一种城市内湖水污染治理技术集成处理系统及优化方法与流程

本发明属于污水处理领域，涉及一种城市内湖治理技术，尤其涉及一种城市内湖水污染治理技术集成处理系统及优化方法。

背景技术：

1、随着中国社会经济的快速发展，水污染问题日趋严重，城市内湖尤为突出。近年来，国家和地方政府也纷纷出台了水污染防治、流域生态补偿等相关水环境政策、采取了一系列水污染治理措施，使水环境污染状况得到了一定的缓解，但污染仍在继续，整体水质情况依然不容乐观。

2、水污染治理单项技术难以系统的解决流域污染，为了解决在水污染和富营养化治理过程中，实施技术系统化、成套化、技术衔接不足以及工程化链接技术的缺乏，阻碍规模化推广应用等问题。国内外已有多位学者进行了深入研究，国外学者在水污染治理技术集成研究过程中多是基于经济优化原则建立最优化数学模型，而我国研究主要集中在以水环境容量或目标总量控制为基础，基于经济优化原则或公平合理原则进行污染物总量削减。这些分配方法从实施效果看都存在不同程度的问题，难以将水污染物和成本费用进行公平有效的分配，进而影响水环境治理可持续发展目标的实现，因此集成行之有效的污染物总量削减和费用最优方案迫在眉睫。

3、在水污染治理中，单纯考虑经济最优性或片面强调公平性都存在一定弊端，只有将两者统一起来，才可能得到更为科学、合理的分配方案。因此，本发明基于现有经济因素表征的局限性，先对城市内湖水污染治理技术进行集成，然后从环境经济效益最大和削减费用最小两个方面体现经济最优性，构建水污染负荷削减多目标决策模型，以期为城市内湖治理提供一种新方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种城市内湖水污染治理技术集成处理系统及优化方法，是基于排口污水治理、内源污染控制、河道整治等多项创新技术的系统化集成及优化创新。

2、为了解决上述技术问题，发明采用技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种城市内湖水污染治理技术集成处理系统，包括

4、前置缓冲区，用于稳定来水水量水质、均匀布水和缓冲超标雨水；

5、强化处理区，用于净化水质，去除进水主要超标因子；

6、自然湿地区，用于进一步净化水质，消纳河湖内源tp污染，保障超标因子达标，修复湖区生态，防治富营养化；

7、工艺优化模型，为污染物总量-成本费用最小化多目标模型，用于以污染物总量、成本费用最小为多目标，对强化处理区和自然湿地区的工艺进行优化，实现集成处理。

8、另一方面，本发明提供一种城市内湖水污染治理技术集成优化方法，包括以下步骤：

9、步骤1、前置缓冲区工艺选取，根据当地湖泊蓝线保护、水系保护的要求确定近自然和因地制宜的设计原则，结合应用地水污染治理目标，选取前置缓冲区工艺；

10、步骤2、强化处理区工艺选取，根据主要湿地工艺单元设计参数，根据净化需求，在设计进水浓度下，选择合适的强化处理区工艺；

11、步骤3、自然湿地区选取，构建草型清水态湖泊，利用水体自净能力进一步去除湖区污染物，保障年均出水水质稳定达标；

12、步骤4、构建污染物总量-成本费用最小化带有精英策略的快速多目标遗传算法模型(以下简称nsga-ii算法)，以各指标污染物总量和成本费用最小为目标函数，考虑污染物总量削减目标、各指标现状成本费用以及污染物总量上、下限等约束条件，利用工具软件对模型进行优化求解，确定最终的最优分配方案；计算公式如下：

13、总目标函数：

14、f＝min(w,m)

15、总量削减约束：

16、

17、成本费用约束：

18、

19、各指标优化后的费用成本约束:

20、mi≤m0(i)

21、各污染物削减总量约束:

22、

23、上式中，f为总目标函数，w为各污染物总量，m为总成本费用；qi为第i个技术污染物总量削减率，wi为污染负荷现状；k1、k2、k3和k4为费用函数参数；mi为第i个技术优化后的成本费用，m0(i)为第i个技术优化前的成本费用，w0(i)为第i个乡镇污染负荷现状值。

24、快速多目标遗传算法模型构建流程如下：

25、1)将强化处理区和自然湿地区的各污染物削减率设计变量进行集成，通过拉丁超立方实验设计构造一定数目的样本点；

26、2)考虑各技术(污水处理工艺)之间的耦合作用，对样本点进行响应分析；

27、3)提取响应结果，建立kriging插值模型(克里金插值模型)进行误差分析；

28、4)编写带有精英策略的快速多目标遗传算法(nsga-ii)的算法代码；以降低各指标污染物总量和成本费用最小为目标，得到城市内湖水污染治理技术集成多目标优化问题的pareto(帕累托)前沿；

29、5)根据工程实际需要从pareto最优解集中选取最优解，与初始设计进行对比并以污染物削减率和成本估算作为校核指标。

30、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

31、本发明针对前期城市内湖水污染治理单项技术缺乏在实际污染控制工程中难以系统地解决流域污染问题，耦合集成及优化经济、衔接性强、治理效果好的技术体系，为后续城市内湖水污染治理提供方法借鉴。

技术特征：

1.一种城市内湖水污染治理技术集成处理系统，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的城市内湖水污染治理技术集成处理系统，其特征在于：所述前置缓冲区包括表流湿地和潜流湿地，其中潜流湿地又分为水平潜流湿地和垂直流湿地。

3.根据权利要求1所述的城市内湖水污染治理技术集成处理系统，其特征在于：所述强化处理区采用的工艺包括ehbr工艺、生态砾石床及稳定塘。

4.根据权利要求1所述的城市内湖水污染治理技术集成处理系统，其特征在于：所述自然湿地区为构建草型清水态湖泊。

5.根据权利要求1所述的城市内湖水污染治理技术集成处理系统，其特征在于：所述工艺优化模型为污染物总量-成本费用最小化多目标遗传算法模型，以各指标污染物总量和成本费用最小为目标函数，考虑污染物总量削减目标、各指标现状成本费用以及污染物总量上、下限约束条件，利用工具软件对模型进行优化求解，确定最终的最优分配方案。

6.根据权利要求5所述的城市内湖水污染治理技术集成处理系统，其特征在于：所述污染物总量-成本费用最小化多目标遗传算法模型具体构建过程如下：

7.一种城市内湖水污染治理技术集成优化方法，其特征在，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述一种城市内湖水污染治理技术集成优化方法，其特征在，步骤4中，快速多目标遗传算法模型构建流程如下：

技术总结
本发明公开了一种城市内湖水污染治理技术集成处理系统及优化方法，系统包括前置缓冲区、强化处理区、自然湿地区和工艺优化模型；首先根据当地湖泊蓝线保护、水系保护的要求确定近自然和因地制宜的设计原则，选取前置缓冲区工艺；然后根据主要湿地工艺单元设计参数，根据净化需求和进水浓度下选择合适的强化处理区工艺；之后构建草型清水态湖泊，利用水体自净能力进一步去除湖区污染物；然后以各指标污染物总量和成本费用最小为目标函数，考虑污染物总量削减目标、各指标现状成本费用以及污染物总量上、下限约束条件，利用工具软件对模型进行优化求解，确定最终的最优分配方案。本发明耦合性强，能够快速确定工艺适配参数，达到最佳协同处理状态。

技术研发人员：丁一凡,周小国,张佳磊,曾一恒,徐小明,余太平
受保护的技术使用者：长江生态环保集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15