模糊控制在APMP制浆废水好氧处理过程中的应用研究

摘要

APMP(AlkalinePefoxideMechanicalPulp，碱性过氧化氢机械法制浆)制浆废水属于高浓有机废水，污染十分严重，需进行有效处理后才能达标排放，最有效的方法是采用厌氧-好氧相结合的方法来处理APMP制浆废水。在好氧处理阶段曝气池的溶解氧(Dissolvedoxvgen，DO)控制至关重要：曝气池中若DO值太低，则会发生污泥膨胀和污泥上浮的现象；若供氧量过大，DO值过高，不仅会增加能耗，同时也会造成混合液絮体分散和破碎，加大二沉池的固液分离难度。 从控制的角度来看：决定好氧处理工段控制效果好坏的DO控制具有大滞后、非线性、随机性和多变量的特点，传统的PID在进行DO控制时，其参数的整定十分困难；其次曝气池供气管路中不均衡的空气质量流量分布使得本来就容易产生振荡的溶解氧控制变得更加难以驾驭。以上的原因使得寻求新的DO控制方法成为必然。 基于以上原因，文章以山东中茂圣源纸浆有限公司APMP制浆废水处理项目为背景，重点研究APMP废水处理过程中的一个重要环节-好氧工段曝气池活性污泥处理过程。本文就曝气池中DO值的控制算法和自动化控制系统展开理论和应用研究，具体工作如下： 1)在详细论述APMP制浆废水处理工艺的基础上，探讨好氧处理过程的控制难点，对曝气池控制的难点进行详细分析。 2)数学模型的建立。在前人研究的基础上，建立以DO值为被控制量，曝气量为控制量的曝气池活性污泥生物处理过程的变参数有界数学模型。对建立的模型进行稳定性，可控性和可观测性分析，且进行状态反馈控制设计以改善模型的性能。 3)针对曝气池中DO控制的复杂性，设计曝气池空气流量控制和溶解氧模糊控制相结合的串级控制方案，空气流量控制作为内环，溶解氧的模糊控制作为外环。提出解决曝气系统控制的改进方案：一是在实施DO控制之前先解决曝气池供气管路中空气流量平衡和稳定问题，采用PID控制方法；二是解决溶解氧的控制策略问题，提出模糊控制策略。 4)设计溶解氧模糊控制器，详细分析其结构及算法。另外在模糊控制器中加入积分环节，用来消除由于模糊控制器带来的余差。 5)以建立的模型为对象，在Matlab下进行仿真，将D0值调节系统在PID控制回路，基于PID的串级控制回路，模糊+PID串级控制回路下的仿真效果进行对比，针对结果进行详细的分析。 6)控制系统的实现问题。新的控制方案结合西门子PLC平台进行编程实现，并在山东中茂圣源纸浆有限公司APMP制浆废水处理项目中进行现场测试运行，结果再次证明本论文提出的DO新算法是切实可行的，系统控制性能良好，完全能满足现场控制要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文研究动机及意义

1.2 APMP制浆废水处理工艺及控制现状

1.2.1 APMP制浆废水处理工艺流程

1.2.2厌氧-好氧组合法进行APMP废水处理的原因

1.2.3 APMP制浆废水处理过程控制现状

1.3 APMP制浆废水好氧处理过程控制难点的分析

1.3.1 APMP制浆废水好氧处理过程主要控制因素

1.3.2曝气池DO控制的难点分析

1.4国内外对好氧处理过程中DO控制的研究现状

1.5本文的主要研究工作及内容安排

1.6本章小结

2 APMP制浆废水处理测控系统的设计

2.1项目背景介绍

2.2厌氧处理过程测控系统设计概述

2.3好氧处理过程测控系统的设计

2.3.1好氧处理过程控制要点分析

2.3.2好氧处理过程测控单元

2.3本章小结

3曝气池活性污泥处理过程的数学建模及系统方案的设计

3.1活性污泥处理系统变参数模型的建立

3.2变参数活性污泥污水系统模型的性能分析

3.2.1变参数系统模型的可行性分析

3.2.2变参数系统模型的稳定性分析

3.2.3变参数系统模型的可控性分析

3.2.4状态反馈控制设计

3.3曝气池控制方案设计

3.3.1传统的PID控制方案

3.3.2基于DO模糊控制的曝气气量串级控制方案的提出

3.3.3基于DO模糊控制的曝气气量串级控制方案的干扰分析

3.4本章小结

4溶解氧模糊控制器的设计

4.1模糊控制系统的基础理论

4.1.1模糊控制器的基本结构和组成

4.1.2几种简单的模糊控制器

4.2溶解氧的模糊控制方案的设计

4.2.1模糊逻辑控制理论的引入

4.2.2本文所采用的模糊控制器

4.2.3溶解氧模糊控制器的设计

4.3溶解氧模糊控制器编程实现

4.4控制算法的仿真分析

4.4.1模型的选定

4.4.2仿真参数整定

4.4.2系统仿真

4.4本章小结

5 APMP制浆废水处理控制系统的实施

5.1 APMP制浆废水处理的总体设计方案

5.2控制系统的硬件设计

5.2.1控制系统的电气设计

5.2.2控制系统的硬件设计

5.3控制系统的软件设计

5.4系统运行效果

5.5本章小结

6总结与展望

6.1主要工作总结

6.2展望

致 谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目