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人们已经建立起了污水管网水力学模型来模拟流量,最近将水质因素也加入管网模型。从ICA技术角度来看,使用这样的模型可以分析和决策何时启动提升泵来避免管网溢流现象。
从合流制管网的溢流控制来看,需要考虑降雨的影响。通过管网模型可以模拟降雨其某一时间、地点的流量和液位变化。这张图就显示了这样的模拟结果。
现在人们可以利用数学模型对一个集成市政污水处理系统进行模拟。一般可以采用管网模型(如Kosim)模拟排水管网过程,用ASM模型模拟污水处理厂的运行情况,再用河流模型(入RWQM1)模拟河流水质的变化。需要特别注意的是模型之间的接口。
控制理论的发展
自动控制理论和技术已经有了巨大的进步。通过状态空间理论,可以处理线性系统、非线性系统以及多变量的系统,此外还有很多诸如模糊控制、模型预测控制等先进控制方法。现在的控制技术要求发展更好的数据工具,但是也应该认识到,污水处理行业到底需要多么复杂的控制系统?在现在的工业体系里,如造水工业或电力工业,95%的控制系统仍然在使用简单的PID控制器。污水处理过程中有很多非线性过程,参数具有可变性,并且很多过程耦合在一起,简单控制很难奏效。但是,我们可以通过对时间域的分解,判断出哪些过程显著,哪个过程不显著,这样就能够使控制系统得到简化。
控制过程的主要要求
污水处理行业的自动控制仍然还有很多挑战,对今后的工作提出了四点要求:一是要更好的理解工艺过程,二是要尽量利用好传感器,三是需要有足够的设备控制权限,四是要尽量多地从仪表中提取出所需的知识和信息。做到以上四点,才能够更好的理解控制规则,实施控制策略。
现在,有很多正在研发或者已经研发的单元控制技术,比如曝气池的DO控制。从上世纪70年代开始,人们已经发表了数百篇的文章来研究DO控制问题,主要包括控制器的复杂性,DO分布控制,以及基于氨氮的DO控制等方向。现在也开发了对硝酸盐回流的控制,通过控制回流污泥来控制污泥龄;以及加药控制,如外加碳源的控制和化学除磷药剂的控制等。
厌氧消化过程控制的挑战
在厌氧消化控制方面,研究也有了比较大的进展。现在已经能够非常准确地计算甲烷的产率,估算系统甲烷产量;此外还能够准确地计算出PH、碱度以及氢气的产量等。通过监测甲烷气体流速和其他相关参数,可以控制厌氧消化装置的内循环过程和负荷。
但是现在仍然存在挑战,主要是如何更好地理解和控制活性污泥与产气量之间的关系。此外还要进一步深化认识:第一,控制的复杂程度达到多少才是足够的。第二,传感器的放置位置。第三,控制的结构和控制的系统。第四,评估不确定性并找到方法来补偿这种不确定性。
全厂控制的原因与策略
污水行业自动化应该考虑整个污水处理系统,不仅仅包含污水处理厂,还包含管网和受纳水体。需要这样系统考虑的原因在于:一是能够更有效地利用能源,提高能源利用效率,二是更好地确定碳源的使用情况,三是将活性污泥系统的污泥产量与需要的产气量关联起来,四是控制进水负荷并确定扰动方法和策略,最后要尽量减少对受纳水体的影响,这也是是污水处理的终极目标。
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