本發明涉及污水處理控制技術，尤其涉及了具備負荷感知分攤功能的污水智能碳源投加系統與方法。

背景技術：

1、在污水處理領域，碳源的投加是為了供給微生物必要的營養，促進微生物吸收和轉化污水中的氮元素，進而實現對總氮的有效去除，滿足氮的排放標準。因此，碳源地合理投加十分重要。

2、當前，大多污水廠的碳源投加控制采用人工控制或單一指標反饋控制。人工控制方式常常是工作人員依據來水總氮或出水總氮等指標，結合操作經驗來對碳源投加量進行控制，這種方式雖然可以保持脫氮效果，但是通常需要過量投加，導致運行成本加大。單一指標反饋控制，通常采用出水總氮這一指標對碳源投加量進行控制，導致碳源投加滯后性較大，以及無法綜合考慮多種水處理指標對微生物除氮效果的影響，比如來水水量、溫度、氨氮含量、碳源投加量、水的酸堿度等等。

3、針對人工控制以及單一指標反饋控制的弊端，現有技術進行了改進。

4、如現有技術1：cn202311335942.0的中國專利公開了一種碳源的智能投加方法,依據當前的進水流量、碳源投加量與反硝化脫氮量的比例值、硝態氮濃度差、以及碳源的化學需氧量當量等指標，計算得到靜態修正系數、動態修正系數、比例值等，最后將以上結果輸入到碳源計算模型得到所需的碳源投加量；雖然該方法考慮多項水處理指標，一定程度上減少了碳源投加量，但碳源計算模型所需的系數大多依賴人工經驗計算所得，難以自適應地處理來水總氮地變化且計算復雜。

5、現有技術2：cn202310744254的中國專利，公開了根據輸入的運行指標和設備調控值之間的變化規律和趨勢來實時得出所需的碳源投加量，然后根據碳源的投加量調整碳源投加的控制策略。其自適應能力差，不能實時學習總氮和硝氮之間的關系。

技術實現思路

1、本發明針對現有技術中難以自適應地快速響應來水總氮的變化及環境條件地變化，難以取得最優處理結果的問題，提供了具備負荷感知分攤功能的污水智能碳源投加系統與方法。

2、為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決：

3、具備負荷感知分攤功能的污水智能碳源投加方法，包括缺氧池、碳源加藥泵單元、碳源加藥泵智能控制柜和智能碳源投加系統；其方法包括，

4、碳源的投加，通過碳源加藥泵單元加投碳源至缺氧池內；

5、碳源投加頻率的控制，通過碳源加藥泵控制柜對于控制碳源加藥泵單元的碳源投加頻率進行控制；并將碳源投加量傳遞至碳源加藥泵控制柜；

6、碳源投加量的確定，通過智能碳源投加系統對控制碳源加藥泵單元的頻率來控制碳源投加量。

7、作為優選，智能碳源投加系統用于控制碳源加藥泵單元的頻率來控制碳源投加量的方法包括：

8、碳源投加數據集的準備，通過對輸入的原始時間序列數據集進行預處理得到碳源投加數據集；輸入的原始時間序列數據集包括總氮缺氧池進水tnin、濃度時間序列數據、總氮總出水tnout濃度時間序列數據、硝氮缺氧池no3濃度時間序列數據和缺氧池進水流量flowin時間序列數據；

9、智能碳源投加算法的控制，對輸入的原始時間序列數據集通過機器學習算法獲取對應的缺氧池負荷時需要的碳源投加量carbon。

10、作為優選，碳源投加數據集的預處理通過聚類算法對于碳源投加數據集進行處理，聚類算法處理包括：

11、獲取進出水指標以及加藥泵過去24h的數據并計算平均值xave，

12、

13、其中，xi為過去的第i個數據點；

14、計算當前數據與過去24h數據平均值的距離l：

15、

16、其中，x為當前數據，xave為過去24h數據平均值。

17、作為優選，對輸入的原始時間序列數據集通過機器學習算法獲取總氮去除量時的碳源投加量carbon包括：

18、

19、其中，rtn為需要去除的總氮的量，ω為模型參數；

20、對于需要去除的總氮的量rtn通過來水總氮的量tnin(total)及硝氮總量no3(total)獲??；

21、rtn＝tnin(total)-no3(total)；

22、其中，tnin(total)為來水總氮的量，no3(total)為硝氮總量。

23、作為優選，對于tnin(totel)為來水總氮的量通過來水tnin及來水流量獲取；

24、tnin(total)＝tnin*flowin；

25、硝氮總量no3(total)通過硝氮和來水流量獲取，

26、no3(total)＝no3*flowin；

27、其中，no3為硝氮的量。

28、作為優選，硝氮的量no3的獲取：

29、根據來水總氮和缺氧池硝氮進行建模，以最小二乘法得出模型系數，采用實時計算的方法確保模型時刻反應當下總氮和硝氮之間的關系：

30、tnout＝β0+β1tnin+β2no3+ε

31、其中，ε為模型預測值與實際值之間的差距；β0，β1和β2為最優參數；

32、通過最小二乘法擬合模型系數獲得最優參數β0，β1和β2：

33、通過人工設定出水指標目標tntarget，結合當前來水指標tnin，反推缺氧池硝氮的目標值no3：

34、

35、其中，tntarget為人工設定出水指標目標值。

36、作為優選，將通過梯度下降的方式計算最優碳源投加量；

37、計算損失函數；

38、

39、其中，λ為可調整的參數，為懲罰項的大小.

40、找出當損失函數最小時，對應的參數ω，對損失函數進行求導，得出以下公式：

41、

42、其中，α為學習率，找出損失函數收斂至最小值時的ω和λ，確認權重和偏差函數；在得出最優的參數ω后，通過ω將最新的來水總氮、硝氮和來水流量和最新的總氮去除量rtn，獲取最新需要的碳源投加量carbon：

43、

44、其中，rtn為最新的總氮去除量。

45、作為優選，還包括碳源投加量的調整，通過動態學習的策略進行碳源投加量的調整。

46、為了解決上述技術問題，本發明還提供了具備負荷感知分攤功能的污水智能碳源投加系統，包括缺氧池、反硝化池、碳源加藥泵單元、碳源加藥泵智能控制柜和智能碳源投加系統；其還包括，

47、碳源的投加模塊，通過碳源加藥泵單元加投碳源至缺氧池和反硝化池內；

48、碳源投加頻率的控制模塊，通過碳源加藥泵控制柜對碳源加藥泵單元的碳源投加頻率進行控制；并將碳源投加量反饋至碳源加藥泵控制柜；

49、碳源投加量的確定模塊，通過智能碳源投加系統對控制碳源加藥泵單元的頻率來控制碳源投加量；

50、碳源投加量的控制模塊，通過智能碳源投加系統對碳源加藥泵單元的控制，從而控制碳源投加量。

51、本發明由于采用了以上技術方案，具有顯著的技術效果：

52、本發明能夠實時的處理污水總氮地變化且計算簡單。

53、本發明自適應地快速響應來水總氮的變化及環境條件地變化。在缺氧池去除總氮后，后續的工藝不會有新增的總氮，所以出水總氮和缺氧池硝氮的關系是穩定的。