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一种污 水处理膜架的智能控制方法

阅读：467发布：2024-01-16

专利汇可以提供一种污水处理膜架的智能控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于污水处理技术领域，公开了一种污水处理膜架的智能控制方法。包括有污水处理室，设置有污水处理室，所述污水处理室内部包括污水处理机构，所述污水处理室顶部设有曝气控制机构，所述污水处理室外部包括污水控制排出机构，所述上述机构均可智能自行控制开关；所述曝气控制机构为智能曝气，所述污水排出系统采用污水排水泵进行排出。所述污水处理室内部包括污水处理机构，所述污水处理室顶部设有曝气控制机构，所述污水处理室外部包括污水控制排出机构，所述上述机构均可智能自行控制开关。本发明出水的水质质量好，且占用面积小，成本较传统污水处理系统较低。，下面是一种污水处理膜架的智能控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种污水处理膜架的智能控制方法，其特征在于，所述污水处理膜架的智能控制方法通过污水处理室进行污水的处理，通过将污水通入污水处理室，打开电机，通过挂在膜架上的过滤膜进行过滤，通过膜架在圆盘上转动，增加污水在污水处理室的搅拌，通过鼓风机对曝气管加气，对污水处理室通入氧气，，加速污水里面的沉淀的有氧分解，通过出水管排数处理过后的净水；在净水触碰到触片时，当净水内部沉淀杂志过量时，触发触片上部的压力传感器，进而触发电磁阀，关闭出水管，重新处理污水；在污水处理室内氧气浓度过高或过低时，触发气体传感器，控制鼓风机，增大或者减少鼓风机风量；
所述曝气的控制优化的数学模型为：使用物料平衡方程来描述活性污泥工艺中各种反应过程中的各种物质变化，每个方程都包含进出水微分项，生化反应微分项以及回流微分项，在非稳态的情况下对活性污泥系统中各生化反应进行模拟；
其中：p1、p2、p3为加入的干扰量；
由于每日进水流量波动很大，进水流量变化对出水水质有很大的影响，所以，在后续的求解过程中，将p定义为流量；
污水排水泵的电动机采用改进后的基于热模型，具体算法为：电动机过载的基本特征是实际温升超过额定温升，引入应用很广的一阶电动机热模型方程：
式中：T′(t)为电动机的温升；I′(t)为电动机的电流；C为电动机的热容量系数；H为电动机的散热系数；R为电动机的定子电阻；
令：
式中：Tmax为电动机的最大允许温升；Ie为电动机的额定电流；
则：
令：
式中：τ为电动机热时间常数；SF为电动机使用系数，取1；
则：
上式中含有微分方程，离散化，并设微增量ΔT、Δt，其含义是在极短的Δt时间内，电动机的温度由T上升到T+ΔT：
整理后得：
当t时刻的温度T(t)、电流I(t)后，计算出t+Δt时刻的温度T(t+Δt)，nΔt时刻的电流，得到(n+1)Δt时刻的温度，实时地与最大允许温度比较，时对电动机进行过载保护。
2.如权利要求1所述污水处理膜架的智能控制方法，其特征在于，所述智能开关通过单片机对开关进行控制，单片机采用改进的PSO算法，在基本PSO算法中，w使粒子保持运动惯性，w较大时，粒子的运动速度较快，使粒子的搜索区域较大，并且能够使其更快的靠近全局最优粒子，w较小时，粒子的运动速度缓慢，使粒子能够在局部范围内进行精细搜索；w采取动态调整；
其中：wmax和wmin表示惯性权重最大和最小值，t表示迭代次数，Itermax表示最大迭代次数。
3.如权利要求1所述的污水处理膜架的智能控制方法，其特征在于，所述压力传感器的校正模型表示为：
采集的压力传感器输入和输出的数据样本集为：{xi，yi}，i＝1，2，...，n；其中xi∈RN，为压力传感器的输入；yi∈R为压力传感器的输出；需要求解的回归函数为：
f(x)＝ω·φ(x)+b；
式中，ω·φ(x)表示向量ω与φ(x)的内积，ω的维数为高维空间维数，b∈R为阈值；
引入松弛变量ξ，ξ*≥0，约束条件为：
4.一种应用权利要求1所述污水处理膜架的智能控制方法的污水处理膜架的智能控制装置，其特征在于，所述污水处理膜架的智能控制装置设置有污水处理室，所述污水处理室内部包括污水处理机构，所述污水处理室顶部设有曝气控制机构，所述污水处理室外部包括污水控制排出机构，所述上述机构均可智能自行控制开关；所述曝气控制机构为智能曝气，所述污水排出系统采用污水排水泵进行排出。
5.如权利要求4所述的污水处理膜架的智能控制装置，其特征在于，所述污水处理机构包括固定在污水处理室底部的电机，所述电机输出端固定连接有圆盘，所述圆盘远离电机侧面焊接连接有膜架，所述污水处理室侧壁上均匀分布有曝气管，所述曝气管通过卡箍固定在污水处理室侧壁上。
6.如权利要求4所述的污水处理膜架的智能控制装置，其特征在于，所述曝气控制机构包括通过螺丝固定在污水处理室顶部的气体传感器，所述气体传感器电连接有鼓风机，所述鼓风机出风口连接入曝气管。
7.如权利要求4所述的污水处理膜架的智能控制装置，其特征在于，所述污水控制排出机构包括设置在污水处理室后侧的出水管，所述出水管外部螺纹连接有电磁阀，所述出水管内部设有触片，所述触片上连接有压力传感器，所述压力传感器与电磁阀电连接。

