本發(fā)明涉及污水處理，尤其涉及一種mabr優(yōu)態(tài)控制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、mabr(membrane?aeration?bioreactor，膜曝氣生物反應(yīng)器)是一種可以通過(guò)一種介質(zhì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)供氣和為微生物附著生長(zhǎng)載體的技術(shù)，其本質(zhì)還是一種生物膜反應(yīng)器，對(duì)于污染物的去除能力依賴所富集微生物的種類、豐度、活性、狀態(tài)以及同污染物進(jìn)行物質(zhì)交換的情況。當(dāng)前mabr基本僅在最初的啟動(dòng)調(diào)試階段剛完成時(shí)，可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師通過(guò)高關(guān)注度和頻次較高的手動(dòng)調(diào)節(jié)讓反應(yīng)單元的效能達(dá)到設(shè)計(jì)效果，但是一旦長(zhǎng)期運(yùn)行，高級(jí)工程師無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)提供長(zhǎng)效高關(guān)注的持續(xù)支持，反應(yīng)器效能即開(kāi)始快速下降。

2、現(xiàn)有技術(shù)中也存在采用一些不同的手段來(lái)保證污水處理效果，如有的采用了附加纖維絲的措施，例如申請(qǐng)公布號(hào)為cn115340178a的中國(guó)發(fā)明專利采用mabr曝氣膜絲和纖維絲穿梭交叉排編成膜片(只能適用于中空纖維膜形式的mabr)，從而給微生物提供更好的附著載體，并通過(guò)控制曝氣膜絲與纖維絲的間距來(lái)控制膜片表面的高低錯(cuò)落幅度從而控制生物膜的厚度(影響豐度和物質(zhì)交換能力)和微生物的更替；有的采用了底部穿孔管或者曝氣盒的方式，利用mabr曝氣尾氣或者第三方氣源提供氣擦洗來(lái)影響生物膜。

3、然而上述兩種方式存在如下問(wèn)題：附加纖維絲的措施確實(shí)能給微生物提供更好的附著載體，但是附加纖維絲其實(shí)類似傳統(tǒng)生物膜法中的生物繩等載體，只能達(dá)到提供附著載體的功能，而不能同時(shí)提供內(nèi)部供氣，這個(gè)環(huán)境變化會(huì)導(dǎo)致附著于其上的微生物與mabr技術(shù)目標(biāo)需求的微生物種類不一樣，采用附加纖維絲和mabr曝氣膜絲混編，反而會(huì)降低空間中mabr膜絲的比重，也會(huì)降低空間中mabr膜絲目標(biāo)微生物菌群的競(jìng)爭(zhēng)力和豐度，導(dǎo)致實(shí)際處理效果反而不及預(yù)期。通過(guò)片狀膜片高低錯(cuò)落幅度來(lái)控制需求生物膜厚度(例如≤0.5mm)的舉措很難實(shí)現(xiàn)，由于附加纖維絲和曝氣膜絲存在間隙，是通過(guò)膜片沿纖維絲方向進(jìn)行延伸來(lái)制造錯(cuò)落幅度，則高出的生物膜實(shí)際上是纖維絲附著的生物膜，曝氣強(qiáng)度小，沖刷對(duì)于目標(biāo)需求生物膜厚度的影響不大，曝氣強(qiáng)度大則錯(cuò)落幅度沒(méi)有意義，無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度來(lái)控制需求生物膜厚度從而達(dá)到優(yōu)化效果。此外，由于而物膜細(xì)菌外包裹著的是胞外聚合物(extracellular?polymeric?substances，eps)，胞外聚合物含多糖、蛋白質(zhì)、自由核算以及水。根據(jù)原有生物膜法的弊端來(lái)看，纖維絲和曝氣膜存在的間隙很快會(huì)被胞外聚合物粘結(jié)堵住，導(dǎo)致原來(lái)mabr獨(dú)特的傳質(zhì)途徑被堵塞，最后又變回以纖維絲為主體的傳統(tǒng)生物膜法，導(dǎo)致采用mabr的效果降低。底部穿孔管或者曝氣盒的方式只單純復(fù)用mabr尾氣，沒(méi)有控制方案和沒(méi)有控制參數(shù)，實(shí)際上既無(wú)法解決實(shí)際降解效果問(wèn)題，也沒(méi)有普適性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

