一种重金属废水处理过程的协调控制方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种重金属废水处理过程的协调控制方法及装置，方法包括：S1：建立电能消耗优化模型；S2：对建立的电能消耗优化模型采进行求解，获取使得出口重金属离子浓度满足预设阈值以及电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值；S3：通过控制碱添加量调节废水的pH以及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数达到目标pH值和目标电导率值；S4：根据获取的目标电流密度值得到输出电流值，并控制整流器输出所述输出电流值，使得系统以最小的电能消耗运行。本发明提供的协调控制方法能够自动控制相应原料的添加量以及电解电流的大小，使得出口废水重金属离子浓度维持在一个稳定的范围内，进而节约电能和原料资源。
【专利说明】
-种重金属废水处理过程的协调控制方法及装置
技术领域
[0001] 本发明设及电化学技术领域，具体设及一种重金属废水处理过程的协调控制方法 及装置。
【背景技术】
[0002] 随着有色金属行业的发展，重金属污染物(如铜、钻、儀等)进入到工业废水中，导 致地下水环境重金属污染严重，具有"致癌、致崎、致突变"的巨大危害。在此背景下，开发一 种新型高效节能的重金属废水处理技术势在必行。
[0003] 电化学重金属废水处理技术具有施工周期短、运行成本低、处理效果好、设施占地 面积小、工艺可自动化程度高、处理范围广、耐冲击负荷强、污泥产生量少、操作和维护简单 等优点，因此在重金属废水治理领域得到广泛应用。
[0004] 但现阶段处理重金属废水的电化学技术还存在许多缺陷：在处理重金属时，pH值、 电导率和电流值的设定常根据人工经验进行判定，运就使得各重金属氨氧化物的析出情况 变化较大，导致出口废水所含重金属离子浓度波动较大，整流器运行功率浪费，电能消耗和 原料的浪费。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种重金属废水处理过程的协调控制方法及 装置，能够自动控制相应原料的添加量W及电解电流的大小，使得出口废水重金属离子浓 度维持在一个稳定的范围，进而节约电能和原料资源。
[0006] 第一方面，本发明提供了一种重金属废水处理过程的协调控制方法，包括W下步 骤：
[0007] SI:建立重金属废水处理过程的电能消耗优化模型，使得在出口重金属离子浓度 满足预设阔值的情况下电能消耗最小；
[000引S2:获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数据，对Sl建立的电 能消耗优化模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属离子浓度满足预设阔值 W及电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值；
[0009] S3:对电解槽池待处理废水的抑值和电导率值分析，通过控制碱添加量调节废水 的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2获取的目标抑值和目 标电导率值；
[0010] S4:根据S2获取的目标电流密度值得到输出电流值，并控制电化学重金属废水处 理系统的整流器输出所述输出电流值，使得电化学重金属废水处理系统W最小的电能消耗 运行。
[0011] 优选地，所述S3对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过控制碱添加 量调节废水的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2获取的目 标pH值和目标电导率值，包括：
[0012] 对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过模糊前馈解禪控制碱添加量 调节废水的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2获取的目标 pH值和目标电导率值。
[0013] 优选地，所述通过模糊前馈解禪控制碱添加量调节废水的抑W及控制电解质添加 量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2获取的目标pH值和目标电导率值，包括：
[0014] S31:设置抑控制系统和抑值为主控制系统和主被控变量，电导率控制系统和电导 率值为从控制系统和从被控变量；
[0015] S32:给从控系统的执行器一个初始控制信号，使执行器动作至能够使控制系统稳 定运行的位置；
