[发明专利]一种基于机理模型的优化控制膜生物反应器运行的方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理系统工艺目标控制领域，具体涉及一种基于机理模型 的优化控制膜生物反应器运行的方法。

背景技术

膜生物反应器(MBR)出现在全球水资源短缺背景之下，是一种崭新的 污水生物处理工艺，MBR自其诞生15年来，以其出色的出水水质，高效的泥 水分离和较小的占地空间得到了业界的广泛关注并被寄予厚望。

然而，相比MBR工艺突出的优点，其膜污染的缺点同样不容忽视，如何 实现对MBR系统的有效调控，减缓膜污染现象的发生，已成为MBR研究领 域的一项热门课题，然而直至目前，人们对MBR膜污染机理、生物相与膜过 滤二者之间复杂作用等仍然知之甚少，目前人们对于MBR优化调控的方法多 是建立在传统生物处理工艺的经验基础上，以单变量循环控制和最佳输入输出 匹配的自优化控制来实现。具体来说，就是生物相的调控照搬传统活性污泥的 方法，只在污泥浓度等方面稍加改动，以PID控制方式调节溶解氧和氨氮等指 标，膜组件的运行则以厂家提供的参数或经验操作人员的建议为指导。这种做 法的缺点在于其假设将MBR和传统活性污泥法的生物过程视为类同，因此得 到的优化参数难以真正适合于MBR工艺。

发明内容

为了解决现有的建立在经验基础上的膜生物反应器自优化控制缺乏有效 调控的问题，本发明提供了一种基于机理模型的优化控制膜生物反应器运行的 方法。

本发明的一种基于机理模型的优化控制膜生物反应器运行的方法，它的具 体过程为：

步骤一：获得正在运行的膜生物反应器的初始状态x₀和膜生物反应器中 的活性污泥系统模型ASM的初始模型参数p₀；

步骤二：将初始状态x₀和初始模型参数p₀输入扩展卡尔曼滤波EKF模型， 所述扩展卡尔曼滤波EKF模型对所述初始状态x₀和初始模型参数p₀进行估 计，获得膜生物反应器的不含噪声初始状态和不含噪声初始模型参数同时获得含噪声初始状态和含噪声初始模型参数

步骤三：将不含噪声初始状态和不含噪声初始模型参数输入至设定 有膜生物反应器运行预设目标y的动态预测设定DPS模型，并采用分离建模 思想和混合逻辑动态优化MLDO模型对膜生物反应器运行控制目标和膜生 物反应器运行控制变量进行动态实时优化D-RTO，获得关于膜生物反应器运 行控制变量的膜生物反应器运行控制目标的预测优化轨线；

步骤四：在膜生物反应器运行控制目标的预测优化轨线的预设目标y附 近区域选取控制变量并将含噪声初始状态和含噪声初始模型参数添 加至非线性模型预测控制NMPC模型，采用模型预测控制MPC模型获得膜生 物反应器运行输入参数

步骤五：将膜生物反应器运行输入参数输入至基础控制BC模块，所述 基础控制BC模块将所述膜生物反应器运行输入参数无差别实时传递至膜生 物反应器进行调节，同时所述膜生物反应器将实际参数u_re反馈回基础控制BC 模块至此时所述膜生物反应器输出膜生物反应器运行输出目标

步骤六：判断膜生物反应器运行输出目标符合膜生物反应器运行预设目 标y，如果是，执行步骤八，否则执行步骤七；

步骤七：将膜生物反应器运行在当前输入参数条件下的状态x和模型参 数p分别定义为新的初始状态x₀和新的初始模型参数p₀，返回执行步骤二；

步骤八：将膜生物反应器运行输出目标所对应的膜生物反应器运行输入 参数定义为膜生物反应器运行操作参数，完成对膜生物反应器运行的优化控 制。

本发明的有益效果：本发明通过动态预测设定DPS模型、非线性模型预 测控制NMPC模型以及扩展卡尔曼滤波EKF模型实时优化控制膜生物反应器 运行操作参数，比现有建立在经验基础上的自由化控制更适用于膜生物反应器 工艺；本发明中，用户可根据需要在动态预测设定DPS模型中自行设定膜生 物反应器运行预设目标。

附图说明

图1是本发明的一种基于机理模型的优化控制膜生物反应器运行的方法 流程图，图2是动态预测设定DPS模型中操作方案的设定结果示意图，图3 是非线性模型预测控制NMPC模型的离散化表征示意图，图4是具体实施方 式四的工作原理示意图。

具体实施方式