2、為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種mabr優(yōu)態(tài)控制方法，以使反應(yīng)器的污染物降解能力維持在較優(yōu)狀態(tài)。

3、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提出一種mabr優(yōu)態(tài)控制系統(tǒng)。

4、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提出一種電子設(shè)備。

5、本發(fā)明的第四個(gè)目的在于提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

6、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第一方面提出了一種mabr優(yōu)態(tài)控制方法，包括：

7、持續(xù)采集mabr反應(yīng)單元內(nèi)的感知參數(shù)，所述感知參數(shù)包括生物膜參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和控制參數(shù)三類參數(shù)；

8、構(gòu)建水質(zhì)模型，所述水質(zhì)模型包括機(jī)理模型和預(yù)測(cè)模型，所述機(jī)理模型用于模擬mabr運(yùn)行過(guò)程，所述機(jī)理模型的變量是反應(yīng)器參數(shù)，所述反應(yīng)器參數(shù)包括感知參數(shù)和效能參數(shù)，所述反應(yīng)器參數(shù)中四類參數(shù)均包括多項(xiàng)參數(shù)，所述預(yù)測(cè)模型用于基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)預(yù)測(cè)下一時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)；

9、基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的感知參數(shù)利用構(gòu)建好的水質(zhì)模型中的機(jī)理模型獲得當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的第一效能參數(shù)，并基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的上一時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)利用構(gòu)建好的水質(zhì)模型中的預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)以得到第二效能參數(shù)；

10、分別計(jì)算所述第一效能參數(shù)與所述第二效能參數(shù)中各項(xiàng)參數(shù)的偏差度，若至少一項(xiàng)參數(shù)的偏差度大于等于設(shè)定偏差度，則利用機(jī)理模型和優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)中的基本效能參數(shù)得到第一優(yōu)化控制參數(shù)；若所有項(xiàng)參數(shù)的偏差度小于設(shè)定偏差度，則基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的感知參數(shù)和所述基本效能參數(shù)利用預(yù)測(cè)模型得到第二優(yōu)化控制參數(shù)；

11、基于所述第一優(yōu)化控制參數(shù)或第二優(yōu)化控制參數(shù)對(duì)mabr進(jìn)行調(diào)控。

12、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述利用機(jī)理模型和優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)中的基本效能參數(shù)得到第一優(yōu)化控制參數(shù)，包括：獲取第一設(shè)定天數(shù)下的歷史反應(yīng)器參數(shù)，從每天的歷史反應(yīng)器參數(shù)中選擇出每天對(duì)應(yīng)的一組目標(biāo)歷史反應(yīng)器參數(shù)，每組目標(biāo)歷史反應(yīng)器參數(shù)包括目標(biāo)歷史感知參數(shù)和目標(biāo)歷史效能參數(shù)；若在第一連續(xù)天數(shù)下，每天的目標(biāo)歷史效能參數(shù)中至少一項(xiàng)參數(shù)分別小于所述基本效能參數(shù)中對(duì)應(yīng)項(xiàng)參數(shù)，且該至少一項(xiàng)參數(shù)的變化量大于等于第一設(shè)定變化量，則確定回溯時(shí)長(zhǎng)，基于回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的感知參數(shù)和基本效能參數(shù)確定第一優(yōu)化控制參數(shù)。

13、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述基于回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的感知參數(shù)和基本效能參數(shù)確定第一優(yōu)化控制參數(shù)，包括：針對(duì)回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的生物膜參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的每一項(xiàng)參數(shù)，選擇任一項(xiàng)參數(shù)作為未知參數(shù)，基于回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)除未知參數(shù)外的生物膜參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的剩余項(xiàng)參數(shù)、回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)控制參數(shù)和基本效能參數(shù)計(jì)算得到未知參數(shù)最優(yōu)值，進(jìn)而獲得回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的生物膜參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的每一項(xiàng)參數(shù)最優(yōu)值；基于每一項(xiàng)參數(shù)最優(yōu)值與當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)中對(duì)應(yīng)項(xiàng)參數(shù)的值，確定回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的生物膜參數(shù)和環(huán)境參數(shù)中目標(biāo)項(xiàng)參數(shù)；獲取預(yù)定義的映射關(guān)系，映射關(guān)系的對(duì)象包括生物膜參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的每一項(xiàng)參數(shù)以及對(duì)應(yīng)項(xiàng)參數(shù)變化量、控制參數(shù)的每一項(xiàng)參數(shù)以及對(duì)應(yīng)項(xiàng)參數(shù)控制方式；基于所述目標(biāo)項(xiàng)參數(shù)、目標(biāo)項(xiàng)參數(shù)變化量和所述映射關(guān)系獲得控制參數(shù)中至少一項(xiàng)參數(shù)，從而得到第一優(yōu)化控制參數(shù)。