[0016] S33:启动主控制系统的模糊调节机制，使主被控变量调节至第一目标值，所述第 一目标值为S2获得的目标pH值；
[0017] S34:关闭主控制系统的模糊反馈调节，开启从控制系统的模糊反馈调节和对主控 制系统的前馈补偿控制，在维持主被控变量不变的情况下将从被控变量调节至第二目标 值，所述第二目标值为S2获得的目标电导率值。
[0018] 优选地，Sl中重金属废水处理过程的电能消耗优化模型为：
[0019]
[0020]
[0021] 其中，Jw为电能;fmDdel表示电能消耗模型的通用模型表示形式;fBP为电化学处理过 程模型的通用模型表示形式;Dk为电解槽的电解电流密度;pH为待处理废水的抑值大小;K 为待处理废水的电导率;Co为入口废水重金属离子浓度;0为待辨识参数;Cnut为出口废水中 重金属离子浓度;Cmax为出口废水中重金属离子浓度应达到的指标值;Dk.max为电解极板能承 受的电流密度上限。
[0022] 优选地，S4还包括:根据整流器输出电压进行极板消耗检测的步骤，具体包括:实 时检测电化学重金属废水处理系统中整流器的输出电压，将输出电压与预设的极板消耗报 警电压值进行比较，若所述输出电压大于或等于预设的极板消耗报警电压值，则输出极板 更换报警信号。
[0023] 第二方面，本发明还提供了一种重金属废水处理过程的协调控制装置，包括：
[0024] 建立单元，用于建立重金属废水处理过程的电能消耗优化模型，使得在出口重金 属离子浓度满足预设阔值的情况下电能消耗最小；
[0025] 获取单元，用于获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数据，对 所述建立单元建立的电能消耗优化模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属 离子浓度满足预设阔值W及电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值；
[0026] 第一控制单元，用于对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过控制碱 添加量调节废水的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到所述获 取单元获取的目标pH值和目标电导率值；
[0027] 第二控制单元，用于根据所述获取单元获取的目标电流密度值得到输出电流值， 并控制电化学重金属废水处理系统的整流器输出所述输出电流值，使得电化学重金属废水 处理系统W最小的电能消耗运行。
[0028] 优选地，所述第一控制单元具体用于：
[0029] 对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过模糊前馈解禪控制碱添加量 调节废水的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到所述获取单元 获取的目标pH值和目标电导率值。
[0030] 优选地，所述第一控制单元通过模糊前馈解禪控制碱添加量调节废水的抑W及控 制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到所述获取单元获取的目标pH值和目 标电导率值，具体包括：
[0031] 设置pH控制系统和pH值为主控制系统和主被控变量，电导率控制系统和电导率值 为从控制系统和从被控变量；
[0032] 给从控系统的执行器一个初始控制信号，使执行器动作至能够使控制系统稳定运 行的位置；
[0033] 启动主控制系统的模糊调节机制，使主被控变量调节至第一目标值，所述第一目 标值为所述获取单元获得的目标pH值；
[0034] 关闭主控制系统的模糊反馈调节，开启从控制系统的模糊反馈调节和对主控制系 统的前馈补偿控制，在维持主被控变量不变的情况下将从被控变量调节至第二目标值，所 述第二目标值为所述获取单元获得的目标电导率值。
[0035] 优选地，所述建立单元建立的重金属废水处理过程的电能消耗优化模型为：
[0036]
[0037] 1234 其中，Jw为电能;fmDdel表示电能消耗模型的通用模型表示形式;fBP为电化学处理过 程模型的通用模型表示形式;Dk为电解槽的电解电流密度;pH为待处理废水的抑值大小;K 为待处理废水的电导率;Co为入口废水重金属离子浓度;0为待辨识参数;Cnut为出口废水中 重金属离子浓度;Cmax为出口废水中重金属离子浓度应达到的指标值;Dk.max为电解极板能承 受的电流密度上限。 2 优选地，所述第二控制单元还用于： 3 实时检测电化学重金属废水处理系统中整流器的输出电压，将输出电压与预设的 极板消耗报警电压值进行比较，若所述输出电压大于或等于预设的极板消耗报警电压值， 则输出极板更换报警信号。 