说明书全文

一种污水处理膜架的智能控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种污水处理膜架的智能控制方法。

背景技术

[0002] 目前，随着现代工业的迅速发展，水污染越来越严重，因此，对污水的治理也迫在眉睫，膜技术随之应运而生。它将污水生物处理技术与膜分离技术相结合，首先利用生化技术降解水中的有机物，驯养优势菌类、阻隔细菌，然后利用膜技术过滤悬浮物和水溶性大分子物质，降低水浊度，达到排放标准。膜生物反应器技术可广泛用于污水处理和中水回用等领域，但是，目前水处理膜使用效率较低，不能合理利用，因此造成使用成本较高高，膜组件具有一定的寿命，一般进口膜为5-8年，国产膜为3-5年，达到寿命时，更换膜是一笔巨大的开支。

[0003] 综上所述，现有技术存在的问题是：

[0004] (1)现有的膜架组件造价较高，且需要通过人工控制，造成污水处理不完全，传统的曝气无法稳定控制好氧池DO，降低了生物处理的工艺性能，达不到所需要的污染物去除效果。

[0005] (2)目前使用的污水排水泵在运行中的实际运行温度常会超过额定温度，在容易造成电动机因温度过热而烧坏，降低了工作效率。

[0006] (3)目前使用的智能控制开关单片机的控制效率较低，对智能开关的控制不够灵敏，容易引起排水量与曝气量的不足与过量，对系统的正常运行造成了影响。

发明内容

[0007] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种污水处理膜架的智能控制方法。

[0008] 本发明是这样实现的，一种污水处理膜架的智能控制方法，所述污水处理膜架的智能控制方法通过污水处理室进行污水的处理，通过将污水通入污水处理室，打开电机，通过挂在膜架上的过滤膜进行过滤，通过膜架在圆盘上转动，增加污水在污水处理室的搅拌，通过鼓风机对曝气管加气，对污水处理室通入氧气，，加速污水里面的沉淀的有氧分解，通过出水管排数处理过后的净水；在净水触碰到触片时，当净水内部沉淀杂志过量时，触发触片上部的压力传感器，进而触发电磁阀，关闭出水管，重新处理污水；在污水处理室内氧气浓度过高或过低时，触发气体传感器，控制鼓风机，增大或者减少鼓风机风量；

