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基于跨时间尺度迁移学习的污水处理模型漂移校正方法

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环境科学 2024年

作者：申渝廖万山李慧敏冯东郭智威张冰高旭王建辉陈猷鹏重庆中法环保研发中心有限公司重庆工商大学智能制造服务国际科技合作基地重庆大学环境与生态学院重庆南向泰斯环保技术研究院有限公司

数据是智能运维的核心基础，但当前污水厂数据普遍不足，且污水处理系统状态随内外部环境动态演化。污水厂的智能运维面临着建模难度大，及因系统演化而导致的模型漂移问题。针对该问题，选取水温、水质和微生物状态等都有显著差异的夏... 详细信息

数据是智能运维的核心基础，但当前污水厂数据普遍不足，且污水处理系统状态随内外部环境动态演化。污水厂的智能运维面临着建模难度大，及因系统演化而导致的模型漂移问题。针对该问题，选取水温、水质和微生物状态等都有显著差异的夏冬两季作为典型对比场景，将机制模型与神经网络结合，建立了基于跨时间尺度迁移学习的污水处理模型漂移校正方法。首先，针对数据不足问题，建立并校准活性污泥模型（ASM），以夏季工况数据作为输入，模拟计算运行参数和出水数据，生成模拟运行数据集，实现数据增广和质量提升，用于训练多层感知机神经网络（MLP）模型，结果显示，MLP模型对夏季出水COD、氨氮和总磷等的平均模拟准确率在95%以上；然后，针对模型在冬季工况中出现模拟准确率大幅下降等模型漂移问题，将冬季实测数据作为目标域数据集，以MLP模型作为预训练模型进行迁移学习。结果表明，迁移学习后模型性能显著提升，出水COD、氨氮、总氮和总磷的平均模拟准确率分别提高了21.49%、60.79%、58.14%和46.74%。研究提出的跨时间尺度迁移学习方法，能有效解决模型漂移问题，实现模型对污水处理系统动态演化的跟随响应。

关键词：多层感知机神经网络(MLP)模型机制模型迁移学习模型漂移系统适应性知识迁移

数据缺陷条件下支持污水处理厂智能管理的数据增强方法

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环境工程 2024年第6期 153-159页

作者：王建辉廖万山李慧敏冯东郭智威 Mohamed S.Mahmoud 张冰高旭申渝陈猷鹏重庆工商大学智能制造服务国际科技合作基地重庆南向泰斯环保技术研究院有限公司重庆中法环保研发中心有限公司埃及住房和建筑国家研究中心卫生与环境工程研究所重庆大学环境与生态学院

污水处理厂的智能化管理需要高质量、丰富的数据支持。然而，在当前污水处理厂的运维管理中，过度曝气、过量投药及监测问题等导致水厂运维数据的数量和质量存在缺陷，基于此类缺陷数据支持的各种数据驱动模型性能不高。如何提高数据质... 详细信息

污水处理厂的智能化管理需要高质量、丰富的数据支持。然而，在当前污水处理厂的运维管理中，过度曝气、过量投药及监测问题等导致水厂运维数据的数量和质量存在缺陷，基于此类缺陷数据支持的各种数据驱动模型性能不高。如何提高数据质量和数量对于各类人工智能模型的研究和应用非常关键。提出了一种基于生成对抗网络的污水厂数据增强方法（WP-GAN）,以应对数据缺陷问题，并采用一种经典的污水处理厂人工神经网络模型（W-ANN）对所提出的方法进行验证。研究采用的数据集来自某大型城市污水处理厂的厌氧-缺氧-好氧（A2O）工艺，通过数据增强处理将实测数据扩增5倍，以增强前后的数据样本训练W-ANN模型后，模型性能得到显著提升：拟合度从20%提高到65%,最大模拟精度从67.85%提高到75.55%。该方法是一种应对数据缺陷的通用数据增强方法，可为污水厂智能管理的各种数据驱动模型提供更好的数据支持。

关键词：数据增强污水处理生成对抗网络智能管理数据驱动模型

改性微生物絮凝剂在污水处理过程中的应用及膜污染缓解机制

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中国环境科学 2023年第3期43卷 1142-1151页

作者：申渝毛鑫申静张冰时文歆重庆工商大学国家智能制造服务国际科技合作基地重庆400067 重庆南向泰斯环保技术研究院重庆400060 重庆大学环境与生态学院重庆400044

以聚合氯化铝(PAC)与改性微生物絮凝剂(MMF)为复合絮凝体系,系统考察了预混凝在菌藻颗粒污泥膜生物反应器(ABGMBR)处理污水过程中的应用和膜污染缓解机理.膜过滤试验表明,与其他絮凝体系相比,PAC/MMF预混凝可有效缓解膜污染,并且当MMF... 详细信息

以聚合氯化铝(PAC)与改性微生物絮凝剂(MMF)为复合絮凝体系,系统考察了预混凝在菌藻颗粒污泥膜生物反应器(ABGMBR)处理污水过程中的应用和膜污染缓解机理.膜过滤试验表明,与其他絮凝体系相比,PAC/MMF预混凝可有效缓解膜污染,并且当MMF用量为20mg/L时具有最佳的絮凝能力和膜污染控制性能.扩展的Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek(XDLVO)理论阐明了PAC/MMF体系具有优越的防污性能.PAC/MMF絮凝体系会极大的抑制污染物在膜上的粘附和积累,从而在膜表面形成了疏松多孔且薄的滤饼层.相关性分析表明,显著的膜污染缓解可主要归因于原污水中悬浮物浓度的下降以及zeta电位的增加.

