公布日：2024.12.17
申請日：2024.11.12
分類號：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
本發明涉及廢水處理技術領域，涉及一種含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法及系統，包括提取待處理白炭黑廢水原水，獲得原水碳酸鈉濃度；根據原水碳酸鈉濃度，獲得第一析鹽處理參數；啟動蒸發設備并執行第一析鹽處理參數處理白炭黑廢水，獲得析鹽運行指標；比較析鹽運行指標與目標運行指標，獲得運行差異結果；根據運行差異結果制定多個控制策略，基于多目標優化算法對多個控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；求解析鹽優化策略的最優解確定第二析鹽處理參數，執行第二析鹽處理參數對白炭黑廢水進行析鹽處理；本發明通過動態優化控制析鹽處理的各項控制參數來提高廢水處理的各項指標，析鹽過程穩定，不易堵塞管道。
權利要求書
1.一種含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，其特征在于：包括，提取待處理白炭黑廢水原水，獲得待處理白炭黑廢水的水質信息；并對所述水質信息執行碳酸鈉濃度標識，獲得原水碳酸鈉濃度；根據所述原水碳酸鈉濃度，獲得第一析鹽處理參數；所述第一析鹽處理參數包括第一pH值參數、第一溫度參數和第一壓力參數；啟動蒸發設備并執行所述第一析鹽處理參數處理白炭黑廢水，獲得析鹽運行指標；所述析鹽運行指標包括碳酸氫鈉分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸鈉純度；比較析鹽運行指標與目標運行指標，獲得運行差異結果；根據所述運行差異結果制定多個控制策略，基于多目標優化算法對所述多個控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；求解所述析鹽優化策略的最優解確定第二析鹽處理參數，執行所述第二析鹽處理參數對所述白炭黑廢水進行析鹽處理；其中，所述第二析鹽處理參數包括第二pH值參數，第二溫度參數和第二壓力參數；其中，根據所述原水碳酸鈉濃度，獲得第一析鹽處理參數，包括，獲取所述蒸發設備的歷史運行日志表；以所述原水碳酸鈉濃度作為約束條件、以所述第一析鹽處理參數的屬性為檢索目標遍歷所述歷史運行日志表提取所述蒸發設備的控制參數記錄數據；從所述控制參數記錄數據中篩選出pH值參數組、溫度參數組和壓力參數組；根據所述pH值參數組獲得所述第一pH值參數；根據所述溫度參數組獲得所述第一溫度參數；根據所述壓力參數組獲得所述第一壓力參數；根據所述運行差異結果制定多個控制策略，基于多目標優化算法對所述多個控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；包括，構建白炭黑廢水處理機理模型，根據蒸發設備的歷史運行數據，以溫度、壓力和pH值為輸入參數，以碳酸氫鈉分解率、二氧化硅溶解度和碳酸鈉純度為輸出參數訓練白炭黑廢水處理機理模型，獲得白炭黑廢水處理模型；以最大化碳酸氫鈉分解率為目標，通過遺傳算法對所述白炭黑廢水處理模型進行變量尋優，在約束條件內求解最優控制量組合，獲得第一控制策略；以最大化二氧化硅溶解度為目標，通過遺傳算法對所述白炭黑廢水處理模型進行變量尋優，在約束條件內求解最優控制量組合，獲得第二控制策略；以最大化碳酸鈉純度為目標，通過遺傳算法對所述白炭黑廢水處理模型進行變量尋優，在約束條件內求解最優控制量組合，獲得第三控制策略；分別給所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略配置權重，并基于多目標優化算法對所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；所述約束條件為：
；其中，T為溫度，pH為pH值，P為壓力。
2.根據權利要求1所述的含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，其特征在于：執行所述第二析鹽處理參數對所述白炭黑廢水進行析鹽處理后，還包括實時監控所述析鹽運行指標，根據監控結果更新所述第二析鹽處理參數。
3.根據權利要求1所述的含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，其特征在于：根據所述pH值參數組獲得所述第一pH值參數，包括，根據時序重新排列所述pH值參數組，獲得時序pH值參數組；遍歷所述時序pH值參數組搜索pH值拐點，并確定所述pH值拐點對應的時刻t1和pH值；其中，所述pH值拐點被描述為時刻t1的pH值大于等于前一時刻t1-1的pH值且大于后一時刻t1+1的pH值；以時刻t1為起始點反向搜索pH值控制起點，并確定所述pH值控制起點對應的時刻t2；其中，所述pH值控制起點被描述為pH值為7.9~8.1對應的時間點、且距離時刻t1最近的時間點；連續提取所述時序pH值參數組在時刻t2至時刻t1之間的全部pH值生成所述第一pH值參數。