[0009] 所述曝气的控制优化的数学模型为：使用物料平衡方程来描述活性污泥工艺中各种反应过程中的各种物质变化，每个方程都包含进出水微分项，生化反应微分项以及回流微分项，在非稳态的情况下对活性污泥系统中各生化反应进行模拟；

[0010]

[0011]

[0012]

[0013] 其中：p1、p2、p3为加入的干扰量；

[0014] 由于每日进水流量波动很大，进水流量变化对出水水质有很大的影响，所以，在后续的求解过程中，将p定义为流量；

[0015] 污水排水泵的电动机采用改进后的基于热模型，具体算法为：电动机过载的基本特征是实际温升超过额定温升，引入应用很广的一阶电动机热模型方程：

[0016]

[0017] 式中：T′(t)为电动机的温升；I′(t)为电动机的电流；C为电动机的热容量系数；H为电动机的散热系数；R为电动机的定子电阻；

[0018] 令：

[0019] 式中：Tmax为电动机的最大允许温升；Ie为电动机的额定电流；

[0020] 则：

[0021] 令：

[0022] 式中：τ为电动机热时间常数；SF为电动机使用系数，取1；

[0023] 则：

[0024] 上式中含有微分方程，离散化，并设微增量ΔT、Δt，其含义是在极短的Δt时间内，电动机的温度由T上升到T+ΔT：

[0025]

[0026] 整理后得：

[0027]

[0028] 当t时刻的温度T(t)、电流I(t)后，计算出t+Δt时刻的温度T(t+Δt)，nΔt时刻的电流，得到(n+1)Δt时刻的温度，实时地与最大允许温度比较，时对电动机进行过载保护。

[0029] 进一步，所述智能开关通过单片机对开关进行控制，单片机采用改进的PSO算法，在基本PSO算法中，w使粒子保持运动惯性，w较大时，粒子的运动速度较快，使粒子的搜索区域较大，并且能够使其更快的靠近全局最优粒子，w较小时，粒子的运动速度缓慢，使粒子能够在局部范围内进行精细搜索；w采取动态调整；

[0030]

[0031] 其中：wmax和wmin表示惯性权重最大和最小值，t表示迭代次数，Itermax表示最大迭代次数。

[0032] 进一步，所述压力传感器的校正模型表示为：

[0033] 采集的压力传感器输入和输出的数据样本集为：{xi，yi}，i＝1，2，...，n；其中xi∈RN，为压力传感器的输入；yi∈R为压力传感器的输出；需要求解的回归函数为：

[0034] f(x)＝ω·φ(x)+b；

[0035] 式中，ω·φ(x)表示向量ω与φ(x)的内积，ω的维数为高维空间维数，b∈R为阈值；

[0036] 引入松弛变量ξ，ξ*≥0，约束条件为：

[0037]

[0038]

[0039] 本发明的另一目的在于提供一种应用所述污水处理膜架的智能控制方法的污水处理膜架的智能控制装置，所述污水处理膜架的智能控制装置设置有污水处理室，所述污水处理室内部包括污水处理机构，所述污水处理室顶部设有曝气控制机构，所述污水处理室外部包括污水控制排出机构，所述上述机构均可智能自行控制开关；所述曝气控制机构为智能曝气，所述污水排出系统采用污水排水泵进行排出。

[0040] 进一步，所述污水处理机构包括固定在污水处理室底部的电机，所述电机输出端固定连接有圆盘，所述圆盘远离电机侧面焊接连接有膜架，所述污水处理室侧壁上均匀分布有曝气管，所述曝气管通过卡箍固定在污水处理室侧壁上。

