养殖业污染防控决策系统创建范文

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决策支持系统是辅助决策者使用技术、数据、知识和模型，以人机交互方式进行决策的计算机系统［1］，它能提供可靠的信息服务和科学计算，在互联网环境下人机充分交互的决策可得到广泛共享。目前，决策支持系统在农业生产上得到广泛应用，解决了很多实际问题，如刘忠研究了全国及省级层次上的农田生态系统氮养分平衡情况，建立了国内的养分平衡决策支持系统［2］;刘博研究了奶牛饲料配方优化决策系统，实现了以线性规划的两阶段法配合奶牛饲料配方的优化算法，帮助用户进行决策［3］。SahadebDe的养分管理的决策支持系统可跟踪养殖粪污中的N，P，K，通过使用养分管理模型，用户可以做出符合作物需要和减少水体影响污染的最佳决策［4］。随着集约化畜禽养殖业的快速发展，许多有机废弃物进入江河湖海造成富营养化。这些废弃物中含有大量的污染物质(COD，TN，TP，NH3等)。污染物产生量与养殖种类、养殖规模、地域特点有密切关系。污染物排放量则与养殖场采用的污染处理技术相联系。畜禽粪污处理技术有堆肥、沼气工程以及后续的活性污泥法、氧化接触法、氧化塘法等［5～6］，这些不同层次处理技术的应用条件取决于养殖规模和当地经济发展水平。但这些处理技术种类繁多、适用性不明确，需要进行统一的管理和划分。采用决策支持系统可以有效解决产排污量计算与最佳污染物处理技术选用的问题。现在国内缺乏有效地畜禽养殖业污染控制方面的决策支持应用系统，本系统针对此问题进行了研究，选择了合适的标准和数据，确定了本研究的目的是为用户提供分析畜禽养殖业污染所需要的各项数据资料、选择污染控制模型，并以交互的方式辅助用户制定控制方案、完成决策过程。

1系统框架设计

本研究是针对政府管理人员、养殖场业主和普通用户三种不同类型用户，解决畜禽养殖产、排污数据管理不规范、处理技术应用等问题，构建畜禽养殖业污染决策支持系统。其具体框架结构如图1所示。图1畜禽污染决策支持系统体系框架图本系统中用户可以用不同的身份登录系统界面，然后进入相应的三个模块，即产排污管理模块、处理技术建议模块、数据库管理模块。数据库管理模块实时更新数据后，可为各种用户提供数据及方法。处理技术建议模块为养殖场提供污染处理技术建议。而经建议后或已应用处理技术的养殖场可通过产排污管理模块查询详细的产排污情况。三个模块互相联系构成有机的整体，详细功能如下。(1)产排污管理模块，可查询某畜禽污染物的产、排污系数，并计算出具体的产、排污量。(2)处理技术选用模块，可对某畜禽场规模、养殖种类、所处地域的进行分析，从模型库提取相应的选用方法，经推理后提出处理技术组合建议。(3)数据库管理模块，采用SQL工具对产排污信息、处理技术信息等进行规范化管理。该模块对所有的信息可进行修改、添加，保证信息的准确性、及时性。系统的实现取决于与模型的建立情况。

2模型设计

本系统涉及的模型主要包括污染物产、排核算模型以及处理技术选用模型两方面。

2．1污染物产、排核算模型

2．1．1污染物产污量核算模型畜禽污染物产污量主要与产污系数、养殖量有关。具体计算公式如下:PiQ=Xi×Q(1)式中PiQ表示第i种污染物的产污量，kg•年－1;Xi表示i种污染物的产污系数，kg•头年－1;Q为养殖量，头。应用时先选定某畜禽种类，然后通过公式(1)计算出不同畜禽不同污染物的产生量。

