活性污泥1号模型进水含碳组分的虚拟仪器研究

论文摘要

污水的活性污泥法生物处理,由于具有处理效果好、运行成本低等特点而成为控制环境污染的一项基本与主要的方法。活性污泥模型已成为当今污水处理厂设计和操作运行不可或缺的重要内容,被广泛应用于设计、控制、教学和研究等各方面。进水组分的准确划分既是决定活性污泥系列模型ASMS (Activated Sludge Models)准确性和预测效果的重要因素,也是目前ASM系列模型应用的一大难题。而其中ASM1的组分又是整个ASM系列模型组分的基础。因此对ASM1的组分的准确测定尤为重要。虚拟仪器(Virtual Instrument)是软件化仪器,任何最新的计算机技术、软件成果都可以被虚拟仪器采用,虚拟仪器随着整个信息业的发展同步前进,代表了未来测量仪器设计发展的方向。随着适用于污水恶劣环境的一系列相关传感器的相继研制成功,虚拟仪器技术在污水处理领域将有着非常广阔的应用前景。本研究引入虚拟仪器技术,基于间歇OUR呼吸计量法,设计了进水含碳组分测定的试验装置,构建了测定ASM1进水含碳组分的虚拟仪器硬件系统。为提高测定精度,充分发挥虚拟仪器高速数据采集,并能实时快速处理大量数据的优势,采用线性拟和法改进了以前获取OUR数据常采用的向前差分法。ASM1模型中忽略进水异养菌XB,H浓度,但对一些系统,异养菌XB,H的连续进入会对运行造成明显的影响。此外忽略异养菌XB,H也会给其他组分的测定带来误差。为使进水含碳组分的测定更严谨、更完整,本研究探索了XB,H的测定。基于虚拟仪器开发平台LabVIEW开发了一套间歇OUR呼吸计量法测定ASM1进水含碳组分的软件。其中数据采集软件能够自动采集水中溶解氧浓度数据,并经软件自动处理,实时得到OUR数据。软件的实时显示功能实现了溶解氧浓度和耗氧速率变化过程的可视化,使得在呼吸测量时,可以全程监视测量过程。溶解氧传感器零点标定和校准软件能完成传感器标定和校准。含碳组分的计算软件实现了自动调用所采集的OUR数据,结合已知条件,运行即可自动得到所要需监测的含碳组分值。就提高ASM1进水含碳组分测定的自动化程度、精度和可操作度作了有益的探索。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 主要研究内容
• 2 活性污泥数学模型
• 2.1 活性污泥数学模型的发展
• 2.1.1 传统静态模型
• 2.1.2 活性污泥动态模型
• 2.1.3 ASM 系列模型（ASMS）
• 2.2 ASM 系列模型的应用
• 2.2.1 在科学研究中的应用
• 2.2.2 在污水厂运行管理中的应用
• 2.2.3 在污水厂设计中的应用
• 2.2.4 基于ASM 系列模型的计算机模拟软件开发
• 2.2.5 ASM 系列模型应用的主要难题
• 2.3 ASM1 模型介绍及其应用前提
• 2.3.1 ASM1 的8 个过程
• 2.3.2 ASM1 的13 个组分
• 2.3.3 ASM1 的5 个化学计量系数
• 2.3.4 ASM1 的14 个动力学参数
• 3 虚拟仪器及其开发平台
• 3.1 虚拟仪器的概念及特点
• 3.2 虚拟仪器在国内外的发展及其趋势
• 3.2.1 虚拟仪器在国外的发展概况
• 3.2.2 虚拟仪器在国内的发展现状
• 3.2.3 虚拟仪器的发展趋势
• 3.3 虚拟仪器数据采集系统的组成
• 3.3.1 虚拟仪器系统的硬件
• 3.3.2 虚拟仪器系统的软件
• 3.4 虚拟仪器开发平台
• 3.4.1 LabVIEW 与其它应用软件的接口
• 4 利用虚拟仪器技术测定 ASM1 模型含碳组分
• 4.1 ASM1 模型的含碳组分
• 4.2 ASM1 模型含碳组分的测定方法确定
• 4.2.1 异养菌产率系数YH 的测定方法比选
• 4.2.2 易生物降解有机物SS 的测定方法比选
• 4.2.3 缓慢生物降解有机物XS 的测定方法比选
• 4.2.4 可溶性惰性有机物SI 的测定
• 4.2.5 异养菌XB,H 的测定
• 4.2.6 颗粒性惰性有机物XI 的测定
• 4.2.7 间歇OUR 呼吸计量法的试验装置、步骤及影响因素
• 4.3 基于间歇OUR 呼吸计量法的虚拟仪器测定硬件系统
• 4.3.1 系统的硬件结构
• 4.3.2 溶解氧传感器
• 4.3.3 数据采集卡（DAQ 卡）
• 4.4 基于间歇OUR 呼吸计量法的虚拟仪器测定软件系统
• 4.4.1 数字滤波
• 4.4.2 OUR（t）算法
• 4.4.3 数据采集模块
• 4.4.4 标定与校准
• 5 ASM1 模型含碳组分测定的虚拟仪器软件设计与实现
• 5.1 YH、SS、XS和XB,H值测定的数据采集软件
• 5.1.1 YH、SS、XS 和XB,H 值测定数据采集软件前面板
• 5.1.2 YH、SS、XS 和XB,H 值测定数据采集软件程序框图
• 5.2 YH值测定计算软件
• 5.2.1 YH 值测定的计算软件前面板
• 5.2.2 YH 值测定的计算软件程序框图
• 5.3 易生物降解有机物SS测定计算软件
• 5.3.1 易生物降解有机物SS 测定计算软件前面板
• 5.3.2 易生物降解有机物SS 测定计算软件程序框图
• 5.4 缓慢生物降解有机物XS测定计算软件
• 5.4.1 缓慢生物降解有机物XS 测定计算软件前面板
• 5.4.2 缓慢生物降解有机物测定计算软件程序框图
• 5.5 异养菌XB,H测定计算软件
• 5.5.1 异养菌XB,H 测定计算软件前面板
• 5.5.2 异养菌XB,H 测定计算软件程序框图
• 5.6 可溶性惰性有机物SI和颗粒性惰性有机物XI的计算软件
• 5.6.1 可溶性惰性有机物SI 计算软件
• 5.6.2 颗粒性惰性有机物XI 计算软件
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录