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極其復雜,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,它能夠從本質上反映各個組分以及參數(shù)之間的映射關系。
　　 另外機理模型由于其明確的函數(shù)關系表達式,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)擁有自主知識產權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(國際水質協(xié)會)提出的ASM1(ActivatedSludgeModelNo.1)模型動力學特性的基礎上,建立了曝氣池模型。針對ASM1包含的反應過

3、程和參數(shù)眾多,不同的污水處理廠在進水水質,處理工藝以及構筑物的參數(shù)均存在很大差異,ASM1往往對實際工況無法有針對性應用的問題。本文結合合理依據,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雜程度和一些不可測因素的影響,有利于模型的應用和實時優(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影響力最大的參數(shù),接著采用神經網絡的參數(shù)整定方法,參數(shù)在合

4、理范圍內整定后的模擬結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,同樣采用神經網絡對方程中的參數(shù)進行整定。最后,通過組分之間的轉化將曝氣池和二沉池連接起來,構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)學模型概括了活性污泥工藝的理論基礎和先進的設計思想,在污水處理的研究和設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