[發明專利]一種污水處理多目標優化控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110513403.6
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113189881A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 杜文莉;鐘偉民;錢鋒;彭鑫;李中美
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陶玉龍;陸嘉

本發明涉及污水處理領域，更具體的說，涉及一種污水處理多目標優化控制方法及系統。本方法包括：步驟S1、選取污水處理過程的被控變量并采集相關變量數據；步驟S2、基于BP神經網絡建立能耗成本、出水水質和微生物風險的穩態預測模型；步驟S3、構建多目標優化函數；步驟S4、采用多目標差分進化算法對多目標優化函數進行優化計算，得到帕累托最優解集；步驟S5、從帕累托最優解集中篩選對應的決策變量，作為被控變量的優化設定值；步驟S6、利用比例積分控制器對優化設定值進行實時跟蹤控制。本發明在考慮能耗成本和出水水質的基礎上，有效地降低了高微生物風險的比例，大大提高了污水處理系統的安全性。

技術領域

本發明涉及污水處理領域，更具體的說，涉及一種污水處理多目標優化控制方法及系統。

背景技術

污水處理一直是被廣泛關注的一個環境治理問題，污水處理過程是一個復雜的工業系統，包含眾多物理和微生物的生化反應，是一個典型的非線性、時變性和具有不確定性干擾的系統，而且，建立污水處理過程的精確模型比較困難，使得污水處理過程的優化控制存在許多難點。

活性污泥過程作為城市污水處理的核心，通過將廢水與活性污泥混合攪拌并曝氣，是有機物在微生物的作用下絮凝吸附、氧化分解，然后經過二沉池的固液分離將處理后的廢水排出。

然而，在廢水流量、天氣、工業毒水流入等原因導致的進水水質和水量波動的影響下，活性污泥過程容易引發污泥膨脹、污泥泡沫和污泥上浮等微生物沉降問題，從而導致系統偏離正常工作狀態甚至崩潰。

因此，通過優化控制、預防校正等控制策略來降低微生物引起的污泥沉降問題的發生率，提高污水處理系統的安全性能尤為重要。

污水處理過程的本質是多目標優化控制問題，基于數據驅動的優化控制方法能夠充分利用歷史和實時數據進行自主學習，并且對經驗知識的依賴程度低，近年來被廣泛應用。

基于數據驅動的優化控制方法包括：

1)使用進化模糊小波神經網絡模型預測出水的化學需氧量，然后通過模糊神經網絡控制器在線調整溶解氧濃度；

2)采用自適應回歸核函數建立能耗成本和出水水質的模型進行優化；

3)采用模糊神經網絡控制器，并自適應調整多目標差分進化算法的參數等。

上述方法取得了較為精確的預測和優化控制效果，然而其優化目標僅包含運行成本和出水水質，忽略了微生物沉降的問題，在較低的運行成本和較好的出水水質下，微生物的生長可能會因為缺乏溶解氧和營養物質而受到影響，從而，對污水處理過程的安全性能產生影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種污水處理多目標優化控制方法及系統，解決現有技術的污水處理由于未考慮微生物風險而造成的安全性問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種污水處理多目標優化控制方法，包括以下步驟：

步驟S1、選取污水處理過程的被控變量并采集相關變量數據；

步驟S2、使用相關變量數據進行訓練，基于BP(Back Propagation)神經網絡建立能耗成本、出水水質和微生物風險的穩態預測模型；

步驟S3、以被控變量的設定值作為決策變量，以步驟S2建立的穩態預測模型作為約束條件，構建基于能耗成本、出水水質和微生物風險的多目標優化函數；

步驟S4、采用多目標差分進化算法對步驟S3構建的多目標優化函數進行優化計算，得到關于能耗成本、出水水質和微生物風險的帕累托最優解集；

步驟S5、從步驟S4的帕累托最優解集中篩選微生物風險低、能耗成本和出水水質均衡的解對應的決策變量，作為被控變量的優化設定值；