14、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述基于每一項(xiàng)參數(shù)最優(yōu)值與當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)中對(duì)應(yīng)項(xiàng)參數(shù)的值，確定回溯時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的生物膜參數(shù)和環(huán)境參數(shù)中目標(biāo)項(xiàng)參數(shù)，包括：基于每一項(xiàng)參數(shù)最優(yōu)值與當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)中對(duì)應(yīng)項(xiàng)參數(shù)的值獲得目標(biāo)差值，并獲取第二設(shè)定天數(shù)中生物膜參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的每一項(xiàng)參數(shù)的歷史差值；基于每一項(xiàng)參數(shù)的目標(biāo)差值和歷史差值的比值確定每一項(xiàng)參數(shù)的差異度，選取差異度最大的預(yù)設(shè)項(xiàng)數(shù)對(duì)應(yīng)的項(xiàng)參數(shù)，從而獲得目標(biāo)項(xiàng)參數(shù)。

15、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述利用機(jī)理模型和優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)中的基本效能參數(shù)得到第一優(yōu)化控制參數(shù)，還包括：若在第二連續(xù)天數(shù)下，每天的目標(biāo)歷史效能參數(shù)中至少一項(xiàng)參數(shù)分別大于所述基本效能參數(shù)中對(duì)應(yīng)項(xiàng)參數(shù)，且該至少一項(xiàng)參數(shù)的平均變化量大于等于第二設(shè)定變化量，則比較該第二連續(xù)天數(shù)下的歷史反應(yīng)器參數(shù)和優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)，以對(duì)優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)進(jìn)行更新。

16、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述生物膜參數(shù)包括生物膜生物質(zhì)質(zhì)量、生物膜厚度、生物膜生物質(zhì)密度、生物膜微生物種群結(jié)構(gòu)、生物膜微生物活性多項(xiàng)參數(shù)；所述環(huán)境參數(shù)包括氣量、氣壓、溫度、膜表面切向流速、各項(xiàng)污染物濃度水平、綜合水質(zhì)三維熒光圖譜、紅外光譜、質(zhì)譜參數(shù)、膜供氣轉(zhuǎn)移效率、膜供氣壓降、生物膜表面脫附速率、傳質(zhì)阻力、膜供氣氧氣消耗質(zhì)量多項(xiàng)參數(shù)；所述控制參數(shù)包括氣水擦洗用參數(shù)、刷板擦洗用參數(shù)、填料/顆粒介質(zhì)摩擦擦洗參數(shù)、動(dòng)力源、以及儀表設(shè)備的電流、電壓、頻率、閥門開(kāi)度多項(xiàng)參數(shù)。

17、在本發(fā)明的第一方面的方法中，所述效能參數(shù)包括反應(yīng)器單位曝氣膜面積對(duì)不同重點(diǎn)污染物的每日去除質(zhì)量、反應(yīng)器單位生物膜質(zhì)量每日可去除的重點(diǎn)污染物質(zhì)量多項(xiàng)參數(shù)。

18、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第二方面提出了一種mabr優(yōu)態(tài)控制系統(tǒng)，包括感知系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；

19、所述感知系統(tǒng)，用于持續(xù)采集mabr反應(yīng)單元內(nèi)的感知參數(shù)，所述感知參數(shù)包括生物膜參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和控制參數(shù)三類參數(shù)；

