《基于多目标的生化脱氮污水工艺操作优化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于多目标的生化脱氮污水工艺操作优化（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、速度不璺外都载荷变化的影响，因为系统进 滑模面对外部干扰呈不变性。 圉3 给出一定子绕组电僦缓圈说明了在最初状态电流信号出现一个高值。因为在高救荷下增加转 子速度担必要在恒建区域，电机扭矩仅仅用来补偿摩攘以及负载扭矩等等，电流变小最后，在t ； oG s 和c - l s 处电漉增加，因为负载扭矩也增加了 5 结论 车文将变结构控制这种先进策略应用于电机控制 善调速性能，加快系统的响应遵度，提高了控制精度 方法。 参考文献 仿真结果表明，系统中引 变结构控制，能大大改 增强了系坑的鲁棒性其性能明显优于传统的控制 C 1 易缮卡等$ 著电气传动自自树琢a 与设计| 匕i ，“京I n 大学出版#
2、 1 9 9 71 0 C 2 3 高为埔，镕椅拉制* 日n 目；科学版牡1 9 8 9 钉S C H A U D E R c ，1 9 9 2 A d a p t i v es p 刚I d e n t i l i t i o n l o t v l o rc 。n t d “I n d 6 0M o l o r sw I t h 吣R o t t llT d ，I E E ET n n sI n d u sE I 4 0 ，2 6 3 6 钉O R T E G A ，R - C A N U D A $ LA N Ds E L E M E 1 s 1 9 9 3 N o r d i n e
3、l rC o n t r o l “h d u m b nM o t o mT o r q m T r a c k i n gw i t hU n k 肿w nL o a dB s I u r b a n c 日I E E ET r s n A U t | O M g tc 。n t L 3 8 1 6 7 51 6 8 0 铂蚺稚蔷结构控制系统m & 重庆大学舡社1 9 9 7 5 剌馄* 摸壹控制镕杓靶$ ：清华大学m 履# 2 0 0 5 作者简介 # t t ；- * - 十1 9 8 1 十5 月黔目2 0 0 4 7 月卓i f m * I 荦* # I 擘擘 学n o 9 考 奉
4、 # # 口* 自“i # n 日* i 女日4 自d 基于多目标的生化脱氮污水工艺操作优化 姜永梓赵i 杰张年张太男 ( 沈阳化工学院信息工程学院1 1 0 1 4 2 ) 播羹 魑着环保法规对脱氨除磷要求越来越严格t 生物脱氟( B N R ) I 艺在污水处理厂得到广泛应 用。对于复杂多麦的B N R 过程，便仅攘靠 的经验及传统技术难“满足惫束惫高的运行目标。丰支针对 生化脱氟工艺易曼藏量、负荷，温度等变化扰动，操作效率低m 术水质最动大厦威奉高问题，提m 将定 性描速的I 艺目标转化为定量操作指标和约束条件的；目标优化问题，包括成车，质量和可靠性。根据 B N R I 艺特点t 建立
5、7 韧沉池、嗥气池和= 沅池流量平衡和质量平衡尊武约束、出水水质排放的年等武 约柬和设备运行曲束杂伴。使用非鳗性规捌对 目标优化函数进行求解。最后呆用单目标优化和 目标优 化方法对沈阳北部污水处理厂A O 脱氟工艺进行T 仿真研究仿真结秉采明：；目标优化能够弱化入水 木质和水量对生产运行的扰动影响、合理控剜曝气量、减少污泥排赦量从而降低7 成丰。 美量词 生化脱氪优化控制 1 引言 随着环保法规对出水指标噩求日益严格和公众意识日益加强，柠水处理问题已经得到全球性的高度重 视。随着环保法规对脱氮除磷要求越来越严格，话性污泥生物脱氨工艺在枵水处理厂得到广泛应用由于 甜 生物脱氮污水处理是一个非线性
