非稳定状态下活性污泥法处理系统最优控制的研究

非稳定状态下活性污泥法处理系统最优控制的研究非稳定状态下活性污泥法处理系统最优控制的研究非稳定状态下活性污泥法处理系统最优控制的研究彭永臻(哈尔滨建筑工程学院)摘要：摘要：本文以非稳定状态下的活性污泥法处理系统，作为最优控制的研究对象。根据现代控制理论，在有出水水质和状态变量等约束条件下，建立能求出使目标函数为最小的最优控制和数学模型。最后，对这个数字模型，用计算机进行数值计算并绘图，求解出在几种不同的约束条件下，最优控制变量的变化规律。前言前言本文以进水流量和进水底物浓度，随时间不断变化的非稳定状态，完全混合式活性污泥法处理系统(以下简称处理系统)作为控制对象；以处理系统的总运行费用为目标函数。分别按无约束条件下、有约束条件下的最优控制，来研究非稳定状态下的最优控制。完全混合式活性污泥法处理系统的流程，如图1所示。进水中微生物浓度X0和出水中微生物浓度Xe都非常低，并且是一进一出，因此，在进行物料衡算时可忽略不计。为了简化，假设进水的底物经初沉池后都是溶解性的，并且曝气池中的溶解氧浓度和二沉池中的活性污泥总量维持不变，这在控制中是可以做到的。如图1所示，有两种排放污泥的方式，即从污泥回流管线上排除或从曝气池中直接排除。有很多人认为:从曝气池中直接排放污泥更为合理，因为这种排泥方式有利于对系统进行更有效的控制及其后的污泥浓缩。因此，本文将根据从曝气池中排泥的流程，来推导处理系统的动力学模型和进行控制。处理系统的控制变量有污泥的排放量QwX，供氧量和回流污泥量Qr、Xr。由于前面假定了曝气池中的溶解氧浓度和二沉池中的微生物总量不变，所以供氧量的控制，将由曝气池中的耗氧速度来决定。而回流污泥流量Qr根据物料平衡可由下式来决定。http://www.chinacitywater.org中国城镇水网定义，从图1所示的特定的处理系统来看，无论是用污泥龄控制处理系统的运行，还是用BOD—污泥负荷来控制，最后都必须通过控制排放污泥量来实现。就是说，在假定了曝气池中溶解氧浓度和二沉池中的活性污泥总量不变的条件下，控制排放污泥量是过程控制的唯一手段，它和控制污泥龄或BOD—污泥负荷是等价的。完全混合式曝气池中的底物浓度就是出水底物浓度，其浓度很低。因此其比底物去除速度和比微生物增长速度可分别用式(3)和式(4)表示。q=KS(3)u=Yq-Kd(4)式中:q——比底物去除速度；K——