4 由上述技术方案可知，本发明提供了一种重金属废水处理过程的协调控制方法， 建立电能消耗优化模型，使得在出口重金属离子浓度满足预设阔值的情况下电能消耗最 小;获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数据，对建立的电能消耗优化 模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属离子浓度满足预设阔值W及电能消 耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值;根据计算得到的目标抑值和目标电 导率值，控制碱添加量和电解质添加量调节实际的pH值和电导率值达到获取的目标pH值和 目标电导率值;最后，控制电化学重金属废水处理系统的整流器输出使得整流器运行目标 电流值，使得电化学重金属废水处理系统W最小的电能消耗运行。该方法节约了电能和原 料资源，稳定了出口废水重金属离子浓度，改变了落后的人工操作模式。
【附图说明】
[0042] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据 运些附图获得其他的附图。
[0043] 图1是实施例一提供的重金属废水处理过程的协调控制方法的流程图；
[0044] 图2是实现实施例一提供的重金属废水处理过程的协调控制方法的工艺流程示意 图；
[0045] 图3是本实施例一提供的模糊前馈解禪控制框图；
[0046] 图4是实施例一提供的出口重金属离子浓度曲线示意图；
[0047] 图5是实施例一提供的pH值曲线示意图；
[0048] 图6是实施例一提供的电导率值曲线示意图；
[0049] 图7是实施例一提供的输出电流值曲线示意图；
[0050] 图8是实施例二提供的重金属废水处理过程的协调控制装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0051] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052] 为了解决【背景技术】提到的电能消耗和原料浪费的技术问题，本发明提供了一种重 金属废水处理过程的协调控制方法，建立电能消耗优化模型，使得在出口重金属离子浓度 满足预设阔值的情况下电能消耗最小;获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的 检测数据，对建立的电能消耗优化模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属 离子浓度满足预设阔值W及电能消耗最小的目标电流密度值，目标抑值和目标电导率值； 根据计算得到的目标抑值和目标电导率值，控制碱添加量和电解质添加量调节实际的pH值 和电导率值达到获取的目标抑值和目标电导率值;最后，控制电化学重金属废水处理系统 的整流器输出使得整流器运行目标电流值，使得电化学重金属废水处理系统W最小的电能 消耗运行。该方法节约了电能和原料资源，稳定了出口废水重金属离子浓度，改变了落后的 人工操作模式。
[0053] 图1示出了本发明实施例一提供的重金属废水处理过程的协调控制方法的流程 图，参见图1，所述方法包括如下步骤：
[0054] 步骤101:建立重金属废水处理过程的电能消耗优化模型，使得在出口重金属离子 浓度满足预设阔值的情况下电能消耗最小。
[0055] 在本步骤中，建立的重金属废水处理过程的电能消耗优化模型为：
[0化6]
[0化7]
[005引其中，Jw为电能;fmndel表示电能消耗模型的通用模型表示形式;fBP为电化学处理过 程模型的通用模型表示形式;Dk为电解槽的电解电流密度;pH为待处理废水的抑值大小;K 为待处理废水的电导率;Co为入口废水重金属离子浓度;0为待辨识参数;Cnut为出口废水中 重金属离子浓度;Cmax为出口废水中重金属离子浓度应达到的指标值;化.max为电解极板能承 受的电流密度上限。
[0059] 其中，所述废水处理过程的电能消耗模型和电化学处理过程模型的通用模型为反 应机理模型或数据模型。例如，fBP为采用BP神经网络模型建立的基于电解槽废水出口重金 属离子浓度和废水电导率、pH值W及电解电流密度之间关系的电化学处理过程模型。
[0060] 步骤102:获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数据，对步骤 101建立的电能消耗优化模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属离子浓度 满足预设阔值W及电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值。
