[發(fā)明專利]一種活性污泥形態(tài)學(xué)和污泥體積指數(shù)SVI軟測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110016058.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112634347B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙立杰;鄒世達(dá);黃明忠;張宇紅;范文玉
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽化工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;C02F3/12
• 代理公司: 沈陽技聯(lián)專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

一種活性污泥形態(tài)學(xué)和污泥體積指數(shù)SVI軟測量方法，涉及一種污水智能檢測方法，本發(fā)明方法包括活性污泥顯微圖像特征提取、集成特征選擇、SVI軟測量模型建模、SVI預(yù)報四個步驟：其中活性污泥顯微圖像特征提取，用于提取生化池活性污泥顯微圖像絮體和絲狀菌形態(tài)學(xué)特征；集成特征選擇，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法、最大互信息系數(shù)、Lasso回歸模型、平均不純度減少法、穩(wěn)定性選擇方法、遞歸特征消除法六種特征選擇方法；SVI軟測量模型，采用快速隨機配置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)FastSCN方法，構(gòu)建SVI模型；SVI預(yù)報，提取和選擇新樣本形態(tài)學(xué)特征。本發(fā)明能夠有效提取活性污泥微生物形態(tài)學(xué)特征，可靠穩(wěn)定預(yù)報污泥沉降性能SVI指標(biāo)，為污水處理操作和優(yōu)化提供出水水質(zhì)和操作參數(shù)動態(tài)變化信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種污水智能檢測方法，特別是涉及一種活性污泥形態(tài)學(xué)和污泥體積指數(shù)SVI軟測量方法。是一種活性污泥形態(tài)學(xué)特征選擇和污泥體積指數(shù)(Sludge?VolumeIndex，SVI)軟測量方法。

背景技術(shù)

城市污水處理廠多采用活性污泥法，依靠微生物群體新陳代謝活動，降解污水中有機污染物，具有處理效率高，操作費用低等優(yōu)勢?；钚晕勰嘞到y(tǒng)的成功取決于微生物絮凝體和絲狀細(xì)菌之間的生態(tài)系統(tǒng)平衡，一旦平衡遭到破壞，容易引發(fā)污泥膨脹，嚴(yán)重影響污水處理廠運行。污泥沉降性能是活性污泥工藝的關(guān)鍵。污泥體積指數(shù)SVI是表征污泥沉降性能的主要指標(biāo)。因此及時準(zhǔn)確預(yù)報活性污泥指數(shù)SVI，有助于及時了解污泥沉降性能，為早期污泥膨脹、污泥上浮等污水處理異?，F(xiàn)象提供預(yù)警信息。

常規(guī)SVI指標(biāo)依賴于實驗室離線化驗分析，具有耗時、費力、化驗頻次低等問題。由于污水水質(zhì)成分復(fù)雜、進(jìn)水波動不可控，動力學(xué)參數(shù)多、非線性強等綜合復(fù)雜性，一般難以建立準(zhǔn)確的機理模型?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測模型建立方法受到廣泛關(guān)注，例如韓紅桂等人(CN108898215A)基于數(shù)據(jù)建模方法出發(fā)，提出一種基于二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污泥膨脹智能辨識方法，選取與SVI相關(guān)的污水處理過程變量，溶解氧濃度DO，總氮TN，污泥負(fù)荷F/M，酸堿度pH，溫度T作為軟測量模型的輸入，建立SVI軟測量模型。

SVI指標(biāo)與活性污泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和微生物生態(tài)學(xué)特征高度相關(guān)，能夠反映污水處理廠的運行工況動態(tài)變化和出水水質(zhì)變化，因此基于活性污泥顯微圖像定量分析，為SVI預(yù)測提供了有效途徑。其中，污泥形態(tài)學(xué)特征參數(shù)提取和選擇是實現(xiàn)高可靠性SVI模型的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種活性污泥形態(tài)學(xué)和污泥體積指數(shù)SVI軟測量方法，本發(fā)明通過集成六種特征選擇方法對所獲取的絲狀菌和絮體各27個形態(tài)學(xué)特征變量進(jìn)行綜合評價，選取一組與SVI相關(guān)性高、特征間冗余性低的形態(tài)學(xué)特征參數(shù)作為SVI模型輸入變量，然后采用FastSCN學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練SVI軟測量模型，最后基于構(gòu)建的SVI模型進(jìn)行預(yù)報。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種活性污泥形態(tài)學(xué)和污泥體積指數(shù)SVI軟測量方法，所述方法包括活性污泥顯微圖像特征提取、集成特征選擇、SVI軟測量模型建模、SVI預(yù)報4個步驟：

所述活性污泥顯微圖像特征提取，用于提取生化池活性污泥顯微圖像絮體和絲狀菌形態(tài)學(xué)特征；

所述集成特征選擇，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法、最大互信息系數(shù)、Lasso回歸模型、平均不純度減少法、穩(wěn)定性選擇方法、遞歸特征消除法六種特征選擇方法，根據(jù)活性污泥顯微圖像絮體和絲狀菌形狀、結(jié)構(gòu)、緊密度、大小等形態(tài)學(xué)特征得分，選取一組冗余性低且與SVI相關(guān)性較高的活性污泥絮體和絲狀菌形態(tài)學(xué)特征；

所述SVI軟測量模型，模型輸入為活性污泥絮體和絲狀菌k個形態(tài)學(xué)特征，模型輸出是SVI值，采用快速隨機配置神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)FastSCN(Fast?Stochastic?ConfigurationNetwork)方法，構(gòu)建SVI模型；

所述SVI預(yù)報，通過對新樣本形態(tài)學(xué)特征提取和選擇，利用已經(jīng)構(gòu)建的FastSCN污泥體積指數(shù)軟測量模型，實現(xiàn)新樣本SVI指標(biāo)的預(yù)報。