一种厌氧制酸处理厨余垃圾中的控制参数优化方法及系统与流程

本技术涉及厨余垃圾，具体地，涉及一种厌氧制酸处理厨余垃圾中的控制参数优化方法及系统。

背景技术：

1、随着城市化的快速发展，厨余垃圾的产生量不断增加，对其进行有效处理成为一大挑战。传统的厨余垃圾处理方法均借鉴国外技术和农业废弃物的相关处理技术，如填埋、焚烧、养虫等，存在环境污染和资源浪费等问题。

2、采用厌氧发酵产沼技术处理厨余垃圾，处理过程稳定，不受季节气候影响；处理产物稳定，不受市场变化影响，目前在国内外为主流技术。传统采用厌氧发酵技术处理厨余垃圾进行科研探索和工程应用的，均以单相厌氧或者两相厌氧方式完成整个厌氧发酵过程，最终产生沼气(即甲烷)燃烧发电，实现厨余垃圾资源化。

3、但厨余垃圾厌氧制沼技术，工艺流程长，占地大，投资成本和运行成本均高，投资回报期长；厨余垃圾当中易降解有机物转化成甲烷用于发电资源化过程中，转化剩余的沼液和沼渣等难降解污染副产物，处理难度大。因此，期待一种优化的方案。

技术实现思路

1、提供该技术实现要素：部分以便以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。该发明内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

2、第一方面，本技术提供了一种厌氧制酸处理厨余垃圾中的控制参数优化方法，所述方法包括：

3、将待处理厨余垃圾投放至水解反应器以得到水解反应后产物，其中，在所述水解反应器中，水解微生物通过分泌胞外水解自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应以将所述待处理厨余垃圾中大分子有机物水解成小分子有机物，难溶性有机物水解成可溶性有机物，难降解有机物转化成易降解有机物，长链或杂环分子结构水解成短链或直链分子结构；

4、将所述水解反应后产物投放至酸化反应器以得到酸化反应后产物，其中，在所述酸化反应器，所述水解反应后产物溶解于水中作为酸化菌的养分来源，被选择透过细胞膜进入酸化菌细胞内，为酸化菌的生长代谢提供能量，最终形成以乙酸、丁酸等为代表的挥发性有机酸酸化末端产物，可投用于污水处理的反硝化系统替代传统碳源，提高污水处理厂的脱氮效率，实现厨余垃圾除杂后的全量生物转化。

5、可选地，将待处理厨余垃圾投放至水解反应器以得到水解反应后产物，包括：获取由传感器网络采集的温度值的时间序列、ph值的时间序列、污泥浓度的时间序列和溶解氧的时间序列；对所述温度值的时间序列、所述ph值的时间序列和所述污泥浓度的时间序列进行控制参数的时序关联特征模式提取以得到强化相关控制参数时序关联特征向量；对所述溶解氧的时间序列进行被控参数的时序关联特征模式提取以得到溶解氧时序关联隐含特征向量；将所述强化相关控制参数时序关联特征向量和所述溶解氧时序关联隐含特征向量输入非线性反馈式交互模块以得到控制参数-被控参数时序关联交互反馈特征向量；基于所述控制参数-被控参数时序关联交互反馈特征向量来确定控制指令，所述控制指令用于表示当前时间点的溶解氧应增大、应减小或应保持不变。

6、可选地，对所述温度值的时间序列、所述ph值的时间序列和所述污泥浓度的时间序列进行控制参数的时序关联特征模式提取以得到强化相关控制参数时序关联特征向量，包括：将所述温度值的时间序列、所述ph值的时间序列和所述污泥浓度的时间序列按照参数样本维度和时间维度排列为相关控制参数时序关联矩阵；将所述相关控制参数时序关联矩阵输入基于空洞卷积神经网络模型的控制参数时序关联模式特征提取器以得到相关控制参数时序关联特征图；将所述相关控制参数时序关联特征图输入特征多尺度感知强化模块以得到强化相关控制参数时序关联特征图；对所述强化相关控制参数时序关联特征图进行全局均值池化处理以得到所述强化相关控制参数时序关联特征向量。

7、可选地，将所述相关控制参数时序关联特征图输入特征多尺度感知强化模块以得到强化相关控制参数时序关联特征图，包括：将所述相关控制参数时序关联特征图输入所述特征多尺度感知强化模块的低频侦测分支以得到相关控制参数局部低频激活特征向量；将所述相关控制参数时序关联特征图输入所述特征多尺度感知强化模块的精简压缩分支以得到相关控制参数压缩特征图；将所述相关控制参数时序关联特征图输入所述特征多尺度感知强化模块的全局空间感知分支以得到相关控制参数感受野扩张激活特征矩阵；对所述相关控制参数局部低频激活特征向量、所述相关控制参数压缩特征图和所述相关控制参数感受野扩张激活特征矩阵进行特征叠加整合以得到所述强化相关控制参数时序关联特征图。

