污水處理過程中溶解氧濃度控制策略研究.pdf

1、污水處理是一個(gè)具有強(qiáng)耦合性、參數(shù)時(shí)變性的復(fù)雜非線性過程，其出水水質(zhì)受入水流量、溫度及生化反應(yīng)池中溶解氧、總氮、總磷等組分濃度的影響；污水處理過程的復(fù)雜性使得對(duì)其難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，極大地增加了控制難度，而污水處理過程中的溶解氧濃度是決定出水水質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素，因此對(duì)污水處理過程進(jìn)行性能仿真分析以及對(duì)溶解氧濃度進(jìn)行控制具有重要的意義。本文對(duì)污水處理過程模型的建立、系統(tǒng)性能的分析及溶解氧濃度的控制策略進(jìn)行了研究。
　　首先，對(duì)污

2、水處理工藝和污水處理過程的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了描述，結(jié)合實(shí)際污水處理工藝，重點(diǎn)描述了活性污泥2號(hào)模型(ASM2)的反應(yīng)機(jī)理；根據(jù)所介紹的ASM2模型的物質(zhì)分類及反應(yīng)速率，推導(dǎo)出ASM2數(shù)學(xué)模型并對(duì)反應(yīng)池內(nèi)各組分濃度變化進(jìn)行了仿真分析。其次，針對(duì)污水處理過程的不穩(wěn)定、大慣性等特點(diǎn)，以保證合適的溶解氧濃度為控制目標(biāo)，采用了基于臨界比例度法的溶解氧濃度PID控制策略。臨界比例度法可直接在閉合的控制系統(tǒng)中對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定，快速準(zhǔn)確的調(diào)整PID控

3、制器參數(shù)達(dá)到溶解氧濃度調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性和精準(zhǔn)性的目的。仿真分析表明，基于臨界比例度法的PID控制策略應(yīng)用于溶解氧濃度控制具有可行性且有良好的控制效果。然后，由于污水處理過程中進(jìn)氧量與溶解氧濃度之間具有強(qiáng)非線性、響應(yīng)速度慢的特征，本文采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制(NNPC)策略。該控制策略基于LM(Levenberg-Marquardt)算法將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為溶解氧的預(yù)測(cè)模型，通過反饋校正和滾動(dòng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)溶解氧濃度的控制，最終改善抗干擾能力并提高控制

4、精度；此外，為提高出水水質(zhì)、降低運(yùn)營成本，本文還采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制分層控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)上層根據(jù)入水組分濃度來確定溶解氧濃度的設(shè)定值，下層采用NNPC方法使溶解氧濃度跟蹤設(shè)定值變化。最后，考慮到污水處理過程本身特性以及其對(duì)溶解氧濃度控制的快速性的要求較高、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)魯棒性差等特點(diǎn)，引入廣義預(yù)測(cè)控制(Generalized predictive control，GPC)方法，采用帶遺忘因子的最小二乘法對(duì)溶解氧濃度模型進(jìn)行辨識(shí)，將所得的