一种氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法，包括以下步骤：收集所需数据并处理；对氧化沟反应器进行流体动力学分析，建立活性污泥（ASM2D）模型；结合流体动力学分析与ASM2D模型，建立氧化沟反应器模型；建立终沉池沉淀过程数学模型以及其他处理单元模型；模型各单元按要求完成流体动力学模型与ASM2D模型耦合，完成整个工艺建模；对模型进行稳态模拟、灵敏度分析、参数矫正；设置天气模式和昼夜模式；模型进行自我学习自我矫正输出最优溶解氧控制、回流控制以及碳源投加控制。本发明专利技术可实现前馈控制、智能控制、自主学习，精确指导生产，将现有水厂工艺、设备等潜能挖掘到最大，实现更高的污水处理效率，降低污水厂的运行能耗，节约运行成本。节约运行成本。节约运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法


[0001]本专利技术属于污水处理
，智能模型控制，具体涉及一种氧化沟污水处 理工艺建模及智能控制方法。

技术介绍

[0002]随着污水处理的要求越来越高，污水处理的理论研究和处理工艺日趋成熟。 但目前的污水处理厂管理和控制缺乏科学合理的方式，自动化、智能化程度较低。 传统的PID控制对工艺调控不灵活、调控滞后、控制模式单一等问题。从而导 致污水处理厂的生产运行能耗加大、运行成本增加。
[0003]氧化沟工艺由于处理效果好、抗符合冲击能力强、出水稳定、操作简单等优 点，在污水处理领域被广泛应用。污水处理流体力学(CFD)模型，可对构筑物 内的各相态进行准确的模拟和分析，氧化沟作为连续处理构筑物，要想更好地对 好氧段、厌氧段、缺氧段的生化反应进行分析，则可通过对好氧段、厌氧段、缺 氧段进行拆分。ASM系列活性污泥模型能对对生化反应机理进行准确的模拟， 可对工艺设计以及工艺运行过程中出现的问题提供指导意见，其中ASM2D在良 好的硝化
‑
反硝化过程中加入生物除磷过程可较好地与氧化沟契合。将三者进行 耦合，结合人工神经网络自主学习新思路设计一种智能控制方法，与精密在线监 测仪器相结合，完成对污水处理厂的仿真模拟与控制。该控制方法可对曝气、回 流流量、碳源投加实现前馈控制、智能控制、自主学习，精确指导生产，将现有 水厂工艺、设备等潜能挖掘到最大。
[0004]综上所述，一种氧化沟工艺智能控制方法可为污水处理厂智能化控制系统改 造及优化提供技术指导，实现更高的污水处理效率，降低污水厂的运行能耗，节 约运行成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种氧化沟污水处理智能控制方法的建模，包括以下步骤：
[0006]步骤1：收集所需数据并处理；
[0007]步骤2：对氧化沟反应器进行流体动力学分析，建立活性污泥(ASM2D) 模型；
[0008]步骤3：结合流体动力学分析与活性污泥(ASM2D)模型，建立氧化沟反 应器模型；
[0009]步骤4：建立终沉池沉淀过程数学模型以及富氧池、缺氧池等其他处理单元 模型；
[0010]步骤5：模型各单元按工艺要求完成流体动力学(CFD)模型与生化反应 (ASM2D)模型耦合，完成整个工艺建模；
[0011]步骤6：对工艺模型进行稳态模拟、灵敏度分析、参数矫正；
[0012]步骤7：设置天气模式和昼夜模式；
[0013]步骤8：模型进行自我学习和自我矫正；
[0014]步骤9：输出最终结果，包括最优溶解氧控制、回流控制以及碳源投加控制。
[0015]优选地，步骤1所述数据包括流量、化学需氧量COD、五日生化需氧量BOD5、 悬浮物SS、总氮TN、总磷TP、氨氮NH3—N和pH值，所述处理为将上述 数据拆分成活性污泥(ASM2D)
模型所需20种组分。
[0016]优选地，步骤2所述，由于氧化沟是一个一体且连续的反应器，缺氧、厌氧、 好氧过程均在其内部发生，通过流体动力学模型分析，包括构建氧化沟的几何结 构，考虑包括物理场、重力和压力因素进行网格化，计算溶氧分布，可直观地观 察氧化沟内部各相之间的传递，从而为厌氧段、缺氧段、好氧段的拆分提供参考； 同时通过软件建立活性污泥(ASM2D)模型，包括建立基本速率方程，建立组 分总速率方程，方程联立以及参数输入。
[0017]优选地，步骤3所述，其中所涉及到的物质数量模型的建模原则为：
[0018][0019]式1中，V为反应器体积，单位为m3；ρ
j,in
为组分j的质量浓度，单位为g/m3； q
v,in
为流入流量，单位为m3/d；q
v,out
为流出流量，单位为m3/d；r
j,n
为组分j 在第n个反应中浓度变化速率；
[0020]所涉及到氧溶解氧DO浓度随时间的变化速率为：
[0021][0022]式2中，S
O
为溶解氧浓度，S
O,S
为饱和溶解氧浓度，K
L
a为氧传质系数。
[0023]进一步地，将所述氧化沟拆分为缺氧段、厌氧段、好氧段、缺氧段、厌氧段、 好氧段、缺氧段、厌氧段、好氧段、缺氧段、厌氧段、好氧段；
[0024]所述第一段缺氧段模型包括以下微分方程：
[0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][0043][0044][0045]所述其他缺氧段模型包括以下微分方程：
