【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于數據處理，自動化調節，具體涉及一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法及系統。
技術介紹
1、生物炭在養殖尾水處理中的應用是一個富有前景且環保的研究方向，尤其在淡水水產養殖領域，養殖尾水通常含有高濃度的氮、磷或者有機污染物，如果直接排放不進行處理則會對水環境造成嚴重的污染，而生物炭以其獨特的物理化學特性為這一問題提供了有效的解決方案，這些物理化學特性包括生物炭的吸附作用、作為微生物載體或者優化ph值和氧化還原條件等。其中以水稻秸稈為原材料的改性生物炭來源充足且成本低廉，相較于傳統的木材為原材料的改性生物炭秸稈生物炭具有更強的吸附能力，這由于其天然含有較高的二氧化硅成分能增強其機械強度，使吸附孔隙不容易塌陷或變形而損失吸附性。同時水稻秸稈中的鉀、鈣、鎂等堿性礦物質有效促進磷酸鹽的吸附和固定達到養殖尾水中的除磷效果，適合推廣在基于流化床的養殖尾水處理場景。在流化床技術進行養殖尾水處理的工藝中，通過添加秸稈生物炭制備的流化介質顆粒不僅可以承載硝化菌或者解磷菌等除污菌群，還能高效吸收水質的金屬或者氮磷物質，但是在應用過程中容易出現流化介質顆粒崩壞問題，導致流化床中出現管道堵塞、尾水處理效率下降以及流化介質顆粒流失等問題，使得流化床尾水處理系統逐漸崩壞，尤其是水處理效率本是屬于流化床尾水處理與固定床反應器等其他尾水處理比較的優勢。出現流化床尾水處理系統逐漸崩壞的問題是由于，在流化床中需要曝氣裝置驅使流化介質顆粒懸浮形成類似流體的動態狀態，增加水與介質的接觸面積以促進水中污染物的去除效率，添加秸稈生物炭制備的流化介質顆粒本身富
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提出一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法及系統，以解決現有技術中所存在的一個或多個技術問題，至少提供一種有益的選擇或創造條件。
2、為了實現上述目的，根據本專利技術的一方面，提供一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，所述方法包括以下步驟：
3、s100，在流化床進水處布置流量傳感器，讀取進水流量；
4、s200，從流化床的曝氣裝置實時獲取曝氣速率；
5、s300，當進水流量的變化率超出閾值則進行自適應曝氣速率調節干預；
6、其中自適應曝氣速率調節干預的過程包括：s301通過進水流量和曝氣速率構建曝氣適應模型獲得適應配對量；s302,根據適應配對量控制曝氣速率。
7、進一步地，在步驟s100中，在流化床進水處布置流量傳感器，讀取進水流量的方法是：流量傳感器選擇電磁流量計超或者聲波流量計中的任意一種，流量傳感器布置于流化床輸入養殖尾水的管道內距離流閥門10倍管徑以上的直管位置；通過流量傳感器實時讀取獲得的流量值記為進水流量。
8、流量傳感器布置在距離流閥門10倍管徑以上的直管位置是為了避免水流剛進入管道時的湍流影響以保證測量的準確性。若采用電磁流量計，需要定期清除電極上的污垢或生物膜防止精確性損失。進水流量測量的屬于待處理尾水輸入到流化床的輸入速率，因此進水流量與曝氣量過度均容易導致流化介質顆粒破碎。
