[發明專利]膜生物反應器-MBR膜污染智能決策方法

有效

• 申請號: 202010154288.3
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111204867B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 韓紅桂;張會娟;王盈旭;郭民
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;C02F3/30;G06Q10/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

膜生物反應器?MBR膜污染智能決策方法屬于污水處理水質參數在線預警領域。首先，深入分析膜污染機理，構建了基于深度信念網絡的膜污染預測模型，實現膜透水率的精準預測；其次，利用透水率預測值和相關參數變量的融合，基于膜污染的綜合評價，實現對膜污染的智能預警；其次，基于膜污染的主要因素，建立基于數據和知識的智能決策模型，為操作人員提供決策支持，減輕膜污染造成的危害，降低了膜污染的發生率，保障MBR污水處理過程安全，促進MBR污水處理廠高效穩定運行。

技術領域

本發明屬于污水處理水質參數在線預警領域，首次搭建了針對膜生物反 應器-MBR膜污染的智能預警系統。在MBR膜污水處理過程真實運行數據的 基礎上，通過特征分析方法提取MBR膜透水率的特征變量，利用深度心信念 網絡建立其軟測量模型，來預測MBR膜污水處理過程中難以直接測量的膜透 水率；利用透水率預測值，結合水廠其它可采集的過程變量，建立膜污染綜 合評價模型，確定膜污染的主要因素，實現了膜污染智能預警；基于數據和 知識驅動，建立智能決策模型，實現膜污染準確識別，降低膜污染的發生率， 提高了膜的污水處理性能。

背景技術

MBR是由膜分離技術與生物處理技術相結合的新型污水處理工藝，具有 固液分離效果好、污泥負荷低，占地面積小等顯著優勢，十分具有發展潛力。 然而，膜污染成為MBR污水處理工藝的一個瓶頸問題，會導致出水水質下降 和運行成本的上升，甚至會造成污水處理過程的崩潰。目前，解決膜污染問 題的主要方式是對膜進行定時的清洗和替換。在實際的污水處理過程中，膜 的清洗和更換并不存在一個嚴格、客觀、量化的標準，主要根據人為經驗進 行。然而，頻繁的清洗會導致膜絲的斷裂和腐蝕，造成膜壽命減少，增加生 產能耗和運行成本，大大制約了MBR的推廣應用。因此，準確識別膜污染， 降低膜污染的發生率，成為確保MBR平穩運行，推廣MBR技術的關鍵所在。 但是，MBR污水處理過程復雜，難以直接建模，其污染狀況的監測是當前控 制領域的難題。當前已建成并投入運行的膜污水處理廠尚無有效的預警決策 系統，來實現膜污水處理過程智能預警決策。因此，研究新的決策技術解決 污水處理過程中膜污染問題，已成為污水控制領域研究的重要課題，并且具 有重要的現實意義。

本發明涉及了一種膜生物反應器-MBR膜污染智能決策方法，該系統利用 特征分析方法提取特征變量并基于深度信念網絡建立了膜透水率的軟測量模 型，實現膜處理污水過程中透水率準確的預測，利用透水率預測值，結合水 廠其它可采集的過程變量，建立膜污染綜合評價模型，但國內外針對膜污染 的智能決策系統，尚未形成完整的理論體系，基于智能方法搭建包括軟、硬 件平臺在內的MBR膜污染智能決策方法，在填補國內外技術空白與整合污水 處理產業鏈等方面，具有很高的開發及應用價值。

發明內容

膜生物反應器-MBR膜污染智能決策方法，包括運行過程數據采集、運行 過程數據預處理、膜污染智能預測、以及膜污染智能決策，具體包括以下步 驟：

(1)運行過程數據采集：以MBR膜處理系統為研究對象，通過安裝在工 藝現場的采集儀表采集運行過程數據，包括：進水化學需氧量、進水酸堿度、 進水生物需氧量、出水化學需氧量、出水酸堿度、出水生物需氧量、厭氧區 氧化還原電位、缺氧區氧化還原電位、好氧區硝酸鹽、好氧區溶解氧、產水 壓力、產水濁度、產水流量、污泥濃度、曝氣量，實現數據的采集；儀表采 集的數據通過通訊協議傳輸到可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器通過通 信協議將運行過程數據傳輸到上位機，上位機中的數據通過局域網傳輸到數 據處理服務器；

(2)運行過程數據預處理：以膜池運行數據為研究對象，利用偏最小二乘 法建立特征分析模型，獲得5個主成分變量，分別為：產水壓力、產水濁度、 產水流量、污泥濃度、曝氣量，5個主成分變量作為膜污染智能預測模型塊的 輸入變量；透水率作為膜污染智能預測模塊的輸出變量；