CN110655176A - 一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，包括以下步骤：步骤S1：获得进水的流量和负荷；步骤S2：对流量和负荷进行第一次聚类；步骤S3：基于第一次聚类的结果计算曝气池水力停留总的时段的个数N；步骤S4：获得前N‑1个时段的进水的温度、DO和MLSS；步骤S5：对温度、DO、MLSS和第一次聚类的结果进行第二次聚类；步骤S6：基于第二次聚类的结果和氨氮指标数据，通过ASM模型得到理论曝气量；步骤S7：基于理论曝气量，进行曝气量控制。与现有技术相比，通过前馈动态对曝气量的阶梯划分，降低溶解氧的波动，从而能够减少能耗，同时有效保证了出水水质的稳定达标。

Description

一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是涉及一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法。
背景技术
污水的生物处理过程伴随着一系列复杂的生物化学反应，而溶解氧的控制是一个非常关键的环节。一方面，微生物只有在适宜的溶解氧条件下才能维持自身生长繁殖的需要，进而完成一系列脱氮除磷过程，使出水达标排放；另一方面，曝气是污水处理厂主要的能耗单元，曝气的电耗占污水处理厂总电耗的60％以上。因此，在污水处理过程中通过控制曝气量来控制池中溶解氧水平，对提高污水处理效能，实现污水处理厂节能降耗运行具有重要意义。
目前水厂大多采用后反馈控制来实现，为了达到出水水质稳定达标，采用过量恒定曝气，过量曝气不仅造成能耗的浪费而且会影响前置的缺氧环境影响反硝化作用，导致总氮去除率下降。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：获得进水的流量和负荷；
步骤S2：对流量和负荷进行第一次聚类；
步骤S3：基于第一次聚类的结果计算曝气池水力停留总的时段的个数N；
步骤S4：获得前N-1个时段的进水的温度、DO和MLSS；
步骤S5：对温度、DO、MLSS和第一次聚类的结果进行第二次聚类；
步骤S6：基于第二次聚类的结果和氨氮指标数据，通过ASM模型得到理论曝气量；
步骤S7：基于理论曝气量，进行曝气量控制。
所述进水的负荷包括COD、TP、TN和氨氮。
所述步骤S3包括：
步骤S31：计算第一次聚类的结果的每个分级的曝气池水力停留时间；
步骤S32：基于第一次聚类的结果的每个分级的曝气池水力停留时间，得到曝气池水力停留总的时段的个数N。
所述的时段以小时为单位。
计算所述曝气池水力停留总的时段的个数N时，若余数小于30min，则舍去；若余数大于30min，则记为一个小时。
所述的步骤S4包括：
步骤S41：以15min的采样间隔采集初始温度、初始DO和初始MLSS；
步骤S42：将一个小时内的4组初始温度、初始DO和初始MLSS合并，获得前N-1个时段的进水的温度、DO和MLSS。
所述第一次聚类和第二次聚类的算法均为K-means聚类算法。
所述的ASM模型为ASM2模型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)获得前N-1个时段的进水的温度、DO和MLSS，通过两次聚类算法得到理论曝气量，进行曝气量控制；基于前馈控制，解决了污水处理中曝气池曝气量控制滞后问题，避免过量恒定曝气，不会导致总氮去除率下降。
(2)通过前馈动态对曝气量的阶梯划分，降低溶解氧的波动，从而能够减少能耗，同时有效保证了出水水质的稳定达标。
(3)通过两次聚类算法，使聚类结果更加精确。
(4)参与聚类的输入包括进水的流量、负荷、温度、DO和MLSS，覆盖范围广，使理论曝气量更具说服力。
(5)以15min的采样间隔采集初始温度、初始DO和初始MLSS，平衡了采样数据的准确性和采样次数之间的关系。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本实施例提供一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获得进水的流量和负荷；
步骤S2：对流量和负荷进行第一次聚类；
步骤S3：基于第一次聚类的结果计算曝气池水力停留总的时段的个数N；
步骤S4：获得前N-1个时段的进水的温度、DO(溶解氧)和MLSS(混合液悬浮固体浓度)；
步骤S5：对温度、DO、MLSS和第一次聚类的结果进行第二次聚类；
步骤S6：基于第二次聚类的结果和氨氮指标数据，通过ASM模型(活性污泥模型)得到理论曝气量；
步骤S7：基于理论曝气量，进行曝气量控制。
本实施例基于前馈控制，解决了污水处理中曝气池曝气量控制滞后问题，避免过量恒定曝气，不会导致总氮去除率下降。
进一步地：
步骤S1和步骤S2中获得24h内以15min的采样间隔采集的原始流量和原始负荷，将一个小时内的4组原始流量和原始负荷合并，得到进水的流量和负荷，将24h内进水的流量和负荷进行第一次聚类；其中合并的方法可为将一个小时内的4组原始流量和原始负荷分别求平均。
本实施例中，第一次聚类后得到四个分级，分别为A、B、C、D，步骤S3中结合AAO工艺(生物脱氮除磷工艺)分别对四个分级计算曝气池水力停留时间，其中的最小值记为曝气池水力停留总的时段的个数N，时段以小时为单位。曝气池水力停留时间计算公式为：
曝气池水力停留时间＝曝气池的容积/进水的流量
计算曝气池水力停留总的时段的个数N时，若余数小于30min，则舍去；若余数大于30min，则记为一个小时。
进水的负荷包括COD(化学需氧量)、TP(总磷)、TN(总氮)和氨氮。
步骤S4包括：
步骤S41：以15min的采样间隔采集初始温度、初始DO和初始MLSS；
步骤S42：将一个小时内的4组初始温度、初始DO和初始MLSS合并，获得前N-1个时段的进水的温度、DO和MLSS，其中合并的方法可为将一个小时内的4组初始温度、初始DO和初始MLSS分别求平均；以15min的采样间隔采集初始流量、初始负荷、初始温度、初始DO和初始MLSS，平衡了采样数据的准确性和采样次数之间的关系。
进水的初始流量、初始负荷、初始温度、初始DO和初始MLSS通过仪表收集。
第一次聚类和第二次聚类的算法均可为K-means聚类算法，通过两次聚类算法，使聚类结果更加精确。
步骤S6通过ASM模型得到第二次聚类的结果的各个分级的理论曝气量，ASM模型为ASM2模型。
步骤S7中基于第二次聚类的结果的各个分级的理论曝气量，结合实时进水的流量、负荷、温度、DO和MLSS，进行实时曝气量控制；通过前馈动态对曝气量的阶梯划分，降低溶解氧的波动，从而能够减少能耗，同时有效保证了出水水质的稳定达标。

