[发明专利]一种污水处理生化需氧量软测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水处理出水生化需氧量(BOD)的软测量方法，属于污水处理领域。 

背景技术

污水生物处理过程机理复杂，为使污水处理系统处于良好的运行工况，获得更好的出水水质，必须及时取得污水处理系统当中重要的过程参数及水质参数。目前通常采用两种方法对各种参数进行在线检测：一种是采用新型传感器，以硬件的方式实现难测参数的检测。但由于污水中有机物千差万别，若根据每种有机物的特性研发出相对应的传感器，将是一个耗资大、历时长的工程，而且这种传感器具有仪器造价高、寿命短，测量范围窄、稳定性差等缺点；另一种是软测量的方法。现有的软测量方法主要有基于工艺机理分析的软测量方法和基于神经网络的软测量方法。基于工艺机理分析的软测量方法需要对工艺过程机理深刻认识，否则不能准确预测出不易测量的参数值。基于神经网络的软测量方法适用于非线性和不确定性系统，但传统的神经网络软测量方法不能根据所预测参数的复杂程度自动地调整神经网络结构，具有预测精度较低，时间较长的缺点。 

发明内容

为了解决污水处理过程中难以实时检测的水质参数在较短的时间内准确测量的问题，本发明提供了一种利用结构自组织神经网络建立软测量模型，对难测数据进行准确预测的技术方法。具体方案如下： 

(1).对污水处理过程机理进行分析，根据污水处理流程需经过的沉沙池、初沉池、曝气池、二沉池及接触池，确定出水生化需氧量与污水流经各处理池时所检测到的其他水质参数的变化情况，初步确定与出水生化需氧量相关的辅助变量； 

(2).在污水处理工业现场采集k组步骤(1)中确定的辅助变量及生化需氧量的样本数据； 

(3).运用主元分析方法对步骤(2)的数据再次进行分析，精选出跟出水生化需氧量相关性高的辅助变量； 

将样本数据用零均值标准化方法进行归一化处理，然后计算辅助变量的累积方差贡献率，若累积方差贡献率大于85％，则认为该辅助变量与所需预测的出水生化需氧量相关性高，可将其精选出，进行下一步的工作；其中具体方法步骤参见《软测量技术原理与应用》一书。 

(4).用神经网络结构自组织设计方法对污水处理过程现场的进出水数据建立模型，预测输出下一时刻的出水生化需氧量。具体步骤为： 

①建立一个神经网络模型，神经网络包括输入层、隐含层及输出层，神经网络模型的输入为步骤(3)中精选出的M个辅助变量，输出为生化需氧量； 

神经网络的输入层有M个神经元，隐含层有N个神经元，输出层有1个神经元。输入层的输入为V＝[v₁，v₂，...v_M]，对于输入层第i个神经元，其输出为： 

yiI=fI(vi)]]>i＝1，2，Λ，M    (3) 

其中，f^I为输入层的激励函数。 

隐含层第j个神经元的输入为 

xjH=Σi=1MwijHyiI---(4)]]>

其中 为输入层第i个神经元与隐含层第j个神经元之间的连接权值；M为输入层神经元个数。 

隐含层第j个神经元的输出为