公布日：2024.12.17
申请日：2024.11.12
分类号：G16C20/10(2019.01)I;C02F1/04(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;G16C20/70(2019.01)I;G06N3/126(2023.01)I;C02F103/36(2006.01)N
摘要
本发明涉及废水处理技术领域，涉及一种含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法及系统，包括提取待处理白炭黑废水原水，获得原水碳酸钠浓度；根据原水碳酸钠浓度，获得第一析盐处理参数；启动蒸发设备并执行第一析盐处理参数处理白炭黑废水，获得析盐运行指标；比较析盐运行指标与目标运行指标，获得运行差异结果；根据运行差异结果制定多个控制策略，基于多目标优化算法对多个控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；求解析盐优化策略的最优解确定第二析盐处理参数，执行第二析盐处理参数对白炭黑废水进行析盐处理；本发明通过动态优化控制析盐处理的各项控制参数来提高废水处理的各项指标，析盐过程稳定，不易堵塞管道。
权利要求书
1.一种含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，其特征在于：包括，提取待处理白炭黑废水原水，获得待处理白炭黑废水的水质信息；并对所述水质信息执行碳酸钠浓度标识，获得原水碳酸钠浓度；根据所述原水碳酸钠浓度，获得第一析盐处理参数；所述第一析盐处理参数包括第一pH值参数、第一温度参数和第一压力参数；启动蒸发设备并执行所述第一析盐处理参数处理白炭黑废水，获得析盐运行指标；所述析盐运行指标包括碳酸氢钠分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸钠纯度；比较析盐运行指标与目标运行指标，获得运行差异结果；根据所述运行差异结果制定多个控制策略，基于多目标优化算法对所述多个控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；求解所述析盐优化策略的最优解确定第二析盐处理参数，执行所述第二析盐处理参数对所述白炭黑废水进行析盐处理；其中，所述第二析盐处理参数包括第二pH值参数，第二温度参数和第二压力参数；其中，根据所述原水碳酸钠浓度，获得第一析盐处理参数，包括，获取所述蒸发设备的历史运行日志表；以所述原水碳酸钠浓度作为约束条件、以所述第一析盐处理参数的属性为检索目标遍历所述历史运行日志表提取所述蒸发设备的控制参数记录数据；从所述控制参数记录数据中筛选出pH值参数组、温度参数组和压力参数组；根据所述pH值参数组获得所述第一pH值参数；根据所述温度参数组获得所述第一温度参数；根据所述压力参数组获得所述第一压力参数；根据所述运行差异结果制定多个控制策略，基于多目标优化算法对所述多个控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；包括，构建白炭黑废水处理机理模型，根据蒸发设备的历史运行数据，以温度、压力和pH值为输入参数，以碳酸氢钠分解率、二氧化硅溶解度和碳酸钠纯度为输出参数训练白炭黑废水处理机理模型，获得白炭黑废水处理模型；以最大化碳酸氢钠分解率为目标，通过遗传算法对所述白炭黑废水处理模型进行变量寻优，在约束条件内求解最优控制量组合，获得第一控制策略；以最大化二氧化硅溶解度为目标，通过遗传算法对所述白炭黑废水处理模型进行变量寻优，在约束条件内求解最优控制量组合，获得第二控制策略；以最大化碳酸钠纯度为目标，通过遗传算法对所述白炭黑废水处理模型进行变量寻优，在约束条件内求解最优控制量组合，获得第三控制策略；分别给所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略配置权重，并基于多目标优化算法对所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；所述约束条件为：
；其中，T为温度，pH为pH值，P为压力。
2.根据权利要求1所述的含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，其特征在于：执行所述第二析盐处理参数对所述白炭黑废水进行析盐处理后，还包括实时监控所述析盐运行指标，根据监控结果更新所述第二析盐处理参数。
3.根据权利要求1所述的含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，其特征在于：根据所述pH值参数组获得所述第一pH值参数，包括，根据时序重新排列所述pH值参数组，获得时序pH值参数组；遍历所述时序pH值参数组搜索pH值拐点，并确定所述pH值拐点对应的时刻t1和pH值；其中，所述pH值拐点被描述为时刻t1的pH值大于等于前一时刻t1-1的pH值且大于后一时刻t1+1的pH值；以时刻t1为起始点反向搜索pH值控制起点，并确定所述pH值控制起点对应的时刻t2；其中，所述pH值控制起点被描述为pH值为7.9~8.1对应的时间点、且距离时刻t1最近的时间点；连续提取所述时序pH值参数组在时刻t2至时刻t1之间的全部pH值生成所述第一pH值参数。
