一种污水处理的加药控制方法及装置与流程

本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种污水处理的加药控制方法及装置。

背景技术：

1、目前化工园区污水处理普遍采用的人工经验加药、固定参数pid加药及传统智能加药技术，相关技术中的控制方法完全依赖实时或准实时数据进行反馈控制，滞后化验数据因时间错位而无法直接参与在线模型运算，导致模型长期运行后缺乏真值校准，工况漂移累积、控制精度衰减，运维人员为规避超标风险被迫采用过量投加的保守策略，造成药剂严重浪费。此外，混凝剂、絮凝剂、碳源、除氟剂、ph调节剂等多药剂独立投加，现有技术未量化、未利用药剂间的协同增效与拮抗抑制作用，易出现部分药剂相互拮抗、处理效率下降的问题，进一步增加药耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种污水处理的加药控制方法及装置，当前周期预测下一周期的水质，提前投药处理，对水质处理更加及时。多药剂药效耦合矩阵消除了因忽视拮抗效应而造成的药剂冗余浪费，降低药耗。耦合矩阵系数随每次新化验数据不断迭代更新，在水质波动中保持最佳控制状态，提高加药准确率。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种污水处理的加药控制方法，包括：

3、获取当前周期的污水处理各工艺段的工况数据，所述工况数据包括采集的测量数据和参考的化验数据，所述测量数据至少包括污水的流量、ph值及水质数据中的一种；

4、根据所述测量数据预测下一周期的水质趋势参数；

5、根据所述下一周期的水质趋势参数和当前周期的多药剂药效的耦合矩阵确定优化投加量；

6、输出所述优化投加量至加药执行机构；

7、根据所述化验数据的采样周期，确定所述采样周期对应的历史测量数据，所述采样周期为当前周期之前的周期；

8、根据所述历史测量数据与当前的耦合矩阵确定预测水质值，将所述预测水质值与所述化验数据比对得到偏差；

9、根据所述偏差更新下一周期的所述耦合矩阵的系数。

10、另一方面，获取当前周期的污水处理各工艺段的工况数据之后，还包括：

11、对所述工况数据中的高频采集数据采用3σ准则剔除瞬时异常值；

12、对所述工况数据中的低频采集数据采用前一有效值保持法填补采样间隔内的空缺，所述高频采集数据的采集频率高于所述低频采集数据的采集频率；

13、对未配置在线分析仪表的工艺段水质参数，以最近一次离线化验数据作为采集数据；

14、将不同频率的采集数据统一对齐至同一时间戳网格，并进行归一化处理。

15、另一方面，根据所述测量数据预测下一周期的水质趋势参数，包括：

16、将所述测量数据输入至时序预测模型，所述时序预测模型的输入为预设时间窗口内的测量数据，输出为未来预设分钟内的水质预测值，所述水质预测值作为所述水质趋势参数；

17、所述时序预测模型还用于在离线预训练后，每次接收到新的化验数据时，基于所述化验数据进行更新。

18、另一方面，根据所述下一周期的水质趋势参数和当前周期的多药剂药效的耦合矩阵确定优化投加量，包括：

19、将所述水质趋势参数代入预设的药剂降解动力学公式，确定各药剂的理论投加量；

20、利用所述耦合矩阵对所述理论投加量进行修正，得到优化投加量；

21、其中，所述耦合矩阵为n阶方阵，对角线元素为各药剂独立药效系数，非对角线元素为各药剂间的拮抗抑制系数或协同增效系数，所述耦合矩阵的标定过程为：

22、分别进行单药剂投加实验和多药剂联用实验，对比相同工况下单药剂与组合药剂的处理效果差异，通过最小二乘法拟合得到各药剂间的拮抗抑制系数和协同增效系数。

23、另一方面，根据化验室上传的化验数据的采样周期，确定所述采样周期对应的历史测量数据，包括：

24、确定所述化验数据对应的水样采集时间戳，根据当前时刻与所述采集时间戳计算滞后时长；

25、从时滞缓存器中回溯提取所述采集时间戳对应的历史测量数据，所述历史测量数据包括所述采集时间戳对应的进水工况数据及各药剂实际投加量，所述时滞缓存器用于持续存储每个控制周期的进水工况数据、各药剂的优化投加量及对应时间戳。

26、另一方面，根据所述历史测量数据与当前的耦合矩阵确定预测水质值，将所述预测水质值与所述化验数据比对得到偏差，包括：

27、确定当前的耦合矩阵；

28、根据回溯的所述历史测量数据及所述耦合矩阵，确定所述采集时间戳的预测水质值；

29、将所述预测水质值与所述化验数据进行比对，计算所述预测水质值与所述化验数据之间的偏差。

30、另一方面，根据所述偏差更新下一周期的所述耦合矩阵的系数，包括：

31、采用带遗忘因子的递推最小二乘法，根据所述偏差更新所述耦合矩阵的系数；

32、所述带遗忘因子的递推最小二乘法的更新公式为：

33、；

34、；

35、；

36、其中，为更新后的耦合矩阵系数向量，为待更新的耦合矩阵系数向量，为t时刻的增益矩阵，为偏差，为t-1时刻的协方差矩阵，为t时刻的回溯工况数据向量，为遗忘因子，为t时刻的回溯工况数据向量的转置。

37、另一方面，还包括：

38、根据所述水质趋势参数确定变异系数；

39、当所述变异系数小于第一阈值时判定为稳定工况，保持加药执行机构的当前控制参数不变；

40、当所述变异系数大于或等于所述第一阈值且小于第二阈值时判定为轻度冲击，将加药执行机构的比例-积分-微分控制参数中的比例增益降低第一比例；

41、当所述变异系数大于或等于所述第二阈值且小于第三阈值时判定为中度冲击，将所述比例增益降低第二比例，并将积分时间延长预设时长；

42、当所述变异系数大于或等于所述第三阈值时判定为重度冲击，切换至保守加药模式。

43、另一方面，还包括：

44、当所述测量数据与基于历史时序数据预测值的残差超过预设倍数标准差阈值时，基于历史同类工况参数生成兜底加药量；

45、停止输出所述优化投加量至所述加药执行机构，并输出所述兜底加药量至所述加药执行机构。

46、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种污水处理的加药控制装置，包括：

47、存储器，用于存储计算机程序；

48、处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述的污水处理的加药控制方法的步骤。

49、本技术提供了一种污水处理的加药控制方法及装置，涉及污水处理领域，包括：根据当前周期的测量数据预测下一周期的水质趋势参数；根据下一周期的水质趋势参数和当前周期的多药剂药效的耦合矩阵确定优化投加量并输出至加药执行机构；确定化验数据的采样周期对应的历史测量数据；根据历史测量数据与当前的耦合矩阵确定预测水质值，并与化验数据比对得到偏差；根据偏差更新下一周期的耦合矩阵的系数。当前周期预测下一周期的水质，提前投药处理，对水质处理更加及时。多药剂药效耦合矩阵消除了因忽视拮抗效应而造成的药剂冗余浪费，降低药耗。耦合矩阵系数随每次新化验数据不断迭代更新，在水质波动中保持最佳控制状态，提高加药准确率。