20、所述處理系統(tǒng)包括水質(zhì)模型，所述水質(zhì)模型包括機(jī)理模型和預(yù)測(cè)模型，所述機(jī)理模型用于模擬mabr運(yùn)行過(guò)程，所述機(jī)理模型的變量是反應(yīng)器參數(shù)，所述反應(yīng)器參數(shù)包括感知參數(shù)和效能參數(shù)，所述反應(yīng)器參數(shù)中四類參數(shù)均包括多項(xiàng)參數(shù)，所述預(yù)測(cè)模型用于基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)預(yù)測(cè)下一時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)；所述處理系統(tǒng)用于基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的感知參數(shù)利用構(gòu)建好的水質(zhì)模型中的機(jī)理模型獲得當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的第一效能參數(shù)，并基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的上一時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)利用構(gòu)建好的水質(zhì)模型中的預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)以得到第二效能參數(shù)，分別計(jì)算所述第一效能參數(shù)與所述第二效能參數(shù)中各項(xiàng)參數(shù)的偏差度，若至少一項(xiàng)參數(shù)的偏差度大于等于設(shè)定偏差度，則利用機(jī)理模型和優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)中的基本效能參數(shù)得到第一優(yōu)化控制參數(shù)；若所有項(xiàng)參數(shù)的偏差度小于設(shè)定偏差度，則基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的感知參數(shù)和所述基本效能參數(shù)利用預(yù)測(cè)模型得到第二優(yōu)化控制參數(shù)；

21、所述控制系統(tǒng)，用于基于所述第一優(yōu)化控制參數(shù)或第二優(yōu)化控制參數(shù)對(duì)mabr進(jìn)行調(diào)控。

22、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第三方面提出了一種電子設(shè)備，包括：處理器，以及與所述處理器通信連接的存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令；所述處理器執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一方面提出的方法。

23、為達(dá)上述目的，本發(fā)明第四方面提出了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一方面提出的方法。

24、本發(fā)明提供的mabr優(yōu)態(tài)控制方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)持續(xù)采集mabr反應(yīng)單元內(nèi)的感知參數(shù)，感知參數(shù)包括生物膜參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和控制參數(shù)三類參數(shù)；構(gòu)建水質(zhì)模型，水質(zhì)模型包括機(jī)理模型和預(yù)測(cè)模型，機(jī)理模型用于模擬mabr運(yùn)行過(guò)程，機(jī)理模型的變量是反應(yīng)器參數(shù)，反應(yīng)器參數(shù)包括感知參數(shù)和效能參數(shù)，反應(yīng)器參數(shù)中四類參數(shù)均包括多項(xiàng)參數(shù)，預(yù)測(cè)模型用于基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)預(yù)測(cè)下一時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)；基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的感知參數(shù)利用構(gòu)建好的水質(zhì)模型中的機(jī)理模型獲得當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的第一效能參數(shù)，并基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的上一時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)利用構(gòu)建好的水質(zhì)模型中的預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的反應(yīng)器參數(shù)以得到第二效能參數(shù)；分別計(jì)算第一效能參數(shù)與第二效能參數(shù)中各項(xiàng)參數(shù)的偏差度，若至少一項(xiàng)參數(shù)的偏差度大于等于設(shè)定偏差度，則利用機(jī)理模型和優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)中的基本效能參數(shù)得到第一優(yōu)化控制參數(shù)；若所有項(xiàng)參數(shù)的偏差度小于設(shè)定偏差度，則基于當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的感知參數(shù)和基本效能參數(shù)利用預(yù)測(cè)模型得到第二優(yōu)化控制參數(shù)；基于第一優(yōu)化控制參數(shù)或第二優(yōu)化控制參數(shù)對(duì)mabr進(jìn)行調(diào)控。在這種情況下，相比于現(xiàn)有單一的控制方式，本發(fā)明的方法綜合生物膜參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、控制參數(shù)和效能參數(shù)四類數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)理模型和預(yù)測(cè)模型得到當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)喜愛(ài)的第一效能參數(shù)與第二效能參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算第一效能參數(shù)與第二效能參數(shù)中各項(xiàng)參數(shù)的偏差度，以分別利用機(jī)理模型和優(yōu)態(tài)控制反應(yīng)器參數(shù)中的基本效能參數(shù)，或者預(yù)測(cè)模型和基本效能參數(shù)得到對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制參數(shù)，進(jìn)而對(duì)mabr進(jìn)行調(diào)控。由此能夠使得反應(yīng)器的污染物降解能力維持在較優(yōu)狀態(tài)。

25、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。