活性污泥法城市污水处理系统的建模与仿真

【摘要】：计算机仿真技术是研究活性污泥法污水处理系统的有效方式。活性污泥1号模型(ASM1)由国际水协发布,并在国内外都得到了广泛的应用。因此,本文以ASM1为基础,利用计算机仿真技术展开研究。首先,本文以ASM1模型为基础对象,加入除磷相关过程,建立了集除碳、脱氮、除磷功能为一体的IASM1模型(Improvement of Activated Sludge Model No.1)。并用欧盟科学技术合作组织发布的污水处理仿真基准模型BSM1 (Benchmark Simulation Model No.1)和国际水协发布的ASM2d(Activated Sludge Model No.2d)分别对IASM1模型的除碳脱氮过程和除磷过程进行稳态验证。此外,利用北京和西安两个污水处理厂2014年11月1日至30日的进、出水水质监测数据对IASM1模型进行动态验证。其次,为了提高模型整体精确性,本文采用支持向量机法(SVM)对IASM1模型的参数进行参数优化。由于IASM1模型有40个参数,为了提高优化效率,因此,先利用相对灵敏度分析法找出对IASM1模型整体精确性影响较大的4个参数(YH、μA、KH、bH)。对这4个参数进行参数优化即可有效提高模型整体精确性。再次,通过IASM1模型对污水处理厂进行控制策略的设计。其中鼓风机曝气系统是污水处理厂耗电量最大的系统,占污水处理厂总耗电量的50%-60%。为了降低污水处理厂的能耗,本文针对曝气系统,提出了一个鼓风机曝气系统的简单自适应控制策略：由操纵变量补偿器与曝气池DO浓度控制系统组成,鼓风机采用变频调速进行控制。其中,操纵变量为鼓风机转速。可大大降低耗电量与运行成本。最后,在上面三部分内容的基础上,基于面向对象的思想,利用UML语言对软件进行设计。根据设计思路,采用C++编程语言基于VS2010仿真平台开发出一款污水处理仿真软件,利用Quest 3d作为三维展示平台,使得污水处理流程可实时展示。该软件可作为被控对象与外部控制器相连,也可作为学生及污水处理相关从业人员的学习工具。 【关键词】：活性污泥 脱氮除磷 灵敏度 鼓风机 软件开发
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 城市污水组成及组分14-15
• 1.3 污染物去除机理15-19
• 1.3.1 有机物去除机理15-16
• 1.3.2 脱氮机理16-18
• 1.3.3 除磷机理18-19
• 1.4 活性污泥数学模型发展与现状19-28
• 1.4.1 经典模型20-22
• 1.4.2 IWA活性污泥法模型22-28
• 1.5 模型参数优化28-29
• 1.5.1 模型参数优化的概念28
• 1.5.2 模型参数优化的方法28-29
• 1.6 污水处理仿真软件现状29-30
• 1.7 本课题的主要内容30-31
• 第二章 同步脱氮除磷数学模型IASM1的建立与验证31-55
• 2.1 引言31
• 2.2 同步脱氮除磷数学模型IASM1模型特点及假设31-32
• 2.3 同步脱氮除磷数学模型IASM1模型组分及过程32-33
• 2.4 同步脱氮除磷数学模型IASM1模型矩阵33-38
• 2.4.1 IASM1模型矩阵表33-36
• 2.4.2 IASM1化学计量学参数和反应动力学参数36-38
• 2.5 同步脱氮除磷数学模型IASM1的稳态验证38-41
• 2.5.1 BSM1对IASM1除碳脱氮过程的稳态验证38-40
• 2.5.2 ASM2d模型对IASM1除磷过程的稳态验证40-41
• 2.6 同步脱氮除磷数学模型IASM1的动态验证41-53
• 2.6.1 A~2/O工艺流程概述41-42
• 2.6.2 A~2/O工艺流程建模42-44
• 2.6.3 表征水质的变量的定义44-45
• 2.6.4 基于北京高碑店污水处理厂的IASM1模型动态验证45-49
• 2.6.5 基于西安留坝污水处理厂的IASM1模型动态验证49-53
• 2.7 小结53-55
• 第三章 IASM1模型参数的灵敏度分析与优化55-65
• 3.1 引言55
• 3.2 参数的灵敏度分析55-59
• 3.3 参数的优化59-64
• 3.3.1 支持向量机算法60-61
• 3.3.2 支持向量机对参数的优化61-64
• 3.4 小结64-65
• 第四章 基于IASM1的控制策略的设计65-71
• 4.1 引言65
• 4.2 控制策略的选择65-67
• 4.3 简单自适应控制系统的实现67-69
• 4.4 小结69-71
• 第五章 基于IASM1的污水处理软件设计与开发71-77
• 5.1 引言71
• 5.2 污水处理软件结构71-72
• 5.3 软件程序设计72-75
• 5.3.1 用例图72-73
• 5.3.2 类图73-74
• 5.3.3 时序图74-75
• 5.4 软件功能实现75-76
• 5.5 小结76-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 研究成果及发表的学术论文85-87
• 作者及导师简介87-88
• 附件88-89

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