[發(fā)明專利]基于儲備池網(wǎng)絡的污水處理出水總磷TP軟測量方法

有效

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• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107247888B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉富;李丁園;姜守坤;侯濤;康冰
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G16C20/30
• 分類號: G16C20/30;G16C20/70
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王壽珍

基于儲備池網(wǎng)絡的污水處理出水總磷TP軟測量方法既屬于控制科學與工程領域，又屬于環(huán)境科學與工程領域。出水總磷TP濃度是城市污水處理廠重要的監(jiān)控指標，也是水質評價的重要指標。針對當前污水處理過程出水總磷TP測量過程繁瑣、儀器設備造價和維護費用高、測量結果精確性低等問題，本發(fā)明利用主成分分析法確定了軟測量模型的輸入變量；并設計了一種基于貢獻率的儲備池結構優(yōu)化算法，優(yōu)化網(wǎng)絡結構，提高網(wǎng)絡性能；最后，基于改進的儲備池網(wǎng)絡建立了出水總磷TP的軟測量模型，實現(xiàn)快速、有效、準確地測量污水處理過程中的出水總磷TP，提高了城市污水處理廠水質質量實時監(jiān)控的水平，保障城市污水處理過程正常運行。

技術領域

本發(fā)明基于城市污水處理生化反應特性，利用儲備池網(wǎng)絡建立城市污水處理過程出水總磷TP的軟測量模型，實現(xiàn)了出水總磷TP的實時測量。出水總磷TP實時測量是實現(xiàn)污水處理優(yōu)化控制的重要基礎，也是水環(huán)境保護的重要環(huán)節(jié)，本發(fā)明既屬于控制科學與工程領域，又屬于環(huán)境科學與工程領域。

背景技術

國家《十三五規(guī)劃綱要》指出，實現(xiàn)城鎮(zhèn)生活污水處理設施全覆蓋和穩(wěn)定達標運行，到2020年底，城市污水處理率達到95％的總體目標，并指出對流域污染嚴重的地區(qū)應實行總磷排放總量控制，要求沿海城市污水處理廠加強實施除磷操作。在污水處理過程中，出水總磷濃度是一項非常重要的監(jiān)測指標，也是水質評定的核心指標。此外，在城市污水處理過程中復雜的運行工序，人工操作不當，檢測不完備，水質監(jiān)控不及時等因素影響下，尚無法達到理想的除磷效果；同時，富含磷的污水排入江河湖泊易引起水體富營養(yǎng)化、導致藻類大量繁殖，是水環(huán)境污染和水體富營養(yǎng)化問題的主要因素。出水總磷TP智能檢測技術不但有利于城市污水處理過程的優(yōu)化運行，具有較好的經(jīng)濟效益，而且能緩解我國水體富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀，具有顯著的環(huán)境和社會效益。因此，本發(fā)明的研究成果具有廣闊的應用前景。

目前國內外測量污水處理過程出水總磷TP的方法主要有分光光度法、液相色譜法、氣相色譜法、電極法等。雖然這些方法測量精度較高，但是操作繁瑣，且耗時長(小時級)，無法實現(xiàn)對出水總磷TP的實時測量，不能滿足監(jiān)管部門對總磷檢測日益提高的實時性要求，且極易造成二次污染。市場上常用的總磷檢測儀表，多產(chǎn)自歐洲、美國和日本等污水處理技術發(fā)展較早的發(fā)達國家。總磷儀表均基于化學原理進行檢測，并沒有根本上改變總磷檢測的方式，無法實現(xiàn)總磷的實時檢測，并且設備需要進口，購置與維護費用高昂。因此，現(xiàn)有的總磷檢測技術和儀器很難滿足污水處理廠實時檢測的需求，必須尋求新的檢測方法。近些年來，隨著基于數(shù)據(jù)驅動的人工智能技術的不斷發(fā)展，為城市污水處理過程出水總磷TP的測量提供了理論基礎和技術支持，其中神經(jīng)網(wǎng)絡憑借其強大的非線性系統(tǒng)建模能力使其在污水處理過程關鍵變量軟測量中得到了較好的驗證與推廣。通過設計有效的神經(jīng)網(wǎng)絡結構優(yōu)化算法，優(yōu)化網(wǎng)絡的結構，提高網(wǎng)絡性能，實現(xiàn)對城市污水處理過程出水總磷TP的快速高精度預測，為城市污水處理過程出水總磷實時檢測的需求，提供一種可行的軟測量方法。

本發(fā)明設計了一種基于儲備池網(wǎng)絡的污水處理出水總磷TP軟測量方法，實現(xiàn)了城市污水處理過程出水總磷TP的實時測量。

發(fā)明內容

本發(fā)明獲得了一種基于儲備池網(wǎng)絡的污水處理出水總磷TP軟測量方法，解決了城市污水處理過程中出水總磷TP難以實時檢測的問題。本發(fā)明利用主成分分析法確定了軟測量模型的輸入變量；并設計了一種基于貢獻率的結構優(yōu)化算法，優(yōu)化儲備池網(wǎng)絡結構，提高網(wǎng)絡性能；最后，基于改進的儲備池網(wǎng)絡建立了出水總磷TP的軟測量模型，實現(xiàn)快速、有效、準確地測量污水處理過程中的出水總磷TP，提高了城市污水處理廠水質質量實時監(jiān)控的水平，保障城市污水處理過程正常運行。

本發(fā)明采用了如下的技術方案及實現(xiàn)步驟：

1、基于儲備池網(wǎng)絡的污水處理出水總磷TP軟測量方法，包括以下步驟：

第一步：數(shù)據(jù)預處理及輔助變量的確定