[发明专利]一种电絮凝过程的优化控制方法及装置

说明书

本发明提供一种电絮凝过程的优化控制方法及装置，该方法包括：建立电絮凝过程杂质浓度与电流关系模型，采集工业数据对关系模型进行参数辨识；建立基于杂质去除率最高与处理成本最小两个冲突目标的多目标优化模型；引入自调整参数化方法和换向因子构建基于换向周期的优化模型；采用带评估准则的状态转移算法对电流和换向周期进行优化，获取工业设定值。本发明提供的优化控制方法，能够获得电流与换向周期的优化设定值，可以对电絮凝过程的电流与换向周期提供实时控制指导，对降低电耗，节约成本，稳定电絮凝过程的出口净化水质量具有重要的意义。

技术领域

本发明属于工业过程优化控制领域，具体涉及一种电絮凝过程的优化控制方法及装置。

背景技术

工业废水是当前水体环境污染的主要来源，尤其是废水中所含有的镉、钴、镍等一类重金属污染物具有致癌致畸等巨大危害。电絮凝过程是一种绿色有效的处理工业废水的方法，通过给铁极板通电发生电极反应，析出电生铁离子扩散至溶液中与污染物在反应器内部发生复杂的氧化还原反应，水解反应以及物理吸附反应，形成难溶性絮状物并沉淀达到净化水的作用。

在电絮凝过程中，电流的设定对污染物的有效去除起着关键性的作用。在实际废水处理过程中，为了保证出口废水中污染物含量达标，操作人员凭人工经验进行电流调控来保持电絮凝过程高功耗的运行。但会造成电能的浪费和出口净化水质量的不稳定。除此之外，电流长时间的单向运行会造成阳极的钝化和阴极的极化，影响电流在阴阳极之间的有效传输，同时还会造成电生絮凝剂的返溶，影响处理效率。电流换向是一种保持电极稳定运行的有效方法，但换向周期的不确定性影响着上述额外反应的产生，同时也影响着电流的调控。

因此，亟需考虑并分析电流、换向周期与杂质去除效率、处理成本的关系，研究电流与换向周期的优化方法，确定最优电流设定值和换向周期，对工业废水的稳定达标排放和降低能源的浪费具有重要的作用，从而规范指导企业生产实际中的动态调整，从各方面最大化提高企业效益。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了至少部分地克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种电絮凝过程的优化控制方法及装置，用于自动根据实际情况确定电絮凝过程中更合理和准确的电流和换向周期，避免人工调节而造成的高功耗，以及净化后的废水不能稳定达标的问题。

(二)技术方案

本发明公开了一种电絮凝过程的优化控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：构建电絮凝过程杂质浓度与电流的机理关系模型，采集工业数据对模型进行参数辨识和验证；其中，所述机理关系模型是根据物料守恒原理、朗缪尔方程、法拉第定律构建的模型，表示如下：

其中，上标j＝1,2,…,N是多级的电絮凝反应器数目标号，分别是反应器中杂质浓度，溶解氧浓度，氢氧根浓度，是反应器入口杂质浓度，是反应器电压，i^j是电流密度，Q^j是流量，V^j是反应器体积，A^j是极板面积，F是法拉第常数，z是转移电荷数，σ^j是电导率，是待辨识工业参数，“:＝”表示“定义为…函数”；

步骤S2：基于电絮凝的所述机理关系模型和杂质去除率最高与处理成本最小两个冲突目标，构建电絮凝过程动态多目标优化模型；

步骤S3：提出间隔自调整参数化方法和换向因子，并引入到所述电絮凝过程动态多目标优化模型中构建基于换向周期的优化模型；

步骤S4：采用多目标状态转移算法对电流和换向周期进行优化，得到非支配解集，然后运行评估准则获取评估值，选取最小的评估值对应的电流和换向周期作为工业设定值。