污水处理内回流比安全优化控制方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及计算机，特别涉及污水处理内回流比安全优化控制方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、在a/o（anoxic/oxic，缺氧/好氧）、a²/o（anaerobic-anoxic-oxic，厌氧-缺氧-好氧）及改良型生物脱氮等污水处理工艺中，为了使好氧区产生的硝态氮返回缺氧环境参加反硝化，a/o、a²/o等分区式工艺通常设置硝化液内回流或混合液内回流，其回流量与进水量的比值通常称为内回流比。内回流比过低时，进入缺氧段的硝态氮不足或回流不及时，可能导致硝态氮去除不充分、出水总氮升高；内回流比过高时，会将好氧段较高溶解氧带入缺氧段，破坏缺氧环境，同时增加内回流泵能耗，并可能造成缺氧段碳源被氧气优先消耗，反而削弱反硝化效果。

2、在现有内回流比控制方式中：1）部分方式按照经验值设置固定内回流比，例如长期将内回流量设定为进水流量的若干倍。实现简单，但适应性较差。2）部分方式采用单变量反馈控制，例如主要根据缺氧段硝态氮、好氧末端硝态氮或出水总氮偏差来调整内回流比。虽然具备一定自动调节能力，但存在反馈滞后和判断片面的问题。3）部分采用人工经验调节，不同人员的经验差异较大，调节动作缺少统一量化依据，存在不可复制和难以追溯的问题。4）还有单纯引入智能模型或数据驱动优化方法的实现方式，但存在现场上线风险，因污水处理过程具有滞后性、非线性和强安全约束特点，模型直接作用于工业现场的话，难以满足工业现场连续稳定运行的要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供污水处理内回流比安全优化控制方法、装置、设备及介质，能够解决现有相关方案中存在的固定内回流比适应性差、单变量反馈滞后、人工经验不可复制以及智能模型上线风险高的问题，从而能够在保证工业现场安全的前提下，提高总氮去除稳定性和内回流比控制的工程适配性、准确性、全面性以及可靠性，并降低不必要的内回流能耗，进而满足工业现场连续稳定运行的要求。其具体方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种污水处理内回流比安全优化控制方法，包括：

3、采集污水处理系统的工况参数，并基于所述工况参数构建反硝化菌活性指数；所述工况参数包括硝态氮浓度、内回流流量、溶解氧以及碳源相关参数；所述反硝化菌活性指数用于表征缺氧段反硝化菌对回流硝态氮的处理能力；

4、根据所述反硝化菌活性指数和缺氧段水力停留时间确定缺氧段硝态氮承载能力；所述硝态氮承载能力用于表征当前缺氧段可处理的回流硝态氮负荷上限；

5、根据所述内回流流量和所述硝态氮浓度确定当前硝态氮回流负荷，并将所述硝态氮回流负荷与所述硝态氮承载能力进行比较，以确定活性负荷匹配系数；

6、基于所述反硝化菌活性指数、所述活性负荷匹配系数以及预设控制优化策略确定用于内回流比控制的候选动作；所述候选动作包括内回流比增量、内回流泵频率增量以及内回流阀门开度增量中的一种或多种；

7、利用反硝化菌活性指数约束、溶解氧约束、碳源约束、内回流比限制信息以及内回流设备安全状态构建当前工况的安全可行域，并基于所述安全可行域对所述候选动作进行安全投影处理，以确定处理后的目标动作；

8、根据所述反硝化菌活性指数以及缺氧段工况判断当前是否满足预设智能控制条件，并当是时，根据所述目标动作控制内回流设备执行调节。

9、可选的，所述采集污水处理系统的工况参数，包括：

10、在污水处理系统的运行过程中，基于预设采集周期和若干个测点采集污水处理系统的工况参数；所述工况参数包括硝态氮浓度、内回流流量、好氧段溶解氧、缺氧段溶解氧、缺氧段化学需氧量、活性污泥浓度、进水流量、温度、ph、氧化还原电位、内回流设备运行状态以及碳源相关参数。

