基于gPROMS的污水处理厂动态仿真与优化控制
本文关键词:基于gPROMS的污水处理厂动态仿真与优化控制 出处:《新疆大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
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【摘要】:城市用水的良性运转离不开高效稳定的污水处理过程,污水处理厂设计之初需要考虑诸多因素,缺少建模仿真技术的有效支持,后期现场调试也需要较长的调试周期,建设效率低下。曝气供氧系统是污水处理过程中的主要能耗工序,当前的自动控制水平低下。低效的自动控制水平不仅难以保证出水水质的排放要求,并且造成了大量的能源消耗。因此,通过仿真技术模拟实际工序,在保证出水水质达到排放标准的前提下,采用稳定高效的控制方案能够大大提高污水处理厂的控制水平,同时对促进其节能降耗具有重要意义。现有新型污水处理工艺大多以活性污泥1号(ASM1)为基础发展而来,其建模复杂程度也越来越大,建模难度的提升使得越来越多的模型使用者难以成功建立新型模型。此外,商业性的污水处理仿真软件具有严格的保密封装,使得模型的可移植性较差,使用成本过高。我国当前水务企业对生化反应池的曝气供氧环节多采用“宁多勿少”的进气原则,虽然保证了一定的出水水质,但容易造成活性污泥膨胀,大大增加了生产成本。针对上述问题,本文使用gPROMS软件建立开放性基础仿真模型并进行动态处理过程模拟,最后选取合适的控制方案实现曝气供氧系统能耗优化。主要研究工作如下:1)针对我国污水水处理厂设计周期过长,并且在后期调试过程中缺乏高效仿真软件支撑的问题,建立了基于gPROMS的开放式活性污泥法基准污水处理厂模型,通过对比其他平台的仿真结果,验证了gPROMS软件平台的可靠性和精确性,为工程设计和调试提供了合理依据。通过分析不同天气状况条件下的微生物化学反应过程、活性污泥沉降过程,得出了溶解氧浓度既是有效保证出水水质的关键控制参数,又关系到整个工艺流程中的主要能耗变量,由此建立了相关污水处理评价指标。2)为使出水水质中污染物得到较好的控制,并且使得曝气供氧系统达到能耗最优的操作条件,在所构建的控制性能分析、节能评价标准的基础上,以开放性软件gPROMS所构建的工艺流程为平台,设计使用自抗扰控制器(ADRC)对曝气量进行实时控制,确定为行之有效的控制策略,实现了节能降耗的目标。
[Abstract]:The benign operation of urban water is inseparable from the efficient and stable process of sewage treatment. At the beginning of the design of sewage treatment plant, many factors need to be considered, and the effective support of modeling and simulation technology is lacking. Later stage commissioning also needs a long period of commissioning, construction efficiency is low. Aeration system is the main energy consumption process in the process of sewage treatment. The current level of automatic control is low. The low efficiency of automatic control level is not only difficult to ensure the discharge requirements of effluent quality, but also lead to a large amount of energy consumption. Therefore, simulation technology is used to simulate the actual process. Under the premise that the effluent quality meets the discharge standard, the control level of sewage treatment plant can be greatly improved by adopting a stable and efficient control scheme. At the same time, it is of great significance to promote energy saving and consumption reduction. Most of the existing new sewage treatment processes are based on activated sludge 1 / ASM1, and the modeling complexity is becoming more and more complex. The increasing difficulty of modeling makes it difficult for more and more model users to build new models successfully. In addition, commercial sewage treatment simulation software has strict security package, which makes the model portability poor. The application cost is too high. At present, the principle of "better than less" is adopted in the aeration process of biochemical reactor in our country, which can ensure a certain effluent quality, but it is easy to cause activated sludge bulking. In view of the above problems, this paper uses gPROMS software to establish the open basic simulation model and to simulate the dynamic processing process. Finally, select the appropriate control scheme to optimize the energy consumption of aeration oxygen supply system. The main research work is as follows: (1) the design cycle of wastewater treatment plant in China is too long. And in the later debugging process of the lack of efficient simulation software support the establishment of an open activated sludge process based on gPROMS sewage treatment plant model by comparing the simulation results of other platforms. The reliability and accuracy of the gPROMS software platform are verified, which provides a reasonable basis for engineering design and commissioning. The microbial chemical reaction process under different weather conditions is analyzed. In the process of activated sludge settling, the dissolved oxygen concentration is not only the key control parameter to ensure the effluent quality, but also the main energy consumption variable in the whole process. In order to make the pollutants in the effluent quality better control and make the aeration oxygen supply system to achieve the optimal operating conditions of energy consumption, the control performance analysis was carried out. Based on the evaluation standard of energy saving, the automatic disturbance rejection controller (ADRC) is used to control the aeration rate on the platform of the process flow constructed by the open software gPROMS. Determined as an effective control strategy to achieve the goal of energy saving and consumption reduction.
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703
【参考文献】
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,本文编号:1420997
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