9、進一步地，在步驟s200中，從流化床的曝氣裝置實時獲取曝氣速率的方法是：流化床通過plc控制器或者scada監控器連接曝氣裝置中安裝的流量計，從流量計實時測量并獲得曝氣速率；其中流量計為熱式氣體流量計、差壓式流量計或者轉子流量計中的任意一種；流量計布置于曝氣裝置的主氣源管道；
10、進一步地，在步驟s300中，當進水流量的變化率超出閾值則進行自適應曝氣速率調節干預的方法是：預設數值變量作為變化率閾值vry_th，其取值范圍為vry_th∈[0.5%,10%]；預設時間長度作為監測間隔mnt_itv，其取值范圍為mnt_itv∈[20,100]秒；每隔一個監測間隔的時長記錄一次進水流量，若一個時刻與其前一個時刻的進水流量的比值大于1＋vry_th，或者小于1－vry_th，則認為進水流量的變化率超出閾值，并進行自適應曝氣速率調節干預。
11、須知進水流量變化通常與養殖場的養殖生態相關，因此其變化周期與養殖生態中的品種、季節以及養殖水更替策略都有關系，往往呈現不規則的水量變化。現有的流化床設備通常不直接根據進水量動態調節曝氣速率，因為曝氣速率控制因素還包括水體污染程度以及水體溫度，更加并不考慮曝氣速率變化對流化介質顆粒的影響，考慮對顆粒完整性造成破壞的風險，而進水量與曝氣速率之間的匹配程度不足時，首先觸發的條件往往是水流量的變化率超出承受范圍，常規的與現有的曝氣控制通常不能及時適應和反饋這種匹配程度。
12、進一步地，在步驟s301中，通過進水流量和曝氣速率構建曝氣適應模型獲得適應配對量的方法是：將進水流量和曝氣速率構成的數組記為水氣調控數組；設一個時間段作為檢測時段gloe,gloe∈[1.5,3]小時；在檢測時段內，將獲取水氣調控數組的時間刻度記為記錄點；所有記錄點對應水氣調控數組構成水氣調控序列；
13、對水氣調控序列使用bootstrap方法進行重采樣并生成pqt個樣本序列，生成樣本序列的約束條件為樣本序列中記錄點的數量與檢測時段內記錄點的數量相同；其中pqt為預設的整數，pqt∈[500,1000]，每個?bootstrap?樣本可以視為一次重新采集的虛擬實驗數據，反映了樣本間的不確定性。
14、獲取各個記錄點對應水氣調控數組在所有樣本中出現的總次數記為ffqt，將ffqt從大到小排列并選擇位于前50%的元素對應的記錄點作為波動奇異點；由于bootstrap方法構建的樣品中所有元素均源于原始數據集，因此各個記錄點對應水氣調控數組均被重復用于構建樣品，從而統計出現的總次數具有合理性。
15、將各個樣本中所有水氣調控數組的平均值記為適應度量組，計算任一記錄點的水氣調控數組與各個適應度量組之間的曼哈頓距離之和，記為適應估算值；即每個記錄點獲得對應適應估算值。
16、此處獲取適應估算值的原理實際上是通過曼哈頓距離計算記錄點與不同樣本序列之間的差異，進而衡量記錄點之間的相對差異，當適應估算值越大則說明水流或氣流過劇，容易打破了流化介質顆粒的結構，反之若適應估算值較小則說明該記錄點與多個樣本之間的表現較為一致并且能維持流化床中的顆粒懸浮狀態。所以適應估算值直接反映了曝氣裝置驅使流化介質顆粒懸浮形成類似流體的動態狀態的波動，是流化床尾水處理系統崩壞的風險體現之一。
17、將各個波動奇異點的適應估算值構成集合，記為lst{cebb}；對任一記錄點對應的水氣調控數組使用主成分分析方法進行降維，獲得的降維數據記為該記錄點的配對投影值stpoz；
18、根據適應估算值和配對投影值構建曝氣適應模型獲得適應配對量nrutt：
19、；...
