Zeta电位实时在线监测系统的研究及其在废水处理中的应用

摘要

废水已成为破坏环境和危害人类健康的因素之一，而造纸废水尤为严重。目前，造纸中段废水一般采用絮凝法进行处理，絮凝剂大多选用PAC和PAM，而PAC和PAM的投加主要依靠人工经验，精度低，易导致不足或者过量，不足的话，废水处理不完全，增加了后续处理废水的负担;过量意味着废水再次被絮凝剂污染，而且增加了处理成本。
　　论文分析絮凝剂的作用机理，选用造纸中段废水的Zeta电位作为指导絮凝剂投加的依据，研究其实时在线测定方法以及絮凝剂的最优投加控制，以期实现絮凝剂的自动优化投加。
　　目前，Zeta电位的测量仪器，比较成熟的有SZP04和Nano-ZS90型粒度分析仪，但都为离线测定，无法用于絮凝剂的自动在线投加。论文依据经典的Helmholtz-Smoluchowski公式，采用流动电位法，研制出一套Zeta电位实时在线测定装置，该装置由粘度计、电导率仪、差压变送器、复合陶瓷膜管、PLC等组成。此外为提高测定精确度还研究了压力差对测量结果的影响，从而找出最佳操作条件，使Zeta电位的测定尽量精确。通过与马尔文粒度分析仪的对比试验，证明该在线装置反映了Zeta电位的变化趋势，可用于絮凝剂的自动投加。此外，论文用STEP7和WinCC开发了Zeta电位的在线测定系统，具有良好的人机界面，运行效果良好。
　　基于该在线测定装置，实时测定不同剂量絮凝剂下的Zeta电位值，采用最小二乘法进行曲线拟合，得到絮凝效果最佳时的Zeta电位值，作为后续设计的神经网络PID控制器的目标。该控制器由BP网络和PID控制器组成，通过BP网络调整出PID的三个参数，从而控制絮凝剂的投加。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外造纸废水处理的方法

1．2．1 造纸废水的常规处理方法

1．2．2 造纸废水的处理的新方法

1．2．3 絮凝法处理废水

1．3 造纸废水处理工艺

1．4 Zeta电位在废水处理中的应用及测定方法

1．4．1 Zeta电位在造纸工业中的应用

1．4．2 Zeta电位测定方法

1．5 研究内容

第二章 实时在线测定Zeta电位装置的研发

2．1 Zeta电位测定原理

2．2 Zeta电位的在线测定

2．2．1 粘度值的在线测定

2．2．2 电导率的在线测定

2．2．3 流动电位和压力差的在线测定

2．3 絮凝剂PAC与PAM最佳配比的确定

2．4 压力差对Zeta电位测定结果的影响

2．5 自制装置精确性的验证

2．6 本章小结

第三章 Zeta电位实时在线监测系统开发

3．1 PLC和WinCC概述

3．1．1 PLC简介

3．1．2 WinCC简介

3．2 PLC端的程序设计与开发

3．3 WinCC端的项目设计

3．4 本章小结

第四章 基于Zeta电位的絮凝剂投加量优化控制

4．1 神经网络PID控制器简介

4．2 最优控制目标的确定

4．3 神经网络PID控制器模型构建

4．3．1 网络结构的确定

4．3．2 神经网络PID模块的设计

4．3．3 仿真及结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

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