CN114249437B

CN114249437B - 一种应用于污水处理的控制方法和装置

Info

Publication number: CN114249437B
Application number: CN202111574783.0A
Authority: CN
Inventors: 田楠林; 马达; 常文诚; 李丽; 肖顺利; 刘秉义
Original assignee: Beikong Qinhuangdao Water Affairs Co ltd
Current assignee: Beikong Qinhuangdao Water Affairs Co ltd
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-09-29
Anticipated expiration: 2041-12-21
Also published as: CN114249437A

Abstract

本申请的实施例提供了应用于污水处理的控制方法和装置。所述方法包括基于污水处理过程大数据，训练得到污水处理曝气模型，所述曝气模型包括污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系；基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合；根据预设的单位曝气成本和单位时间成本确定消耗成本的函数式；根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值。以此方式，AVS系统可以结合计算得到的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数，来控制鼓风机工作，在精确曝气的同时降低消耗成本。

Description

一种应用于污水处理的控制方法和装置

技术领域

本申请涉及污水处理技术领域，并且更具体地，涉及一种应用于污水处理的控制方法和装置。

背景技术

AVS（Aeration Volume control System)系统是一个集成的控制系统，旨在为生物处理过程提供精确曝气。AVS 系统以气体流量作为控制信号，溶解氧信号作为辅助控制信号，根据污水厂进水水量和水质实时计算需气量，实现按需曝气和溶解氧的精细化控制。

AVS 系统能够对鼓风机和受控曝气单元的气量分配进行自动调节，根据实际水质水量数据智能分配每个溶解氧控制区的供气量，自动调整气体流量设定值，按需曝气。实际需气量由现场每个受控曝气单元根据 DO、MLSS、水温、液位等和进水流量、COD、NH₄-N（可选）、NO₃-N（可选）等信号通过模型进行计算。总曝气量由 AVS 系统控制柜向鼓风机主控柜MCP 发出指令，通过鼓风机导叶或变频器进行气量调节；AVS 系统通过同时调节多个电动空气流量调节阀的开度，使受控曝气单元支管内的实际曝气量达到所需曝气量，在实现精确曝气的同时，节省了鼓风机的曝气能耗。

然而在实际的污水处理过程当中，污水处理所消耗的成本不仅受到曝气能耗的影响，还受到曝气成本和时间成本的影响，因此，如何结合曝气成本、时间成本和AVS系统来控制污水处理的消耗成本成为亟待解决的问题。

发明内容

根据本申请的实施例，提供了一种应用于污水处理的控制方案。

在本申请的第一方面，提供了一种应用于污水处理的控制方法。该方法包括：

基于污水处理过程大数据，训练得到污水处理曝气模型，所述曝气模型包括污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系；

基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合；

根据预设的单位曝气成本和单位时间成本确定消耗成本的函数式；

根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值。

在一种可能实现的方式中，所述污水状态包括污水中的有害物质浓度。

在一种可能实现的方式中，所述基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合包括：

基于获取的污水体积和污水状态确定目标曝气量；

依据所述目标曝气量确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的所述信息集合。

在一种可能实现的方式中，所述消耗成本表征为单位曝气成本、曝气功率、曝气时长占空比、单位时长以及单位时长个数的乘积与单位时间成本、单位时长以及单位时长个数的乘积的总和。

在一种可能实现的方式中，所述曝气时长占空比为单位时长内曝气时长与单位时长的比值。

在一种可能实现的方式中，根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值包括：

在所述单位曝气成本和所述单位时间成本一定时，获取所述信息集合内每组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数；

将每组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数输入至消耗成本的函数式，确定对应每组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的消耗成本；

筛选最小的消耗成本并确定对应最小的消耗成本的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值。

在一种可能实现的方式中，所述污水处理大数据通过爬虫获取。

在本申请的第二方面，提供了一种应用于污水处理的控制装置。该装置包括：

训练模块，用于基于污水处理过程大数据，训练得到污水处理曝气模型，所述曝气模型包括污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系；

