制浆造纸工业污水处理系统的仿真方法与节能优化控制研究

本课题以制浆造纸工业污水生化处理过程仿真方法和节能优化控制技术为研究目标，以制浆造纸工业污水活性污泥法处理过程为研究对象，基于由欧盟科学技术合作组织开发的城市生活污水生化处理仿真平台，结合制浆造纸工业污水的特点，构建分别对应于不同生产原料、工艺和气候条件下的污水数据模型；针对目前该仿真平台的缺陷，修改用于描述生化脱除有机物、硝化和反硝化过程的活性污泥模型，以适应制浆造纸过程中生物脱氮除磷工艺的模型化需要，对污水处理过程建模；引入软测量技术，建立可测量的常规水质分析指标和难测量的组分浓度之间的软测量模型；确定合理的性能评价指标，对污水处理的工艺运行效果及控制效果进行评价；整体考虑生化反应过程的主要受控变量和操作参数，构造多变量控制系统，确定目标函数，实施节能优化控制技术；利用专家系统识别异常工况并采取应对措施，为实现制浆造纸工业污水处理过程的节能优化控制奠定理论和技术基础。

本课题以制浆造纸工业污水生化处理过程仿真方法和节能优化控制技术为研究目标，以制浆造纸工业污水活性污泥法处理过程为研究对象，基于由欧盟科学技术合作组织开发的城市生活污水生化处理仿真平台，结合制浆造纸工业污水的特点，开展的研究工作及获得的研究结果如下：.（1）.首先通过呼吸计量法，对某二次纤维造纸厂SBR工段采集的污水和污泥进行了测量分析，获得该纸厂SBR池活性污泥的异养菌产率、异养菌衰减和异养菌最大增长速率几个关键参数，同时分析获得SBR入水中的SS、SI、XS、XI等组份占总COD的百分比。然后针对纸厂的SBR活性污泥工艺，对活性污泥1号模型（ASM1）进行合理简化和修改，建立了纸厂SBR污水处理仿真模型及仿真平台，采用工厂实际入水数据进行仿真运行，仿真结果能够很好的模拟实际SBR运行。.（2）.构建了一个实验级的SBR造纸污水处理及控制系统，实现了对一些核心过程变量：溶解氧、pH、ORP和液位等参数的在线监测，并设计了污水溶解氧浓度模糊控制器，提出分段模糊控制和复合模糊控制两种新型控制策略，分别应用于对合成污水和造纸污水的SBR处理过程。研究结果表明：复合模糊控制策略和分段模糊控制策略分别对合成污水和造纸污水溶解氧浓度的控制效果最好，不仅能提高控制性能，而且可以减少曝气量，降低能耗。.（3）.以实验室SBR污水处理过程中某一个批次的曝气阶段为研究对象，基于主元分析方法降维去噪的思想，提取数据的主要信息，建立了主成分分析（PCA）故障诊断模型；然后以实验室SBR污水处理过程中多个批次为研究对象，把整个批次看作是单一对象，建立了多元主成分分析（MPCA）故障诊断模型，根据实时计算的统计指标与统计指标控制限的比较，判断出发生故障的批次；然后再以故障批次为研究对象，计算出相应的SPE统计量控制限，并通过SPE统计量检测出故障发生的时刻，最终结合Q贡献图分离出故障传感器。