11、可选的，所述基于所述工况参数构建反硝化菌活性指数，包括：

12、对所述工况参数进行时间对齐，以确定对齐后工况参数；

13、对所述对齐后工况参数中的异常数据进行质量标识，以确定标识后工况数据；所述异常数据包括缺失值、突变值、超量程值、仪表维护值以及通信中断值；

14、根据所述标识后工况数据分别确定碳源因子、污泥活性因子、缺氧环境因子、温度修正因子、ph修正因子以及氧化还原电位修正因子；

15、基于所述碳源因子、所述污泥活性因子、所述缺氧环境因子、所述温度修正因子、所述ph修正因子以及所述氧化还原电位修正因子确定所述反硝化菌活性指数；

16、其中，所述碳源因子用于表征缺氧段可利用碳源相对于回流硝态氮负荷的充足程度；所述污泥活性因子用于表征反硝化菌所在活性污泥系统的生物反应能力；所述缺氧环境因子用于表征缺氧段溶解氧对反硝化菌活性的抑制程度；所述温度修正因子用于表征环境温度对反硝化菌活性的影响；所述ph修正因子用于表征环境ph对反硝化菌活性的影响；所述氧化还原电位修正因子用于表征环境氧化还原电位对反硝化菌活性的影响。

17、可选的，所述根据所述反硝化菌活性指数和缺氧段水力停留时间确定缺氧段硝态氮承载能力，包括：

18、根据所述反硝化菌活性指数、缺氧段水力停留时间以及反硝化能力折算系数确定所述缺氧段硝态氮承载能力；

19、相应地，所述根据所述内回流流量和所述硝态氮浓度确定当前硝态氮回流负荷，并将所述硝态氮回流负荷与所述硝态氮承载能力进行比较，以确定活性负荷匹配系数，包括：

20、根据所述内回流流量与所述硝态氮浓度的乘积确定当前硝态氮回流负荷；

21、对比所述硝态氮回流负荷与所述硝态氮承载能力以确定目标比值，并将所述目标比值确定为活性负荷匹配系数。

22、可选的，所述利用反硝化菌活性指数约束、溶解氧约束、碳源约束、内回流比限制信息以及内回流设备安全状态构建当前工况的安全可行域，并基于所述安全可行域对所述候选动作进行安全投影处理，以确定处理后的目标动作，包括：

23、根据内回流比限制信息以及内回流设备安全状态确定设备可执行动作范围；

24、基于反硝化菌活性指数约束、所述设备可执行动作范围、溶解氧约束、碳源约束以及活性负荷匹配系数上限，确定当前工况的安全可行域；其中，所述反硝化菌活性指数约束包括反硝化菌活性阈值；所述溶解氧约束包括缺氧段溶解氧上限；所述碳源约束包括碳源因子阈值；

25、分别判断各所述候选动作是否位于所述安全可行域内，以确定动作判断结果；

26、若所述动作判断结果表明位于所述安全可行域内，则将对应的所述候选动作确定为目标动作；

27、若所述动作判断结果表明不位于所述安全可行域内，则将对应的所述候选动作投影至所述安全可行域内距离最近的动作，以得到目标动作；

28、若各所述动作判断结果均表明不位于所述安全可行域内，则切换至传统控制方式生成用于内回流比控制的所述目标动作。

29、可选的，所述根据所述反硝化菌活性指数以及缺氧段工况判断当前是否满足预设智能控制条件，包括：

30、判断所述反硝化菌活性指数是否小于预设活性阈值，以确定第一判断结果；

31、基于所述工况参数确定缺氧段工况，并利用所述缺氧段工况和/或所述候选动作对应的策略置信度判断当前是否满足预设条件，以确定第二判断结果；

32、判断当前是否存在测点异常情况，以确定第三判断结果；所述测点异常情况包括测点缺失、测点数据超量程以及测点数据的质量标识异常；

33、对所述候选动作进行短时效果预测，并判断得到的动作风险预测评分是否大于预设风险阈值，以确定第四判断结果；

34、基于所述第一判断结果、所述第二判断结果、所述第三判断结果以及所述第四判断结果确定当前是否满足预设智能控制条件。

35、可选的，所述方法还包括：

36、采集所述污水处理系统的历史运行数据，并基于所述历史运行数据构建包含所述工况参数、历史动作、反硝化菌活性指数变化、水质效果数据以及能耗效果数据的离线训练样本集；

37、根据所述离线训练样本集中各所述历史动作在相似反硝化菌活性指数状态下对应的所述水质效果数据和所述能耗效果数据，确定各所述历史动作的动作优势值；

38、以优先学习高动作优势值对应的所述历史动作为目标，并引入动作范围约束以及安全边界约束训练所述预设控制优化策略，得到训练后的所述预设控制优化策略，以便利用所述训练后的所述预设控制优化策略重新参与内回流比安全优化控制。