处理模块，用于基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合；

确定模块，用于根据预设的单位曝气成本和单位时间成本确定消耗成本的函数式；

计算模块，用于根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值。

在本申请的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。

在本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本申请的第一方面的方法。

本申请公开的一种应用于污水处理的控制方法，基于污水处理过程大数据训练得到污水处理曝气模型，曝气模型包括污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系，在污水体积和污水状态一定时，可以基于污水体积和污水状态获取包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合。根据预设的单位曝气成本和单位时间成本确定消耗成本的函数式，消耗成本的函数式表征为单位曝气成本、曝气功率、曝气时长占空比、单位时长以及单位时长个数的乘积与单位时间成本、单位时长以及单位时长个数的乘积的总和。曝气功率、曝气时长占空比、单位时长以及单位时长个数的乘积能够体现一次污水处理的所需曝气量，单位时间成本、单位时长以及单位时长个数的乘积能够体现一次污水处理所需时长，结合单位曝气成本、单位时间成本和上述信息集合可以确定在消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值，AVS系统可以结合计算得到的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数，来控制鼓风机工作，在精确曝气的同时降低消耗成本。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本申请的实施例的应用于污水处理的控制方法的流程图；

图2示出了根据本申请的实施例的应用于污水处理的控制装置的方框图；

图3示出了适于用来实现本申请实施例的终端设备或服务器的结构示意图。

附图标记说明：201、训练模块；202、处理模块；203、确定模块；204、计算模块；301、CPU；302、ROM；303、RAM；304、总线；305、I/O接口；306、输入部分；307、输出部分；308、存储部分；309、通信部分；310、驱动器；311、可拆卸介质。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中，基于污水处理过程大数据，训练得到污水处理曝气模型，污水处理曝气模型包括污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系，在污水体积和污水状态一定时，可以基于污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合，根据预设的单位曝气成本和单位时间成本确定消耗成本的函数式，根据从消耗成本的函数式和上述信息集合，可以确定在消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值，AVS系统可以结合计算得到的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数，来控制鼓风机工作，在精确曝气的同时降低消耗成本。

图1示出了根据本申请实施例的用于处理消息的方法的流程图。

步骤S100、基于污水处理过程大数据，训练得到污水处理曝气模型，所述曝气模型包括污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系。

在本申请实施例中，污水处理过程大数据可以通过爬虫获取，污水处理大数据中包括污水处理过程中，单次处理的污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数信息，基于污水处理过程大数据可以训练得到污水处理曝气模型，曝气模型表征为污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系。

在本申请实施例中，污水体积即为单次所需处理的污水体积，污水状态为污水中的有害物质浓度，曝气功率为鼓风机的工作功率，曝气时长占空比为鼓风机间歇曝气时单位时长内的曝气时长与单位时长的比值，单位时长可以是预设的，具体可以是2秒、3秒或5秒，在此不作限定。

步骤S200、基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合。

用于处理污水的曝气池在池底设置有曝气头，鼓风机可以通过曝气头向曝气池内注入空气，污水处理包括两个过程，一是氧扩散过程，即空气从曝气池底部的曝气头释放后，氧气从气相向液相中转移；二是氧消耗过程，这个过程结合了好氧处理过程的各个环节，包括有机碳去除过程、生物脱氮、生物除磷等。调节曝气时长占空比即调节氧扩散过程与氧消耗过程的时间比例，调节曝气时长占空比的方式可以是AVS系统在控制鼓风机曝气一定时长后，控制鼓风机关闭以为氧消耗过程预留足够的时间，然后再次开启鼓风机曝气。

在确定曝气时长占空比的过程中，若曝气时长占空比过大，则易出现氧消耗速度低于氧扩散速度，导致空气中的氧气还未溶于污水当中便从水面释放，造成曝气浪费；若曝气时长占空比过小，则易出现氧扩散速度远低于氧消耗速度，造成时间上的浪费，增大时间成本。因此在曝气池内污水体积和污水状态一定时，基于污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系，可以确定多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合，结合步骤300、步骤400可以在信息集合中筛选出最优的一组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数，作为AVS系统的控制参数，来降低污水处理的消耗成本。

