污水生物脱氮系统曝气量模糊控制系统的建立_王伟

第３１卷第４期黑龙江工程学院学报Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．４２０１７年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ．，２０１７ＤＯＩ：１０．１９３５２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１６７１－４６７９．２０１７．０４．００６污水生物脱氮系统曝气量模糊控制系统的建立王伟，刘丽娜，张鑫（黑龙江工程学院土木与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨１５００５０）摘要：污水生物处理系统中，曝气量的控制至关重要。基于分段进水缺氧／好氧（ＳＦＡ／Ｏ）工艺大量的试验数据，建立恒ＤＯ模糊控制和ＤＯ前馈－反馈模糊控制两种曝气量模糊控制方法。根据所建立的模糊控制规则，进行输入－输出变量的动态响应分析。结果表明：两种控制方法的输入－输出传递特性曲面近乎连续且无多峰现象，建立的曝气量模糊控制规则合理，可作为优化的模糊控制方法进行应用。关键词：污水；脱氮；曝气；模糊控制中图分类号：Ｘ７０３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４６７９（２０１７）０４－００２３－０４ＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆａｅｒａｔｉｏｎｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｒｕｌｅｓｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌｓｙｓｔｅｍＷＡＮＧＷｅｉ，ＬＩＵＬｉｎａ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００５０）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｉｓｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｓｓｕｅｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｕｍｅｒｏｕｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａｉｎｓｔｅｐ－ｆｅｅｄａｎｏｘｉｃ－ｏｘｉｃ（ＳＦＡ／Ｏ）ｓｙｓｔｅｍ，ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆａｅｒａｔｉｏｎｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ：ａ．ｃｏｎｓｔａｎｔＤＯｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ；ｂ．ＤＯｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ－ｆｅｅｄｂａｃｋｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｒｕｌｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｐｕｔ－ｏｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅｉｓａｌｍｏｓｔｓｍｏｏｔｈａｎｄｎｏｍｕｌｔｉ－ｐｅａｋｅｘｉｓｔｅｄ．Ｔｈｅａｅｒａｔｉｏｎｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｒｕｌｅｓａｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｓａｎｏｐｔｉｍａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌ；ａｅｒａｔｉｏｎ；ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ收稿日期：２０１７－０１－０１基金项目：黑龙江省青年科学基金项目（ＱＣ２０１３Ｃ０５０）作者简介：王伟（１９７９－），女，副教授，研究方向：污水生物处理及过程控制．城市污水处理厂生物处理具有多变量、随机性、非线性、模糊性、时变性、多处理目标（如要求处理水质达标、脱氮除磷、节省运行费用、防止污泥膨胀）等特性［１－３］。传统的控制方法在系统正常运行状态下良好工作，但是在出现异常情况下不能有效工作，不能根据外界条件的变化采取相应的措施，如进水中含有毒性物质、系统机械设备出现故障［４－５］。实践证明提高污水处理厂运行系统的智能化，实现以最优出水水质和节能为目标的智能控制系统是解决当前污水处理厂问题的重要途径，而对于这类复杂的动态系统采用模糊控制，能得到其他控制方式无法实现的令人满意的控制结果［６－８］。曝气量控制决定污水处理的效果和污水处理厂的运行费用，对其进行有效合理的控制至关重要［９－１０］。本文以分段进水Ａ／Ｏ工艺系统为研究对象，根据前期的大量研究数据，设计污水生物脱氮过程的两种曝气量模糊控制系统，以期提高处理效果，降低运行费用，为工程实践提供合理的控制手段。１恒ＤＯ模糊控制ＤＯ控制是活性污泥系统重要的控制参数。当ＤＯ传感器的稳定性和精确性足够高，且适用于实时控制时，曝气控制就引起了人们大量的关注和研究。恒定曝气控制是最简单最古老的控制方式，但是由于污水处理厂水质水量波动较大，采用恒定曝气不仅会造成能量浪费，也不能保证处理效果稳定。ＤＯ设定值控制是恒曝气基础上发展起来的一种改进型的曝气控制方式，通过控制曝气量维持反应器内ＤＯ浓度处于一个相对较优的设定值，可避免过量曝气的情况发生，也可保证处理效果。但由于系统的非线性特性，采用传统的过程控制器控制效果不甚理想，偏差较大。根据对溶解氧和曝气量的研究发现，即使在ＤＯ浓度低至０．５ｍｇ／Ｌ时，