Claims (8)

1.一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：获得进水的流量和负荷；
步骤S2：对流量和负荷进行第一次聚类；
步骤S3：基于第一次聚类的结果计算曝气池水力停留总的时段的个数N；
步骤S4：获得前N-1个时段的进水的温度、DO和MLSS；
步骤S5：对温度、DO、MLSS和第一次聚类的结果进行第二次聚类；
步骤S6：基于第二次聚类的结果和氨氮指标数据，通过ASM模型得到理论曝气量；
步骤S7：基于理论曝气量，进行曝气量控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，所述进水的负荷包括COD、TP、TN和氨氮。
3.根据权利要求1所述的一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31：计算第一次聚类的结果的每个分级的曝气池水力停留时间；
步骤S32：基于第一次聚类的结果的每个分级的曝气池水力停留时间，得到曝气池水力停留总的时段的个数N。
4.根据权利要求1所述的一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，所述的时段以小时为单位。
5.根据权利要求4所述的一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，计算所述曝气池水力停留总的时段的个数N时，若余数小于30min，则舍去；若余数大于30min，则记为一个小时。
6.根据权利要求4所述的一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，所述的步骤S4包括：
步骤S41：以15min的采样间隔采集初始温度、初始DO和初始MLSS；
步骤S42：将一个小时内的4组初始温度、初始DO和初始MLSS合并，获得前N-1个时段的进水的温度、DO和MLSS。
7.根据权利要求1所述的一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，所述第一次聚类和第二次聚类的算法均为K-means聚类算法。
8.根据权利要求1所述的一种基于聚类的污水处理曝气量前馈控制方法，其特征在于，所述的ASM模型为ASM2模型。
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