[發明專利]用于造紙污水處理GHG減排的溶解氧分層優化控制方法

在審

• 申請號: 202010857305.X
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112062179A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 沈文浩;李文青;黃菲妮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C02F1/00
• 分類號: C02F1/00;G05B13/04;G06N3/08;G06N3/12;C02F103/28
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 詹麗紅

本發明公開了一種用于造紙污水處理GHG減排的溶解氧分層優化控制方法，步驟如下：在線采集進水數據，開環輸入ASM1仿真模型，得到出水BOD、氨氮、總氮濃度和曝氣過程溶解氧濃度；根據采集的進水數據和溶解氧濃度，采用自適應回歸核函數，建立出水BOD、氨氮和總氮濃度的預測模型，作為出水約束層；采用遺傳算法，求解在滿足出水指標的前提下實現GHG減排的溶解氧濃度優化設定值，建立優化設定層；根據優化的溶解氧濃度設定值，采用BP神經網絡優化PI控制器參數，對溶解氧濃度進行跟蹤控制，并分析溶解氧濃度分層優化控制下的GHG減排效果。本發明通過溶解氧濃度分層優化控制，在出水指標未超限的情況下，實現了GHG的減排。

技術領域

本發明涉及造紙污水生化處理過程溶解氧濃度控制及GHG(Green House Gas，溫室氣體)排放的技術領域，具體涉及一種用于造紙污水處理GHG減排的溶解氧分層優化控制方法。

背景技術

造紙工業是重要的水資源消耗型行業，同時產生大量的工業污水。對造紙污水進行活性污泥法處理過程中，會產生大量的GHG，包括CO₂、CH₄和N₂O。GHG排放至大氣，形成造紙工業“隱形”的二次污染。造紙工業正在面臨巨大的GHG減排壓力，對GHG的排放控制需求十分迫切。在污水處理過程實現GHG減排的研究中，常采用新的污水處理工藝代替活性污泥法處理工藝，但是這些新工藝具有處理成本較高和化學品殘留的缺點，無法替代活性污泥法的大規模應用。利用自動控制系統實現GHG減排是可行的途徑，但是由于缺乏GHG在線監測設備和對GHG排放機理的研究，目前污水處理過程的自動控制系統都沒有包含對GHG排放的控制。

溶解氧濃度是污水活性污泥法處理過程中的主要工藝參數，對出水水質、運行成本和GHG排放都有較大的影響，是影響GHG排放的重要因素。過高的溶解氧濃度使得曝氣機耗電產生的GHG增加，過低的溶解氧濃度又會引起反硝化過程大量產生N₂O。目前，溶解氧控制手段已經普遍應用于污水處理過程，其控制目標主要集中在降低運行成本和提高出水質量，將GHG排放量納入控制系統作為控制目標，可以實現對GHG減排的優化控制。

因此，基于GHG排放量的在線監測模型，針對GHG排放量隨著曝氣量線性增加的特點，采用分層優化控制的思想，提出了一種基于溶解氧濃度的動態優化控制策略，以減少GHG的排放。通過建立回歸核函數模型來描述出水質量與進水特征和溶解氧濃度之間的關系，為優化控制系統提供控制目標模型；采用遺傳算法尋找溶解氧濃度的優化設定值；采用BP-PI(Back Propagation Neural Network-Proportional-Integral Control，反向傳播神經網絡比例積分控制)控制方案對優化設定值進行跟蹤控制，以實現在出水質量達標的同時有效減少GHG的排放量。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種用于造紙污水處理GHG減排的溶解氧分層優化控制方法，目的在于將GHG減排納入控制系統的優化目標，采用分層優化控制，通過調節造紙污水A/O(Anoxic/Oxic，厭氧/好氧)處理工藝過程的溶解氧濃度，在出水水質達標的基礎上，實現GHG的減排。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種用于造紙污水處理GHG減排的溶解氧分層優化控制方法，所述的方法包括以下步驟：

S1、在線采集進水數據，開環輸入ASM1(Activated Sludge Model No.1，活性污泥1號模型)仿真模型，得到出水BOD、氨氮、總氮濃度和曝氣過程溶解氧濃度；

S2、根據采集的進水數據和溶解氧濃度，采用自適應回歸核函數，建立出水BOD(Biochemical Oxygen Demand，生化需氧量)、氨氮和總氮濃度的預測模型，作為出水約束層；

S3、采用遺傳算法，求解在滿足出水指標的前提下實現GHG減排的溶解氧濃度優化設定值，建立優化設定層；