活性污泥法污水處理過程建模與仿真研究.pdf

1、活性污泥法是目前使用的最廣泛的污水生物處理的方法。由于采用微生物的生理特性對污水中的有機物進行凈化,在處理過程中生化反應(yīng)極其復(fù)雜,系統(tǒng)呈現(xiàn)出高度非線性、時變、不確定性和時滯等特點,導(dǎo)致污水處理過程的建模十分困難。自針對活性污泥法模型的研究開始以來,基于機理的模型一直是描述活性污泥法污水處理過程的重要渠道,它能夠從本質(zhì)上反映各個組分以及參數(shù)之間的映射關(guān)系。
　　 另外機理模型由于其明確的函數(shù)關(guān)系表達式,也有助于仿真軟件的開發(fā),能夠

2、使軟件具備較強的通用性和實用性。由于國內(nèi)尚未有通用的污水處理仿真軟件,國外污水處理仿真軟件的價格壟斷,開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的仿真軟件能夠極大的降低污水處理運行成本,為污水處理的實際運行尋求最優(yōu)方案。
　　 本文的研究工作主要圍繞以下幾個部分開展:
　　 1.在深入研究IWAQ(國際水質(zhì)協(xié)會)提出的ASM1(ActivatedSludgeModelNo.1)模型動力學(xué)特性的基礎(chǔ)上,建立了曝氣池模型。針對ASM1包含的反應(yīng)過

3、程和參數(shù)眾多,不同的污水處理廠在進水水質(zhì),處理工藝以及構(gòu)筑物的參數(shù)均存在很大差異,ASM1往往對實際工況無法有針對性應(yīng)用的問題。本文結(jié)合合理依據(jù),對ASM1模型的高階微分方程進行了降階處理,大大降低了模型的復(fù)雜程度和一些不可測因素的影響,有利于模型的應(yīng)用和實時優(yōu)化控制的實現(xiàn)。
　　 2.簡化后的曝氣池模型需要進行參數(shù)校正以保證模型的準確性。首先通過靈敏度分析找到對出水水質(zhì)影響力最大的參數(shù),接著采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)整定方法,參數(shù)在合

4、理范圍內(nèi)整定后的模擬結(jié)果證明了模型的有效性和參數(shù)的準確性。另外,二沉池模型部分使用目前最為精確的分層模型,通過對比不同層數(shù)時模型的精度情況,結(jié)合計算成本,確定了合適的分層數(shù)。沉降速率方程采用Takacs雙指數(shù)沉降方程,同樣采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對方程中的參數(shù)進行整定。最后,通過組分之間的轉(zhuǎn)化將曝氣池和二沉池連接起來,構(gòu)成活性污泥法的全流程模型。
　　 3.開發(fā)了基于傳統(tǒng)活性污泥工藝的污水處理仿真軟件,開發(fā)語言為Visualstudio20

5、05平臺下的C＃語言。軟件實現(xiàn)了三個污水處理模型的仿真,并且在軟件中能夠使用其PID控制器對模型的變量進行簡單控制,初步完成了污水處理通用軟件所應(yīng)具備的條件。該軟件具備較強的擴展性和二次開發(fā)性,所有內(nèi)部的模型和控制器均是以控件的形式靈活加載,能夠快速升級各類組件,而不再需要開發(fā)新的平臺。
　　 活性污泥數(shù)學(xué)模型概括了活性污泥工藝的理論基礎(chǔ)和先進的設(shè)計思想,在污水處理的研究和設(shè)計中起到了不可忽視的作用。本課題建模部分有效的模擬了活