工业废水重金属浓度在线监测与吸附工艺联动调控系统的制作方法

本发明涉及工业废水重金属浓度在线监测，具体涉及工业废水重金属浓度在线监测与吸附工艺联动调控系统。

背景技术：

1、工业废水中的重金属污染是环境治理领域的重点关注对象。在现有的废水处理工艺中，固定床吸附法因处理效率较高、操作相对简便而被广泛应用于含重金属工业废水的深度处理。随着环保排放标准日趋严格，对吸附工艺的运行状态进行实时监控并实现自动化调控，已成为行业内的普遍技术需求。

2、在在线监测过程中，由于吸附塔内非理想水力流动（如壁流、死区、沟流等）导致进出水流路重金属浓度传感器的采样时刻无法对应同一水团，使得实时监测的进出口浓度差值混入时基相位误差，该误差导致监测数据不能真实反映吸附剂对重金属的实时去除效果，进而影响基于监测数据进行的吸附剂容量估算和穿透预警的准确性。如何从在线监测的进出水浓度时间序列中准确分离水力流动非理想性对浓度衰减信号的干扰，获取真实的浓度衰减量，使容量估算结果与水力状态解耦，是当前在线监测技术中亟待解决的核心问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供工业废水重金属浓度在线监测与吸附工艺联动调控系统，以解决上述背景中问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、工业废水重金属浓度在线监测与吸附工艺联动调控系统，包括：

4、激励施加与同步数据采集模块，用于在吸附塔进水流路施加安全低频温度微扰作为激励信号，同步采集进水流路与出水流路的电导率响应信号，并同步采集进水流路与出水流路的重金属浓度信号；

5、流场停留时间分布辨识模块，用于根据进水流路电导率激励信号与出水流路电导率响应信号，通过互相关运算提取两信号间的特征时延参数，将特征时延参数所对应的互相关幅值序列进行归一化处理，获得反映吸附塔内流体实际流动状况的停留时间分布密度序列；

6、浓度信号时基重构模块，用于将步停留时间分布密度序列作为时基约束条件，对得出水流路重金属浓度信号进行逆变换重构处理，在逆变换重构处理中引入正则化约束项以抑制高频测量噪声放大，获得与进水流路重金属浓度采样时刻同步对齐的等效出水流路重金属浓度；

7、吸附剂剩余有效容量解算模块，用于将所得进水流路重金属浓度与等效出水流路重金属浓度在同一时刻进行对比运算，获得当前时刻的真实浓度衰减量，根据真实浓度衰减量与累积处理水量的积分运算获得吸附剂累积已耗容量，由吸附剂理论总容量减去吸附剂累积已耗容量得到吸附剂剩余有效容量；

8、穿透判别与切换指令输出模块，用于将吸附剂剩余有效容量与预设的安全切换阈值进行比较，当吸附剂剩余有效容量连续多次低于安全切换阈值时，发出吸附柱切换再生指令。

9、作为本发明进一步的方案：所述通过互相关运算提取两信号间的特征时延参数，具体包括：

10、对进水流路电导率激励信号与出水流路电导率响应信号进行互相关函数值的逐点解算，获得互相关函数值随预设时延量变化的完整函数曲线，并搜索完整函数曲线全局峰值所对应的时延量作为特征时延参数；

11、将特征时延参数所对应的互相关幅值序列进行归一化处理，获得反映吸附塔内流体实际流动状况的停留时间分布密度序列。

12、作为本发明进一步的方案：所述将特征时延参数所对应的互相关幅值序列进行归一化处理，获得反映吸附塔内流体实际流动状况的停留时间分布密度序列，具体包括：

13、以互相关函数曲线峰值位置为中心，截取预设时延窗宽内的互相关幅值序列，对截取所得幅值序列进行幅值归一化处理，使序列中各幅值在0至1范围内分布，经归一化后的幅值序列即为吸附塔内流体的停留时间分布密度序列。

14、作为本发明进一步的方案：所述等效出水流路重金属浓度的获取过程为：

15、以停留时间分布密度序列作为权重系数，将出水流路重金属浓度信号在当前时刻之前的预设时间窗内进行加权回溯叠加运算，获得初步重构浓度序列；

16、以初步重构浓度序列与进水流路重金属浓度序列构建偏差量，并将偏差量的二阶差分值作为正则化约束项叠加至偏差量上，形成包含平滑性约束的总偏差量；

17、以最小化总偏差量为目标，逐点调整初步重构浓度序列中各时刻的浓度值，使调整后的浓度序列与进水流路重金属浓度采样时刻同步对齐，将调整后的浓度序列作为等效出水流路重金属浓度。