[0061] 在本步骤中，利用电能消耗优化模型求解获取使得出口重金属离子浓度满足预设 阔值W及电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值，从而为pH值、电导率 值和电流的调节提供依据，W稳定出口废水重金属离子浓度，节约电能和原料资源。
[0062] 步骤103:对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过控制碱添加量调节 废水的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到步骤102获取的目 标抑值和目标电导率值。
[0063] 在本步骤中，由于碱和电解质的添加对抑和电导率都会有影响，因此本步骤中碱 添加量和电解质添加量优选通过模糊前馈解禪控制获得。
[0064] 进一步地，对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过模糊前馈解禪控 制碱添加量调节废水的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2 获取的目标pH值和目标电导率值，具体包括如下步骤：
[0065] 步骤a:设置pH控制系统和抑值为主控制系统和主被控变量，电导率控制系统和电 导率值为从控制系统和从被控变量；
[0066] 步骤b:给从控系统的执行器一个初始控制信号，使执行器动作至能够使控制系统 稳定运行的位置；
[0067] 步骤C:启动主控制系统的模糊调节机制，使主被控变量调节至第一目标值，所述 第一目标值为S2获得的目标pH值；
[0068] 步骤d:关闭主控制系统的模糊反馈调节，开启从控制系统的模糊反馈调节和对主 控制系统的前馈补偿控制，在维持主被控变量不变的情况下将从被控变量调节至第二目标 值，所述第二目标值为S2获得的目标电导率值。
[0069] 步骤104:根据步骤102获取的目标电流密度值得到输出电流值，并控制电化学重 金属废水处理系统的整流器输出所述输出电流值，使得电化学重金属废水处理系统W最小 的电能消耗运行。
[0070] 在本步骤中，根据步骤102获取的目标电流密度值得到输出电流值，包括：
[0071] I = SXD'k;
[0072] 其中，I为输出电流值;S为每块阴极板的截面积，D^k为步骤102获取的目标电流密 度值。
[0073] 然后，根据控制电化学重金属废水处理系统的整流器输出所述输出电流值I，使得 电化学重金属废水处理系统W最小的电能消耗运行。
[0074] 进一步，步骤104还包括:根据整流器输出电压进行极板消耗检测的步骤，具体包 括:实时检测电化学重金属废水处理系统中整流器的输出电压，将输出电压与预设的极板 消耗报警电压值进行比较，若所述输出电压大于或等于预设的极板消耗报警电压值，则输 出极板更换报警信号。
[0075] 从上面描述可知，本实施例提供的重金属废水处理过程的协调控制方法，建立电 能消耗优化模型，使得在出口重金属离子浓度满足预设阔值的情况下电能消耗最小;获取 电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数据，对建立的电能消耗优化模型采用 状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属离子浓度满足预设阔值W及电能消耗最小的 目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值;根据计算得到的目标pH值和目标电导率值，控 审IJ碱添加量和电解质添加量调节实际的pH值和电导率值达到获取的目标抑值和目标电导 率值;最后，控制电化学重金属废水处理系统的整流器输出使得整流器运行目标电流值，使 得电化学重金属废水处理系统W最小的电能消耗运行。该方法节约了电能和原料资源，稳 定了出口废水重金属离子浓度，改变了落后的人工操作模式。
[0076] 下面W-个具体的实例对上述实施例提供的方法进行解释说明。参见图2,图2为 实现上述方法的工艺流程示意图。
[0077] 例如，对于一种待处理的含重金属錬的废水，采取连续进水方式处理，处理量控制 在50m3/h。参见图2-图7，具体包括如下步骤：
[0078] 第一步，建立重金属废水处理过程的电能消耗优化模型，使得在出口錬离子浓度 达标(0.5mg/L)的情况下电能消耗最小;第二步，根据錬离子浓度和入口流量，采用状态转 移算法对电耗优化模型求解，得到使得在出口錬离子浓度达标的情况下电能消耗最小的电 流密度值、pH值和电导率值;第=步，对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，采用 模糊前馈解禪控制确定碱(化OH)和电解质(FeS化)添加量，如图3所示;第四步，根据电流密 度值得到输出电流值，并控制电化学重金属废水处理系统的整流器输出上述使得运行电耗 最小的电流值，使得电化学重金属废水处理系统W最小的电能消耗运行。