4.根據權利要求1所述的含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，其特征在于：根據所述溫度參數組獲得所述第一溫度參數，包括，根據時序重新排列所述溫度參數組，獲得時序溫度參數組；遍歷所述時序溫度參數組搜索溫度拐點，并確定所述溫度拐點對應的時刻t3和溫度值；其中，所述溫度拐點被描述為時刻t3的溫度小于等于前一時刻t3-1的溫度且小于后一時刻t3+1的溫度;以時刻t3為起始點正向搜索溫度控制終點，并確定所述溫度控制終點對應的時刻t4；其中，所述溫度控制終點被描述為溫度為105℃-112℃對應的時間點、且距離時刻t3最近的時間點；連續提取所述時序溫度參數組在時刻t3至時刻t4之間的全部溫度數據生成所述第一溫度參數。
5.根據權利要求1所述的含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，其特征在于：根據所述壓力參數組獲得所述第一壓力參數，包括，根據時序重新排列所述壓力參數組，獲得時序壓力參數組；遍歷所述時序壓力參數組搜索壓力下降趨勢段，并確定所述壓力下降趨勢段對應的下降起始時刻t5和下降終止時刻t6，以及下降起始時刻t5和下降終止時刻t6分別對應的壓力值；其中，所述壓力下降趨勢段被描述為壓力持續下降對應的控制時段；連續提取所述時序壓力參數組在下降起始時刻t5和下降終止時刻t6之間的全部壓力數據生成所述第一壓力參數。
6.根據權利要求1所述的含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，其特征在于：所述第二控制策略的權重大于所述第一控制策略和所述第三控制策略的權重。
7.一種含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化系統，用于執行如權利要求1-6任意一項所述的含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，其特征在于：包括，數據采集模塊，其用于采集待處理白炭黑廢水原水的水質信息和原水碳酸鈉濃度；初步運行模塊，其根據所述原水碳酸鈉濃度，獲得第一析鹽處理參數；蒸發設備執行所述第一析鹽處理參數處理白炭黑廢水，獲得析鹽運行指標；其中，所述第一析鹽處理參數包括第一pH值參數、第一溫度參數和第一壓力參數；所述析鹽運行指標包括碳酸氫鈉分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸鈉純度；決策優化模塊，其根據所述析鹽運行指標與目標運行指標之間的運行差異制定多個控制策略，基于多目標優化算法對所述多個控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；并求解所述析鹽優化策略的最優解確定第二析鹽處理參數；所述第二析鹽處理參數用于指導所述白炭黑廢水析鹽處理；其中，所述第二析鹽處理參數包括第二pH值參數，第二溫度參數和第二壓力參數。
發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術中析鹽過程不穩定，容易造成管道堵塞的問題，提供一種含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法及系統，通過動態優化控制析鹽處理的各項控制參數來提高廢水處理的各項指標，析鹽過程穩定，不易堵塞管道。
第一方面，為解決上述技術問題，本發明提供了一種含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法，包括，
提取待處理白炭黑廢水原水，獲得待處理白炭黑廢水的水質信息；并對所述水質信息執行碳酸鈉濃度標識，獲得原水碳酸鈉濃度；
根據所述原水碳酸鈉濃度，獲得第一析鹽處理參數；所述第一析鹽處理參數包括第一pH值參數、第一溫度參數和第一壓力參數；
啟動蒸發設備并執行所述第一析鹽處理參數處理白炭黑廢水，獲得析鹽運行指標；所述析鹽運行指標包括碳酸氫鈉分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸鈉純度；
比較析鹽運行指標與目標運行指標，獲得運行差異結果；
根據所述運行差異結果制定多個控制策略，基于多目標優化算法對所述多個控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；
求解所述析鹽優化策略的最優解確定第二析鹽處理參數，執行所述第二析鹽處理參數對所述白炭黑廢水進行析鹽處理；其中，所述第二析鹽處理參數包括第二pH值參數，第二溫度參數和第二壓力參數。
在本發明的一個實施例中，執行所述第二析鹽處理參數對所述白炭黑廢水進行析鹽處理后，還包括實時監控所述析鹽運行指標，根據監控結果更新所述第二析鹽處理參數。
在本發明的一個實施例中，根據所述原水碳酸鈉濃度，獲得第一析鹽處理參數，包括，
獲取所述蒸發設備的歷史運行日志表；
以所述原水碳酸鈉濃度作為約束條件、以所述第一析鹽處理參數的屬性為檢索目標遍歷所述歷史運行日志表提取所述蒸發設備的控制參數記錄數據；
從所述控制參數記錄數據中篩選出pH值參數組、溫度參數組和壓力參數組；
