[发明专利]基于ASM2D模型的污水处理厂深井曝气工艺优化方法及装置

权利要求书

1.一种基于ASM2D模型的污水处理厂深井曝气工艺优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取污水处理厂工艺结构水量、各阶段进出水水质、工艺运行能耗数据、各工艺段运行参数；

步骤2：根据深井曝气工艺特点简化ASM2D模型，建立包含氨氮反应、硝酸盐反应、生物除磷反应、化学除磷反应、溶解氧浓度估算方程，含多项参数的多个水质模拟方程的理论模型；

步骤3：将步骤1获取的数据、参数输入步骤2建立的模型中，模拟深井曝气工艺运行过程，模拟过程可等效为选择Nelder-Mead单纯形法和最小二乘法计算模型内模拟方程的参数，得到工艺水质随时间变化的模拟值,利用仿真模型开展模型参数的灵敏度分析，调整仿真模型的参数，使模型仿真过程与污水厂实际运行过程较吻合，建立深井曝气工艺仿真模型；

步骤4：根据步骤3建立的深井曝气工艺仿真模型，进行控制策略模拟，调整各工艺段运行参数，输出模拟水质结果；

步骤5：根据步骤4的水质模拟结果，在出水水质满足排放要求前提下，选择投入能耗少的控制策略，应用于深井曝气工艺实际运行中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1选定的工艺结构包括生化处理段各处理单元，包括深井曝气池的缺氧区、厌氧区、氧化区，悬浮澄清池的絮凝区、混合区、沉降区；步骤1所述进出水水质包括化学需氧量COD、氨氮、硝酸盐、磷酸盐、混合液悬浮固体浓度MLSS；步骤1所述的工艺运行能耗包括电耗、药剂消耗量；步骤1所述的各工艺段运行参数包括溶解氧DO、内回流比、外回流比。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述内回流比为深井曝气池好氧区回流至缺氧区的混合液回流量与进水量之比；所述外回流比为悬浮澄清池沉降区剩余污泥回流量与进水量之比。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：选择Nelder-Mead单纯形法和最小二乘法计算模型内模拟方程的参数，包括：

确定参数估计的目标函数，目标函数保证了估计值与实际值的误差和最小，利用最小二乘法定义目标函数为J:

其中，k为用于参数估计的数据序号，n为样本个数，y为实际值，为估计值；

在确定参数估计的目标函数后，对于简化模型单变量非线性拟合问题，采用Nelder-Mead单纯形法对最优参数估计值进行优化搜索。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：调整仿真模型的参数，使模型仿真过程与污水厂实际运行过程较吻合，包括：在原参数值基础上每一次调整固定百分比，使模型仿真过程与污水厂实际运行过程较吻合；所述固定百分比为5％～15％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：仿真模型模拟的出水各项水质指标浓度预测值与实际值拟合优度指标均大于设定值，即认为模型仿真过程与污水厂实际运行过程较吻合，拟合优度指标R_NL:

其中，R_NL为曲线的拟合优度表征模型的准确度，k为用于准确度分析的数据序号，t为时间序列，n为变量预测值和变量真实值y的个数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：出水各项水质指标包括COD、氨氮、硝酸盐、磷酸盐。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：如果曝气池DO浓度低、内外回流比小，则投入能耗少。