活性污泥系统中曝气过程控制策略研究

摘要

论文的研究工作是以三峡库区山地城镇水处理集成化设备的研究项目为背景展开的。 城镇污水处理系统是一个具有不确定性、时变性、非线性、滞后性的动态系统，难于建立起精确的数学模型。目前三峡库区城镇污水处理厂多采用的是PID控制策略，从而造成了较大的出水波动和高的能耗。因此，开发新的污水处理工艺、应用先进合理的运行控制策略以降低污水处理的能耗、减小环境污染已经成为污水处理行业的一项重要的研究课题。论文针对三峡库区城镇目前普遍采用的活性污泥工艺过程中能耗过大、出水水质波动较大的现状，将最优控制策略应用于污水处理曝气过程中，不仅为水处理集成化设备的研制提供了理论支持，而且对提高污水处理系统运行的稳定性、可靠性以及降低能耗都具有重要的理论价值和实际意义。同时，对污水处理自动控制系统的设计也具有积极的指导意义。 论文以较好的逻辑阐述了活性污泥系统中污水处理曝气过程能耗最小控制策略的研究思想，充分体现了作者所作的大量工作和贡献。具体包括：①以完全混合、表面曝气合建式活性污泥工艺的污水处理曝气过程为研究对象，在阐述了曝气过程控制参数选取可行性的基础上，建立了以溶解氧浓度DO和活性污泥排放量QW为控制变量，以曝气池中有机物浓度S和微生物浓度X为状态变量的活性污泥曝气过程的基本状态方程；②运用现代控制理论的观点和污水处理理论，在现有关于污水处理最优控制问题研究的基础上，建立了有约束条件多变量能耗最小数学模型，该数学模型是以有机物排放总量和状态变量的末值条件作为约束条件，曝气过程的能耗最小作为目标泛函；③采用增广拉格朗日乘子法对最优控制问题进行转化，并对应用极大值原理求解能耗最小这一最优控制问题进行了详细的解析；④引入约束算子，应用具有控制约束的共轭梯度算法对能耗最小这一最优控制问题进行求解，并进行仿真实验验证。仿真的结果表明，污水处理曝气过程采用最优控制策略之后，在保证出水水质的前提下，能够起到较好的节能效果。 论文将最优控制策略应用于活性污泥系统污水处理曝气过程中，无论在学术研究方面，还是在工程应用方面，都具有一定的参考价值。