4.根据权利要求1所述的含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，其特征在于：根据所述温度参数组获得所述第一温度参数，包括，根据时序重新排列所述温度参数组，获得时序温度参数组；遍历所述时序温度参数组搜索温度拐点，并确定所述温度拐点对应的时刻t3和温度值；其中，所述温度拐点被描述为时刻t3的温度小于等于前一时刻t3-1的温度且小于后一时刻t3+1的温度;以时刻t3为起始点正向搜索温度控制终点，并确定所述温度控制终点对应的时刻t4；其中，所述温度控制终点被描述为温度为105℃-112℃对应的时间点、且距离时刻t3最近的时间点；连续提取所述时序温度参数组在时刻t3至时刻t4之间的全部温度数据生成所述第一温度参数。
5.根据权利要求1所述的含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，其特征在于：根据所述压力参数组获得所述第一压力参数，包括，根据时序重新排列所述压力参数组，获得时序压力参数组；遍历所述时序压力参数组搜索压力下降趋势段，并确定所述压力下降趋势段对应的下降起始时刻t5和下降终止时刻t6，以及下降起始时刻t5和下降终止时刻t6分别对应的压力值；其中，所述压力下降趋势段被描述为压力持续下降对应的控制时段；连续提取所述时序压力参数组在下降起始时刻t5和下降终止时刻t6之间的全部压力数据生成所述第一压力参数。
6.根据权利要求1所述的含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，其特征在于：所述第二控制策略的权重大于所述第一控制策略和所述第三控制策略的权重。
7.一种含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化系统，用于执行如权利要求1-6任意一项所述的含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，其特征在于：包括，数据采集模块，其用于采集待处理白炭黑废水原水的水质信息和原水碳酸钠浓度；初步运行模块，其根据所述原水碳酸钠浓度，获得第一析盐处理参数；蒸发设备执行所述第一析盐处理参数处理白炭黑废水，获得析盐运行指标；其中，所述第一析盐处理参数包括第一pH值参数、第一温度参数和第一压力参数；所述析盐运行指标包括碳酸氢钠分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸钠纯度；决策优化模块，其根据所述析盐运行指标与目标运行指标之间的运行差异制定多个控制策略，基于多目标优化算法对所述多个控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；并求解所述析盐优化策略的最优解确定第二析盐处理参数；所述第二析盐处理参数用于指导所述白炭黑废水析盐处理；其中，所述第二析盐处理参数包括第二pH值参数，第二温度参数和第二压力参数。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中析盐过程不稳定，容易造成管道堵塞的问题，提供一种含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法及系统，通过动态优化控制析盐处理的各项控制参数来提高废水处理的各项指标，析盐过程稳定，不易堵塞管道。
第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法，包括，
提取待处理白炭黑废水原水，获得待处理白炭黑废水的水质信息；并对所述水质信息执行碳酸钠浓度标识，获得原水碳酸钠浓度；
根据所述原水碳酸钠浓度，获得第一析盐处理参数；所述第一析盐处理参数包括第一pH值参数、第一温度参数和第一压力参数；
启动蒸发设备并执行所述第一析盐处理参数处理白炭黑废水，获得析盐运行指标；所述析盐运行指标包括碳酸氢钠分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸钠纯度；
比较析盐运行指标与目标运行指标，获得运行差异结果；
根据所述运行差异结果制定多个控制策略，基于多目标优化算法对所述多个控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；
求解所述析盐优化策略的最优解确定第二析盐处理参数，执行所述第二析盐处理参数对所述白炭黑废水进行析盐处理；其中，所述第二析盐处理参数包括第二pH值参数，第二温度参数和第二压力参数。
在本发明的一个实施例中，执行所述第二析盐处理参数对所述白炭黑废水进行析盐处理后，还包括实时监控所述析盐运行指标，根据监控结果更新所述第二析盐处理参数。
在本发明的一个实施例中，根据所述原水碳酸钠浓度，获得第一析盐处理参数，包括，
获取所述蒸发设备的历史运行日志表；
以所述原水碳酸钠浓度作为约束条件、以所述第一析盐处理参数的属性为检索目标遍历所述历史运行日志表提取所述蒸发设备的控制参数记录数据；
