污水处理厂自动控制策略辅助设计系统开发研究

论文摘要

近年来,随着我国社会经济的迅速发展,城市污水处理行业得到了快速的推进。城市污水处理规模不断增大,处理工艺更加多元化,人们对污水处理的管理目标提出了更高的要求。要使污水处理过程能够适应日益严格的外部要求,传统的手动控制方法已不再适用,而自动控制技术可以对出水稳定达标和运行节能降耗起到非常重要的作用,是一种有工程经验的、具有效益和效果的方法。自动控制系统良好运行的前提是控制策略的合理设计与选择,但目前缺乏系统的方法和工具来指导该过程。针对这一现实需求,本研究建立了污水处理厂自动控制策略辅助设计系统的开发方法学,核心内容是提出控制策略库开发方法和设计控制策略提取算法。策略库是系统运行的理论依据,提取算法则是系统运行的关键工具。控制策略集开发包括策略分类体系的建立和策略描述方法的确定。控制策略集被划分为局部控制和全流程控制两大分库,并分别提出了统一的描述方法。建立针对性的性能评价指标体系,从达标运行和平稳运行两个层面综合评估局部控制策略的效果。而全流程控制策略的开发则基于全流程概化和相关性分析。在设计控制策略的提取算法时,首先构建了控制策略提取的物理基础,其次针对局部控制策略和全流程控制策略分别给出了控制策略提取的流程:局部控制策略的筛选以硬件约束和用户投资意愿为输入,输出推荐的新策略和优化建议;全流程控制策略主要受到仪器设备配置的约束。在方法框架的基础上,结合工艺特点,开发了典型A-A-O工艺的控制策略集,主要包括污水二级处理部分相关的单元控制策略子库和适合工艺的全流程控制策略分库。以曝气单元的两条控制策略为例,演示了标准化模拟和性能评价的过程。以北京市小红门污水处理厂为案例,应用了典型A-A-O工艺控制策略集和方法框架的策略提取的算法,得到了1条优化建议和4条推荐的新策略,其中的DO沿程反馈控制策略得到工程应用试验。结果显示,新的控制策略显著地改善了处理效果、节约了曝气能耗,在去除NH4-N方面的优势尤为突出。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 概述
• 1.1 背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 1.5 论文结构
• 第2章 文献综述
• 2.1 污水处理系统及其运行控制的特点
• 2.1.1 污水处理厂的干扰特性
• 2.1.2 污水处理过程及其控制的复杂性
• 2.1.3 典型污水厂自动控制系统的特点
• 2.2 国内外污水厂自动控制策略研究进展
• 2.2.1 控制策略开发的一般流程
• 2.2.2 控制策略开发研究的进展
• 2.2.3 控制策略模拟研究进展与Benchmark 模型
• 2.2.4 控制策略性能评价研究的进展
• 第3章 构建WWTP 自控策略辅助设计系统的方法学
• 3.1 系统框架设计
• 3.1.1 系统功能需求分析
• 3.1.2 系统结构组成
• 3.2 策略库开发方法研究
• 3.2.1 策略分类依据的确定
• 3.2.2 单元控制策略的描述方法研究
• 3.2.3 全流程控制策略的描述方法研究
• 3.3 策略提取算法设计
• 3.3.1 策略提取的物理基础构建
• 3.3.2 单元控制策略提取的流程与算法
• 3.3.3 全流程控制策略提取的流程
• 3.3.4 综合控制方案的生成
• 第4章 A-A-O 工艺典型控制策略库的开发
• 4.1 典型单元控制策略库开发
• 4.1.1 曝气控制策略
• 4.1.2 内循环控制策略
• 4.1.3 污泥回流控制策略
• 4.1.4 剩余污泥排放控制策略
• 4.1.5 碳源投加控制策略
• 4.2 单元控制策略性能评价示例
• 4.2.1 评价计算过程
• 4.2.2 评价结果比较
• 4.3 典型全流程控制策略库的开发
• 第5章 控制策略辅助设计系统在小红门污水厂的应用.
• 5.1 案例背景介绍
• 5.2 研究范围
• 5.3 曝气单元控制策略提取过程
• 5.3.1 输入条件
• 5.3.2 策略提取过程演示
• 5.3.3 提取结果分析
• 5.4 曝气单元控制策略提取结果的初步校验
• 5.4.1 运行数据对比
• 5.4.2 结论
• 5.5 综合控制方案的生成过程
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果