[发明专利]一种用于厌氧过程挥发性脂肪酸超标预警的复合算法

说明书

本发明提出了一种用于厌氧过程挥发性脂肪酸超标预警的复合算法，包括：采集样本数据集，建立决策表；根据决策表中的样本数据集，进行主成分分析，获得主成分表及初始因子载荷矩阵表；根据主成分表及初始因子载荷矩阵表，计算特征向量，并计算获得每个指标在整体数据中的占比；选取占比数据中占比高的指标值，将指标值对应的数据集中的断点离散化，选取断点并形成相应的区间；生成初始规则集，根据初始规则集及所述区间，生成反应器的最终规则集；将参与粗糙集挖掘的数据作为测试集，利用所述最终规则集进行测试评估，获得反应器的三个决策值范围正确分类率，通过粗糙集进行挥发性脂肪酸超标的预警。

技术领域

本发明涉及厌氧预警技术领域，尤指一种用于厌氧过程挥发性脂肪酸超标预警的复合算法。

背景技术

厌氧消化过程是一个非常复杂的涉及微生物细胞内部大量的、多步骤的微观生物化学反应过程和厌氧反应器内固-液-气三相间宏观质量传递、热量传递和能量传递的过程。发酵过程包含复杂的参数，且各参数之间高度耦合、相互影响。对发酵过程进行监测控制，有利于促进发酵效率并提高厌氧发酵过程的稳定性和安全性。由于厌氧反应器内存在多种缓冲体系，对于酸碱度的缓冲作用使得指示性指标——挥发性脂肪酸(VFA_s,volatilefatty acids)在一定程度内的积累不能在pH上得到及时反映，因此直接测量并控制VFAs指标值在合理范围内成为厌氧反应器运行控制的有效方法，VFA_s的检测方法及其检测效率也成为能否及时判断厌氧工艺运行状态的关键。

在厌氧反应系统中，酸化细菌和产甲烷菌处于共生状态，产甲烷菌利用酸化细菌分解有机物产生的挥发性脂肪酸(VFA_s,volatile fatty acids)作为代谢物，分解产生甲烷、二氧化碳等物质，同时产生碱度，在运行良好的厌氧系统中，酸化细菌产生的有机酸和产甲烷菌产生的碱度处于相对平衡的状态，这使得厌氧消化液的pH值维持在稳定的范围内，满足微生物正常代谢所需的酸碱环境。但当由于某种原因导致甲烷菌对挥发性脂肪酸的利用率降低时(如温度波动、负荷冲击、毒性物质的影响)就会造成VFA_s的积累，当这种积累持续进行到一定程度时，酸碱平衡就很容易被打破，此时发酵液的pH会突然下降导致“酸败”现象的出现，一旦出现酸败，反应器内的甲烷菌群活性将受到严重抑制，重建酸化菌和甲烷菌的生态平衡将耗费大量的时间和投入大量的药品，实际工程中多采取清空厌氧反应器，重新接种污泥再启动的措施，这将影响正常的污水处理工艺，甚至导致整个污水处理系统的瘫痪，使企业蒙受巨大经济损失和环境管理风险。因此，连续监测VFA_s指标也就成为众多厌氧系统运行过程中重要的一项工作。而对VFAs的检测仅仅能够表征系统运行的历史或既成事实，并且厌氧运行过程是一个复杂的生化反应过程，VFAs的变化受多因素影响，通过指标之间的关系指示VFAs在可预见周期内的水平是否会超过安全阈值，可以作为一种必要的预警机制以保证厌氧反应过程的稳定和安全。

传统的使用化学分析或者仪器测定VFAs包括蒸馏法、比色法，气象色谱法、滴定法等。此外，以神经网络、模糊控制理论、支持向量机等为代表的各类数学算法的软测量方式也成为这个领域的一个分支，国内外也有学者对该参数的软测量做过研究工作。

蒸馏法、滴定法等传统的化学分析方法需要人工取样分析，分析频率低，受化验分析人员操作的影响，分析结果的重复性、重现性不能保证；气相色谱法、比色法等通过仪器测定的方法自动化程度低，需要人工采样并做样品的预处理后才能够上机测试。上述物化方法对VFA_s的测试只反映反应器内已经发生了的过程，不能反映未来一个周期该指标可能的水平。