城市污水处理系统运行与过程控制PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　我国水环境、水污染及城市污水处理现状 1

1.1.1　我国水资源和水环境现状 1

1.1.2　我国水污染状况 2

1.1.3　我国城市污水处理现状及面临的问题 4

1.1.4　污水排放标准日趋严格 6

1.1.5　污水处理系统具有的特性 7

1.1.6　加强污水处理系统过程控制的必要性和重要性 10

1.2　污水处理系统实现过程控制的优势 11

1.3　污水处理系统过程控制的应用现状 14

1.3.1　传统控制在污水处理系统中的应用 14

1.3.2　最优化控制在污水生物处理系统中的应用 16

1.3.3　在线仪表在污水处理系统中的应用 18

1.4　本书内容概览 25

参考文献 26

第2章　过程控制基本原理与技术 31

2.1　自动控制基础 31

2.1.1 自动控制系统的组成 31

2.1.2 自动控制系统的分类 32

2.1.3 自动控制系统的基本控制方式 32

2.1.4　污水处理自动控制系统的特点和功能 33

2.2　常见的过程控制结构 34

2.2.1　反馈控制 34

2.2.2　前馈控制 41

2.2.3　串级控制 45

2.3　污水处理系统ICA技术 49

2.3.1　ICA技术现状、发展及其限制因素 50

2.3.2　污水处理系统ICA技术的发展过程 52

2.3.3　ICA技术在欧洲的应用现状 56

2.3.4　ICA技术的发展趋势 60

2.4　污水处理系统数学模拟 61

2.4.1　活性污泥数学模型的发展概述 61

2.4.2　数学模型的主要应用方向 64

2.4.3　数学模拟工具 65

2.5　污水处理系统Benchmark技术 68

2.5.1　BSM1模拟平台 69

2.5.2　BSM其他模拟平台 72

参考文献 73

第3章　污水处理系统的仪表与控制器 76

3.1　概述 76

3.2　污水处理厂的检测项目 78

3.2.1　常规检测项目 78

3.2.2　检测的取样 79

3.3　检测仪表与方法的选择 82

3.3.1　仪表的安装位置与检测对象 82

3.3.2　检测仪表的选择 88

3.4　污水处理厂常用检测仪表 91

3.4.1　流量的检测方法与设备 91

3.4.2　液位仪表 99

3.4.3　压力检测仪表 101

3.4.4　温度计 103

3.4.5　污泥浓度的检测方法与仪表 104

3.4.6　污泥界面的检测方法与仪表 106

3.4.7　有机物的检测方法与仪表 106

3.4.8　在线检测传感器 109

3.5　新型检测仪表 113

3.5.1 呼吸仪 113

3.5.2　营养物在线传感器 114

3.5.3　硝化反硝化反应在线传感器 119

3.6　仪表的性能特征及其规范化 124

3.6.1　在线仪表的性能特征 124

3.6.2　在线仪表的标准化 129

3.7　检测仪表信号变换、接收和维护 130

3.7.1　检测信号的变换方法 131

3.7.2　信号的接收及其仪表设备 133

3.7.3　仪表设备的设置 134

3.7.4　仪表维护人员的要求 135

3.8　污水处理系统过程控制的执行器和控制器 137

3.8.1　执行器 137

3.8.2　控制仪器 140

3.8.3　系统显示和报表 143

参考文献 144

第4章　污水处理过程控制系统的设计和建立 146

4.1　污水处理系统的过程控制目标 146

4.1.1　污水处理系统总体控制目标 146

4.1.2　污水处理系统不同单元控制目标 148

4.1.3　污水处理厂运行目标 159

4.2　污水处理控制系统的建立 163

4.2.1　污水处理控制系统的建立 163

4.2.2　污水处理系统的自动控制水平 167

4.3　污水处理系统监视控制方式与项目的选择 168

4.3.1　监视控制方式 168

4.3.2　监视控制项目 172

4.4　污水处理系统监视控制仪表的选择 173

4.4.1　监视操作仪表 174

4.4.2　控制设备 177

4.5　污水处理厂的计算机控制系统 179

4.5.1　计算机控制系统的基本组成与特点 179

4.5.2　计算机控制系统的分类 182

4.5.3　计算机控制系统的规划与设置 186

4.5.4　计算机控制系统的设备选择 187

4.6　活性污泥法污水处理系统的过程控制与运行管理 188

4.6.1　活性污泥的培养驯化 188

4.6.2　活性污泥法系统的主要控制方法与控制参数 190

4.6.3　活性污泥法处理系统运行中的异常情况 193

4.6.4　二沉池的运行管理 203

参考文献 207

第5章　污水生物脱氮系统的过程控制和优化 211

5.1　污水生物脱氮原理及其影响因素 211

5.1.1　污水生物脱氮原理 211

5.1.2　硝化和反硝化反应的影响因素 213

5.2　A/O工艺的过程控制和优化 215

5.2.1　控制目标、参数和变量 218

5.2.2　影响因素分析 223

5.2.3　曝气量控制 231

5.2.4　污泥回流量和剩余污泥排放量的控制 239

5.2.5　内循环回流量的控制 246

5.2.6　外碳源投加量的控制 252

