城市污水活性污泥法的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬與控制基礎(chǔ)研究.pdf

1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯在處理和解決問題時(shí)不需要對(duì)象的機(jī)理模型.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是具有大規(guī)模并行處理能力、學(xué)習(xí)能力,容錯(cuò)能力強(qiáng),還有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力;其缺點(diǎn)是表達(dá)知識(shí)比較困難、學(xué)習(xí)速度慢.模糊控制能以較少的規(guī)則來表達(dá)知識(shí),系統(tǒng)簡(jiǎn)單而透明,缺點(diǎn)是難以進(jìn)行學(xué)習(xí),難以建立完善的控制規(guī)則.在全面總結(jié)國(guó)內(nèi)外污水生物處理自動(dòng)控制、智能控制現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上研究了不同結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)模擬活性污泥法處理過程的效果、用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為活性污泥法處理過程"軟測(cè)量"工具

2、的效果,以ANFIS(Adaptive Neural Network Based FuzzyInferential System,ANFIS)為工具分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)曝氣、曝氣池混合液回流,二沉池污泥回流的優(yōu)化控制.用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)基于ASM-1的典型活性污泥法脫氮工藝進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,效果良好:出水CODt的誤差在3mg/l以下,出水TN的誤差在1mg/l以下,出水NH3-N的誤差在1.5mg/l以下,出水SS的誤差在1.5mg/l以下.用BP

3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)典型的活性污泥法脫氮除磷工藝進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬,效果很好:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)出水CODt的誤差可控制在±0.6％以下,出水TN的誤差可控制在±2％以下,出水SS的誤差可控制在±1％以下,出水TP的誤差可控制在±2.5％以下,出水PO4的誤差可控制在±3％以下,出水NH3-N的誤差可控制在0.04 mg/l以下.從對(duì)污水處理脫氮和脫氮除磷工藝進(jìn)行模擬的結(jié)果看,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)的精度與訓(xùn)練樣本數(shù)目直接相關(guān),預(yù)測(cè)誤差與所模擬的工藝過程本身的復(fù)雜

4、程度無關(guān).采用不同的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)模擬效果差別不大,隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)多時(shí)效果略優(yōu),訓(xùn)練和模擬時(shí)間隨隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加而明顯變長(zhǎng).用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為活性污泥法脫氮過程控制的軟傳感器效果良好:軟傳感器"測(cè)得"的出水TKN的誤差在±2.5％之內(nèi);出水CODt的誤差在±1.5％之內(nèi).首次提出通過建立ANFIS模型可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)一直處于好氧狀態(tài)的曝氣池中溶解氧的濃度,而交替處于好氧和缺氧狀態(tài)的曝氣池,ANFIS模型對(duì)其溶解氧濃度的預(yù)測(cè)誤差較大.采用ANFIS

5、與采用多層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比,訓(xùn)練樣本數(shù)量相同時(shí),前者訓(xùn)練時(shí)間明顯小于后者,且能達(dá)到全局最優(yōu).ANFIS的缺點(diǎn)是只能有一個(gè)輸出,輸入?yún)?shù)的個(gè)數(shù)也不能太多,一般低于5個(gè).ANFIS模型的訓(xùn)練時(shí)間與模型輸入?yún)?shù)的個(gè)數(shù)及訓(xùn)練樣本數(shù)密切相關(guān),四個(gè)輸入?yún)?shù)ANFIS訓(xùn)練時(shí)間明顯長(zhǎng)于三個(gè)輸入?yún)?shù)ANFIS的訓(xùn)練時(shí)間.首次通過建立ANFIS模型得到城市污水活性污泥法工藝中曝氣池溶解氧濃度、曝氣池混合液回流量、二沉池污泥回流量的最優(yōu)值,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)活性污

6、泥法工藝中曝氣,混合液回流,污泥回流的優(yōu)化控制,這可以在保證出水水質(zhì)的同時(shí)最大限度地節(jié)約能耗.節(jié)約能耗的多寡和污水處理工藝、設(shè)計(jì)參數(shù)、污水廠運(yùn)行管理情況、當(dāng)?shù)氐某鏊畼?biāo)準(zhǔn)、污水處理設(shè)備等都有關(guān)系.對(duì)鹽田污水廠的模擬結(jié)果表明:分別用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ANFIS對(duì)活性污泥法工藝進(jìn)行準(zhǔn)確模擬,前者需要的訓(xùn)練樣本多余后者,樣本數(shù)相同時(shí)預(yù)測(cè)誤差后者要小的多;實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)中有可能有事故數(shù)據(jù),也可能有的數(shù)據(jù)存在很大的測(cè)量誤差,所以在采用這些數(shù)據(jù)之前要對(duì)其