【技術保護點】
1.一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟S100中，在流化床進水處布置流量傳感器，讀取進水流量的方法是：流量傳感器選擇電磁流量計超或者聲波流量計中的任意一種，流量傳感器布置于流化床輸入養殖尾水的管道內距離流閥門10倍管徑以上的直管位置；通過流量傳感器實時讀取獲得的流量值記為進水流量。
3.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟S200中，從流化床的曝氣裝置實時獲取曝氣速率的方法是：流化床通過PLC控制器或者SCADA監控器連接曝氣裝置中安裝的流量計，從流量計實時測量并獲得曝氣速率；其中流量計為熱式氣體流量計、差壓式流量計或者轉子流量計中的任意一種；流量計布置于曝氣裝置的主氣源管道。
4.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟S300中，當進水流量的變化率超出閾值則進行自適應曝氣速率調節干預的方法是：預設數值變量作為變化率閾值VRY_TH，
5.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟S301中，通過進水流量和曝氣速率構建曝氣適應模型獲得適應配對量的方法是：將進水流量和曝氣速率構成的數組記為水氣調控數組；設一個時間段作為檢測時段Gloe,Gloe∈[1.5,3]小時；在檢測時段內，將獲取水氣調控數組的時間刻度記為記錄點；所有記錄點對應水氣調控數組構成水氣調控序列；
6.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟S301中，通過進水流量和曝氣速率構建曝氣適應模型獲得適應配對量的方法是：將進水流量和曝氣速率構成的數組記為水氣調控數組；設一個時間段作為檢測時段Gloe,Gloe∈[2,5]小時；在檢測時段內，將獲取水氣調控數組的時間刻度記為記錄點；將所有記錄點的水氣調控數組的平均值記為調控中心數組；獲取任一記錄點的水氣調控數組與調控中心數組之間的歐氏距離并記為第一配對距離Fanva；對各個記錄點的第一配對距離進行歸一化處理獲得第二配對距離Sanva；
7.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟S302中，根據適應配對量控制曝氣速率的方法是：預設一個時間段作為趨勢窗口KCT，KCT∈[5，20]分鐘；定義當前時刻KCT分鐘內各個適應配對量的平均值為趨勢配對量；定義任一時刻與其前一個時刻的適應配對量的差值為配對差度，將當前一小時內配對差度構建為配對差度集，配對差度集的上四分位數和下四分位數分別記為TRO和TRL；
8.一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理系統，其特征在于，所述一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理系統包括：處理器、存儲器及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現權利要求1-7中任一項所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法中的步驟，所述一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理系統運行于桌上型計算機、筆記本電腦、掌上電腦及云端數據中心的計算設備中。
...【技術特征摘要】
1.一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟s100中，在流化床進水處布置流量傳感器，讀取進水流量的方法是：流量傳感器選擇電磁流量計超或者聲波流量計中的任意一種，流量傳感器布置于流化床輸入養殖尾水的管道內距離流閥門10倍管徑以上的直管位置；通過流量傳感器實時讀取獲得的流量值記為進水流量。
3.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟s200中，從流化床的曝氣裝置實時獲取曝氣速率的方法是：流化床通過plc控制器或者scada監控器連接曝氣裝置中安裝的流量計，從流量計實時測量并獲得曝氣速率；其中流量計為熱式氣體流量計、差壓式流量計或者轉子流量計中的任意一種；流量計布置于曝氣裝置的主氣源管道。
4.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟s300中，當進水流量的變化率超出閾值則進行自適應曝氣速率調節干預的方法是：預設數值變量作為變化率閾值vry_th，其取值范圍為vry_th∈[0.5%,10%]；預設時間長度作為監測間隔mnt_itv，其取值范圍為mnt_itv∈[20,100]秒；每隔一個監測間隔的時長記錄一次進水流量，若一個時刻與其前一個時刻的進水流量的比值大于1＋vry_th，或者小于1－vry_th，則認為進水流量的變化率超出閾值，并進行自適應曝氣速率調節干預。
5.根據權利要求1所述的一種水稻秸稈改性生物炭的養殖尾水處理方法，其特征在于，在步驟s301中，通過進水流量和曝氣速率構建曝氣適應模型獲得適應配對量的方法是：將進水流量和曝氣速率構成的數組記為水氣調控數組；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李翔，陳冰，韋木蓮，黃連喜，魏嵐，蔣少軍，黃玉芬，劉忠珍，鄭小東，
申請(專利權)人：廣東省農業科學院農業資源與環境研究所，
類型：發明
國別省市：
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