造紙污水活性污泥法處理過程仿真及應(yīng)用研究

【摘要】：國際水質(zhì)協(xié)會和歐盟科學(xué)技術(shù)合作組織合力推出的活性污泥1號仿真模型(BSM1),被作為市政污水處理廠設(shè)計、運(yùn)行管理、工藝改造和科學(xué)研究的一種有效工具,并且在國外得到廣泛應(yīng)用?；钚晕勰喾ㄎ鬯幚磉^程是個強(qiáng)耦合、多輸入多輸出的動態(tài)系統(tǒng),具有高度非線性、時變、不確定性和時滯等特點(diǎn),因此,活性污泥法污水處理的研究往往比較費(fèi)時費(fèi)力,且要求成本高。通過仿真模擬,可以大大的簡化活性污泥法污水處理過程的研究,從很大程度上降低控制方案開發(fā)、工藝改造、工藝評估等方面的成本。 對于活性污泥過程的仿真研究,國外,特別是歐洲已經(jīng)是比較多的了,國內(nèi)也出現(xiàn)了一些有關(guān)活性污泥工藝仿真模擬的文獻(xiàn)。在本文中,將活性污泥工藝的仿真模擬引入到造紙污水處理過程中,并且基于對紙廠SBR活性污泥工藝的仿真,對SBR溶解氧濃度控制提出了先進(jìn)PID控制算法,進(jìn)行控制效果評估,設(shè)計了仿真界面。 本文首先介紹了BSM1仿真基準(zhǔn),并針對BSM1中的活性污泥法污水處理對象,用Matlab/Simulink建立了計算機(jī)仿真模型,將運(yùn)行結(jié)果用仿真基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,證明了仿真模型的準(zhǔn)確性,同時也證實(shí)了通過Matlab/Simulink建立的仿真模型具有簡單、穩(wěn)定、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)。 通過呼吸計量法,對某二次纖維造紙廠SBR工段采集的污水和污泥進(jìn)行測量分析,獲得了該紙廠SBR池活性污泥的異養(yǎng)菌產(chǎn)率、異養(yǎng)菌衰減和異養(yǎng)菌最大增長速率幾個關(guān)鍵系數(shù),分別為0.625 g X_(B,H) COD formed/(g COD utilised)、0.473 /day、0.473 /day。異養(yǎng)菌產(chǎn)率系數(shù)和國際水質(zhì)協(xié)會提供的參考值比較接近,但異養(yǎng)菌衰減和異養(yǎng)菌最大增長速率差距較大,這是由于這兩個參數(shù)受到污泥本身性質(zhì)及活性污泥生存環(huán)境影響較大;同時分析獲得了該紙廠SBR入水的中SS、S_I、X_S、X_I等組份占總COD的百分比分別為:18%、4%、20%、58%。 然后針對紙廠的SBR活性污泥工藝,對活性污泥1號模型(ASM1)進(jìn)行合理簡化和修改,建立了紙廠SBR污水處理仿真模型?；诒疚乃鶞y得的參數(shù),采用工廠實(shí)際入水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行仿真運(yùn)行,并將仿真出水和實(shí)際出水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行比較,證實(shí)了本文建立的SBR仿真模型能夠很好的模擬仿真實(shí)際紙廠SBR運(yùn)行,同時也說明了ASM系列模型可能用于紙廠等工業(yè)污水處理過程的仿真模擬。 基于本文建立的紙廠SBR仿真模型,對SBR活性污泥法污水處理過程的溶解氧濃度控制進(jìn)行了研究,提出了BP-PID和Fuzzy-PID兩種先進(jìn)PID控制方案,兩種控制器在調(diào)節(jié)速度、超調(diào)量方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制器,操作變量變化也更加平緩;在強(qiáng)干擾下,BP-PID控制器表現(xiàn)出的控制效果比較差,然而Fuzzy-PID控制器的控制效果和抗干擾能力都仍優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器,在曝氣能的消耗比較中,Fuzzy-PID控制器也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器,能夠有效降低曝氣耗能。 最后基于SBR仿真模型和A~2/O工藝仿真模型,設(shè)計了造紙污水活性污泥法處理仿真界面,為復(fù)雜活性污泥法污水處理的仿真提供了一種簡單、友好的仿真界面,使得仿真操作更加簡便。通過仿真界面,可以方便的對SBR過程和A~2/O過程進(jìn)行仿真模擬,通過數(shù)據(jù)查詢功能可以方便的查詢到用戶所需要的數(shù)據(jù)指標(biāo);仿真界面提供了運(yùn)行工藝和控制器的評價指標(biāo),因此可以對不同工藝條件和控制器進(jìn)行評價和比較。 【關(guān)鍵詞】：活性污泥 仿真 污水處理 GUI界面 ASM1
