[發明專利]用于化學重金屬廢水處理過程的多參數優化方法及裝置

有效

• 申請號: 201610447557.9
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN105975800B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 陽春華;張鳳雪;李勇剛;朱紅求;蔣曉云;王強
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

1.一種用于電化學重金屬廢水處理過程的多參數優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：采用BP神經網絡模型建立公式一所示的基于電解槽廢水出口重金屬離子濃度和廢水電導率、pH值以及電解電流密度之間關系的電化學處理過程模型；

C_out＝f_BP(D_k,pH,K,C₀) 公式一

其中，f_BP為電化學處理過程模型；C_out為出口廢水中重金屬離子濃度；D_k為電解槽的電解電流密度；pH為待處理廢水的pH值大小；K為待處理廢水的電導率；C₀為廢水入口重金屬離子濃度；

S2：建立公式二所示的廢水處理過程的電能消耗模型；

其中，J_w為電能消耗量；N為電解槽數；B為陰極板數；S為每塊陰極板的截面積；V_i(i＝1,2...n)為不同重金屬離子產生的槽電壓，為關于電流密度D_k、重金屬離子濃度C和電解溫度T的非線性函數；t為電解時間；

S3：建立公式三所示的廢水處理過程的電耗優化模型，使得在出口重金屬離子濃度滿足預設閾值的情況下電能消耗最小；

$min\left(J_w\right)=min(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}N\×B\×S\×V_i\×D_k\×t)$

其中，C_max為出口廢水中重金屬離子濃度應達到的指標值；D_k.max為電解極板能承受的電流密度上限；

S4：獲取電解槽池待處理廢水的入口重金屬離子濃度的檢測數據，采用狀態轉移算法對S3中的電耗優化模型求解，獲取使得在出口重金屬離子濃度滿足預設閾值的情況下電能消耗最小的電流密度值、pH值和電導率值。

2.根據權利要求1所述的用于電化學重金屬廢水處理過程的多參數優化方法，其特征在于，所述S1中建立的電化學處理過程模型為多輸入多輸出的BP神經網絡模型，建立的具體步驟為：

S11：采集電流密度值、pH值、電導率值、入口重金屬離子濃度和出口重金屬離子濃度數據，并將電流密度值、pH值、電導率值、入口重金屬離子濃度作為輸入層神經元，將出口重金屬離子濃度作為輸出層神經元；

S12：對采集的數據采用3σ準則和零均值標準化方法進行數據預處理，以剔除異常數據和消除由于不同特征因子量綱不同和數量級不同所帶來的差異化影響；

S13：利用處理后的樣本數據對BP神經網絡模型進行訓練，得到所述電化學處理過程模型。

3.根據權利要求1所述的用于電化學重金屬廢水處理過程的多參數優化方法，其特征在于，所述S2中廢水處理過程的電能消耗模型中的槽電壓V與電流密度D_k、重金屬離子濃度C和電解溫度T之間的關系如公式四所示：

其中，是重金屬離子析出的平衡電位常數；R是熱力學常數；F是法拉第常數；r是電解液中重金屬離子的活度系數；M是重金屬的相對原子量；L為陰陽極間距；β₁～β₅為待辨識參數。