一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法
【专利摘要】本发明提供一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法，其具体步骤如下：步骤一、建立活性污泥数学模型；步骤二、数学模型参数敏感度分析；步骤三、活性污泥数学模型参数的分类，根据步骤二的分析结果，将模型参数分为非敏感模型参数和敏感模型参数；步骤四、设置不同的测量传感器组合；步骤五、活性污泥模型参数自适应校准，根据步骤四所确定的传感器组合，应用扩展卡尔曼滤波器和随机漫步理论，对敏感模型参数进行估计,可以连续校准模型参数，能够使模型预测更加精准地反映污水生物处理过程,在测定不同传感器组合条件下的参数估计效果后，选择成本较低，参数估计效果较好的传感器组合作为实际应用。
【专利说明】一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种污水处理技术，具体来说就是为污水生物处理过程中的活性污泥模型进行自适应在线校准的一种方法。
【背景技术】
[0002]污水生物处理一般称为活性污泥法，自从20世纪初活性污泥法发明以来，一直是世界各国生活污水处理的主要方法。污水处理的要求也越来越高，经历了从有机污染物的降解，到氮磷营养物的去除，进而发展到三级深度处理阶段，其复杂程度已经难以用简单的数学等式来表示。活性污泥数学模型的发展为准确描述污水生物处理过程提供了手段。活性污泥数学模型是以细胞生长动力学的莫诺特方程为基础，结合化工领域的反应器理论与微生物学理论，对底物降解、微生物生长等各参数之间的数学关系做定量描述。
[0003]1987年国际水质协会(IWA)在总结众多活性污泥数学模型的基础上，提出了活性污泥I号模型(ASM1)，ASMl包含了有机物氧化、氨氮硝化和硝酸盐反硝化等8个反应过程。模型包含13种组分、5个化学计量参数和14个动力学参数。模型可以很好地描述活性污泥法污水处理系统的进水水质特性、系统运行及出水水质变化等。ASMl模型没有包含磷的吸收和释放过程，无法模拟污水生物除磷过程，IWA为了弥补ASMl的不足，分别提出了ASM2，2D和ASM3模型。目前应用的大部分污水生物处理模型都是ASM系列模型，其应用范围包括污水处理过程诊断、控制以及教育培训等等，为污水生物处理厂的设计、运行提供支撑。
[0004]活性污泥模型的准确应用离不开模型参数的精确校准。目前一般通过序批实验的方式，测定污染物的降解过程和利用溶解氧吸收速率(OUR)来对模型参数进行校准，或者通过拟合进出水水质的方式，来确定模型参数。在这些方法中，模型参数被默认为是一个确定值。这种方法存在较大的局限性，它没有考虑到模型参数受进水水质中的抑制性物质、微生物活性和环境因素变化的影响，而产生的改变。另外模型校准时的实验条件和之后的模型应用的实验条件可能会发生变化。经此方法获得的模型参数，一般只能用于定性的诊断，不能用于对污水处理过程的定量控制。
【发明内容】
[0005]为解决以上问题，本发明提供一种新的、可以连续更新活性污泥数学模型参数的自适应校准方法，以解决现有模型参数校准方法的不足。
[0006]本发明采取了以下技术方案:
[0007]一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法，其具体步骤如下:、
[0008]步骤一、建立活性污泥数学模型；
[0009]步骤二、数学模型参数敏感度分析；
[0010]步骤三、活性污泥数学模型参数的分类，根据步骤二的分析结果，将模型参数分为非敏感模型参数和敏感模型参数；[0011]步骤四、设置不同的测量传感器组合；
[0012]步骤五、活性污泥模型参数自适应校准，根据步骤四所确定的传感器组合，应用扩展卡尔曼滤波器和随机漫步理论，对敏感模型参数进行估计，如下:
[0013]根据随机漫步理论，模型参数P假设为围绕某一恒定值随机变化，可以用下式表示:
[0014]
【权利要求】
1.一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法，其具体步骤如下:、 步骤一、建立活性污泥数学模型； 步骤二、数学模型参数敏感度分析； 步骤三、活性污泥数学模型参数的分类，根据步骤二的分析结果，将模型参数分为非敏感模型参数和敏感模型参数； 步骤四、设置不同的测量传感器组合； 步骤五、活性污泥模型参数自适应校准，根据步骤四所确定的传感器组合，应用扩展卡尔曼滤波器和随机漫步理论，对敏感模型参数进行估计，如下: 根据随机漫步理论，模型参数P假设为围绕某一恒定值随机变化，可以用下式表示:
2.根据权利要求1所述的一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法，其特征在于步骤一中的活性污泥数学模型为:
^-^f{x,xin,Qin,u,p)
at 其中X为模型组分，xin为模型组分对应的进水中各种物质浓度，Qin为进水流量；u为污水生物处理过程中的各种控制变量，P为模型参数。
3.根据权利要求1所述的一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法，其特征在于步骤一中的活性污泥数学模型为ASM系列模型。
4.根据权利要求1所述的一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法，其特征在于步骤二中对数学模型参数敏感度分析利用相对敏感度函数来确定某个参数值的改变对模型输出结果的影响，如下式所示: =dy Iy 〉'p dp IP 上式中，I为模型输出值，A /V输出值的相对变化值，除以参数的相对变化值孕/p，就可以得到该参数对模型输出结果的敏感度Sy，p.输出值y可以由模型组分X利用下面的公式换算得到 y = cxx 其中Cx为换算矩阵。
5.根据权利要求1所述的一种污水生物处理活性污泥模型自适应参数校准方法，其特征在于步骤四中测量传感器组合为下列组合中任一种: I)溶解氧+氨氮+硝酸盐氮；2)溶解氧+氨氮；3)溶解氧+悬浮固体；4)溶解氧+氨氮+硝 酸盐+悬浮固体。
【文档编号】G06F19/00GK103632064SQ201310694701
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】吴军, 何成达, 蒋新跃, 杨益军, 于林堂, 严刚 申请人:扬州大学