污水处理系统的能效分析与节能优化控制研究

针对污水处理系统普遍存在的运行状况不佳、效率低、能耗大等问题，在能效分析基础上，将能量捕获技术与优化控制技术相结合，以仿真与实验相结合的方法，研究组合微生物燃料电池能量捕获环节的污水处理系统的建模、工艺改进及优化运行的机理与方法。分析污水处理厂能耗与能源分布及迁移过程，探讨微生物燃料电池进行污水处理和能量获取的不同工艺改进方法，确定适合现有典型污水处理系统的工艺优化设计方案；根据生化-电化学反应机理及质量平衡原理，结合神经网络等补偿算法，建立面向控制的微生物燃料电池污水处理系统的数学模型及Benchmark仿真平台；构造一套含微生物燃料电池能量捕获环节的污水处理系统实验装置；结合最优控制、预测控制等方法，在重点解决燃料电池、曝气、污泥处理等子系统优化基础上，构建组合微生物燃料电池的污水处理全流程多级优化控制架构，提出满足全流程综合性能指标的优化控制方案，为污水处理厂节能减排提供理论依据。

本项目针对污水处理系统普遍存在的运行状况不佳、效率低、能耗大等问题，研究组合微生物燃料电池能量捕获环节的污水处理系统的建模、工艺改进及优化运行的机理与方法。在熟悉一般燃料电池建模与控制方法基础上，对以污水为进料的微生物燃料电池进行了建模与优化控制方法研究；建立了微生物燃料电池仿真平台，初步建立了面向控制的微生物燃料电池污水处理系统的基本数学模型及仿真平台；结合预测控制、模糊控制、滑模变结构控制等方法，对微生物燃料电池和污水处理系统进行优化。项目所提出的基于模糊滑模控制的污水处理系统过程优化方案在满足出水指标前提下可实现节能17%以上，为节能减排提拱了重要可行性思路。