基于工艺模型的碳酸酯废水处理参数匹配方法及系统与流程

本发明涉及工业废水处理过程控制与工艺参数优化领域，尤其涉及基于工艺模型的碳酸酯废水处理参数匹配方法及系统。

背景技术：

1、碳酸酯生产、分离及设备清洗过程会形成含碳酸酯类有机物、醇类、副反应产物和盐分的废水。现有处理系统通常根据单项进水指标、固定阈值或操作人员经验设定药剂投加量、ph、反应温度、停留时间、曝气量和回流比，在进水组成和负荷相对稳定时能够维持基本运行。

2、当生产批次及工况切换时，废水流量、化学需氧量、ph、盐分、温度和有机组分会产生联动波动。单一时刻或单一节点的测量难以反映不同批次物料在调节、物化和生化处理单元中的混合与滞后，也难以将排放端组分与同批次到达生化单元后的呼吸响应对应，进而容易造成进水可生化性和抑制状态判断失真。

3、此外，处理单元剩余能力、设备边界与多项控制参数之间存在耦合，独立调整某一参数可能引发参数冲突、过量加药或过量曝气。实际结果偏离预测时，现有方法还难以判断偏差来自进水变化还是处理单元性能衰减，错误归因会引起控制振荡和出水波动。

4、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的基于工艺模型的碳酸酯废水处理参数匹配方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于工艺模型的碳酸酯废水处理参数匹配方法及系统，针对批次和工况切换时进水组分、污染负荷、可生化性、处理能力与设备边界非线性耦合，以及实际偏差来源难以区分的问题，以累计过水体积建立批次占比轨迹，完成同批次组分负荷与生化响应配对并估计进水负荷状态和处理单元剩余能力状态；将所述状态输入工艺模型，在出水、资源消耗、设备能力、安全及参数兼容约束下滚动求解可执行参数组合；再通过节点残差双通道路由修正对应状态并更新约束，从而形成与批次迁移和单元能力相适配的闭环参数匹配。

2、本发明提供了一种基于工艺模型的碳酸酯废水处理参数匹配方法，包括：

3、s1，采集碳酸酯废水排放端和处理节点的水质、流量、生化响应及设备运行数据，以累计过水体积作为物料坐标，建立带有生产批次标签的节点状态数据集；

4、s2，根据各处理单元的有效容积、进出流量、回流流量以及混合或停留特性，对所述节点状态数据集进行递推，得到各生产批次在各处理单元中的批次占比轨迹；

5、s3，依据所述批次占比轨迹，将排放端组分负荷与同一生产批次到达生化单元时的生化响应配对，并结合物料衡算和反应动力学处理得到进水负荷状态，根据处理节点的负荷去除量和设备出力得到各处理单元的剩余能力状态；

6、s4，将所述进水负荷状态和所述剩余能力状态作为工艺模型的状态输入，以预测出水边界、资源消耗目标、设备能力边界、安全边界以及处理参数之间的兼容关系为约束，滚动求解药剂投加量、ph、反应温度、停留时间、曝气量和回流比的可执行参数组合；

7、s5，执行当前控制段的所述可执行参数组合，按照所述批次占比轨迹将处理节点的实测结果与预测结果对齐而形成节点残差，根据节点残差沿物料轨迹的传播关系和不同生产批次在同一处理单元后的持续偏差关系，选择修正所述进水负荷状态、修正对应处理单元的剩余能力状态或扩大预测区间，并利用修正后的状态或预测区间更新约束后重新执行步骤s4。

8、可选的，s1包括：采集累计流量、化学需氧量、ph、盐分或电导率、温度、碳酸酯类有机物表征量、醇类表征量、副反应产物表征量、呼吸速率和设备运行数据；

9、依据生产排放切换信号和累计流量变化确定生产批次标签，并将各项数据的采集时刻映射至累计过水体积，以形成所述节点状态数据集；

10、当任一采集数据超出对应传感器的标定量程或连续采集值保持不变的时长超过设备维护记录中的允许时长时，将该采集数据标记为无效并保留其数据来源记录，使该无效数据不参与对应进水负荷状态或剩余能力状态的更新；

11、当该采集数据重新进入所述标定量程且连续采集值在所述允许时长内发生变化时，将该采集数据恢复为有效。

12、可选的，s2包括：针对每一处理单元，根据有效容积以及进出流量计算累计物料置换量，根据回流流量建立回流物料转移关系，并以完全混合模型、串联混合模型或由示踪试验记录确定的停留时间分布表征混合或停留特性；

13、将进入该处理单元的各生产批次占比与所述累计物料置换量、回流物料转移关系及混合或停留特性结合递推，使同一物料坐标下各生产批次占比之和为一，得到所述批次占比轨迹；

14、当流量中断时冻结累计物料置换量，并在流量恢复后由恢复时刻的累计流量继续递推；

15、进一步的，在流量数据被标记为无效、批次占比之和偏离一或递推结果超出处理单元的停留时间分布边界时，停止向后续步骤发布对应批次占比轨迹，保存异常状态记录并发出维护告警；

