[发明专利]废水处理过程控制仿真方法及其仿真系统

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体是指废水处理过程控制仿真方法及其仿真系统。

背景技术

随着水资源的日益短缺和对环境污染的日益重视，废水处理越来越引起人们的关注。废水处理系统要求废水处理后符合国家规定的排放标准，同时最大限度地减少废水处理厂的运行成本，这是废水生物处理的根本目标。但是由于进水量、水质成份及浓度波动大，处理过程处于非稳定状态，从而引起出水水质波动、系统运行不稳定，难以达到有效的处理目标。为了保证微生物生长环境和新陈代谢过程最优，提高处理系统的可靠性和稳定性，降低系统运行成本和维护成本，保证出水质量符合排放标准，对废水处理过程的自动控制显得越来越重要。

废水处理系统具有不稳定性和不确定性，处理过程十分复杂，特点是多变量、非线性、时变性与随机性，建立数学模型比较复杂，参数众多。同时，废水处理系统的控制又属于多目标控制，具体表现在：需要控制多种出水指标；需要抑制外部环境的变化(扰动)对处理过程的影响以确保处理过程的稳定性；需要使处理过程费用最低即经济指标最优化。但是使用传统的控制方法对废水处理系统进行全面和高效的控制很困难的。

数学模型的成功建立，为自动控制和模拟仿真的实现奠定了基础。近年来，已经出现不少关于废水处理过程的自动控制方案，这些方案或许是经过模拟，或许是通过实验、工厂中试、或者是全面的实验后总结产生的。然而，除了提出这些控制方案的研究人员之外，再没有其他人员对其进行过评价，这种情况对于更优的、适应性更强的自动控制方案的开发是非常不利的。如果对于一种新提出来的控制方案，要经过多次的实地检验，所需成本将是巨大的，也是没有必要的。

废水处理方法中，活性污泥法由于具有处理效果好、运行成本低等特点而成为控制环境污染的一项基本和主要的方法。到目前为止，几乎所有的城市废水厂都用活性污泥法处理，因而该法在环境工程中处于非常重要的地位。一个完整的活性污泥废水处理过程，包括活性污泥生物处理单元和二沉池。生物反应过程模型ASM1和二沉池的双指数沉淀速度模型Takács，是目前国际公认的活性污泥法废水处理过程数学模型。

国际水质协会和欧盟科学技术合作组织合力开发了一个活性污泥法废水处理过程的仿真协议BSM1，规定了设备布局、仿真模型、源废水数据、仿真步骤和评估标准，成为活性污泥法废水处理过程控制方案的一个评估工具。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中活性污泥法废水处理过程先进控制方案在现场实际开发试验的困难，以及无法评估比较其控制效果的不足，提供一种废水处理过程控制仿真方法，其可以仿真各种自动控制方案，并按照指定的评价标准来考察方案的控制效果。

本发明的目的还在于提供实现上述废水处理过程控制仿真方法的废水处理过程控制仿真系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本发明废水处理过程控制仿真方法，包括以下步骤：

(1)在不同的具有代表性的天气情况下，在废水处理厂用相应的参数传感器测量入口源废水的流量和浓度，通过废水处理过程数据采集系统连续、在线测量过程数据14天，建立废水处理过程数据库，其中包括晴好天气、连绵雨天气、暴风雨天气的入口废水数据文件，以备废水处理过程控制仿真平台使用；

(2)选择一种待评估的控制方案，并对废水处理过程参数进行初始化，即以流量和组分恒定的入口废水仿真100～150天来进行系统的开环稳态仿真，以保证后续的控制方案动态仿真起点的一致；

(3)从稳态仿真后的结果开始，用晴朗天气的入口数据文件作为动态输入，在无干扰的情况下对系统进行14天的闭环控制仿真，并保存由此得到的每一个过程中状态变量的值，这些值能反映出起点对于每一个入口废水扰动所做出的相应反应；然后，分别利用废水处理过程数据库中的三个入口废水数据文件，继续各自的控制仿真14天，即对于每个处于稳定状态的系统而言，都要进行三个28天的闭环控制仿真：晴好数据文件——晴好数据文件，晴好数据文件——连绵雨数据文件，晴好数据文件——暴风雨数据文件。最后将控制结果数据文件存放在废水处理过程数据库中；

(4)根据步骤(3)最后存放在数据库中第21天至28天的闭环控制仿真结果以及控制效果评估定义，对控制方案的优劣表现进行计算、评估，所述控制效果评估定义包括工艺性能评估定义、控制性能评估定义；

(5)控制效果评估若优良，则将该控制方案应用于废水处理过程；反之，则继续用控制仿真平台对新的控制方案进行上述仿真过程，直至控制效果优良。