[发明专利]前置反硝化污水处理过程的优化控制方法

权利要求书

本发明基于粒子群算法实现溶解氧DO浓度和硝酸氮SNO浓度优化控制，其特征在于，包括以下步骤：

1.确定本发明的控制结构，采用层级式结构，上层为优化层、下层为本地控制层；

优化控制系统包含智能优化、溶解氧浓度PI控制器、硝酸氮浓度PI控制器和数据存储四个模块。上层采用基于分工策略的粒子群优化算法，根据物料平衡约束、执行器约束以及出水条件约束得到底层控制回路的设定值；下层是两个PI控制器，第一个是通过调节单元五的氧气转换系数K_La控制该单元溶解氧浓度，第二个是通过调节内回流量Q_a控制缺氧区单元二的硝酸氮浓度；采用优化控制策略动态调整两个控制回路的设定值——DO设定值S_O，SP和S_NO设定值S_NO，SP，可以有效的降低运行费用；

2.综合考虑运行费用和出水水质两个方面，构造优化问题，采用粒子群算法对这两个PI控制回路的设定值求最优解。

(1)建立活性污泥污水处理1号基准仿真模型。该基准仿真模型定义了一种污水处理的设备布局、相应的仿真模型、污水负荷、仿真步骤和仿真结果的评价标准，可以与各种自动控制方案相结合进行仿真模拟，并按照指定的评价标准来考察该方案的控制效果。这样既方便自动控制方案的调整，以得到较优的控制方案，也能够根据评价指标比较不同的控制方案。此基准仿真模型包括生化池和二沉池；生化池部分共包括5个单元，前两个单元是缺氧区，后三个单元是好氧区；

(2)优化问题的目标函数：

J=min1T∫tt+T(Energy+EQ)dt---(1)]]>

其中T表示运行周期，一般取7天，Energy＝AE+PE，表示运行费用，AE为通风耗能，S_O，sat代表饱和溶解氧浓度，一般取8mg/L，缺氧区两个单元体积V₁＝V₂＝1000m³，好氧区三个单元的体积V₃＝V₄＝V₅＝1333m³；K_La为氧气转换系数，与空气流量相关，本发明以K_La作为调整溶解氧浓度的操作变量。PE为泵送耗能，Q_a为内回流量，Q_r为污泥回流量，Q_w为污泥流量；EQ表示向受纳水体排放污染物需要支付的费用，它的大小与出水水质的好坏有关，出水水质越好，EQ越小。

EQ=1Tg1000∫tt+T(BSSgSSe(t)+BCODgCODe(t)+BNOgSNO,e(t)+BNKjgSNKj,e(t)]]>

+BBOD5gBODe(t))gdt,]]>

其中，B_i是不同污染物对EQ影响的权值；B_SS＝2，B_COD＝1，B_NO＝10，B_NKj＝30，并且：

S_NKj，e＝S_NH，e+S_ND，e+i_XB(X_BH，e+X_BA，e)+X_ND，e+i_XP(X_P，e+X_I，e)

SS_e＝0.75g(X_S，e+X_I，e+X_BH，e+X_P，e)

BOD_e＝0.25g(S_S，e+X_S，e+(1-f_P)g(X_BH，e+X_BA，e))

COD_e＝S_S，e+S_I，e+X_S，e+X_BH，e+X_BA，e+X_P，e

S_NKj，e表示出水中的凯氏氮浓度，SS_e表示出水中的固体悬浮物浓度，BOD_e表示出水中的生物需氧量，COD_e表示出水中的化学需氧量，S_NH，e表示出水中的NH₄-N和NH₃-N的总浓度，S_ND，e表示溶解性可生物降解有机氮浓度，X_BH，e表示活性异养菌生物固体浓度，X_BA，e表示活性自养菌生物固体浓度，X_ND，e表示颗粒性可生物降解有机氮浓度，X_P，e表示生物固体衰减产生的惰性物质浓度，X_I，e表示颗粒性不可生物降解有机物浓度，X_S，e表示慢速可生物降解有机物浓度，S_S，e表示溶解性快速可生物降解有机物浓度，S_I，e表示溶解性不可生物降解有机物浓度，S_ALK表示碱度。注意：下标e表示出水各组分的浓度，无下标e时(如SS，BOD)表示反应池中各组分的浓度，f_p＝0.08，i_XB＝0.08，i_XP＝0.06；

(3)约束条件：物料平衡约束即基准模型中的物料平衡方程，输出约束即出水水质约束，执行器约束包括：操作变量0＜S_O，SP＜3，0＜S_NO，SP＜4，控制变量0＜K_La＜240，0＜Q_a＜92230；