5.2.7　应用DO、ORP和pH在线传感器控制A/O工艺 259

5.3　SBR法的过程控制 266

5.3.1　实现SBR法过程控制的必要性和意义 267

5.3.2　以DO、pH和ORP作为SBR法的实时控制参数 269

5.3.3　SBR法计算机自动控制系统的研制 278

5.4　污水处理中N2O的产生及其减量控制 279

5.4.1 N2O逸出机理 279

5.4.2　污水生物处理过程中N2O的释放量 282

5.4.3　影响N2O释放量的主要因素 284

5.4.4　减排途径及其控制策略 288

5.5　实际生物脱氮污水处理厂的过程控制与运行优化 288

5.5.1 Marselisborg污水处理厂的运行优化 288

5.5.2 Galindo-Bilbao污水处理厂的过程控制 291

参考文献 295

第6章　污水生物除磷系统的过程控制和优化 303

6.1　强化生物除磷系统的生化反应机理 304

6.2　强化生物除磷系统的主要环境影响因素 306

6.2.1　温度 306

6.2.2　pH 307

6.2.3　进水组分和有机碳源种类 308

6.2.4　硝酸盐和DO 310

6.2.5　污泥龄 311

6.2.6　厌氧停留时间 311

6.3　生物除磷系统的过程控制方法 311

6.3.1　初沉污泥酸化——改善进水水质 312

6.3.2　降低二沉池出水悬浮物浓度 313

6.3.3　优化污泥的处理和处置——降低内部磷负荷 315

6.3.4　辅助化学除磷 317

6.3.5　强化反硝化除磷性能 318

6.3.6　GAO和PAO的竞争 327

6.3.7　运用控制策略 330

6.4　生物除磷系统的优化设计 332

6.5　A2/O工艺过程控制和优化 335

6.5.1 A2/O工艺的影响因素 337

6.5.2　A2/O工艺的过程控制原则 340

6.5.3　A2/O工艺的过程控制 342

6.5.4　强化A2/O工艺反硝化除磷性能 345

6.5.5　A2/O工艺的检测变量 351

6.6　A/O生物除磷工艺优化和控制 352

参考文献 356

第7章　污水厌氧生物处理系统的过程控制与优化 362

7.1　概述 362

7.1.1　厌氧生物处理技术的发展 362

7.1.2　厌氧生物处理的特点 364

7.2　厌氧生物处理的基本原理 367

7.3　厌氧微生物主要影响因子 371

7.3.1　影响产酸细菌的主要因素 372

7.3.2　影响产甲烷细菌的主要因素 374

7.3.3　影响硫酸盐还原菌的主要因素 377

7.3.4　厌氧生物处理过程微生物优势种群的演替 378

7.4　厌氧处理工艺的控制目标和主要检测变量 380

7.5　厌氧消化过程的pH控制 381

7.6　温度对厌氧生物处理系统的影响及其控制 387

7.6.1　温度对厌氧微生物宏观活性的影响 387

7.6.2　温度对厌氧反应过程中动力学参数的影响 389

7.6.3　厌氧生物处理系统反应温度的选择与控制 391

7.7　厌氧生物处理过程中的监测和控制 392

7.7.1　工艺控制条件 392

7.7.2　厌氧生物处理系统的监测与控制对策 393

7.7.3　厌氧系统的早期预警变量 394

7.8　污泥处理系统的运行控制 395

7.8.1　污泥浓缩池 395

7.8.2　污泥厌氧消化池 398

参考文献 404

第8章　污水处理系统数据加工及预警分析 406

8.1　数据分析和信息获取技术 406

8.2　数据筛选 414

8.3　数据检测和诊断分析 421

参考文献 429

第9章　污水处理系统的智能控制 431

9.1　污水处理系统的模糊控制 432

9.1.1　模糊控制系统的组成 433

9.1.2　模糊控制的基本原理 433

9.1.3　两段SBR系统的模糊控制 439

9.1.4　生物电极脱氮工艺在线模糊控制器 451

9.2　污水处理运行管理与过程控制专家系统 463

9.2.1　专家系统的结构 464

9.2.2　知识的表示和获取 467

9.2.3　污水处理系统专家控制 470

9.2.4　污水处理系统常用决策树 475

9.2.5　其他专家控制系统 486

9.3　神经网络在污水处理系统的应用 492

9.3.1　基本概念 492

9.3.2　神经网络的训练方法 496

9.3.3　神经网络在污水处理中的应用情况 500

9.3.4　神经网络在污水处理中的应用实例 504

参考文献 510

第10章　城市污水处理过程控制系统的发展趋势 513

10.1　城市水工业的发展趋势 513

10.2　污水处理系统的全厂控制 515

10.2.1　全厂计算机系统 515

10.2.2　全厂运行观点 516

10.2.3　全厂控制的目标 518

10.2.4　污水处理厂进水量的预测 520

10.2.5　污水处理厂溢流的控制 520

10.2.6　通过控制扩充污水处理厂的处理能力 521

10.3　应用过程控制实现污水处理系统微生物种群的优化 525

10.3.1　微生物种群优化的基本思想 525

10.3.2　污水厂的设计和运行对系统的影响 526

10.3.3　微生物种群优化类型 530

10.3.4　应用在线过程控制实现微生物种群优化的实例 531

10.3.5　微生物种群优化的研究与应用展望 537

参考文献 538