39、第二方面，本技术提供了一种污水处理内回流比安全优化控制装置，包括：

40、活性指数构建模块，用于采集污水处理系统的工况参数，并基于所述工况参数构建反硝化菌活性指数；所述工况参数包括硝态氮浓度、内回流流量、溶解氧以及碳源相关参数；所述反硝化菌活性指数用于表征缺氧段反硝化菌对回流硝态氮的处理能力；

41、能力确定模块，用于根据所述反硝化菌活性指数和缺氧段水力停留时间确定缺氧段硝态氮承载能力；所述硝态氮承载能力用于表征当前缺氧段可处理的回流硝态氮负荷上限；

42、匹配系数确定模块，用于根据所述内回流流量和所述硝态氮浓度确定当前硝态氮回流负荷，并将所述硝态氮回流负荷与所述硝态氮承载能力进行比较，以确定活性负荷匹配系数；

43、候选动作确定模块，用于基于所述反硝化菌活性指数、所述活性负荷匹配系数以及预设控制优化策略确定用于内回流比控制的候选动作；所述候选动作包括内回流比增量、内回流泵频率增量以及内回流阀门开度增量中的一种或多种；

44、动作安全约束模块，用于利用反硝化菌活性指数约束、溶解氧约束、碳源约束、内回流比限制信息以及内回流设备安全状态构建当前工况的安全可行域，并基于所述安全可行域对所述候选动作进行安全投影处理，以确定处理后的目标动作；

45、内回流比控制模块，用于根据所述反硝化菌活性指数以及缺氧段工况判断当前是否满足预设智能控制条件，并当是时，根据所述目标动作控制内回流设备执行调节。

46、第三方面，本技术提供了一种电子设备，包括：

47、存储器，用于保存计算机程序；

48、处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述的污水处理内回流比安全优化控制方法的步骤。

49、第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的污水处理内回流比安全优化控制方法的步骤。

50、可见，本技术中，采集污水处理系统的工况参数，并基于所述工况参数构建反硝化菌活性指数；所述工况参数包括硝态氮浓度、内回流流量、溶解氧以及碳源相关参数；所述反硝化菌活性指数用于表征缺氧段反硝化菌对回流硝态氮的处理能力；根据所述反硝化菌活性指数和缺氧段水力停留时间确定缺氧段硝态氮承载能力；所述硝态氮承载能力用于表征当前缺氧段可处理的回流硝态氮负荷上限；根据所述内回流流量和所述硝态氮浓度确定当前硝态氮回流负荷，并将所述硝态氮回流负荷与所述硝态氮承载能力进行比较，以确定活性负荷匹配系数；基于所述反硝化菌活性指数、所述活性负荷匹配系数以及预设控制优化策略确定用于内回流比控制的候选动作；所述候选动作包括内回流比增量、内回流泵频率增量以及内回流阀门开度增量中的一种或多种；利用反硝化菌活性指数约束、溶解氧约束、碳源约束、内回流比限制信息以及内回流设备安全状态构建当前工况的安全可行域，并基于所述安全可行域对所述候选动作进行安全投影处理，以确定处理后的目标动作；根据所述反硝化菌活性指数以及缺氧段工况判断当前是否满足预设智能控制条件，并当是时，根据所述目标动作控制内回流设备执行调节。

51、也即，本技术中先采集污水处理系统的工况参数以构建反硝化菌活性指数；然后，根据反硝化菌活性指数和缺氧段水力停留时间确定缺氧段硝态氮承载能力，根据内回流流量和硝态氮浓度确定当前硝态氮回流负荷，并通过比较硝态氮回流负荷和硝态氮承载能力确定活性负荷匹配系数；之后，基于反硝化菌活性指数、活性负荷匹配系数及预设控制优化策略确定用于内回流比控制的候选动作；之后，利用反硝化菌活性指数约束、溶解氧约束、碳源约束、内回流比限制信息及内回流设备安全状态构建当前工况的安全可行域，对候选动作进行安全投影处理以确定目标动作；最后，根据反硝化菌活性指数及缺氧段工况判断当前是否满足预设智能控制条件，并当是时执行目标动作。这样一来，能够解决现有相关方案中存在的固定内回流比适应性差、单变量反馈滞后、人工经验不可复制以及智能模型上线风险高的问题，从而能够在保证工业现场安全的前提下，提高总氮去除稳定性和内回流比控制的工程适配性、准确性、全面性以及可靠性，并降低不必要的内回流能耗，进而满足工业现场连续稳定运行的要求。