SBR工藝好氧階段節(jié)能優(yōu)化控制研究

【摘要】：污水處理是一個(gè)高耗能、高成本的行業(yè)，如何節(jié)能降耗，減少運(yùn)行成本是關(guān)鍵。在SBR工藝的污水處理廠中，鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的能耗占廠區(qū)總能耗50%以上，因此對SBR工藝好氧階段的曝氣環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化控制研究有現(xiàn)實(shí)意義。本文綜合分析了國內(nèi)外污水處理節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)狀、存在的問題及發(fā)展趨勢，并對過程控制理論、PID控制理論、智能控制理論及它們在SBR工藝中的應(yīng)用作了概述。 本文通過對SBR好氧階段的DO、COD、氨氮與曝氣量之間的關(guān)系測試，得到DO與COD、氨氮的變化曲線以及曝氣量與DO平均濃度、COD降解速率和硝化速率的關(guān)系曲線。 基于SBR工藝節(jié)能優(yōu)化控制平臺，本文設(shè)計(jì)出了SBR曝氣環(huán)節(jié)的常規(guī)PID控制器和模糊自適應(yīng)PID控制器，研究3種曝氣量控制方式在SBR好氧階段的節(jié)能效果。通過測量好氧階段的累計(jì)曝氣量、曝氣時(shí)間、COD和氨氮去除率，對3種控制方式的節(jié)能效果和水質(zhì)處理效果進(jìn)行對比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用模糊自適應(yīng)PID控制方式的節(jié)能效果最佳，常規(guī)PID控制方式次之，實(shí)時(shí)手動控制節(jié)能效果最差。 此外，文章還采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法對SBR好氧階段曝氣過程建立了數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)出了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。通過MATLAB軟件對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和模糊自適應(yīng)PID控制器進(jìn)行仿真訓(xùn)練，仿真結(jié)果顯示，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器比后者的控制性能更優(yōu)、穩(wěn)定性更強(qiáng)。 【關(guān)鍵詞】：SBR工藝 曝氣量控制 節(jié)能優(yōu)化 模糊控制 仿真訓(xùn)練
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目錄5-7
• 第1章 緒論7-12
• 1.1 課題背景和研究意義7-8
• 1.1.1 課題背景7
• 1.1.2 研究意義7-8
• 1.2 國內(nèi)外污水處理節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)狀8-11
• 1.2.1 國內(nèi)外污水處理節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀8-10
• 1.2.2 國內(nèi)外污水處理節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的研究進(jìn)展10-11
• 1.3 污水處理節(jié)能優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢11-12
• 第2章 過程控制理論在 SBR 工藝中的應(yīng)用12-26
• 2.1 SBR 工藝簡介12
• 2.2 過程控制理論12-16
• 2.2.1 自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成13-14
• 2.2.2 自動控制系統(tǒng)的分類14
• 2.2.3 過程控制系統(tǒng)的基本控制方式14-15
• 2.2.4 SBR 工藝過程控制的分類15-16
• 2.3 PID 控制理論16-21
• 2.3.1 位置式 PID 控制算法17-18
• 2.3.2 增量式 PID 控制算法18-20
• 2.3.3 PID 控制理論在 SBR 工藝中的應(yīng)用20-21
• 2.4 智能控制理論21-25
• 2.4.1 模糊控制21-23
• 2.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制23-24
• 2.4.3 專家控制24-25
• 2.5 課題研究目的與主要研究內(nèi)容25-26
• 第3章 SBR 工藝好氧階段控制參數(shù)變化規(guī)律研究26-36
• 3.1 試驗(yàn)材料與方法26-29
• 3.1.1 試驗(yàn)裝置26-27
• 3.1.2 監(jiān)測項(xiàng)目與分析方法27-29
• 3.1.3 試驗(yàn)用水來源及水質(zhì)29
• 3.1.4 試驗(yàn)方案29
• 3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析29-35
• 3.2.1 進(jìn)水 COD 負(fù)荷沖擊對 DO 變化規(guī)律的影響29-31
• 3.2.2 進(jìn)水氨氮負(fù)荷沖擊對 DO 變化規(guī)律的影響31-32
• 3.2.3 不同曝氣量對 DO 變化規(guī)律的影響32-35
• 3.3 試驗(yàn)小結(jié)35-36
• 第4章 SBR 工藝好氧階段節(jié)能效果對比研究36-58
• 4.1 試驗(yàn)概述36-41
• 4.1.1 試驗(yàn)設(shè)備36-37
• 4.1.2 試驗(yàn)平臺的建立37-41
• 4.1.3 試驗(yàn)方案41
• 4.2 實(shí)時(shí)手動控制41-42
• 4.2.1 試驗(yàn)原理及步驟41
• 4.2.2 運(yùn)行結(jié)果41-42
• 4.3 常規(guī) PID 控制42-47
• 4.3.1 試驗(yàn)原理及步驟42-45
• 4.3.2 常規(guī) PID 控制的實(shí)現(xiàn)過程45-47
• 4.3.3 運(yùn)行結(jié)果47
• 4.4 模糊自適應(yīng) PID 控制47-53
• 4.4.1 試驗(yàn)原理及步驟47-52
• 4.4.2 模糊自適應(yīng) PID 控制的實(shí)現(xiàn)過程52
• 4.4.3 運(yùn)行結(jié)果52-53
• 4.5 三種控制方式的運(yùn)行結(jié)果比較分析53-58
• 4.5.1 累計(jì)曝氣量的對比分析53-54
• 4.5.2 曝氣時(shí)間的對比分析54
• 4.5.3 單位時(shí)間曝氣量的對比分析54-55
• 4.5.4 COD 和氨氮去除率的對比分析55-57
• 4.5.5 節(jié)能效率的對比分析57-58
• 第5章 SBR 工藝好氧階段的控制器性能對比研究58-67
• 5.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制介紹58
• 5.2 數(shù)學(xué)模型的建立58-61
• 5.2.1 數(shù)學(xué)模型58-60
• 5.2.2 模型穩(wěn)定性分析60
• 5.2.3 模型可控性分析60-61
• 5.3 SBR 工藝模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)61-64
• 5.3.1 控制方案61
• 5.3.2 內(nèi)環(huán)控制器設(shè)計(jì)61
• 5.3.3 外環(huán)控制器設(shè)計(jì)61-64
• 5.4 仿真實(shí)驗(yàn)研究64-67
• 5.4.1 離線學(xué)習(xí)64-65
• 5.4.2 在線學(xué)習(xí)65-66
• 5.4.3 仿真結(jié)果比較66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 致謝71-72
• 附錄72-77

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