基于BP神经网络的印染废水处理组合工艺系统建模及优化控制研究

发布时间：2018-04-10 06:14

本文选题：印染废水处理　切入点：组合工艺　出处：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：近几年,国家《水污染防治条例》和《纺织染整工业水污染物排放标准》等环保法规文件密集颁布和实施,给工业废水治理带来了新的压力和挑战。为了适应新标准,现有废水处理设施需要大规模地提标改造,同时新型工业废水处理工艺也亟待深度和广泛开发。为保障废水处理系统的稳定、经济和高效运行,废水处理新工艺研发及系统建模和优化控制研究已成为当今研究的热点之一。本文以难降解印染废水作为处理对象,选择铁碳微电解、生物接触氧化(BCO)和高级氧化(AOP)组合工艺为处理方法进行试验研究。以试验数据为基础,利用BP神经网络原理构建了基于各工艺单元和系统整体的不同模型。通过模型预测和多目标寻优方法相结合,得到了以成本函数为目标,以出水达标为约束的优化控制策略。结合优化得到的控制策略和废水处理工艺自身要求,本文开发了对应的印染废水处理工艺的控制系统。具体研究内容和结论如下:(1)以微电解、生物接触氧化和高级氧化为对象,探究了其工艺的最佳试验条件。微电解结果表明,当初始pH为2.7、气水比为14:1、反应时间为44 min时,综合化学需氧量(COD)和色度的去除率最高,分别达到70.19%和91.32%。以层叠式玄武岩纤维为BCO填料降解印染废水试验表明,最佳水力停留时间(HRT)为12 h,最佳进水pH为7.5,溶解氧(DO)浓度为2~3 mg/L。连续运行表明,COD和氨氮(NH3-N)的去除率稳定在85%和83%以上。基于新型高级氧化剂CSE-HG的高级氧化反应试验表明,AOP反应最佳氧化剂投加量为0.8 ml/L,最适反应时间2 h,最佳反应pH值为2.5,COD和NH3-N平均去除率分别为62.2%和25.6%。同时对组合工艺进行了最优条件下的连续进水试验表明,在最佳工艺参数下,组合工艺COD和NH3-N平均去除率为96.3%和84.2%。(2)以各单元工艺和系统组合的试验数据为基础,结合动力学模型补充得到的数据,建立了微电解、BCO和AOP三大工艺单元和系统整体的BP神经网络模型。探究得到的模型“输入—隐层—输出”结构分别为8-15-2、8-16-3、7-12-1和9-28-10。以各样本参数的1/6为预测数据,结果显示,各模型的参数预测误差分别在±10%、±8%、±8%和±5%以内,表明模型预测能力较好,模型构建成功。(3)通过工艺试验参数进行了控制仪表和设备参数的选型,结合计算得到了理论状态下的成本函数。对应进水流量100~300 L/h,理论求得的吨水运行成本为5.53~8.68元。吨水成本函数为:35.83 21.3 10 10.66 10 0.8F APOWERXpH pHC a以成本函数为目标函数,以出水水质达标为约束条件,进行的优化结果表明,当系统出水满足GB4287-2012三大排放标准时,对应的控制策略分别为:微电解和AOP反应pH为4,进水流量300 L/h,CSE-HG投加量a为0.6 mg/L,对应ORP值为465 mV,生化DO调控值设为3.6 mg/L,吨水成本4.933元。微电解和AOP反应pH为2.5,进水流量200 L/h,CSE-HG投加量a为0.6 mg/L,对应ORP值为485 mV,生化DO调控值设为3.2 mg/L,吨水成本5.955元。微电解和AOP反应pH为2.5和2.5,进水流量120 L/h,CSE-HG投加量a为0.8 mg/L,对应ORP值为525 mV,生化DO调控值设为2.4 mg/L,吨水成本6.741元。(4)根据系统试验和优化策略,本文提出了不同出水标准下的对应控制要求并设计了控制系统的配电电路、主要设备外部电路和PLC硬件的系统电气电路;设计了PLC控制系统的程序,包含加药泵PID控制、运行参数死区范围设置、仪表参数量程转换程序、手动/自动切换程序和报错程序在内的PLC主要控制程序;设计了控制系统的人机界面,包含工艺流程窗口、仪表数据展示窗口、控制画面窗口在内的触摸屏界面。经中试试验检验,该控制系统在优化方案指导下,能保证印染出水连续稳定达标。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X791

【参考文献】