根據所述pH值參數組獲得所述第一pH值參數；
根據所述溫度參數組獲得所述第一溫度參數；
根據所述壓力參數組獲得所述第一壓力參數。
在本發明的一個實施例中，根據所述pH值參數組獲得所述第一pH值參數，包括，
根據時序重新排列所述pH值參數組，獲得時序pH值參數組；
遍歷所述時序pH值參數組搜索pH值拐點，并確定所述pH值拐點對應的時刻t1和pH值；其中，所述pH值拐點被描述為時刻t1的pH值大于等于前一時刻t1-1的pH值且大于后一時刻t1+1的pH值；
以時刻t1為起始點反向搜索pH值控制起點，并確定所述pH值控制起點對應的時刻t2；其中，所述pH值控制起點被描述為pH值為7.9~8.1對應的時間點、且距離時刻t1最近的時間點；
連續提取所述時序pH值參數組在時刻t2至時刻t1之間的全部pH值生成所述第一pH值參數。
在本發明的一個實施例中，根據所述溫度參數組獲得所述第一溫度參數，包括，
根據時序重新排列所述溫度參數組，獲得時序溫度參數組；
遍歷所述時序溫度參數組搜索溫度拐點，并確定所述溫度拐點對應的時刻t3和溫度值；其中，所述溫度拐點被描述為時刻t3的溫度小于等于前一時刻t3-1的溫度且小于后一時刻t3+1的溫度;
以時刻t3為起始點正向搜索溫度控制終點，并確定所述溫度控制終點對應的時刻t4；其中，所述溫度控制終點被描述為溫度為105℃-112℃對應的時間點、且距離時刻t3最近的時間點；
連續提取所述時序溫度參數組在時刻t3至時刻t4之間的全部溫度數據生成所述第一溫度參數。
在本發明的一個實施例中，根據所述壓力參數組獲得所述第一壓力參數，包括，
根據時序重新排列所述壓力參數組，獲得時序壓力參數組；
遍歷所述時序壓力參數組搜索壓力下降趨勢段，并確定所述壓力下降趨勢段對應的下降起始時刻t5和下降終止時刻t6，以及下降起始時刻t5和下降終止時刻t6分別對應的壓力值；其中，所述壓力下降趨勢段被描述為壓力持續下降對應的控制時段；
連續提取所述時序壓力參數組在下降起始時刻t5和下降終止時刻t6之間的全部壓力數據生成所述第一壓力參數。
在本發明的一個實施例中，根據所述運行差異結果制定多個控制策略，基于多目標優化算法對所述多個控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；包括，
構建白炭黑廢水處理機理模型，根據蒸發設備的歷史運行數據，以溫度、壓力和pH值為輸入參數，以碳酸氫鈉分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸鈉純度為輸出參數訓練白炭黑廢水處理機理模型，獲得白炭黑廢水處理模型；
以最大化碳酸氫鈉分解率為目標，通過遺傳算法對所述白炭黑廢水處理模型進行變量尋優，在約束條件內求解最優控制量組合，獲得第一控制策略；
以最大化二氧化硅溶解度為目標，通過遺傳算法對所述白炭黑廢水處理模型進行變量尋優，在約束條件內求解最優控制量組合，獲得第二控制策略；
以最大化析出碳酸鈉純度為目標，通過遺傳算法對所述白炭黑廢水處理模型進行變量尋優，在約束條件內求解最優控制量組合，獲得第三控制策略；
分別給所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略配置權重，并基于多目標優化算法對所述第一控制策略、所述第二控制策略和所述第三控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略。
在本發明的一個實施例中，所述約束條件為：
其中，T為溫度，pH為pH值，P為壓力。
在本發明的一個實施例中，所述第二控制策略的權重大于所述第一控制策略和所述第三控制策略的權重。
第二方面，為解決上述技術問題，本發明還提供了一種含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化系統，包括，
數據采集模塊，其用于采集待處理白炭黑廢水原水的水質信息和原水碳酸鈉濃度；
初步運行模塊，其根據所述原水碳酸鈉濃度，獲得第一析鹽處理參數；蒸發設備執行所述第一析鹽處理參數處理白炭黑廢水，獲得析鹽運行指標；其中，所述第一析鹽處理參數包括第一pH值參數、第一溫度參數和第一壓力參數；所述析鹽運行指標包括碳酸氫鈉分解率、二氧化硅溶解度和析出碳酸鈉純度；
決策優化模塊，其根據所述析鹽運行指標與目標運行指標之間的運行差異制定多個控制策略，基于多目標優化算法對所述多個控制策略進行尋優，獲得析鹽優化策略；并求解所述析鹽優化策略的最優解確定第二析鹽處理參數；所述第二析鹽處理參數用于指導所述白炭黑廢水析鹽處理；其中，所述第二析鹽處理參數包括第二pH值參數，第二溫度參數和第二壓力參數。
本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下有益效果：
本發明所述的含碳酸鈉鹽的白炭黑廢水析鹽優化方法及系統，能夠有效提高廢水處理效率、降低環境負擔、實現資源的回收與循環利用，通過動態優化控制析鹽處理的各項控制參數（比如溫度、壓力和pH值）來穩定并提高廢水處理的各項指標，析鹽過程穩定，不易堵塞管道。
（發明人：丁治椿;丁挺;仲文;徐永鳳）
