[发明专利]一种海水淡化系统中过滤预处理最佳清洗周期确定方法

权利要求书

1. 一种海水淡化系统中过滤预处理最佳清洗周期确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤(1).恒压情况下建立滤饼孔隙率与过滤流量之间的关系模型；

通过对过滤理论的研究，得到过滤流速、滤层压降、滤饼孔隙率之间的关系式：

   (1)

式中：V为流过滤层的液体体积，单位为m³；t为过滤时间，单位为s；A为垂直于流向的滤饼表面积，单位为m²；L为滤饼的厚度，单位为m；μ为液体粘度, 单位为Pa﹒s；ε为滤饼的孔隙率，单位为m³/m³；S_p为微粒的比面积，m²/m³；K^′′为数值常数，取值为5；为滤层压降,单位为Pa； 

机械过滤器更换滤料或反冲洗后，滤层为清洁滤层，记此刻的滤层孔隙率为，滤层两侧压降为，代入(1)式中得：

    （2）

式中：Q₀为清洁滤层的过滤流量，单位为m³/h；随着过滤系统的运行，由于受到污染物的影响，滤饼孔隙率会发生变化，设这个时候的滤饼孔隙率为，故在恒压操作下，过滤器的压降保持不变，所以由（1）、（2）式可得在此情况下的过滤流量为：

      (3)

由此得到在恒压条件下，滤饼孔隙率与过滤流量之间的关系；

滤饼孔隙率的变化与体积比沉积量有关，而体积比沉积量与滤出液浓度有关，表示为如下形式：

                       （4）

                           （5）

                        （6）

其中表示体积比沉积量，C表示过滤后滤出液浓度，单位为kg/ m³，λ表示过滤系数；为过滤液的入口悬浮物浓度，单位为kg/ m³；为初始过滤系数，单位为1/m；，为悬浮微粒的密度，单位为kg/ m³；为过滤流速，单位为m/s；为过滤时间，单位为s；表示一个常量，一般可取值为0.50；由定义可知，滤饼孔隙率ε与体积比沉积量还存在如下关系：

     （7）

故由（4）、（7）式可以得到滤饼孔隙率与时间t的关系：

    (8)

步骤(2).建立过滤优化运行综合目标函数

机械过滤装置运行的成本主要包括两个部分：一部分是压力过滤器在过滤过程中所损耗的电能耗；另一部分是指在机械过滤器的停机反清洗过程中，所消耗的基本费用；

设一年内压力过滤器清洗的次数为fre,每次清洗的人工成本为费用为cost1，材料等成本为cost2,η为效率因子，T为固定周期，单位为h,平均电价为price，单位为RMB/kwh，过滤产物单位效益为；由此可建立过滤系统目标函数如下：

 (9)

步骤(3).优化命题求解

以式(9)为优化目标，以(2)～(8)组成的模型为约束，得到总的优化命题；对式(9)进行离散化处理来消除积分过程；形式为：

 (10)

其中表示时刻的过滤流量值，表示离散个数，其值为取整，考虑到计算精度，取值大于1000；

由于命题是非线性的，采用非线性规划SQP算法求解该命题，为此采用MATLAB优化工具箱中FMINCON函数来求解上述问题；具体函数格式如下：

[xv,fval,exitflag]= FMINCON(fun,x0,A,b,Aeq,Beq,Lb,Ub,nonlcon,options)

参数中fun为目标函数，x0为变量的初始值，xv为返回的满足要求的变量的值；A和b表示线性不等式约束，Aeq，Beq表示线性等式约束，Lb和Ub分别为变量的下界和上界约束，nonlcon表示非线性约束条件，options为控制优化过程的优化参数向量；返回值fval为目标函数值；exitflag表示优化求解收敛情况；

通过以上方法求取的xv就是最佳的清洗周期。