[發(fā)明專利]用于化學(xué)重金屬廢水處理過程的多參數(shù)優(yōu)化方法及裝置

有效

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• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN105975800B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陽春華;張鳳雪;李勇剛;朱紅求;蔣曉云;王強
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于化學(xué)重金屬廢水處理過程的多參數(shù)優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著冶金和化工行業(yè)的發(fā)展，大量的重金屬元素(如銅、鈷、鎳等)進入到工業(yè)廢水中，導(dǎo)致地下水環(huán)境重金屬污染嚴重。地方性重金屬中毒引起了世界范圍的廣泛關(guān)注。為此，我國在廢水排放和飲用水標準中對重金屬的濃度作出了嚴格的規(guī)定。但這種含重金屬的廢水處理是目前冶煉行業(yè)面臨的一大難題。

常規(guī)的處理方法需要投加大量的金屬鹽、石灰或電石渣，這導(dǎo)致在廢水處理階段會產(chǎn)生大量的廢渣，對廢渣中含有的多種重金屬沉淀物亦無法進行有效分離和回收，處理后產(chǎn)生的污泥量也非常大且成分復(fù)雜，這些污泥同樣難以進行回收和利用，如作為危廢處理還將給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟負擔，易形成二次污染。

電化學(xué)重金屬廢水處理技術(shù)具有施工周期短、運行成本低、處理效果好、設(shè)施占地面積小、工藝可自動化程度高、處理范圍廣、耐沖擊負荷強、污泥產(chǎn)生量少、操作和維護簡單等優(yōu)點，因此在重金屬廢水治理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

但隨著電化學(xué)處理重金屬廢水技術(shù)的發(fā)展與推廣，該技術(shù)存在的缺陷也日益明顯：采用電化學(xué)的方法處理含重金屬離子的廢水時，各種參數(shù)的設(shè)定(如pH值、電流值和電導(dǎo)率值)常根據(jù)人工經(jīng)驗進行判定，這就導(dǎo)致出口廢水所含重金屬離子濃度波動較大，整流器運行功率浪費，電能消耗較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種用于化學(xué)重金屬廢水處理過程的多參數(shù)優(yōu)化方法及裝置，能夠穩(wěn)定出口廢水重金屬離子濃度進而節(jié)約電能。

第一方面，本發(fā)明提供了一種用于電化學(xué)重金屬廢水處理過程的多參數(shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

S1：采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)率、pH值以及電解電流密度之間關(guān)系的電化學(xué)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(xué)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??；K為待處理廢水的電導(dǎo)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(shù)；B為陰極板數(shù)；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(chǎn)生的槽電壓，為關(guān)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(shù)；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(yōu)化模型，使得在出口重金屬離子濃度滿足預(yù)設(shè)閾值的情況下電能消耗最??；

其中，C_max為出口廢水中重金屬離子濃度應(yīng)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(shù)據(jù)，采用狀態(tài)轉(zhuǎn)移算法對S3中的電耗優(yōu)化模型求解，獲取使得在出口重金屬離子濃度滿足預(yù)設(shè)閾值的情況下電能消耗最小的電流密度值、pH值和電導(dǎo)率值。

優(yōu)選地，所述S1中建立的電化學(xué)處理過程模型為多輸入多輸出的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立的具體步驟為：

S11：采集電流密度值、pH值、電導(dǎo)率值、入口重金屬離子濃度和出口重金屬離子濃度數(shù)據(jù)，并將電流密度值、pH值、電導(dǎo)率值、入口重金屬離子濃度作為輸入層神經(jīng)元，將出口重金屬離子濃度作為輸出層神經(jīng)元；

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

S13：利用處理后的樣本數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行訓(xùn)練，得到所述電化學(xué)處理過程模型。

優(yōu)選地，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(guān)系如公式四所示：