城市污水处理厂控制系统开发与综合评价

【摘要】：目前我国污水处理厂优化运行与节能降耗是运行管理中面临的重要问题，自动控制系统的合理开发与应用是保障污水处理厂正常高效运行的有效手段。但污水处理系统是一个复杂多变的过程，污水处理厂控制系统的设计与运行需要从全厂的角度统筹考虑并通过科学可靠的方法对其控制运行效果进行综合评价，以不断改进控制策略的实施。本论文设计开发了全厂控制策略与系统，并建立控制系统的综合性能评价体系。得到如下研究结论： （1）本研究从污水处理厂干扰特征和能耗物耗特性两方面，对南北两座污水厂的工艺运行进行综合分析。进水负荷作为外部干扰因素，表现出显著的季节特征和日变化周期性，其中进水流量对负荷变化的影响更大。生化处理过程作为关键能耗单元，约占全厂能耗的60%，主要能耗设备为鼓风机；预处理过程约占全厂能耗的30%，主要能耗设备为提升泵；关键物耗单元依次为化学除磷过程、碳源投加过程以及污泥处理过程。 （2）从全厂的角度出发，提出了基于进水负荷动态变化的全厂控制策略，其核心单元包括提升泵的时序前馈-串级反馈控制、曝气过程的前馈补偿-串级反馈控制策略和化学除磷加药的前馈补偿-反馈控制策略；并指导了某污水处理厂控制系统的设计和工程实施。 （3）根据系统运行过程中出现的问题，对影响控制系统性能的关键设备进行了研究，提出了改善其控制性能的建议措施。在仪表信号预处理的基础上，建立了故障预警系统，并提出了控制系统运行过程中出现问题的解决措施。 （4）本研究从工艺运行与自控系统相结合的角度，建立了一套具有工程应用价值的污水处理厂自控系统综合性能评价体系。该体系分为达标运行、节能降耗和控制性能三个方面，设置了6个二级指标和12个三级指标，能够从全厂、单元和设备等不同层次对污水厂应用自控系统的效果进行评价。该体系应用于实际污水厂，不但能从整体上给出性能评价，还能有效的发现问题环节，为改善污水处理厂的控制运行提供有力支持。 【关键词】：城市污水处理厂 自动控制系统 节能降耗 评价指标体系
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 概述9-19
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 污水处理厂的过程控制与评价10-16
• 1.2.1 ICA 技术概况10
• 1.2.2 常见的污水处理过程控制技术10-13
• 1.2.3 污水处理过程的智能控制系统13-15
• 1.2.4 污水处理过程控制的性能评价方法15-16
• 1.3 研究目的与内容16-19
• 1.3.1 研究目的16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.3.3 技术路线17-19
• 第2章 污水处理厂工艺运行特性分析研究19-47
• 2.1 研究方法19-26
• 2.1.1 污水处理厂概况19-21
• 2.1.2 工艺运行数据21-22
• 2.1.3 污水处理工艺分析的方法22-26
• 2.2 污水处理厂的干扰特征26-39
• 2.2.1 进水流量的变化特征26-30
• 2.2.2 进水水质的变化特征30-35
• 2.2.3 流量与水质对进水负荷的影响35-36
• 2.2.4 不同处理单元之间的干扰分析36-39
• 2.3 污水处理厂能耗物耗特征分析39-45
• 2.3.1 能耗特征39-43
• 2.3.2 物耗特征43-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第3章 污水处理厂控制系统的策略与设计47-67
• 3.1 全厂控制系统的策略设计47-52
• 3.1.1 提升泵单元48-49
• 3.1.2 生化处理单元49-51
• 3.1.3 化学除磷单元51-52
• 3.1.4 沉淀池单元52
• 3.2 某污水处理厂控制系统设计52-60
• 3.2.1 污水处理厂概况52-53
• 3.2.2 控制方案设计53-54
• 3.2.3 前馈补偿控制环节设计54-58
• 3.2.4 溶解氧串级反馈控制环节设计58-60
• 3.2.5 化学除磷加药反馈控制环节设计60
• 3.3 控制系统硬件升级改造60-62
• 3.3.1 前馈补偿控制环节61
• 3.3.2 溶解氧串级反馈控制环节61
• 3.3.3 化学除磷加药控制环节61-62
• 3.4 控制系统的软件界面62-65
• 3.4.1 整厂监控界面62
• 3.4.2 前馈补偿控制界面62-63
• 3.4.3 曝气过程反馈控制界面63-64
• 3.4.4 化学除磷加药控制界面64-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第4章 污水处理厂控制系统的故障预警与设备性能研究67-81
• 4.1 控制系统的故障预警与维护67-72
• 4.1.1 在线数据的诊断与处理67-69
• 4.1.2 故障预警界面的建立69-70
• 4.1.3 在线仪表的维护与对策70-72
• 4.1.4 控制系统的通讯问题72
• 4.2 关键设备的性能研究72-79
• 4.2.1 鼓风机控制性能研究72-76
• 4.2.2 阀门控制性能研究76-79
• 4.3 本章小结79-81
• 第5章 污水处理厂综合性能评价体系81-107
• 5.1 性能评价体系的建立方法81-83
• 5.1.1 构建原则81
• 5.1.2 评价目标81-82
• 5.1.3 评价指标体系82-83
• 5.2 评价指标及算法设计83-95
• 5.2.1 达标运行指标算法设计83-85
• 5.2.2 节能降耗指标算法设计85-90
• 5.2.3 控制性能指标算法设计90-92
• 5.2.4 综合评价指标算法设计92-95
• 5.3 综合评价案例研究95-106
• 5.3.1 案例背景95
• 5.3.2 达标运行的评价结果95-97
• 5.3.3 节能降耗评价97-100
• 5.3.4 控制性能评价100-104
• 5.3.5 综合评价104-106
• 5.4 本章小结106-107
• 第6章 结论与建议107-111
• 6.1 研究结论107-108
• 6.2 建议108-111
• 参考文献111-115
• 致谢115-117
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果117

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