污水处理厂曝气系统的控制研究

论文摘要

随着社会经济的发展,城市污水的产生及其数量在不断的增长,污水处理行业越来越受到人们的重视。目前污水处理多采用生物处理技术,即依靠微生物的生化反应分解污水中的有机物,通过曝气维持生物好氧环境是其中的关键环节,曝气量的多少直接影响到出水水质和污水厂的能耗,所以曝气系统控制的研究具有重要现实意义。本文以污水处理厂生物处理系统为研究背景,深入研究了活性污泥处理工艺中的曝气系统。通过对污水水质指标检测情况的分析,确定了将溶解氧浓度作为曝气过程的控制参数。由于污水输入量为随机变量,其外部环境具有许多不确定因素,如水质、水量、水温等因素的变化,而且微生物生化反应的机理和溶解氧的动态平衡过程非常复杂,滞后时间较长,具有非线性、时变等特点,难以建立精确的数学模型。本文在近似处理和经验数据的基础上建立了近似模型,并结合工艺过程分析了目前大多数污水厂采用的单回路PID和串级PID控制系统。由于模糊控制不依赖于被控对象的精确模型,本文尝试在串级PID控制的基础上引入模糊控制,构成模糊PID控制器来整定曝气系统主控回路的PID参数,这样既保持了PID控制器的结构简单、适应性强的优点,又能在线调整PID控制器的参数,以适应曝气过程模型参数的变化。为了简化模糊控制器初始论域的确定并提高控制精度,又引入了变论域思想,构成变论域模糊PID控制器,对曝气系统进行控制。最后,通过Matlab仿真实验分析了曝气系统变论域自适应模糊PID控制的跟踪性能,结果表明,设计的变论域模糊PID控制器超调量较小,调节时间短,对曝气过程参数变化具有一定的适应能力,抗干扰能力较好,能达到较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 污水处理的发展
• 1.1.1 国外污水处理发展现状
• 1.1.2 国内污水处理发展现状
• 1.1.3 国内污水处理控制技术的不足
• 1.2 城市污水的主要特征
• 1.3 曝气系统控制的研究意义
• 1.4 曝气系统控制的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 污水处理工艺过程
• 2.1 污水处理的指标
• 2.2 污水处理的基本工艺流程
• 2.2.1 污水处理的基本方法
• 2.2.2 活性污泥法的基本工艺
• 2.3 生物反应池控制系统结构
• 2.4 曝气系统的控制难点
• 2.5 本章小结
• 第3章 曝气控制系统分析
• 3.1 曝气过程控制参数的选择
• 3.2 鼓风曝气系统数学模型的建立
• 3.2.1 曝气过程动态模型的建立
• 3.2.2 鼓风机近似模型的建立
• 3.3 曝气系统常规控制的实现方式
• 3.3.1 曝气系统的单回路PID控制
• 3.3.2 曝气系统的串级PID控制
• 3.4 本章小结
• 第4章 曝气系统的控制器设计
• 4.1 曝气系统串级PID控制的问题
• 4.2 溶解氧控制回路的模糊PID控制
• 4.2.1 溶解氧控制回路模糊PID控制器的结构设计
• 4.2.2 溶解氧控制回路输入和输出变量的论域
• 4.2.3 溶解氧控制回路PID参数的模糊规则
• 4.2.4 求解PID参数控制表
• 4.2.5 模糊PID参数的清晰化
• 4.3 溶解氧控制回路的变论域模糊PID控制
• 4.3.1 基于可变论域的模糊控制算法
• 4.3.2 伸缩因子的选取
• 4.3.3 溶解氧控制回路的变论域模糊PID控制
• 4.4 本章小结
• 第5章 曝气系统仿真及结果分析
• 5.1 曝气系统仿真模型的搭建
• 5.2 仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