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：X793
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 物理量名稱及符號表9-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 引言14
• 1.2 活性污泥法污水處理簡介14-17
• 1.2.1 間歇式活性污泥法（SBR 工藝）15-16
• 1.2.2 AB 法16
• 1.2.3 A~2/O 工藝和A/O 工藝16-17
• 1.3 活性污泥法污水處理仿真基準(zhǔn)17-20
• 1.3.1 活性污泥數(shù)學(xué)模型18
• 1.3.2 基準(zhǔn)仿真1 號模型18-20
• 1.4 活性污泥模型的參數(shù)測定及污水組份劃分20-24
• 1.4.1 活性污泥污水參數(shù)測定22-23
• 1.4.2 活性污泥污水組份劃分23-24
• 1.5 造紙污水活性污泥法處理仿真研究24-26
• 1.5.1 研究意義24-25
• 1.5.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀25-26
• 1.6 本課題研究內(nèi)容26-27
• 第二章 造紙過程活性污泥法污水處理仿真模型的建立27-44
• 2.1 BSM1 仿真模型的建立27-34
• 2.1.1 仿真模型的建立27-29
• 2.1.2 模型的仿真運(yùn)行29-30
• 2.1.3 仿真結(jié)果分析30-34
• 2.2 紙廠SBR 活性污泥工藝模型的建立34-42
• 2.2.1 造紙廠污水處理系統(tǒng)簡介34-36
• 2.2.2 生物反應(yīng)過程模型36-38
• 2.2.3 沉淀過程模型38
• 2.2.4 模型的仿真運(yùn)行及結(jié)果分析38-42
• 2.3 本章小結(jié)42-44
• 第三章 造紙污水處理仿真模型參數(shù)測定及污水組份劃分44-59
• 3.1 造紙污水處理仿真模型參數(shù)測定44-51
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置45
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)原理及方案45-46
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果46-51
• 3.2 造紙活性污泥法污水組份劃分51-58
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置51
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)原理及方案51-53
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析53-58
• 3.3 本章小結(jié)58-59
• 第四章 造紙污水活性污泥法處理過程溶解氧控制策略59-83
• 4.1 BP-PID 控制器設(shè)計60-65
• 4.1.1 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器原理61-62
• 4.1.2 BP-PID 控制器設(shè)計62-63
• 4.1.3 BP-PID 控制器的應(yīng)用63-65
• 4.2 模糊自適應(yīng)整定PID 控制器設(shè)計65-73
• 4.2.1 模糊自適應(yīng)整定PID 控制器原理66-68
• 4.2.2 模糊自適應(yīng)整定PID 控制器設(shè)計68-70
• 4.2.3 模糊自適應(yīng)整定PID 控制器的應(yīng)用70-73
• 4.3 BSM1 性能評價體系簡介73-77
• 4.3.1 工藝過程評定73-76
• 4.3.2 控制系統(tǒng)評定76-77
• 4.4 造紙污水SBR 工藝過程評定和控制器控制效果分析77-82
• 4.4.1 SBR 工藝過程評定77-79
• 4.4.2 無噪聲干擾下控制器效果評價79-80
• 4.4.3 有噪聲干擾下控制器效果分析及評價80-82
• 4.5 本章小結(jié)82-83
• 第五章 造紙污水活性污泥法處理仿真界面設(shè)計83-90
• 5.1 仿真主界面83-89
• 5.1.1 信息面板84-87
• 5.1.2 設(shè)備布局87-88
• 5.1.3 數(shù)據(jù)顯示88-89
• 5.2 仿真步驟89
• 5.3 本章小結(jié)89-90
• 結(jié)論90-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果97-98
• 致謝98-99
• 附件99

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