18、作为本发明进一步的方案：所述获得初步重构浓度序列，具体包括：

19、根据停留时间分布密度序列所覆盖的时间跨度确定预设时间窗的窗长起点与终点；

20、从当前时刻起，沿时间回溯方向逐点遍历预设时间窗内的每一采样时刻，在每一采样时刻下，从停留时间分布密度序列中读取与对应时刻对应的密度幅值作为加权系数；

21、将出水流路重金属浓度信号在每一采样时刻下的浓度值与对应的加权系数相乘，获得每一采样时刻的加权浓度分量，由预设时间窗内所有采样时刻的加权浓度分量累加求和，将累加结果作为当前时刻的初步重构浓度序列输出。

22、作为本发明进一步的方案：所述进行对比运算，具体包括：

23、将进水流路重金属浓度与等效出水流路重金属浓度在同一时刻进行差值相减，得到当前时刻的初始浓度衰减量；

24、在当前时刻之前的连续多个历史采样时刻下，重复差值相减操作，获得由各历史采样时刻的初始浓度衰减量所组成的衰减量序列；

25、以衰减量序列在当前时刻之前连续三个采样时刻的衰减量变化趋势为调整基准，对当前时刻的初始浓度衰减量进行趋势一致性修正，使修正后的衰减量变化方向与调整基准保持一致，将修正后的衰减量作为真实浓度衰减量输出。

26、作为本发明进一步的方案：所述进行趋势一致性修正，具体包括：

27、以连续三个采样时刻的衰减量变化趋势作为调整基准，计算出调整基准所对应的方向指向值；

28、将当前时刻的初始浓度衰减量与前一时刻的初始浓度衰减量进行差值运算，获得当前时刻的变化方向值；

29、将变化方向值与方向指向值进行比对，若变化方向值与方向指向值同向，则将当前时刻的初始浓度衰减量直接作为修正后的衰减量输出；

30、若变化方向值与方向指向值反向，则以方向指向值所对应的变化步长叠加至前一时刻的修正后衰减量上，将叠加结果作为当前时刻修正后的衰减量输出，使修正后的衰减量变化方向与调整基准保持一致。

31、作为本发明进一步的方案：所述发出吸附柱切换再生指令，具体包括：

32、将当前时刻的吸附剂剩余有效容量与安全切换阈值进行数值比对，获得单次比对结果；

33、获取当前时刻之前连续多个历史时刻的单次比对结果，将当前时刻的单次比对结果与多个历史时刻的单次比对结果按时间顺序排列，形成比对结果序列；

34、统计比对结果序列中从当前时刻向前回溯时连续判定为低于安全切换阈值的累计次数；

35、当累计次数达到预设的次数下限值时，回溯判断累计次数所对应时间区间内吸附剂剩余有效容量的下降速率是否超过预设的变化速率值，若同时满足累计次数达到预设下限值且下降速率超过预设的变化速率值，则发出吸附柱切换再生指令。

36、本发明的有益效果：

37、（1）通过互相关运算在线辨识吸附塔内流体的实际停留时间分布密度序列，并以该停留时间分布密度序列作为时基约束条件对出水流路重金属浓度信号进行逆变换重构，使重构后的等效出水流路重金属浓度与进水流路重金属浓度在时间轴上严格对齐，消除了因吸附塔内壁流效应、死区及沟流等非理想流动工况下水力停留时间漂移所导致的进出口浓度采样时刻相位错位问题，使后续浓度衰减量的计算建立在同一物理时刻的水质比对基础之上，改善了负荷阶跃变化工况下因时基偏差引起的吸附剂剩余容量误判状况。

38、（2）通过以当前时刻之前连续三个采样时刻的衰减量变化趋势作为调整基准，对当前时刻初始浓度衰减量进行方向一致性修正，将变化方向与历史趋势反向的异常跳变值强制修正为与历史趋势同向的估值后再参与吸附剂累积已耗容量的积分运算，有效抑制了在线测量噪声和瞬时流体扰动对实时监测值的冲击，增强了在线监测系统在非理想水力工况下的抗干扰能力和输出平滑性，避免了个别异常监测点被积分累积后对吸附剂剩余有效容量计算结果产生的持续性偏差，改善了吸附柱切换指令在非稳态工况下的稳定性，使并列吸附塔的轮换再生时序得以按预设排产计划执行。

39、（3）本发明以在线同步采集的电导率和浓度信号为唯一数据源，通过时基重构与趋势修正两步处理，实现了对吸附柱穿透状态的在线可视化追踪与自动预警，将工艺切换决策从离线经验判断升级为在线数据驱动，有效提升了工业废水处理过程重金属浓度在线监控的全时段可靠性与动态响应能力，为吸附工艺的自动化运行提供了可实时自校正的监测数据支撑。