制漿造紙廢水生物處理過程建模與控制.pdf

1、隨著地球環(huán)保壓力的加大，我國對制漿造紙企業(yè)的環(huán)保整治力度也進一步加強，廢水處理成為每一個制漿造紙企業(yè)所必須關(guān)注的問題。生物處理作為一種主要的二級處理方式，可以使廢水大量回用或達標(biāo)排放，正在被越來越多的制漿造紙企業(yè)所采用。生物處理工藝確定后，系統(tǒng)能否高效、低耗、穩(wěn)定地工作，關(guān)鍵就在于它們的過程控制。一個優(yōu)良的過程控制系統(tǒng)可以使處理過程以最少的運行費用發(fā)揮最高的運行效率。
　　 盡管制漿造紙廢水的污染特性會因為制漿造紙工藝、工段的不

2、同而不同，但它們還是有共同的特點，與市政污水的污染特性有很大區(qū)別。這就決定了制漿造紙廢水的生物處理具有其獨特性，從運行費用的角度，主要表現(xiàn)如下：厭氧過程調(diào)節(jié)pH值需要投加大量的酸和堿；好氧過程控制溶解氧(DO)濃度需要人工曝氣花費的電耗以及大量氮(N)、磷(P)營養(yǎng)物的投加費用。本文針對上述問題從過程控制的角度，展開了理論和應(yīng)用技術(shù)方面的研究。論文主要做了以下研究工作：
　　 1)以山東某紙廠實際的制漿廢水厭氧處理過程為背景，研

3、究了厭氧過程中pH值的控制。建立了pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，組建了模糊PID控制系統(tǒng)，并用MATLAB仿真軟件對其進行了仿真研究，比較了PID控制、模糊控制和模糊PID控制的階躍響應(yīng)、抗干擾響應(yīng)，對比分析了模型參數(shù)攝動時這三種控制算法的魯棒性能，結(jié)論是模糊PID控制算法的各項性能最好。
　　 2)以山東某紙廠實際的制漿中段廢水和抄紙廢水的好氧處理過程為背景，研究了好氧曝氣過程中DO的控制。建立了曝氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，組建了DO調(diào)節(jié)

4、的模糊PID控制系統(tǒng)，也用MATLAB仿真軟件對其進行了仿真研究，比較了PID控制、模糊控制和模糊PID控制的階躍響應(yīng)、抗干擾響應(yīng)，對比分析了模型參數(shù)攝動時這三種控制算法的魯棒性能，結(jié)論是模糊PID控制算法綜合了模糊調(diào)節(jié)作用和積分作用，使它的各項性能最佳。
　　 3)以加拿大White Birch Paper Company制漿造紙廠的廢水活性污泥好氧處理過程為背景，研究了制漿造紙廢水好氧處理過程中N、P營養(yǎng)物的投加量控制。首先

5、以國際水質(zhì)協(xié)會IAWQ(International Association Water Quality原國際水污染研究與控制協(xié)會)推出的活性污泥ASMl(Active Sludge Model 1)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，根據(jù)制漿造紙廢水的污染特性，加入了N、P營養(yǎng)物濃度對微生物的影響，對數(shù)學(xué)模型進行了適當(dāng)?shù)男薷?，得到適合于制漿造紙廢水的活性污泥ASM1-PP模型；然后把得到的模型用加拿大Hydromantis公司的GPS-X污水處理仿真軟件對

6、其進行仿真，并用文獻中記錄的實例過程數(shù)據(jù)，對得到的ASM1-PP模型進行校準(zhǔn)；最后用經(jīng)過校準(zhǔn)的ASM1-PP模型為生物處理中心，組建了實例中廢水處理系統(tǒng)的仿真模型，并對N、P營養(yǎng)物的投加量控制進行了仿真研究，找出了N、P投加量的控制規(guī)律。
　　 4)把仿真得到的pH值和DO的最佳控制算法以及N、P投加量的控制規(guī)律應(yīng)用于實例系統(tǒng)的過程控制。設(shè)計了一套制漿造紙廢水生物處理過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了把模糊PID算法分別應(yīng)用于厭氧過程pH值和