活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法
2023-08-08 05:14:36 1
活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法
【專利摘要】本發明公開了一種活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法，用於對汙水處理過程中出水的生物分解需氧量（BOD）量進行準確預測，對汙水處理過程進行有效控制。本發明首先採用拉依達準則剔除汙水調節池進水水質指標向量中的異常數據，並採用均方差法對非異常數據進行歸一化處理；其次，採用主成分分析法簡化影響影響出水BOD的指標；最後，以這些指標為輸入變量，以汙水處理過程中出水BOD為輸出變量，採用遞歸神經網絡模型對汙水處理過程中出水BOD進行預測和控制。
【專利說明】活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於汙水處理過程的建模方法，尤其涉及一種活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法。
【背景技術】
[0002]活性汙泥法是利用自然界微生物的生命活動來清除汙水中有機物和脫氮除磷的一種有效方法。活性汙泥法汙水處理過程是個複雜的高度非線性系統，其進水流量、進水成分、汙染物濃度、天氣變化等參量都是被動接受，微生物生命活動受溶解氧濃度、微生物種群、汙水的PH值等多種因素影響，生化反應過程具有滯後特性，精確表述控制變量與控制目標之間的關係十分困難。目前的一些汙水處理模型結構複雜，待整定參數過多，可辨識性差，不能動態地反映出操作變量與控制目標之間蘊含的關係，無法用於在線控制。同時，汙水處理過程是一個複雜的生化反應過程，現場試驗不僅時間長且成本很高。因此，尋求較好的建模方法，解決汙水處理過程中的建模問題是一個很迫切的需求，也是國際控制領域的挑戰性問題。
[0003]由於活性汙泥法汙水處理過程具有高度的複雜性和非線性的特點，神經網絡作為非線性的動力學系統，特別適合於一些高度非線性的動力學過程的建模與控制，使神經網絡可以在建模過程中發揮巨大的作用。由於神經網絡能夠根據對象輸入/輸出的數據直接建立模型，不需要對象的先驗知識及複雜的數學公式推導，並且採用適當的訓練算法就可以達到網絡學習精度目標。因此，採用神經網絡模型實現系統建模是非常有效和相對容易。
【發明內容】
[0004]本發明主要預測汙水處理過程中出水的生物分解需氧量(BOD)的值，分析汙水處理過程中與出水BOD與其他變量之間的關係，出水BOD依賴於數小時前的入水的化學需氧量(COD )、固體懸浮物濃度(SS )、溫度(T )、PH值、進水量(Q)、初沉池出水SS和COD、曝氣池溶解氧濃度(D0)、混合液汙泥濃度(MLSS)以及出水COD和SS等過程變量。
[0005]本發明將遞階多層神經網絡與各反應器子系統相結合，提出一種活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法。結合遞階神經網絡模型，活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法的具體過程如下。
[0006]步驟1:數據預處理。
[0007]本發明選擇輸入向量為汙水調節池進水水質指標，分別為數小時前的入水的化學需氧量(C0D)、固體懸浮物濃度(SS)、溫度(T)、PH值、進水量(Q)、初沉池出水SS和C0D、曝氣池溶解氧濃度(D0)、混合液汙泥濃度(MLSS)以及出水COD和SS。
[0008]由於從工業現場採集的數據難免會含有隨機誤差甚至過失誤差，而任意數據的錯誤都可能導致神經網絡模型整體性能下降，甚至完全失敗，因此必須對測量數據進行預處理，方可作為神經網絡模型的輸入。因此，需要對數據進行預處理，主要包括剔除異常數據和歸一化處理。[0009]I)剔除異常數據。
[0010]在實際測量中，由於測量和記錄的嚴重失誤，或由於儀器儀表的突然波動，都會造成異常的觀察結果，這類數據為異常數據。異常數據容易導致整個系統建模的失敗，因此異常數據的偵破剔除和校正是必須的。
[0011]本發明採用拉依達準則處理異常數據。設樣本數據為(Χι，Χ2，…，χη)，平均值為i，偏差為Vi=X1-x(i =、2,、n),按照貝葉斯公式計算出標準偏差:
【權利要求】
1.活性汙泥法汙水處理過程智能建模方法的基本步驟如下:1)收集影響汙水處理過程中出水的生物分解需氧量(BOD)的主要因素的相關數據，包括:數小時前的入水的化學需氧量(C0D)、固體懸浮物濃度(SS)、溫度(T)、PH值、進水量(Q)、初沉池出水SS和C0D、曝氣池溶解氧濃度(D0)、混合液汙泥濃度(MLSS)以及出水COD和SS，並採用拉依達準則剔除這些值中的異常數據；2)採用主成分分析法確定影響汙水處理過程中出水BOD主成分因素；3)將影響汙水處理過程中出水BOD的主成分因素作為輸入變量，將汙水處理過程中出水BOD為輸出變量，採用遞歸神經網絡模型對汙水處理過程中出水BOD進行預測和控制。
【文檔編號】G05B13/04GK103809436SQ201210438501
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優先權日:2012年11月6日
【發明者】鄭夏銘, 梁淑儀 申請人:西安元朔科技有限公司