步骤S300、根据预设的单位曝气成本和单位时间成本确定消耗成本的函数式。

消耗成本W的函数式为：

W＝Q₁×P×D×N×T＋Q₂×N×T

在本申请实施例中，曝气功率、曝气时长占空比、单位时长个数以及单位时长的乘积可以体现一次污水处理的目标曝气量，再匹配相应的单位曝气成本，可以得到一次污水处理过程的曝气能耗。单位时长个数与单位时长的乘积可以体现一次污水处理所需的时长，再匹配相应的单位时间成本，可以得到一次污水处理所需的时间成本，综合曝气能耗和时间成本，可以体现一次污水处理总的消耗成本。

在进行污水处理的过程中，基于曝气模型，在获取污水体积和污水状态后，可以确定一次污水处理的所需曝气量，由于在曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数取值的不同时，曝气的损耗也会不同，在所需曝气量相同时，以每组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值计算得到的目标曝气量会有所不同，即曝气能耗不同，因此不能单纯依据污水体积和污水状态确定一次污水处理的曝气能耗。

步骤S400、根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值。

由于单位曝气成本和单位时间成本会应市价或人力成本等因素浮动，因此单位曝气成本和单位时间成本可以是通过人机交互模块输入的，进一步的，单位曝气成本和单位时间成本可以储存在存储模块内，在下一次进行数据处理时默认调用上一次的单位曝气成本和单位时间成本数据，直至更新单位曝气成本和单位时间成本数据。

在确定单位曝气成本和单位时间成本后，获取信息集合内每组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数，并将每组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数输入至消耗成本的函数式，确定对应每组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的消耗成本；筛选最小的消耗成本并确定对应最小的消耗成本的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值。将筛选得到的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值作为AVS系统的控制参数，得到一次污水处理中消耗成本最低的方案。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本申请所述方案进行进一步说明。

图2示出了根据本申请的实施例的应用于污水处理的控制装置的方框图。装置包括：

训练模块201，用于基于污水处理过程大数据，训练得到污水处理曝气模型，所述曝气模型包括污水体积、污水状态、曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的函数关系；

处理模块202，用于基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合；

确定模块203，用于根据预设的单位曝气成本和单位时间成本确定消耗成本的函数式；

计算模块204，用于根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图3示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备的结构示意图。

如图3所示，电子设备包括中央处理单元(CPU)301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的程序或者从存储部分308加载到随机访问存储器(RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还存储有系统300操作所需的各种程序和数据。CPU301、ROM 302以及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。

以下部件连接至I/O接口305：包括键盘、鼠标等的输入部分306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分307；包括硬盘等的存储部分308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分309。通信部分309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器310也根据需要连接至I/O接口305。可拆卸介质311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分308。

特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图图1描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质311被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)301执行时，执行本申请的系统中限定的上述功能。

需要说明的是，本申请所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，前述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括训练模块、处理模块、确定模块和计算模块。其中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定，例如，处理模块还可以被描述为“用于基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合的模块”。

作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中的。上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，当上述前述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的应用于污水处理的控制方法。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种应用于污水处理的控制方法，其特征在于，包括：

根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值；

所述污水状态包括污水中的有害物质浓度，所述污水体积为单次所需处理的污水体积，所述曝气功率为鼓风机的工作功率；

所述基于获取的污水体积和污水状态确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合包括：

基于获取的污水体积和污水状态确定目标曝气量；

依据所述目标曝气量确定包括多组曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的信息集合；

所述消耗成本表征为单位曝气成本、曝气功率、曝气时长占空比、单位时长以及单位时长个数的乘积与单位时间成本、单位时长以及单位时长个数的乘积的总和；

所述曝气时长占空比为单位时长内曝气时长与单位时长的比值；

根据所述消耗成本的函数式和所述信息集合，确定所述消耗成本最小时的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值包括：

筛选最小的消耗成本并确定对应最小的消耗成本的曝气功率、曝气时长占空比和单位时长个数的取值；

所述污水处理过程大数据通过爬虫获取。

2.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1中所述的方法。

3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1中所述的方法。