膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)是将膜分离技术与生物反应原理相结合的一种新型污水处理工艺,具有固液分离效果好、污泥产量低、出水水质好、占地面积小等优点,目前已成功应用于城市污水处理过程。然而,MBR污水处理工艺的一个瓶颈问题是膜污染现象,膜污染不但会造成出水水质下降、生产能耗提高,甚至会导致污水处理过程崩溃,严重制约了MBR的推广应用。因此,如何实现膜污染准确识别,降低膜污染的发生率,已成为国内外学者重点关注的问题,具有较高的理论和实际应用价值。围绕MBR污水处理工艺安全运行的问题,文中设计了一种基于数据和知识驱动的膜污染智能预警方法。首先,深入分析膜污染机理,构建了基于自组织深度信念网络的膜污染预测模型,实现膜透水率的精准预测;其次,分析影响膜污染的故障变量,建立基于数据和知识的智能决策模型,实现膜污染过程的有效识别,为操作人员提供决策支持;基于膜透水率预测值和智能决策结果,建立了膜污染预警评价模型,实现膜污染状态和因素的准确识别;最后,设计并开发出膜污染智能预警系统,将其成功应用于城市污水处理厂,实现了膜污染的在线智能预警,降低了膜污染的发生率。论文的主要研究工作如下:1.膜透水率软测量方法研究;针对膜透水率难以实时检测的问题,文中提出了一种基于自组织深度信念网络的膜透水率软测量方法。首先,建立了一种基于自组织深度信念网络的膜透水率软测量模型,实现了膜透水率的有效预测;其次,设计了一种基于信息关联策略的自组织机制,实现了膜透水率软测量模型的结构自组织,提高了模型的自适应能力;最后,利用无监督和有监督相结合的参数优化算法,提高了膜透水率软测量模型的精度。实验结果显示,基于自组织深度信念网络的膜透水率软测量方法具有较好的预测精度。2.膜污染智能决策方法研究;针对膜污染过程难以有效判断的问题,文中提出一种基于数据和知识的智能决策方法。首先,通过挖掘膜污染因素和决策建议的相关性,确定了决策模型的输入和输出信息;其次,构建了基于自组织深度信念网络和Softmax分类器的膜污染智能决策模型,实现了膜污染程度的识别;最后,采用自组织机制动态优化模型结构及参数,提高了决策的精确度。实验结果显示,基于数据和知识的智能决策方法能够实现膜污染过程的有效判断。3.膜污染智能预警方法研究;针对MBR污水处理过程难以稳定运行的问题,文中提出一种基于主成分分析-独立元分析的膜污染预警方法。首先,基于膜透水率预测值和膜污染智能决策结果,建立了膜污染预警评价模型;其次,分析MBR污水处理过程变量对预警评价模型的贡献度,确定了膜污染的主要因素;最后,利用膜污染主要因素的运行数据,设计MBR污水处理过程预警模型,实现膜污染的有效预警。实验结果表明,基于主成分分析-独立元分析的膜污染预警方法能够准确识别膜污染并诊断其污染因素,减少了膜污染的漏报率和误报率。4.膜污染智能预警系统开发;为了实现膜污染智能预警技术的实际应用,文中开发出膜污染智能预警系统。该系统包括膜污染智能预测模块、智能决策模块和智能预警模块,实现了MBR污水处理过程变量监测、膜透水率预测以及膜污染预警等功能。将设计的膜污染智能预警系统应用于北京某污水处理厂,实际应用效果表明,该预警系统能够有效提高MBR污水处理的运行效率。