关键词：改性微生物絮凝剂 ABGMBR 膜污染预混凝 XDLVO理论

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膜蒸馏过程中膜污染问题及其缓解策略研究

中国给水排水 2023年

作者：申静毛鑫张冰尹文洁申渝时文歆重庆大学环境与生态学院重庆工商大学国家智能制造服务国际科技合作基地环境与资源学院重庆南向泰斯环保技术研究院

膜蒸馏是一种将膜法与热驱动结合的新型水处理技术，已被广泛应用于海水淡化及废水处理等研究领域。尽管该技术理论上能完全去除污染物，但有机和无机污染物在膜表面累积引起的膜污染问题仍是制约其实际应用的主要因素。围绕膜蒸馏过程... 详细信息

膜蒸馏是一种将膜法与热驱动结合的新型水处理技术，已被广泛应用于海水淡化及废水处理等研究领域。尽管该技术理论上能完全去除污染物，但有机和无机污染物在膜表面累积引起的膜污染问题仍是制约其实际应用的主要因素。围绕膜蒸馏过程中的膜污染问题，分别介绍了该过程中膜污染的机制、膜污染物组成以及膜污染影响因素；简述了预处理和膜清洗两种减缓膜污染技术，并在此基础上，重点介绍了各类膜污染减缓技术的特点。以期通过该综述，对解决实际膜蒸馏过程中的膜污染问题提供经验和借鉴。

关键词：膜蒸馏膜污染预处理膜清洗水处理

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酵母细胞连续发酵过程振荡现象的研究进展

化工学报 2010年第3期61卷 537-543页

作者：申渝白凤武重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心重庆400067 大连理工大学生物科学与工程系辽宁大连116023

振荡现象在连续发酵过程中普遍存在,本文综述了酿酒酵母连续发酵中不同类型振荡现象的研究进展。一类以乙醇连续发酵过程中参数振荡为代表的特殊振荡现象,普遍存在于工业发酵过程,对发酵系统的稳定运行造成不利影响。本文论述了这类振... 详细信息

振荡现象在连续发酵过程中普遍存在,本文综述了酿酒酵母连续发酵中不同类型振荡现象的研究进展。一类以乙醇连续发酵过程中参数振荡为代表的特殊振荡现象,普遍存在于工业发酵过程,对发酵系统的稳定运行造成不利影响。本文论述了这类振荡现象产生的机理、调控策略的研究进展及其潜在的应用价值。

关键词：酿酒酵母振荡乙醇发酵调控应用

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生物法减缓MBR膜污染的研究进展

中国给水排水 2022年第18期38卷 34-41页

作者：毛鑫张冰唐和礼申渝时文歆重庆工商大学国家智能制造服务国际科技合作基地重庆400067 重庆南向泰斯环保技术研究院重庆400060 重庆大学环境与生态学院重庆400045

膜生物反应器(MBR)因占地面积小、剩余污泥产量少等诸多优点已被广泛运用到水处理中,但膜污染所带来的频繁膜清洗和膜更换提高了MBR的实际运行成本,是制约其发展的主要因素。因此,大量研究致力于发展MBR膜污染的减缓方法,包括物理法、... 详细信息

膜生物反应器(MBR)因占地面积小、剩余污泥产量少等诸多优点已被广泛运用到水处理中,但膜污染所带来的频繁膜清洗和膜更换提高了MBR的实际运行成本,是制约其发展的主要因素。因此,大量研究致力于发展MBR膜污染的减缓方法,包括物理法、化学法和生物法等;其中,生物法由于具有成本低、环境友好及可持续性等优点而受到广泛关注。对MBR中减缓膜污染的生物控制方法进行了系统分类,重点介绍了群体感应与淬灭技术、能量解偶联、生物酶法、NO诱导法、D-氨基酸抑制法、裂解与捕食六种生物法在MBR中减缓膜污染的最新应用和进展,并根据目前生物法存在的一些问题对其未来的研究方向进行了展望。

关键词：膜生物反应器膜污染生物法胞外聚合物(EPS)

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膜分离技术去除水中新兴污染物的研究进展

水处理技术 2023年第7期49卷 1-6,26页

作者：秦宇李健鹏毛鑫张冰申渝时文歆重庆交通大学 400074 重庆工商大学国家智能制造服务国际科技合作基地 400067 重庆南向泰斯环保技术研究院 400060 重庆大学环境与生态学院重庆400044

新兴污染物(EPs)排放到水环境中会对自然生态和人类健康造成严重威胁,EPs的去除已成为研究者们在水处理领域重点关注的问题。在众多EPs处理技术中,膜分离技术(MSTs)比传统技术更有效,能够以低成本和低能耗从废水中分离EPs,是实现EPs控... 详细信息

新兴污染物(EPs)排放到水环境中会对自然生态和人类健康造成严重威胁,EPs的去除已成为研究者们在水处理领域重点关注的问题。在众多EPs处理技术中,膜分离技术(MSTs)比传统技术更有效,能够以低成本和低能耗从废水中分离EPs,是实现EPs控制与资源化利用的有效方法。综述了EPs的危害性及五种MSTs的特性,重点介绍了MSTs在EPs去除效能和膜污染方面的研究进展,并根据目前MSTs在处理EPs过程中存在的问题对其未来发展方向进行了展望。

关键词：膜分离技术新兴污染物膜污染水处理