2．1．2污染物削减率核算模型畜禽污染物削减率与动物品种、清粪方式、粪便及污水的处理技术有关。在不同清粪方式下应用不同的处理技术产生的削减率不同。在公式中，粪便处理技术纳入核算的措施包括直接农业利用、堆肥、沼气工程、无处理;污水纳入核算的措施有直接农业利用、厌氧处理、好氧处理、达标处理、无处理。不同处理技术的组合，对污染物的去除效率不同［7］。该模型给每一种组合一个计算系数，使畜禽污染物的产排控制可定量化。根据畜禽种类，以清粪方式为基准进行计算。具体的公式如下: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种清粪工艺的粪便经处理后的总削减率;fi表示某养殖场第i种清粪方式的应用比例;μi，j表示粪便采用第i种清粪方式导致的第j种污染物的削减率;ai，j，t是粪便在第i种清粪方式下用第j种处理技术导致的第t种污染物的削减率;bi，k表示粪便采用第i种清粪方式下第k种处理技术采用的比例。式(3)中TFi表示采用第i种清粪工艺的污水经处理后的总削减率;ηi，j表示污水采用第i种清粪方式导致的第j种污染物的削减率;ci，j，t是污水在第i种清粪方式下用第j种处理技术导致的第t种污染物的消减率;di，k表示污水采用第i种清粪方式下第k种处理技术采用的比例。式(4)中Ri表示第i种污染物的总削减率。

2．1．3污染物排污量核算模型畜禽污染物的排污系数与产污系数和相应的削减率有关，具体公式如下:Di=Xi×(1－Ri)(5)DiQ=Di×Q(6)式(5)中Di表示第i种污染物的排污系数，kg•头年－1;Xi表示产污系数，kg•头年－1;Ri表示削减率。式(6)中DiQ表示第i种污染物排污量，kg•年－1。

2．2处理技术选用模型

目前，国内有多家养殖场采用联合工艺进行粪污处理且运行效果良好，如UASB-SBR-氧化塘［8］以及CSTR-SBR［9］工艺等，均达到国家畜禽养殖废水排放标准。这些处理技术的选择要考虑经济发展水平、地域特点、养殖场规模等因素。本文从中国实际情况出发，对畜禽粪便及污水处理技术分成以下三级。一级处理包括直接还田、堆肥、沼气工程等。用户输入养殖种类，根据猪场产生废水多，牛粪、鸡粪干物质多的特点［10］，猪、牛、鸡的养殖场都可选用沼气工程，而牛、鸡还可选用堆肥。利用沼气工程要考虑其规模和清粪方式，以养猪场为例，如表1所示。表1中不同养殖场规模适合应用不同的清粪工艺及沼气工程反应器的类型。粪污经厌氧处理后的消化液中仍含有一定数量未降解的有机污染物，特别是NH3-N，P含量还很高［11］。因此，需进行二级、三级处理。二级处理即对厌氧消化液进行处理，采用的好氧处理技术主要有活性污泥法、生物接触氧化法［12］、生物膜法及SBR法［13］等。通过模型分析，对于经济水平较好、规模较大的养殖场可选用生物氧化接触法和SBR法。三级处理即达标处理的方法有人工湿地［14］、氧化塘等。人工湿地技术广泛应用于处理农村生活污水，若在畜禽养殖业中应用，则更适用于小规模的养殖场。而氧化塘更适合大中型畜禽养殖场。

3系统实现

本系统使用VisualStudio2008工具进行前台网络页面的设计，应用ASP•NET技术，在B/S模式下开发。后台数据管理使用了SQLSERVER2005express。本系统主界面下包括五个方面:即产排污核算、处理技术选用、数据库管理、用户管理、用户交流部分。产排污管理负责系数查询和产排量计算;处理技术选用负责决策出最佳处理技术组合;数据库管理完成对数据有关的操作;用户管理对不同用户权限进行管理;用户交流部分可供浏览者留言。界面设计如图2所示。图2产排污管理模块以产排污管理模块为例，如图2所示，该模块实现了对产、排污信息的规范化管理。不同的用户对数据进行浏览、查询、管理等功能。其中畜禽养殖场主登录后可进入该界面，选择畜禽种类、污染因子等信息，本模块的主要决策功能是产排污系数的确定及产排污量的计算。

4总结

本文开发了畜禽养殖业污染控制决策支持系统，为解决不同地区、不同养殖规模、经济发展水平条件下污染物的产排量计算和处理技术选用提供了支持。文章对系统总体框架进行设计，并对具体模块内容进行规划。系统建立了畜禽污染物核算模型，对不同畜禽产、排污情况进行定量核算;研究了处理技术选用模型，将处理技术分级，为用户的实际需求提供帮助、建议;该系统的建立有利于畜禽污染数据管理的规范化、数字化，对于减少畜禽养殖业对环境的污染有指导性作用。