流体冲击传感器表面来防止污染和生物污垢的形成。同时，系统还引入了双传感器自诊断方法，实时监测传感器是否正常工作。
传感器选择与测试：为了满足废水质量监测的需求，研究团队选用了温度、pH、电导率、浊度等常见的替代传感器。通过大量实验评估了这些传感器在废水监测中的表现，并开发了自清洁技术，确保传感器在污水环境中能够长时间稳定运行。
试验与数据采集：本研究在澳大利亚多个城市的废水收集站进行实地测试，评估该监测系统在不同废水条件下的可靠性与稳定性。研究期间，系统在未经处理的污水环境中进行了长达3年的试验，数据采集频率为每分钟一次。实验数据包括温度、电导率、pH值和浊度的变化情况。
数据分析与异常事件检测：通过收集的废水质量数据，研究团队采用事件检测算法对废水质量异常进行实时分析。该算法基于多种传感器的数据，能够检测到废水中的突发污染事件或异常变化，从而提供即时警报。
通过3年的现场试验，研究团队取得了以下主要结果：
系统性能：该废水质量监测系统成功在澳大利亚多个城市的污水收集站进行长期运行。结果表明，系统能够在未经处理的污水环境中持续工作24个月而不需要进行任何维护或校准，证明了其高可靠性和实用性。该系统有效避免了传统监测系统中的传感器污染和生物污垢问题，展示了其在恶劣环境中的持久稳定性。
事件检测能力：该监测系统能够准确检测废水中的异常事件。例如，在住宅区的废水收集站，系统能够实时识别与暴雨相关的废水质量波动；在工业区的废水收集站，系统能够有效地识别由于不当排放造成的废水质量突变事件。特别是在工业废水中，电导率、pH值和浊度等参数发生了显著变化，系统能够及时发出警报，帮助运营人员采取应对措施。
自清洁与自诊断功能：研究团队开发的高流量水动力自清洁方法有效地防止了传感器表面污染和生物污垢的形成。同时，双传感器自诊断方法能够实时检测传感器的故障，确保数据的准确性和可靠性。这些创新技术为废水监测系统提供了长期稳定运行的保障。
传感器性能：在实验过程中，团队还对不同类型的传感器进行了评估，尤其是在高流速条件下。结果表明，设计并制造的电导率（EC）和浊度（TB）传感器在实际使用中表现出了优异的性能，能够有效地抵御污水中的污染物对传感器的影响。
该研究提出了一种新型的废