16、在重新取得有效流量数据且连续两个累计物料置换周期内批次占比之和均恢复为一后，解除所述维护告警，并发布恢复后的批次占比轨迹。

17、可选的，s3包括：利用所述批次占比轨迹对生化单元的呼吸速率进行加权分离，得到与各生产批次对应的呼吸响应增量；

18、将所述呼吸响应增量、排放端组分负荷、处理节点进出口负荷与反应动力学参数输入物料衡算关系，得到包括易生化负荷、难生化负荷和抑制系数的所述进水负荷状态；

19、根据处理节点的实测去除量与对应处理单元在设备标定工况下的可用出力之比确定能力占用率，将所述可用出力与所述能力占用率的乘积确定为已占用出力，并由所述可用出力扣除所述已占用出力，得到所述剩余能力状态。

20、可选的，s4包括：根据出水排放限值和预测误差区间确定所述预测出水边界，根据药剂单耗和曝气能耗确定所述资源消耗目标，根据设备额定出力及维护降额记录确定所述设备能力边界，根据药剂许可投加范围、ph许可范围、反应温度许可范围以及曝气设备联锁条件确定所述安全边界；

21、根据各处理单元的允许工况记录、设备联锁记录以及经历史处理结果验证的参数可行域确定所述兼容关系；

22、将药剂投加量、ph、反应温度、停留时间、曝气量和回流比输入工艺模型，剔除违反所述安全边界、设备能力边界或兼容关系的参数组合，并从其余参数组合中选取满足所述预测出水边界且资源消耗目标值最小的参数组合，作为所述可执行参数组合；

23、当允许工况记录、设备联锁记录或参数可行域中的任一数据不可用时，将对应处理参数限制在该处理单元最近一次通过历史处理结果验证的参数域内；

24、进一步的，将所述安全边界和设备能力边界设置为不允许引入松弛量的强约束，将所述资源消耗目标设置为允许引入非负松弛量并对所述非负松弛量施加惩罚权重的软约束；

25、在不存在满足所述强约束和预测出水边界的参数组合时，输出包括将进水流量下调至设备能力边界以内、延长停留时间和启用备用处理设备中的至少一项的安全回退指令，并禁止输出增大药剂投加量或曝气量而超过所述安全边界的参数组合。

26、可选的，s5包括：将同一生产批次对应的组分残差、呼吸残差、处理单元进出口负荷残差、设备出力偏差及偏差持续周期组成残差证据集；

27、当组分残差和呼吸残差沿所述批次占比轨迹依次出现在两个以上下游处理节点时，将修正量分配至所述进水负荷状态；

28、当不同生产批次在同一处理单元后连续出现同向负荷残差且设备出力偏差超出由设备标定误差确定的出力偏差边界时，将修正量分配至该处理单元的剩余能力状态；

29、当上述两个分配条件同时成立时，若所述组分残差和呼吸残差继续传播至该处理单元的下游处理节点，则仅修正所述进水负荷状态，否则仅修正该处理单元的剩余能力状态；

30、当上述两个分配条件均不成立时，不改变所述状态，记录扩大前的预测区间版本并按照残差证据集的离散程度扩大预测区间；

31、将采用所述扩大前的预测区间版本且出水满足预测出水边界的历史生产批次的残差证据集离散程度上限确定为恢复阈值，当连续两个后续生产批次的残差证据集离散程度均下降至所述恢复阈值以内，或者上述两个分配条件中的一个成立时，将预测区间恢复至所述扩大前的预测区间版本，且不放宽所述安全边界和设备能力边界；

32、进一步的，将每次状态修正的生产批次标签、物料坐标区间、残差证据集、修正对象、修正前状态、修正后状态和约束边界版本写入验证记录；

33、根据所述修正对象选择非对称收紧边界，其中，修正对象为进水负荷状态时收紧后续控制段的进水负荷上边界，修正对象为剩余能力状态时下调对应处理单元的设备出力上边界并收紧对应处理参数的变化率边界；

34、根据后续同批次实测结果与预测结果的偏差变化验证本次状态修正，并在偏差未减小时将约束边界恢复至所述约束边界版本对应的修正前边界。

35、另一方面，本发明还提供基于工艺模型的碳酸酯废水处理参数匹配系统，包括：

36、数据采集模块，用于执行步骤s1；轨迹递推模块，用于执行步骤s2；状态估计模块，用于执行步骤s3；参数匹配模块，用于执行步骤s4；反馈修正模块，用于执行步骤s5。

37、本发明的有益效果是：

38、1、以累计过水体积为物料坐标并结合处理单元容积、流量、回流及混合或停留特性递推批次占比轨迹，使排放端负荷、生化响应和处理结果能够按同一生产批次对齐，减少因水力滞后和批次混合导致的状态错配。

39、2、同时估计易生化负荷、难生化负荷、抑制状态和处理单元剩余能力，并在预测出水、资源消耗、设备能力、安全及参数兼容关系的共同约束下求解参数组合，使药剂投加、ph、温度、停留时间、曝气和回流控制相互协调。

40、3、根据节点残差沿物料轨迹的传播关系和跨批次同单元偏差路由修正对象，证据不足时仅扩大预测区间并保留恢复机制，能够降低错误归因引起的过量加药、过量曝气、控制振荡和出水波动。