[发明专利]一种用于重金属废水处理过程的多工况协调优化方法

权利要求书

1.一种用于重金属废水处理过程的多工况协调优化方法，其特征在于：所述重金属废水处理过程为将化学絮凝与电化学处理结合的处理过程；所述多工况协调优化方法包括下述步骤：

步骤1：针对废水处理过程非线性、多工况的特点，用FCM算法对历史数据进行模糊分类；针对各工况，基于LSSVR方法建立反映污水处理过程入口重金属离子浓度、出口重金属离子浓度、入口流量、药剂添加量和电流密度之间关系的过程模型，并根据当前工况与各工况的匹配程度，采用加权求和多模型合成机制得到：

C_out,m＝f_m(C_in,m,C_c,n,Q,i) (1)

其中，m＝1,2,3,4分别指代与Pb，Cd，As和Ni相对应的量；C_out,m表示出口处m物质的浓度值，mg/L；C_in,m表示入口处m物质的浓度值，mg/L；f_m为基于LSSVR建立的重金属废水处理过程模型；n＝1,2,3,4分别指代与絮凝沉淀池添加的药剂NaClO、NaOH、FeSO₄、PAM相对应的量，C_c,n表示添加的n药剂的质量，Kg；Q为入口流量，m³；i为电流密度，A/m²；

步骤2：建立电化学处理废水过程中的电能消耗模型为：

其中,C_e为电能消耗量，单位Kw/h；N为电解槽数；B为阴极板数；S为每块阴极板的截面积，单位m²；V为槽电压，单位V；t为电解时间，单位h；

步骤3：根据入口参数，建立如下废水处理过程的协调优化模型，使得在出口重金属离子浓度满足预设阀值的情况下电能消耗和药剂消耗产生的总成本最小，其中所述入口参数包括Pb，Cd，As和Ni的入口浓度和入口流量；

其中,ω_c,n为权重值，n＝1,2,3,4表示与药剂NaClO、NaOH、FeSO₄、PAM相对应的权值，ω₅表示与电耗相对应的权值；根据不同工况对污水处理过程有不同的预期目标，取不同权值；C_max,m为出口处m物质的排放指标值；

步骤4：对步骤3中的废水处理过程的协调优化模型采用NSGA-Ⅱ算法求解，从而得到在出口重金属离子浓度满足预设阀值的情况下电能消耗和药剂消耗产生的成本最小下的理想电流密度值和加药量。

2.根据权利要求1所述的一种用于重金属废水处理过程的多工况协调优化方法,其特征在于：步骤1中，多模型在线建模方案中由工况识别机制计算输入向量x_i属于第j工况的隶属度u_ij，作为局部模型输出的权值，表征当前工况与各工况匹配的程度；

其中，x_i为第i个输入向量；u_ij为输入x_i属于第j工况的隶属度；m为模糊权重指数；v_j为第j类的聚类中心。

3.根据权利要求2所述的一种用于重金属废水处理过程的多工况协调优化方法,其特征在于：步骤1中，多模型在线建模方案中利用隶属度函数，迭代算法将有限的数据集分别聚类的方法；FCM用值在(0，1)间的随机数初始化隶属矩阵u_ij，使其满足的约束条件，给定类别数c，模糊权重指数m；用式(4)计算c个聚类中心，即初始聚类中心v_j；计算模糊聚类目标函数值，如果小于某一确定阈值，或者它相对上一次的价值函数值的改变量小于某一阈值，则算法停止；用式(5)更新隶属度矩阵u_ij，重复以上步骤。