6、、多尺度的复杂生化反应过程，很容易受到流量、负荷和温度等外界随机 因素影响，而且污水厂操作人员操作和控制权力很小，现有的控制技术很难应用到污水处理过程E 1 3 。 如何根据污水排放标准，充分有效地操作污水处理厂，同时尽可能降低操作( 和投资) 成本是污水处 理厂主要操作目标E z 。往往很难用一个指标衡量污水处理厂运行的性能，需要从可靠性、质量和经济性 三方面来考虑： 可靠性：避免污泥流失或生物活性的降低等工艺扰动，保持运转，降低故障发生率；改进操作方 式，提高单元过程污水处理量的能力； 质量：在法规允许的前提下，必须满足最终的出水水质指标。 经济：完成可靠性和质量的前提，应该保持低成本；
7、这些目标可能会出现矛盾，因为它所表达的多个目标不能同时完成。例如在成本无穷大的情况下可以 保证处理效率的最大化；或者不考虑处理情况可以使成本最小化。可行的解决方案是需要一个用于性能评 定的目标标准，并在可靠性、质量和经济性指标之间进行协调。因此，污水处理操作运行问题可以描述成 一个数学的、多准则的优化问题，用于解决不同指标的平衡。 1 9 7 4 年，R u i d e ra n dS c h o p p e r 以污泥浓度和溶解氧控制为指标进行了研究。V a w s e r 等人在1 9 7 4 年 研究了沉淀池中污泥浓度和污泥高度的控制，近来，V a nI m p e 和V a n r o
8、 l l e g h e m 对其有进行了进一步研 究。在传统污水厂中直接以出水水质为控制指标的工艺很少，仅仅有一篇以成本和出水优化操作为目标的 论文描述了较好的控制性能，但模型不匹配，元鲁棒性。 本文中，我们建立污水厂的除氮模型，以出水水质为约束条件。在满足排放标准的前提下，求出使成 本最小的最佳的决策变量。 2 工艺描述 沈阳北部污水处理厂设计规模为4 0 万吨天，二级生物化学处理工艺，服务人口1 0 6 万。污水处理系 统分为水区和泥区。在水区，有六条生产线，其中三条为生物脱氮工艺，如图l 所示。生物脱氮处理过程 由初沉池、缺氧池、好氧池以及二沉池构成。此外，模型中还包括了两个回流，一个
9、从好氧池到缺氧池的 污水内回流，另一个是从二沉池到缺氧池的污泥外回流。 图1 污水处理J 不惹图 对城市污水处理厂来讲，其设计的主要依据是进水的水质和水量，在模型当中将水量，B O D s ，S S ， 总氮为主要指标。流量，以Q ；( I T l 3 h ) 表示( j 表示图中的控制点位置，j = 0 ，l ，1 3 下同) ；溶解 B O D 。的质量浓度，以L j ( r a g 1 ) 表示；活性生物量( 假设作为一种悬浮固体) ，以氏( m g 1 ) 表示；好 氧的可生化降解的挥发性悬浮固体，以S 。；( r a g 1 ) 表示；惰性的挥发性悬浮固体，以S 日( m g 1 )
10、 表示； 无机的悬浮固体，以S 6 ( r a g 1 ) 表示；总悬浮物，以S i ( m g 1 ) 表示。 6 7 3 过程模型 3 1 初沉池模型 初沉池的表面负荷和进水浓度是影响初沉池的固体去除率的两个重要的参数。本系统模型采用 V O S H E L S A K 模型推算初沉池出水浓度 3 ： s 2 一S l u 1 ( S 1 ) ( q p ) 一 其中，V l O 1 3 9 ，V 2 一1 1 8 ，V s = O 2 2 ，是模型参数。q p = 1 7 m 一2 h 表示初沉池的表面负荷。 对于初沉池的污泥浓度采用限制通量理论的计算模型 4 ，模型表达式如下： s -
11、 o _ a ，( 砩一1 ) 蜘- ( 当) ( 会) l n p 其中，a ，= 1 9 8 7 ，n p = 2 8 0 3 ，是初沉池的沉淀常数。A ，= 5 7 8 I m 。为出沉池的面积。 3 2 缺氧池和好氧池模型 缺氧池的关键参数为：水力停留时间e 、及内回流比R 等。缺氧池反应器内水力停留时间为： o 一志 根据好氧池内硝化作用的发生程度，给定内回流比R 内： 出水氮含量： R 内= Q 6 Q 2 V a = 瓦1 Q 2 ( N T i N T t ) 。1 2 芝V 4 S e 4 。J l 其中，V 和V 分别表示缺氧池和曝气池的体积，K 。为反硝化速度。 曝气池出
