污水处理水力学分析、控制与泵站节能分析

【摘要】：随着中国经济的发展,国家工业化程度和人民生活水平的提高,不可避免伴随着工业废水和生活污水量的增加,城市排水系统突显其重要性。 我国城市污水处理厂的发展很快,排放标准也日趋严格,为改善水环境起到关键作用。但因污水处理是能源密集型的综合技术,一直以来,污水处理厂运行费用偏高,能耗大,一定程度上阻碍了我国城市污水处理厂的建设。提高污水处理厂处理能力,降低建设、运行费用,已成为人们关注的焦点问题。 建造城市污水处理厂是解决污水问题最有效和最重要的措施,然而,在处理过程中,没有太关注运行成本这一重要问题,造成很多污水厂运营成本过高。因此,如何降低费用、节约成本,已成为一个重要的任务。 本文以污水管网为对象,提出了基于跳变系统的城市排水系统的水力学模型建模、控制与泵站节能研究。以节能为系统控制目标,对管网进行流量控制。通过对区域污水流量控制和污水泵站的调节,实现管网流量的自动调节,使水流最终达到一个平稳状态,实现节能效果。 首先,根据水力学模型,建立以排水管网水流为对象,以流量为状态的城市排水水力学状态空间模型;在此基础上,建立城市排水管网水流的马尔可夫跳变系统模型;并结合污水处理厂对水流的工艺要求进行稳定性分析。 其次,在Markov水力学模型建立和结合污水处理厂对水流的工艺要求进行稳定性分析的基础上,应用状态反馈控制来设计H∞状态反馈控制器和输出反馈来设计输出反馈控制器,用来控制水流的波动和流量,使流入污水厂的主管网的污水水量达到一个稳定状态,满足污水厂的工艺要求,同时也达到节能目的。 最后,为实现进一步节能,对其运行状态进行分析。先分析了水泵节能的一般原理,通过改变水泵工况点来改变流量或扬程,进而实现泵站节能;再是对水泵工况点分三种情况进行工况分析,分析怎样调节水流使泵站运行在高效区;分析了扬程与能耗的关系,如何减少扬程来节能;还分析了水泵运行效率,在调速运行状态下,如何使泵站运行在高效区,实现耗能最少。 【关键词】：Markov跳变系统 模型 稳定性 反馈控制 泵站节能
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TU992.25
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 城市排水概述10-11
• 1.1.2 污水处理系统11-12
• 1.1.3 城市排水存在的主要问题12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 城市排水管网水力学的研究发展13-14
• 1.2.2 Markov 模型研究现状14-15
• 1.2.3 泵站节能技术研究现状15-16
• 1.3 研究的目的和意义16-17
• 1.4 论文的主要工作和内容安排17-19
• 第2章 基础知识19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 污水管网制理论19-21
• 2.2.1 水量波动性19-20
• 2.2.2 污水量变化规律20-21
• 2.3 圣维南方程21-22
• 2.4 MARKOV 跳变系统22-24
• 2.5 控制理论基础24-25
• 2.6 泵站理论基础25-28
• 2.6.1 排水泵站的选择25-26
• 2.6.2 排水泵站的节能原理26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 管网污水的建模与稳定性分析29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 管网水流分析29-32
• 3.3 管网污水水力学模型32-35
• 3.3.1 水力学圣维南方程32-34
• 3.3.2 水力学Markov 模型34-35
• 3.4 系统稳定性分析35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 污水管网水流平稳控制37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 污水平稳H_∞状态反馈控制37-42
• 4.2.1 状态反馈H_∞控制器设计37-40
• 4.2.2 实例分析40-42
• 4.3 污水平稳输出反馈控制42-46
• 4.3.1 输出反馈控制器设计42-45
• 4.3.2 实例分析45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 泵站节能分析47-56
• 5.1 引言47
• 5.2 污水泵站节能基本原理47-49
• 5.3 污水泵站运行工况分析49-50
• 5.4 污水泵站扬程与能耗分析50-52
• 5.4.1 扬程与能耗分析50-51
• 5.4.2 实例分析51-52
• 5.5 污水机泵效率分析52-55
• 5.5.1 基本理论52-53
• 5.5.2 实例分析53-55
• 5.6 本章小结55-56
• 第6章 总结和展望56-58
• 6.1 本文工作总结56
• 6.2 展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录62

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