污水处理过程仿真器开发及水质监测与控制策略研究

【摘要】： 目前活性污泥法生物处理广泛应用于城市污水处理中,该处理过程是一个典型的生化过程,机理十分复杂,为了指导污水处理过程操作、运行及控制,对活性污泥处理过程进行模拟仿真十分重要。 污水处理过程随机干扰严重,具有强非线性、时变和大滞后的特点,并且目前污水处理过程中出水水质关键参数难以在线测量,使得污水处理过程不能根据出水水质的变化进行有效地自动调整,影响了污水处理的效果。随着出水排放标准越来越严格,为了以最小的经济代价实现出水水质的达标,在污水处理中实施有效的监测及控制方案显得尤为重要。 针对上述问题,本课题主要开展以下工作 1、根据活性污泥法污水处理过程的工艺流程和机理特点,以国际水协会(IWA,International Water Association)发布的包含污水生化处理典型过程的Benchmark仿真模型为基础,设计开发了污水处理过程仿真器WTPS(Wastewater Treatment Plant Simulator)。通过仿真验证,该仿真器能有效地模拟典型污水生化处理过程的动态特性,可用于评价各种控制策略的实施效果以及科研、教育培训等。 2、针对污水处理过程出水水质关键参数难以在线测量的问题,本文利用WTPS仿真平台,采用最小二乘支持向量机回归(Least Squares SupportVector Regression.LS-SVR)的方法对污水处理过程出水水质进行软测量预报。该方法充分利用了可在线测量的变量(溶解氧浓度,流量,悬浮固体浓度等)对出水中难以在线测量的变量(总氮TN、化学需氧量COD、生化需氧量BOD)进行软测量预报。仿真结果表明采用LS-SVR方法所建立的软测量预报模型具有良好的预报精度,对后续的污水处理过程的控制和优化能起到一定的参考作用。 3、为了有效地去除污染物,必须对污水处理过程加以控制。为了验证控制策略能否有效地降低污水处理过程费用及提高出水水质,本文基于WTPS仿真平台,研究了定值控制、溶解氧PI控制、氨氮与硝酸盐PI控制以及预测控制等几种控制策略在污水处理过程中的应用。以过程操作费用及出水水质为衡量标准,对几种控制策略进行仿真比较,讨论各种控制方法的性能,为实际污水处理系统选用控制方案提供了一种参考方法。 【关键词】：污水处理 仿真器 软侧量 支持向量机回归 过程控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP391.9
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 城市污水处理过程10-15
• 1.2.1 工艺简介10-11
• 1.2.2 活性污泥数学模型11-13
• 1.2.3 污水处理过程监控策略综述13-15
• 1.3 本文主要工作15-17
• 第2章 污水处理过程的BENCHMARK仿真模型17-33
• 2.1 工艺流程介绍17-18
• 2.2 过程模型18-25
• 2.2.1 模型组分19-22
• 2.2.2 模型的过程22-23
• 2.2.3 模型的参数23-25
• 2.2.4 模型的限制25
• 2.3 二层池模型25-28
• 2.4 输入污水的组成与流量文件28
• 2.5 性能评价28-31
• 2.5.1 过程评价28-30
• 2.5.2 控制策略评价30-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第3章 污水处理过程仿真器WTPS的建立33-45
• 3.1 污水处理过程仿真器发展状况33-34
• 3.2 仿真过程系统及流程介绍34
• 3.3 软件设计流程34-36
• 3.4 软件界面及功能36-41
• 3.5 仿真器模型验证41-43
• 3.5.1 静态仿真41-42
• 3.5.2 动态仿真42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 基于LS-SVR的污水处理过程出水水质预报45-61
• 4.1 出水水质参数及软测量意义45-47
• 4.1.1 活性污泥法处理系统重要参数45-46
• 4.1.2 出水水质检测的必要性46-47
• 4.2 软测量技术简介47-49
• 4.2.1 软测量技术在污水处理中的应用49
• 4.3 SVR与LS-SVR回归估计理论49-53
• 4.3.1 SVR回归估计理论49-52
• 4.3.2 LS-SVR基本原理52-53
• 4.4 基于LS-SVR的污水处理出水水质软测量模型建立53-55
• 4.4.1 数据的获取与数据的预处理53-54
• 4.4.2 主导变量和辅助变量的确定54-55
• 4.5 仿真结果及讨论55-60
• 4.6 本章结论60-61
• 第5章 基于WTPS的污染物去除控制策略比较61-75
• 5.1 污水处理控制目标及其主要控制策略61-63
• 5.1.1 整体操作目标61
• 5.1.2 单元操作目标61-63
• 5.2 控制变量的选取63-64
• 5.3 控制策略的应用64-67
• 5.3.1 定值控制64
• 5.3.2 溶解氧的PI控制64
• 5.3.3 硝酸盐和氨氮PI控制64-65
• 5.3.4 预测控制65-67
• 5.4 控制器参数整定67-68
• 5.5 结果及分析68-74
• 5.5.1 设定值及评价指标68-69
• 5.5.2 控制策略仿真比较69-74
• 5.6 结论74-75
• 第6章 研究结论与展望75-77
• 6.1 研究结论75
• 6.2 进一步研究方向75-77
• 参考文献77-81
• 作者简介81
• ’作者攻读硕士学位期间参与科研项目及成果81

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