12、水溶解的B O D 。浓度L ： 其中，K 为半速率常数； b 裁器鹣 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) k 为最大单位利用率( 1 d ) ；y = 0 4 。为生长系数；b - - 0 0 4 ，为内源呼吸系 数( 1 i d ) ，8 c 一1 2 d 为泥龄。 曝气池的活性生物质量浓度可用下式推算： S 1 一南( 鲁) L , + L B L - - S 出一L 其中，L 。，b 表示转换系数。对于挥发性的惰性悬浮固体浓度通过质量平衡关系得下式： S i 2 焉 1 + ( 寻) ( 鲁) + ( 1 _ f ) b 邸。1 其中，f = o 7 7 ，微生
13、物细胞可降解的质量分数。同理可得固体的悬浮固体质量浓度： s “2 可1 1 + ( ) ( 妻) ( 鲁) 曝气池的需氧量可以用L A W R E N C EM C C A R T Y 模型估计 6 ： o r = o 0 2 4 Q 。( L ) b L a ( 盎) L = L 2 十毛s 越一L ( 7 ) ( 8 ) ( 9 ) ( 1 0 ) ( 1 1 ) 3 3 二沉池模型 假设系统模型中的二沉池内不发生任何生化反应。采用C H A P M A N 等人提出的模型预测二沉池的澄 清性能： s 5 = ( 1 7 5 - - c 。) + c 2 s 。+ ( C 3 - - 1
14、 2 1 ) 垒A f 其中，A f 为二沉池的面积。C 。= 1 8 0 6 ，C 2 = 4 0 ，C 3 = 1 3 5 6 是参数。污泥的量： Q 1 , = 矸V 出水的B O D 。和悬浮固体及氮浓度要求为： L 4 十争f s 。5 c B o D S 5 C 。 N ， G 4 优化问题 ( 1 2 ) ( 1 3 ) ( 1 4 ) ( 1 5 ) ( 1 6 ) 整个系统模型的质量平衡和流量平衡问题构成了一个优化模型。系统性能指标与决策变量有关，决策 变量包括水力停留时间0 ，内回流R 和污泥回流r ，入水流量Q 。和污泥流量Q 。出水水质必须满足下列 约束条件： ( 1
15、) 出水中的B O D 5 的浓度，悬浮固体的浓度和氮的浓度的排放标准为： C B o D 一3 0 m g 1 ，C 一3 0 m g l ，C r t 一2 0 r a g 1 ( 2 ) 满足质量和流量平衡方程。 生物除氮污水处理系统的性能指标是操作费用( F 。) 和曝气量( F 。) ，具体函数用下式来表示： M i n F = w l F l + w 2 F 2 F 1 一a o Q o + a 1 0 ， + a 2 ( R Q 2 + r Q 2 ) 屯+ a 3 Q 1 1 S u b j e c tt O ： f ( X I ，X 2 ，X 3 ，x ，X 5 ) = 0 B O D ( x 1 ，X 2 ，X 3 ，x 4 ，X 5 ) C B O D S S ( x I ，x 2 ，x 3 ，x a ，X 5 ) c s s N ( x 1 ，X 2 ，x 3 ，】【4 ，X 5 ) G e x ，x ：，x 3 ，x 5 为五个决策变量( R ，r ，Q 0 ，Q e ) ，w 。和w ：为加权因子，f 是质量和流量平衡方 程；B O D ( x 】，X 2 ，x 3 ，) 【，X 5 ) ，S S ( X 1 ，X 2 ，X 3 ，抽，x 5 ) ，N ( X 1 ，X 2 ，X 3 ，X 4 ，X 5 ) 分别为出水中 B O