8、可选地，将所述相关控制参数时序关联特征图输入所述特征多尺度感知强化模块的低频侦测分支以得到相关控制参数局部低频激活特征向量，包括：对所述相关控制参数时序关联特征图进行点卷积处理以得到相关控制参数通道压缩特征图；对所述相关控制参数通道压缩特征图进行全局均值池化以得到相关控制参数局部低频特征向量；对所述相关控制参数局部低频特征向量进行非线性激活以得到所述相关控制参数局部低频激活特征向量；将所述相关控制参数时序关联特征图输入所述特征多尺度感知强化模块的精简压缩分支以得到相关控制参数压缩特征图，包括：对所述相关控制参数时序关联特征图进行点卷积处理以得到所述相关控制参数压缩特征图；将所述相关控制参数时序关联特征图输入所述特征多尺度感知强化模块的全局空间感知分支以得到相关控制参数感受野扩张激活特征矩阵，包括：对所述相关控制参数时序关联特征图进行空洞卷积编码以得到相关控制参数感受野扩张特征图；对所述相关控制参数感受野扩张特征图进行点卷积处理以得到相关控制参数感受野扩张全局特征矩阵；对所述相关控制参数感受野扩张全局特征矩阵进行非线性激活以得到所述相关控制参数感受野扩张激活特征矩阵。

9、可选地，对所述相关控制参数局部低频激活特征向量、所述相关控制参数压缩特征图和所述相关控制参数感受野扩张激活特征矩阵进行特征叠加整合以得到所述强化相关控制参数时序关联特征图，包括：将所述相关控制参数感受野扩张激活特征矩阵与所述相关控制参数压缩特征图的沿通道维度的各个特征矩阵进行按位置点乘以得到相关控制参数压缩-扩张激活特征图；将所述相关控制参数局部低频激活特征向量中的各个特征值作为权重，对所述相关控制参数压缩特征图的沿通道维度的各个特征矩阵进行点乘以得到相关控制参数压缩-低频融合特征图；将所述相关控制参数压缩-扩张激活特征图和所述相关控制参数压缩-低频融合特征图进行按位置相加以得到相关控制参数多尺度融合激活特征图；对所述相关控制参数多尺度融合激活特征图进行空洞卷积编码以得到所述强化相关控制参数时序关联特征图。

10、可选地，对所述溶解氧的时间序列进行被控参数的时序关联特征模式提取以得到溶解氧时序关联隐含特征向量，包括：将所述溶解氧的时间序列输入基于1dcnn模型的序列编码器以得到所述溶解氧时序关联隐含特征向量。

11、可选地，将所述强化相关控制参数时序关联特征向量和所述溶解氧时序关联隐含特征向量输入非线性反馈式交互模块以得到控制参数-被控参数时序关联交互反馈特征向量，包括：计算所述强化相关控制参数时序关联特征向量相对于所述溶解氧时序关联隐含特征向量的逐位置响应以得到控制参数-被控参数线性响应交互特征向量；对所述控制参数-被控参数线性响应交互特征向量进行响应非线性优化以得到所述控制参数-被控参数时序关联交互反馈特征向量。

12、可选地，基于所述控制参数-被控参数时序关联交互反馈特征向量来确定控制指令，所述控制指令用于表示当前时间点的溶解氧应增大、应减小或应保持不变，包括：将所述控制参数-被控参数时序关联交互反馈特征向量输入基于分类器的参数优化控制器以得到所述控制指令。

13、第二方面，本技术提供了一种厌氧制酸处理厨余垃圾中的控制参数优化系统，所述系统包括：

14、水解反应模块，用于将待处理厨余垃圾投放至水解反应器以得到水解反应后产物，其中，在所述水解反应器中，水解微生物通过分泌胞外水解自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应以将所述待处理厨余垃圾中大分子有机物水解成小分子有机物，难溶性有机物水解成可溶性有机物，难降解有机物转化成易降解有机物，长链或杂环分子结构水解成短链或直链分子结构；

15、酸化反应模块，用于将所述水解反应后产物投放至酸化反应器以得到酸化反应后产物，其中，在所述酸化反应器，所述水解反应后产物溶解于水中作为酸化菌的养分来源，被选择透过细胞膜进入酸化菌细胞内，为酸化菌的生长代谢提供能量，最终形成以乙酸、丁酸等为代表的挥发性有机酸酸化末端产物，可投用于污水处理的反硝化系统替代传统碳源，提高污水处理厂的脱氮效率，实现厨余垃圾除杂后的全量生物转化。

16、采用上述技术方案，通过将待处理厨余垃圾投放至水解反应器以得到水解反应后产物；将所述水解反应后产物投放至酸化反应器以得到酸化反应后产物；然后，采用基于深度学习的人工智能技术，综合利用水解反应过程中的运行参数，即温度值、ph值、污泥浓度以及溶解氧来对水解反应器内反应环境和水解微生物的生长代谢状态特征进行描述和刻画，并基于此来实现溶解氧的自适应地控制。这样，可以及时调整水解反应器的工艺运行参数，实现厨余垃圾的高效水解转化，形成可生化性和氮磷无机化率都高的可直接被酸化菌吸收利用的水解产物。

17、本技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。