[0079] 采用重金属废水处理过程的协调控制方法，其出口錬离子浓度如图4所示。由图4 可知，采用重金属废水处理过程的协调控制方法，出口錬离子浓度都在标准范围内。通过状 态转移算法计算得到的pH值、电导率和输出电流如图5-7所示。采用人工调节的方法和重金 属废水处理过程的协调控制方法的碱(NaOH)和电解质(FeS化)添加量W及电耗对比如表1 所示，使用重金属废水处理过程的协调控制方法后，碱的添加量、电解质添加量和电耗日均 分别降低了36化g、128.4kg和162.377千瓦时。
[0080] 表 1 「mfti 1
LUUfsz」 W化，伞头她例头町狄W做化巧叛承中里並屑罔于m设，巷T運^的电昵巧巧1 兀 化数学模型，采用状态转移算法求解，得到使得出口重金属离子浓度达标和电能消耗最小 的pH值，电导率值和电流值;根据抑值和电导率值采用模糊前馈解禪控制确定碱添加量和 电解质添加量，避免了因人工经验操作造成的重金属氨氧化物析出情况变化较大和原料浪 费的问题；然后控制电化学重金属废水处理系统的整流器在上述求解得到的电流值下运 行，使得电化学反应永远在最小的电耗下进行。和电化学重金属废水处理系统的现有技术 相比，本实施例既节约了电能和原料，也减少了工人的劳动强度，提高了电化学反应的安全 系数，更加节能环保、安全可靠。
[0083] 本发明实施例二提供了一种重金属废水处理过程的协调控制装置，参见图8,包 括:建立单元81、获取单元82、第一控制单元83和第二控制单元84;
[0084] 所述建立单元81，用于建立重金属废水处理过程的电能消耗优化模型，使得在出 口重金属离子浓度满足预设阔值的情况下电能消耗最小；
[0085] 所述获取单元82,用于获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数 据，对所述建立单元建立的电能消耗优化模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口 重金属离子浓度满足预设阔值W及电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导 率值；
[0086] 所述第一控制单元83,用于对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过 控制碱添加量调节废水的pHW及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到 所述获取单元82获取的目标pH值和目标电导率值；
[0087] 所述第二控制单元84,用于根据所述获取单元82获取的目标电流密度值得到输出 电流值，并控制电化学重金属废水处理系统的整流器输出所述输出电流值，使得电化学重 金属废水处理系统W最小的电能消耗运行。
[0088] 所述第二控制单元84根据所述获取单元82获取的目标电流密度值通过下面公式 得到输出电流值：
[0089] l = sXD'k;
[0090] 其中，I为输出电流值;S为每块阴极板的截面积，D^k为获取单元82获取的目标电 流密度值。
[0091 ]进一步地，所述第一控制单元83具体用于：
[0092] 对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过模糊前馈解禪控制碱添加量 调节废水的抑W及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到所述获取单元 获取的目标pH值和目标电导率值。
[0093] 进一步地，所述第一控制单元83通过模糊前馈解禪控制碱添加量调节废水的抑W 及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到所述获取单元获取的目标pH值 和目标电导率值，具体包括：
[0094] 设置pH控制系统和pH值为主控制系统和主被控变量，电导率控制系统和电导率值 为从控制系统和从被控变量；
[OOM]给从控系统的执行器一个初始控制信号，使执行器动作至能够使控制系统稳定运 行的位置；
[0096] 启动主控制系统的模糊调节机制，使主被控变量调节至第一目标值，所述第一目 标值为所述获取单元获得的目标pH值；
[0097] 关闭主控制系统的模糊反馈调节，开启从控制系统的模糊反馈调节和对主控制系 统的前馈补偿控制，在维持主被控变量不变的情况下将从被控变量调节至第二目标值，所 述第二目标值为所述获取单元获得的目标电导率值。
[0098] 进一步地，所述建立单元81建立的重金属废水处理过程的电能消耗优化模型为：
[0099]
[0100]
[0101] 其中，Jw为电能;fmDdel表示电能消耗模型的通用模型表示形式;fBP为电化学处理过 程模型的通用模型表示形式;Dk为电解槽的电解电流密度;pH为待处理废水的抑值大小;K 为待处理废水的电导率;Co为入口废水重金属离子浓度;0为待辨识参数;Cnut为出口废水中 重金属离子浓度;Cmax为出口废水中重金属离子浓度应达到的指标值;化.max为电解极板能承 受的电流密度上限。
