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(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)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(shí)變、不確定性和時(shí)滯等特點(diǎn),導(dǎo)致污水處理過程的建模十分困難。自針對(duì)活性污泥法模型的研究開始以來,基于機(jī)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(gè)組分以及參數(shù)之間的映射關(guān)系。
　　 另外機(jī)理模型由于其明確的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式,也有助于仿真軟件的開發(fā),能夠

2、使軟件具備較強(qiáng)的通用性和實(shí)用性。由于國(guó)內(nèi)尚未有通用的污水處理仿真軟件,國(guó)外污水處理仿真軟件的價(jià)格壟斷,開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的仿真軟件能夠極大的降低污水處理運(yùn)行成本,為污水處理的實(shí)際運(yùn)行尋求最優(yōu)方案。
　　 本文的研究工作主要圍繞以下幾個(gè)部分開展:
　　 1.在深入研究IWAQ(國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì))提出的ASM1(ActivatedSludgeModelNo.1)模型動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上,建立了曝氣池模型。針對(duì)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(jìn)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(duì)實(shí)際工況無法有針對(duì)性應(yīng)用的問題。本文結(jié)合合理依據(jù),對(duì)ASM1模型的高階微分方程進(jìn)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(cè)因素的影響,有利于模型的應(yīng)用和實(shí)時(shí)優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)。
　　 2.簡(jiǎn)化后的曝氣池模型需要進(jìn)行參數(shù)校正以保證模型的準(zhǔn)確性。首先通過靈敏度分析找到對(duì)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(zhǔn)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(duì)比不同層數(shù)時(shí)模型的精度情況,結(jié)合計(jì)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(duì)方程中的參數(shù)進(jìn)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(tái)下的C＃語言。軟件實(shí)現(xiàn)了三個(gè)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(duì)模型的變量進(jìn)行簡(jiǎn)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(qiáng)的擴(kuò)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(jí)各類組件,而不再需要開發(fā)新的平臺(tái)。
　　 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(jìn)的設(shè)計(jì)思想,在污水處理的研究和設(shè)計(jì)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