从所述控制参数记录数据中筛选出pH值参数组、温度参数组和压力参数组；
根据所述pH值参数组获得所述第一pH值参数；
根据所述温度参数组获得所述第一温度参数；
根据所述压力参数组获得所述第一压力参数。
在本发明的一个实施例中，根据所述pH值参数组获得所述第一pH值参数，包括，
根据时序重新排列所述pH值参数组，获得时序pH值参数组；
遍历所述时序pH值参数组搜索pH值拐点，并确定所述pH值拐点对应的时刻t1和pH值；其中，所述pH值拐点被描述为时刻t1的pH值大于等于前一时刻t1-1的pH值且大于后一时刻t1+1的pH值；
以时刻t1为起始点反向搜索pH值控制起点，并确定所述pH值控制起点对应的时刻t2；其中，所述pH值控制起点被描述为pH值为7.9~8.1对应的时间点、且距离时刻t1最近的时间点；
连续提取所述时序pH值参数组在时刻t2至时刻t1之间的全部pH值生成所述第一pH值参数。
在本发明的一个实施例中，根据所述温度参数组获得所述第一温度参数，包括，
根据时序重新排列所述温度参数组，获得时序温度参数组；
遍历所述时序温度参数组搜索温度拐点，并确定所述温度拐点对应的时刻t3和温度值；其中，所述温度拐点被描述为时刻t3的温度小于等于前一时刻t3-1的温度且小于后一时刻t3+1的温度;
以时刻t3为起始点正向搜索温度控制终点，并确定所述温度控制终点对应的时刻t4；其中，所述温度控制终点被描述为温度为105℃-112℃对应的时间点、且距离时刻t3最近的时间点；
连续提取所述时序温度参数组在时刻t3至时刻t4之间的全部温度数据生成所述第一温度参数。
在本发明的一个实施例中，根据所述压力参数组获得所述第一压力参数，包括，
根据时序重新排列所述压力参数组，获得时序压力参数组；
遍历所述时序压力参数组搜索压力下降趋势段，并确定所述压力下降趋势段对应的下降起始时刻t5和下降终止时刻t6，以及下降起始时刻t5和下降终止时刻t6分别对应的压力值；其中，所述压力下降趋势段被描述为压力持续下降对应的控制时段；
连续提取所述时序压力参数组在下降起始时刻t5和下降终止时刻t6之间的全部压力数据生成所述第一压力参数。
在本发明的一个实施例中，根据所述运行差异结果制定多个控制策略，基于多目标优化算法对所述多个控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；包括，
构建白炭黑废水处理机理模型，根据蒸发设备的历史运行数据，以温度、压力和pH值为输入参数，以碳酸氢钠分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸钠纯度为输出参数训练白炭黑废水处理机理模型，获得白炭黑废水处理模型；
以最大化碳酸氢钠分解率为目标，通过遗传算法对所述白炭黑废水处理模型进行变量寻优，在约束条件内求解最优控制量组合，获得第一控制策略；
以最大化二氧化硅溶解度为目标，通过遗传算法对所述白炭黑废水处理模型进行变量寻优，在约束条件内求解最优控制量组合，获得第二控制策略；
以最大化析出碳酸钠纯度为目标，通过遗传算法对所述白炭黑废水处理模型进行变量寻优，在约束条件内求解最优控制量组合，获得第三控制策略；
分别给所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略配置权重，并基于多目标优化算法对所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略进行寻优，获得析盐优化策略。
在本发明的一个实施例中，所述约束条件为：
其中，T为温度，pH为pH值，P为压力。
在本发明的一个实施例中，所述第二控制策略的权重大于所述第一控制策略和所述第三控制策略的权重。
第二方面，为解决上述技术问题，本发明还提供了一种含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化系统，包括，
数据采集模块，其用于采集待处理白炭黑废水原水的水质信息和原水碳酸钠浓度；
初步运行模块，其根据所述原水碳酸钠浓度，获得第一析盐处理参数；蒸发设备执行所述第一析盐处理参数处理白炭黑废水，获得析盐运行指标；其中，所述第一析盐处理参数包括第一pH值参数、第一温度参数和第一压力参数；所述析盐运行指标包括碳酸氢钠分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸钠纯度；
决策优化模块，其根据所述析盐运行指标与目标运行指标之间的运行差异制定多个控制策略，基于多目标优化算法对所述多个控制策略进行寻优，获得析盐优化策略；并求解所述析盐优化策略的最优解确定第二析盐处理参数；所述第二析盐处理参数用于指导所述白炭黑废水析盐处理；其中，所述第二析盐处理参数包括第二pH值参数，第二温度参数和第二压力参数。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：
本发明所述的含碳酸钠盐的白炭黑废水析盐优化方法及系统，能够有效提高废水处理效率、降低环境负担、实现资源的回收与循环利用，通过动态优化控制析盐处理的各项控制参数（比如温度、压力和pH值）来稳定并提高废水处理的各项指标，析盐过程稳定，不易堵塞管道。
（发明人：丁治椿;丁挺;仲文;徐永凤）