[0102] 进一步地，所述第二控制单元84还用于：
[0103] 实时检测电化学重金属废水处理系统中整流器的输出电压，将输出电压与预设的 极板消耗报警电压值进行比较，若所述输出电压大于或等于预设的极板消耗报警电压值， 则输出极板更换报警信号。
[0104] 本实施例提供的重金属废水处理过程的协调控制装置，可W用于执行上述实施例 所述的重金属废水处理过程的协调控制方法，其原理和技术效果类似，此处不再寶述。
[0105] 在本发明的描述中，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示运些 实体或操作之间存在任何运种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何 其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备 不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为运种过程、方 法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的 要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0106] W上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例 对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可W对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而运些修改或替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种重金属废水处理过程的协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤： S1:建立重金属废水处理过程的电能消耗优化模型，使得在出口重金属离子浓度满足 预设阈值的情况下电能消耗最小； S2:获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数据，对S1建立的电能消 耗优化模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属离子浓度满足预设阈值以及 电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值； S3:对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过控制碱添加量调节废水的pH 以及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2获取的目标pH值和目标电 导率值； S4:根据S2获取的目标电流密度值得到输出电流值，并控制电化学重金属废水处理系 统的整流器输出所述输出电流值，使得电化学重金属废水处理系统以最小的电能消耗运 行。2. 根据权利要求1所述的重金属废水处理过程的协调控制方法，其特征在于，所述S3对 电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过控制碱添加量调节废水的pH以及控制电 解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2获取的目标pH值和目标电导率值，包 括： 对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过模糊前馈解耦控制碱添加量调节 废水的pH以及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到S2获取的目标pH值 和目标电导率值。3. 根据权利要求2所述的重金属废水处理过程的协调控制方法，其特征在于，所述通过 模糊前馈解耦控制碱添加量调节废水的pH以及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数 的实际值达到S2获取的目标pH值和目标电导率值，包括： S31:设置pH控制系统和pH值为主控制系统和主被控变量，电导率控制系统和电导率值 为从控制系统和从被控变量； S32:给从控系统的执行器一个初始控制信号，使执行器动作至能够使控制系统稳定运 行的位置； S33:启动主控制系统的模糊调节机制，使主被控变量调节至第一目标值，所述第一目 标值为S2获得的目标pH值； S34:关闭主控制系统的模糊反馈调节，开启从控制系统的模糊反馈调节和对主控制系 统的前馈补偿控制，在维持主被控变量不变的情况下将从被控变量调节至第二目标值，所 述第二目标值为S2获得的目标电导率值。