[發明專利]一種基于多目標麻雀算法的污水處理過程優化控制方法

在審

• 申請號: 202310048299.7
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN116048022A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 熊偉麗;李志峰
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G06N3/006
• 代理公司: 無錫承果知識產權代理有限公司 32373
• 代理人: 肖昂

本申請涉及一種基于多目標麻雀算法的污水處理過程優化控制方法，包括以下步驟：采用最小二乘支持向量機建立總能耗和出水水質的軟測量模型，并將其作為優化目標函數；從種群初始化、發現者位置更新、警戒者位置更新、最優位置擾動策略以及外部存檔更新機制五個方面對麻雀算法進行改進得到多目標麻雀算法，利用改進后多目標麻雀算法對優化目標函數進行優化，得到帕累托解集，對溶解氧濃度和硝態氮濃度的設定值進行尋優，本方案針對麻雀算法進行改進，并將其應用于污水處理過程對溶解氧濃度和硝態氮濃度的設定值進行尋優，以達到提升出水水質和降低能耗的目的。

技術領域

本發明涉及污水處理優化控制技術領域，特別涉及一種基于多目標麻雀算法的污水處理過程優化控制方法。

背景技術

隨著我國工業化快速發展，工業污水大量排放導致的環境污染已經嚴重影響到居民生活和企業發展?；钚晕勰喾夹g主要利用鼓風機和回流泵等設備使溶解氧濃度和硝態氮濃度處于合理范圍，使得污水排放滿足標準。但是該過程會產生大量能耗，如何保證污水排放滿足標準，并有效降低能耗成為亟待解決的問題。污水處理生化反應池第5單元的溶解氧濃度S_O,5和第2單元的硝態氮濃度S_NO,2是污水處理過程中關鍵控制變量，它們不僅影響了出水水質，還是控制總能耗的最重要參數?？偰芎暮统鏊|是一對相互沖突的性能指標，如果想提升出水水質，那么總能耗勢必會增加；反之，如果總能耗降低，那么必然會導致出水水質變差。因此，處理總能耗和出水水質指標的優化問題，本質上就是多目標優化問題。污水處理過程多目標優化控制的目的，是在滿足出水水質達到排放標準，實現節能降耗。處理該多目標優化問題，需要確定溶解氧濃度、硝態氮濃度與總能耗、出水水質指標之間的關系。因此對溶解氧濃度和硝態氮濃度設定值進行優化，是實施污水處理過程優化控制的重要手段。

發明內容

本發明實施例提供了一種基于多目標麻雀算法的污水處理過程優化控制方法，并將其應用于污水處理過程對溶解氧濃度和硝態氮濃度進行尋優，以達到提升出水水質和降低能耗的目的。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。

本申請提供一種基于多目標麻雀算法的污水處理過程優化控制方法，包括以下步驟：采用最小二乘支持向量機建立總能耗和出水水質的軟測量模型，并將其作為優化目標函數；從種群初始化、發現者位置更新、警戒者位置更新、最優位置擾動策略以及外部存檔更新機制五個方面對麻雀算法進行改進得到多目標麻雀算法，利用改進后多目標麻雀算法對優化目標函數進行優化，得到帕累托解集，對溶解氧濃度和硝態氮濃度的設定值進行尋優。

作為一種優選的實施方式，所述優化目標函數為：

minf_OCI(x),f_EQI(x)

其中，f_OCI(X)和f_EQI(X)分別表示總能耗和出水水質的優化目標函數，約束條件是對五種出水水質參數的限制值；S_Nh,e,avg表示出水氨氮的平均濃度，x＝[S_O,S_NO]為優化向量；

其中，出水水質的表達式如下：

式中，TSS、COD、S_NKj、S_NO、BOD₅、和Q_e分別表示固體懸浮物濃度、化學需氧量、凱氏氮濃度、硝態氮濃度、5日生化需氧量和清水排出量；

總能耗的表達式如下：

OCI＝AE+PE

式中：AE表示曝氣能耗，PE表示泵送能耗，其表達式如下：