[發明專利]一種基于運行過程信息的城市污水處理實時優化控制方法

有效

• 申請號: 202010219077.3
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111399455B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 侯瑩;韓紅桂;劉崢
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 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

一種基于運行過程信息的城市污水處理實時優化控制方法屬于污水處理領域。城市污水的再生回用是緩解水資源短缺對社會經濟發展影響的有效方法，其優化控制目標是減少能源消耗和排污費用。本發明以最小化能源消耗和排污費用作為優化目標，使用污水處理實時運行數據，獲得運行過程信息，設計基于運行過程信息的多目標差分進化算法，獲得溶解氧濃度和硝態氮濃度的動態優化設定值，以曝氣量和內循環回流量為控制量，氧傳遞系數和內回流量為操作量，對優化設定值進行跟蹤，有效減少了能源消耗和排污費用，提高了城市污水處理的社會效益與經濟效益。

技術領域

本發明針對城市污水處理過程的優化運行問題，設計了一種溶解氧濃度和硝態氮濃度的實時優化控制方法，使用污水處理實時運行數據，獲得運行過程信息，設計基于運行過程信息的多目標差分進化算法，獲得溶解氧濃度和硝態氮濃度的動態優化設定值，并對設定值進行跟蹤。對城市污水處理過程溶解氧濃度和硝態氮濃度的實時優化控制，是減少能源消耗和排污費用的有效方法，既屬于控制領域，又屬于污水處理領域。

背景技術

城市污水的再生回用能夠減少人類對自然水的需求量，有效緩解水資源短缺對社會經濟發展的影響。基于運行過程信息的城市污水處理實時優化控制方法，能夠使用污水處理實時運行數據，基于運行過程信息，得到溶解氧濃度和硝態氮濃度的動態優化設定值，并對設定值進行跟蹤，有效減少污水處理能源消耗和排污費用，具有顯著的社會效益與經濟效益。因此，本發明的研究成果具有廣闊的應用前景。

城市污水處理優化控制的目標是減少能源消耗和排污費用，由污水處理過程的反應機理和物料平衡關系可知，可控量是溶解氧濃度和硝態氮濃度。在求取溶解氧濃度和硝態氮濃度的優化設定值時，傳統優化方法沒有考慮實時運行數據，無法體現運行過程對求取最優設定值的影響。但是，城市污水處理過程是一個典型的流程工業，運行數據實時變化，在優化過程中不考慮運行過程信息，將影響最優設定值的取值，最終影響節能減排的效果。因此，如何挖掘運行過程信息，對污水處理過程進行實時優化控制，已經成為城市污水處理優化控制過程中亟需解決的問題，具有重要的現實意義。

本發明提出一種基于運行過程信息的城市污水處理實時優化控制方法，將最小化能源消耗和排污費用作為優化目標，使用污水處理實時運行數據，獲得運行過程信息，設計基于運行過程信息的多目標差分進化算法，得到溶解氧濃度和硝態氮濃度的動態優化設定值，以曝氣量和內循環回流量為控制量，以氧傳遞系數和內回流量為操作量，實現對溶解氧濃度和硝態氮濃度最優設定值的跟蹤，從而減少能源消耗和排污費用。

發明內容

本發明獲得了一種基于運行過程信息的城市污水處理實時優化控制方法，該方法以城市污水處理優化運行為目標，設計基于運行過程信息的多目標差分進化算法，獲得溶解氧濃度和硝態氮濃度的動態最優設定值，操作氧傳遞系數和內回流量，完成對優化設定值的跟蹤，實現節能減排的控制目標。

本發明采用了如下的技術方案及實現步驟：

(1)構建優化控制目標

由污水處理反應機理和物料平衡關系，構建優化控制目標：