4. 根据权利要求1所述的重金属废水处理过程的协调控制方法，其特征在于，S1中重金 属废水处理过程的电能消耗优化模型为： min(Jw) =minfm〇dei(Dk,pH,K,C〇,P)其中，Jw为电能;fmodel表示电能消耗模型的通用模型表示形式;fBP为电化学处理过程模 型的通用模型表示形式;Dk为电解槽的电解电流密度;pH为待处理废水的pH值大小;K为待 处理废水的电导率;Co为入口废水重金属离子浓度;β为待辨识参数;Cmjt为出口废水中重金 属离子浓度;Cmax为出口废水中重金属离子浓度应达到的指标值;Dk.m ax为电解极板能承受的 电流密度上限。5. 根据权利要求1所述的重金属废水处理过程的协调控制方法，其特征在于，S4还包 括:根据整流器输出电压进行极板消耗检测的步骤，具体包括:实时检测电化学重金属废水 处理系统中整流器的输出电压，将输出电压与预设的极板消耗报警电压值进行比较，若所 述输出电压大于或等于预设的极板消耗报警电压值，则输出极板更换报警信号。6. -种重金属废水处理过程的协调控制装置，其特征在于，包括： 建立单元，用于建立重金属废水处理过程的电能消耗优化模型，使得在出口重金属离 子浓度满足预设阈值的情况下电能消耗最小； 获取单元，用于获取电解槽池待处理废水的入口重金属离子浓度的检测数据，对所述 建立单元建立的电能消耗优化模型采用状态转移算法进行求解，获取使得出口重金属离子 浓度满足预设阈值以及电能消耗最小的目标电流密度值，目标pH值和目标电导率值； 第一控制单元，用于对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过控制碱添加 量调节废水的pH以及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到所述获取单 元获取的目标pH值和目标电导率值； 第二控制单元，用于根据所述获取单元获取的目标电流密度值得到输出电流值，并控 制电化学重金属废水处理系统的整流器输出所述输出电流值，使得电化学重金属废水处理 系统以最小的电能消耗运行。7. 根据权利要求6所述的重金属废水处理过程的协调控制装置，其特征在于，所述第一 控制单元具体用于： 对电解槽池待处理废水的pH值和电导率值分析，通过模糊前馈解耦控制碱添加量调节 废水的pH以及控制电解质添加量调节电导率，使两个参数的实际值达到所述获取单元获取 的目标pH值和目标电导率值。8. 根据权利要求7所述的重金属废水处理过程的协调控制装置，其特征在于，所述第一 控制单元通过模糊前馈解耦控制碱添加量调节废水的pH以及控制电解质添加量调节电导 率，使两个参数的实际值达到所述获取单元获取的目标pH值和目标电导率值，具体包括： 设置pH控制系统和pH值为主控制系统和主被控变量，电导率控制系统和电导率值为从 控制系统和从被控变量； 给从控系统的执行器一个初始控制信号，使执行器动作至能够使控制系统稳定运行的 位置； 启动主控制系统的模糊调节机制，使主被控变量调节至第一目标值，所述第一目标值 为所述获取单元获得的目标pH值； 关闭主控制系统的模糊反馈调节，开启从控制系统的模糊反馈调节和对主控制系统的 前馈补偿控制，在维持主被控变量不变的情况下将从被控变量调节至第二目标值，所述第 二目标值为所述获取单元获得的目标电导率值。9. 根据权利要求6所述的重金属废水处理过程的协调控制装置，其特征在于，所述建立 单元建立的重金属废水处理过程的电能消耗优化模型为： min(Jw) =minfm〇dei(Dk,pH,K,C〇,P)其中，Jw为电能;fmodel表示电能消耗模型的通用模型表示形式;fBP为电化学处理过程模 型的通用模型表示形式;Dk为电解槽的电解电流密度;pH为待处理废水的pH值大小;K为待 处理废水的电导率;Co为入口废水重金属离子浓度;β为待辨识参数;Cmjt为出口废水中重金 属离子浓度;Cm ax为出口废水中重金属离子浓度应达到的指标值;Dk.max为电解极板能承受的 电流密度上限。10.根据权利要求6所述的重金属废水处理过程的协调控制装置，其特征在于，所述第 二控制单元还用于： 实时检测电化学重金属废水处理系统中整流器的输出电压，将输出电压与预设的极板 消耗报警电压值进行比较，若所述输出电压大于或等于预设的极板消耗报警电压值，则输 出极板更换报警信号。
【文档编号】G05D11/13GK105955327SQ201610453371
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】阳春华, 朱红求, 李勇刚, 张凤雪, 蒋晓云, 王强, 谭自强
【申请人】中南大学