[0041] 进一步，所述曝气控制机构包括通过螺丝固定在污水处理室顶部的气体传感器，所述气体传感器电连接有鼓风机，所述鼓风机出风口连接入曝气管。

[0042] 进一步，所述污水控制排出机构包括设置在污水处理室后侧的出水管，所述出水管外部螺纹连接有电磁阀，所述出水管内部设有触片，所述触片上连接有压力传感器，所述压力传感器与电磁阀电连接。

[0043] 本发明的优点及积极效果为：设有气体传感器，与鼓风机电连接，可以自主控制污水处理室内部的氧气浓度，且设有压力传感器，可以控制污水的排出质量，设有电机传动圆盘，可将膜架在污水处理过程中随时电机同步传动，加大污水处理力度，通过优化的曝气模型，能够稳定的控制好氧池DO，好氧池实现了NO2--N的积累，改善了生物处理工艺的性能，提高了系统对BOD、TP、NH4+-N、TN等污染物的去除效果。通过对污水排水泵的热模型的改进，为排水泵提供了过载保护，使际温度与额定温度之间具有相互保护与协调的功能，有效防止了电动机因过热而烧坏的问题。对单片机采用新的算法，使智能开关的控制更加简单有效，不仅提高了工作效率，而且有效避免了因单片机的控制误差而对系统的正常运行产生影响。

[0044] 本发明以上算法用数字控制器实现起来十分容易，只要以Δt为周期对电流进行采样，然后进行简单的运算即可，该方法与反时限方法相比具有如下优势：(1)允许负载电流I的随时变动；每个计算周期之后，I值需重新采样；在1个周期之内，因为其时间很短，可假设I不变；(2)可模拟电动机的散热和热积累，当电动机过载时，则温度T慢慢增加；当电动机不再过载时， T值慢慢降低，与电动机的散热及
其相似。
附图说明

[0045] 图1是本发明实施例提供的污水处理膜架的智能控制方法的结构示意图；

[0046] 图2是本发明实施例提供的污水处理膜架的智能控制方法的截面示意图；

[0047] 图中：1、污水处理室；2、电机；3、圆盘；4、膜架；5、曝气管；6、气体传感器；7、鼓风机；8、出水管；9、电磁阀；10、触片；11、压力传感器。

具体实施方式

[0048] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

[0049] 下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

[0050] 所述污水处理膜架的智能控制方法设置有污水处理室1、电机2、圆盘3、膜架4、曝气管5、气体传感器6、鼓风机7、出水管8、电磁阀9、触片10、压力传感器11，所述污水处理室1内部包括污水处理机构，所述污水处理室1顶部设有曝气控制机构，所述污水处理室1外部包括污水控制排出机构，所述上述机构均可智能自行控制开关。

[0051] 所述污水处理机构包括固定在污水处理室1底部的电机2，所述电机2输出端固定连接有圆盘3，所述圆盘3远离电机2侧面焊接连接有膜架4，所述污水处理室1侧壁上均匀分布有曝气管5，所述曝气管5通过卡箍固定在污水处理室1侧壁上。所述曝气控制机构包括通过螺丝固定在污水处理室1顶部的气体传感器6，所述气体传感器6电连接有鼓风机7，所述鼓风机7出风口连接入曝气管5。所述污水控制排出机构包括设置在污水处理室1后侧的出水管8，所述出水管8外部螺纹连接有电磁阀9，所述出水管8内部设有触片10，所述触片10上连接有压力传感器11，所述压力传感器11与电磁阀9电连接。

[0052] 所述曝气控制机构为智能曝气，智能曝气优化的数学模型为：

[0053] 使用物料平衡方程来描述活性污泥工艺中各种反应过程中的各种物质变化，每个方程都包含了进出水微分项，生化反应微分项以及回流微分项，在非稳态的情况下对活性污泥系统中各生化反应进行了模拟；

[0054]

[0055]

[0056]