[0046][0047][0048][0049][0050][0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061][0062][0063][0064][0065]所述厌氧段模型包括以下微分方程：
[0066][0067][0068][0069][0070][0071][0072][0073][0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080][0081][0082][0083][0084][0085][0086]所述好氧段模型包括以下微分方程：
[0087][0088][0089][0090][0091][0092][0093][0094][0095][0096][0097][0098][0099][0100][0101][0102][0103][0104][0105][0106]公式3
‑
77中，q
e
为氧化沟进水流量，q
r
为污泥回流量，q
in
为综合进水流量， q
out
为氧化沟出水流量,且q
in
＝q
e
+q
r
，下标i代表反应单元，例如：代表 第四段进水的V代表容积，t表示时间。ASM2D数学模型包含20种组分以 及21个过程速率，其中用ρ1、ρ2......ρ
20
、ρ
21
来表示过程速率。20种组分中， X开头表示不可溶组分或颗粒组分，S开头表示可溶性组分，下标S表示易降解 有机底物，下标I表示惰性有机物，下标O表示氧气，下标
NH表示氨氮，下标 NO表示硝态氮，下标ALK表示碱度。S
O2
为溶解氧、S
F
为易生物降解基质、S
A
为发酵产物、S
NH4
为氨氮、S
NO3
为硝酸盐氮(包括亚硝酸盐氮)、S
PO4
为磷酸盐、 S
I
为惰性溶解性有机物、S
ALK
为碱度、S
N2
为氮气、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：收集所需数据并进行处理；步骤2：对氧化沟反应器进行流体动力学分析，建立活性污泥(ASM2D)模型；步骤3：将溶氧传质系数K
L
a转化为溶解氧，根据物质数量模型的建模原则，结合流体动力学分析与活性污泥(ASM2D)模型，建立氧化沟反应器模型；步骤4：建立终沉池沉淀过程数学模型以及富氧池、缺氧池处理单元模型；步骤5：模型各单元按工艺要求完成流体动力学(CFD)模型与生化反应(ASM2D)模型耦合，完成整个工艺建模；步骤6：对工艺模型进行稳态模拟、灵敏度分析、参数矫正；步骤7：设置天气模式和昼夜模式；步骤8：模型进行自我学习和自我矫正；步骤9：输出最优溶解氧控制、回流控制以及碳源投加控制。2.根据权利要求1所述的氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法，其特征在于：步骤1所述数据包括流量、化学需氧量COD、五日生化需氧量BOD5、悬浮物SS、总氮TN、总磷TP、氨氮NH3—N和pH值，所述处理为将上述数据拆分成活性污泥(ASM2D)模型所需20种组分。3.根据权利要求1所述的氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法，其特征在于：步骤2所述对氧化沟反应器进行流体动力学分析，由于氧化沟是一个一体且连续的反应器，缺氧、厌氧、好氧过程均在其内部发生，通过流体动力学(CFD)模型分析，包括构建氧化沟的几何结构，考虑包括物理场、重力和压力因素进行网格化，计算溶氧分布；同时通过软件建立活性污泥(ASM2D)模型，包括建立基本速率方程，建立组分总速率方程，方程联立以及参数输入。4.根据权利要求1所述的氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法，其特征在于：步骤3所述物质数量模型的建模原则为：式1中，V为反应器体积，单位为m3；ρ
j，in
为组分j的质量浓度，单位为g/m3；q
v，in
为流入流量，单位为m3/d；q
v，out
为流出流量，单位为m3/d；r
j，n
为组分j在第n个反应中浓度变化速率。5.根据权利要求1所述的氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法，其特征在于：步骤3所述溶解氧DO浓度随时间的变化速率为：式2中，S
O
为溶解氧浓度，S
O，S
为饱和溶解氧浓度，K
L
a为氧传质系数。6.根据权利要求1所述的氧化沟污水处理工艺建模及智能控制方法，其特征在于：步骤3所述将氧化沟拆分为缺氧段、厌氧段、好氧段、缺氧段、厌氧段、好氧段、缺氧段、厌氧段、好氧段、缺氧段、厌氧段、好氧段；所述第一段缺氧段模型包括以下微分方程：
所述其他缺氧段模型包括以下微分方程：所述其他缺氧段模型包括以下微分方程：所述其他缺氧段模型包括以下微分方程：所述其他缺氧段模型包括以下微分方程：所述其他缺氧段模型包括以下微分方程：所述其他缺氧段模型包括以下微分方程：
所述厌氧段模型包括以下微分方程：所述厌氧段模型包括以下微分方程：所述厌氧段模型包括以下微分方程：
所述好氧段模型包括以下微分方程：
公式3
‑
77中，q
e
为氧化沟进水流量，q
r
为污泥回流量，q
in

【专利技术属性】
技术研发人员：施宇震，刘书铭，关清卿，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：