活性污泥法的多变量最优控制

活性污泥法的多变量最优控制*国家自然科学基金资助项目(59478017)活性污泥法的多变量最优控制*�.限制有机物(BOD)的排放总量彭永臻�王宝贞�王淑莹(哈尔滨建筑大学市政环境工程学院,150008)摘要�着重研究了在限制有机物排放总量时,使其运行费用最低的最优周期控制问题.通过增加新的状态变量和用补偿函数法,将本课题的有约束条件问题化为无约束条件问题,并提出了最优步长参数的动态搜索法来修改传统的梯度法,从而较完善地解决了多变量最优周期控制的计算问题.研究中还发现了不同初始条件下最优控制所需要的运行费用也大不相同,进而提出了最优初始状态下最优周期控制的新概念,这对保证出水质量的同时进一步降低污水处理成本来说具有更重要的意义.本文还强调指出:对于尚不具备实现最优控制条件的处理系统,可根据最优控制的研究结果实现具有广泛实用价值的准最优控制.关键词�活性污泥法;最优周期控制;BOD排放总量.1�前言前文[1]已经证实污泥排放量Qw和溶解氧浓度DO是活性污泥法运行中的两个最重要的控制变量,它们既能控制出水水质又能改变运行费用.而且,在满足某一出水质量的前提下,在不同的定常Qw和DO控制下,其运行费用也不同,大约在DO为0�9mg/L时运行费用最低.但是,这并不是最优控制,本文研究的最优控制问题是在限制有机物(底物)排放总量的约束下,寻求使运行费用最省的最优控制变量Qw和DO的变化规律.最优控制变量主要取决于三个因素:一是进水水质水量的变化情况;二是满足规定的出水水质;三是性能指标表达式及所要达到的目标�由于各国与各地区的经济发展水平、水污染状况以及受纳水体的功能不同等多方面原因,各地的污水排放标准与污水处理厂出水水质要求都有所不同[2,3].例如,限制污水处理厂出水中有机物排放的总量、或要求出水有机物浓度不超过某一标准、或同时限制出水中平均和最高有机物浓度分别不超过规定的指标等.限制出水中有机物排放总量属于污染总量控制,是一种常用的排放标准,尤其对于工业废水的排放.本文在研究限制有机物排放总量的最优控制模型与计算方法的基础上,通过对该问题的求解,来讨论与本课题有关的理论问题.2�最优控制数学模型与计算方法2�1�建立最优控制数学模型应当指出,本课题是比较复杂的有约束条件最优控制问题.其约束条件有三:一是要求满足有机物排放总量的限制;二是要求状态变量每日的末值与初值相同,