[0057] 其中：

[0058] p1、p2、p3为加入的干扰量

[0059] 由于每日进水流量波动很大，进水流量变化对出水水质有很大的影响，所以，在后续的求解过程中，将p定义为流量；

[0060] 所述污水排出系统采用污水排水泵进行排出，污水排水泵的电动机采用改进后的基于热模型，具体算法为：

[0061] 电动机过载的基本特征是实际温升超过额定温升，过载保护的根本目的就是防止电动机因过热而烧坏，因此，本发明引入应用很广的一阶电动机热模型方程：

[0062]

[0063] 式中：T′(t)为电动机的温升；I′(t)为电动机的电流；C为电动机的热容量系数；H为电动机的散热系数；R为电动机的定子电阻；

[0064] 令：

[0065] 式中：Tmax为电动机的最大允许温升；Ie为电动机的额定电流；

[0066] 则：

[0067] 令：

[0068] 式中：τ为电动机热时间常数；SF为电动机使用系数，一般可取1；

[0069] 则：

[0070] 上式中含有微分方程，不便于计算机处理，将其离散化，并设微增量ΔT、Δt，其含义是在极短的Δt时间内，电动机的温度由T上升到T+ΔT：

[0071]

[0072] 整理后得：

[0073]

[0074] 由上式可知，当知道t时刻的温度T(t)、电流I(t)后，便可计算出t+Δt时刻的温度T(t+Δt)，因而只要知道nΔt时刻的电流，便可得到(n+1)Δt时刻的温度，从而可以实时地与最大允许温度比较，时对电动机进行过载保护；

[0075] 以上算法用数字控制器实现起来十分容易，只要以Δt为周期对电流进行采样，然后进行简单的运算即可，该方法与前面的反时限方法相比具有如下优势：

[0076] (1)允许负载电流I的随时变动。因为每个计算周期之后，I值需重新采样。而在1个周期之内，因为其时间很短，可假设I不变；

[0077] (2)可模拟电动机的散热和热积累，当电动机过载时，则温度T慢慢增加；当电动机不再过载时， T值慢慢降低，与电动机的散热及其
相似；

[0078] 所述智能开关通过单片机对开关进行控制，本发明单片机采用改进的PSO算法，在基本PSO算法中，w使粒子保持运动惯性，使其有扩展搜索空间的趋势，w较大时，粒子的运动速度较快，使粒子的搜索区域较大，并且能够使其更快的靠近全局最优粒子，w较小时，粒子的运动速度缓慢，使粒子能够在局部范围内进行精细搜索，有利于算法的收敛，为此w常采取动态调整；

[0079]

[0080] 其中：wmax和wmin表示惯性权重最大和最小值，t表示迭代次数，I termax表示最大迭代次数。

[0081] 进一步，所述压力传感器的校正模型表示为：

[0082] 采集的压力传感器输入和输出的数据样本集为：{xi，yi}，i＝1，2，…，n；其中xi∈RN，为压力传感器的输入；yi∈R为压力传感器的输出；需要求解的回归函数为：

[0083] f(x)＝ω·φ(x)+b；

[0084] 式中，ω·φ(x)表示向量ω与φ(x)的内积，ω的维数为高维空间维数，b∈R为阈值；

[0085] 引入松弛变量ξ，ξ*≥0，约束条件为：

[0086]

[0087]

[0088] 本发明的工作原理是：该装置通过污水处理室1进行污水的处理，通过将污水通入污水处理室1，打开电机2，通过挂在膜架4上的过滤膜进行过滤，通过膜架4在圆盘3上转动，增加污水在污水处理室1的搅拌，通过鼓风机7对曝气管5加气，对污水处理室1里通入氧气，，加速污水里面的沉淀的有氧分解，通过出水管8排数处理过后的净水；在净水触碰到触片10时，当净水内部沉淀杂志过量时，触发触片10上部的压力传感器11，进而触发电磁阀9，关闭出水管8，重新处理污水，同时，在污水处理室1内氧气浓度过高或过低时，触发气体传感器6，进而控制鼓风机7，增大或者减少鼓风机7风量。

[0089] 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

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