第一章 仿真 1
第一节 过程建模 2
一、模型分类 2
二、简单系统建模 2
例1-1 液槽储水量模型 3
例1-2 带溢流堰液槽液位模型 4
例1-3 调节池水质模型 4
例1-4 曝气池溶解氧浓度模型 5
例1-5 污泥耗氧速率模型 6
例1-6 污泥生长及氨氮消耗模型 6
例1-7 异养菌好氧生长与有机碳消耗模型 7
三、复杂系统建模 10
例1-8 活性污泥反应池数学模型 11
例1-9 厌氧消化过程数学模型 29
例1-10 二沉池一维浓度分布模型 40
例1-11 沉淀池二维流场模型 44
第二节 计算方法 56
一、四阶龙格-库塔法 57
例1-12 利用四阶龙格-库塔法计算连续反应物质浓度变化 59
二、有限差分法 59
例1-13 矩形二沉池流体流速及固体浓度稳态分布 71
三、MATLAB/Simulink应用 75
例1-14 利用Simulink编制基于ASM1活性污泥过程数学模型 75
例1-15 利用Simulink编制倒置AAO流程基于ASM2D的仿真程序 84
四、FLUENT应用 93
例1-16 平流式二沉池流态分析 94
第三节 模型校正 108
一、数据校核 109
例1-17 利用OUR法测定污水易降解有机碳浓度 109
例1-18 利用守恒计算校核数据 110
二、参数校正 112
例1-19 倒置AAO流程模型参数灵敏度分析 115
三、规范化校正 120
例1-20 BioMath校正流程 120
第四节 模型应用 121
例1-21 UniTank工艺流程专用仿真平台 122
例1-22 A/O流程自动控制通用仿真平台 126
第二章 过程控制 137
第一节 基本概念 138
一、系统组成 138
二、基本要求 139
例2-1 溶解氧浓度控制器正反作用的选择 140
第二节 PID控制规律 141
一、比例控制 141
二、积分控制 143
三、微分控制 145
四、离散PID控制 147
例2-2 溶解氧浓度PI控制 149
第三节 自动化仪表 152
一、控制器 152
二、执行器 155
三、检测变送器 161
四、设计符号 176
例2-3 初沉池和污泥泵的过程控制 180
例2-4 流量分配的过程控制 182
例2-5 深冷制氧的过程控制 184
例2-6 废弃污泥的过程控制 184
例2-7 药剂投放的过程控制 186
第四节 可编程逻辑控制器（PLC） 188
一、PLC的基本概念 188
二、开关量控制 193
例2-8 曝气池单元的PLC控制 193
例2-9 进水泵房单元的PLC控制 194
三、模拟量控制 197
例2-10 环境温度PLC控制 209
四、编程方法 211
例2-11 SBR程序PLC控制 214
第三章 动态分析 228
第一节 输入-输出模型 228
一、输入-输出模型的建立 228
例3-1 搅拌槽加热器输入-输出模型 229
例3-2 混合过程的输入-输出模型 230
二、非线性系统的线性化 233
例3-3 污水储槽液位模型线性化 234
例3-4 连续搅拌反应釜模型线性化 236
第二节 状态方程模型 237
例3-5 串联水槽的状态方程模型 238
例3-6 活性污泥法曝气池状态方程 241
第三节 传递函数 243
一、拉普拉斯变换 243
二、传递函数 246
例3-7 连续搅拌反应釜的传递矩阵及其零点和极点 247
例3-8 串联水槽的传递函数 249
三、拉普拉斯反变换 249
四、数学模型间的转换 252
例3-9 在MATLAB环境下实现模型之间的转换 253
第四节 过程动态分析 257
一、定性分析 257
二、定量分析 259
例3-10 储槽液位模型分析 260
例3-11 两个串联相互无影响的质量容量 264
例3-12 两个串联相互有影响的质量容量 265
第五节 反馈控制过程动态响应 267
一、闭环动态响应 267
例3-13 求储槽加热器温度反馈控制系统的闭环响应 268
二、比例控制对过程动态的作用 270
三、积分控制对过程动态的作用 272
四、微分控制对过程动态的作用 273
第四章 复杂控制 274
第一节 串级控制 274
一、结构与原理 274
二、串级控制系统的设计与应用 276
例4-1 污水温度串级控制 277
例4-2 物料浸取过程温度串级控制 278
例4-3 石灰石浆液密度串级控制 278
例4-4 精馏塔温度串级控制 279
例4-5 溶解氧DO浓度和鼓风机风量串级控制 280
例4-6 废水焚烧炉温度串级控制 281
第二节 比值控制 283
一、结构与原理 283
例4-7 氨氧化过程变比值控制 286
二、比值控制系统的设计与应用 287
例4-8 自来水消毒装置的水氯比值控制 287
例4-9 硫黄回收装置的燃料气／酸性气／空气比值控制 288
第三节 均匀控制 290
一、结构与原理 290
二、均匀控制系统的设计与应用 293
例4-10 串联曝气池液位-流量串级均匀控制 294
第四节 分程控制 297
一、结构与原理 297
二、分程控制系统的设计与应用 299
例4-11 蒸汽减压分程控制 299
例4-12 工业废水pH分程控制 302
例4-13 洁净室温湿度分程控制 302
第五节 选择性控制 304
一、结构与原理 304
例4-14 两个反应器负荷平衡选择性控制系统 305
例4-15 有机溶剂回收选择性控制系统 307
例4-16 蒸汽锅炉的燃烧控制 308
二、选择性控制系统的设计与应用 309
例4-17 锅炉压力保护选择性控制 309
例4-18 产量自动调整选择性控制 310
例4-19 节水系统选择性控制 311
例4-20 焚烧炉双交叉燃烧控制 312
第六节 前馈控制 313
一、结构与原理 314
二、前馈控制系统的设计与应用 317
例4-21 锅炉汽包液位前馈控制 317
例4-22 蒸发过程前馈-反馈控制 318
例4-23 连续消毒塔温度前馈-反馈控制 318
例4-24 原油废水处理装置废水浓度前馈-串级反馈控制 320
例4-25 前置反硝化的碳源投加前馈-反馈控制 321
第七节 非线性控制 324
一、结构与原理 325
二、非线性控制系统的设计与应用 326
例4-26 pH的非线性控制 326
例4-27 澄清池、清水池液位非线性控制 327
第五章 人工智能 329
第一节 神经网络 329
一、基本概念 330
二、训练方法 334
例5-1 活性污泥处理过程曝气池曝气量控制神经网络分类模型 339
例5-2 活性污泥过程动态过程神经网络拟合模型 340
例5-3 废纸造纸废水处理过程神经网络建模 343
例5-4 污水处理过程的递阶神经网络建模 346
三、神经网络控制 350
例5-5 一体化氧化沟溶解氧浓度神经网络自适应控制 353
四、MATLAB神经网络工具箱应用 354
例5-6 简化ASM1的神经网络模拟 355
例5-7 液槽混合浓度神经网络模型预测控制 360
第二节 模糊控制 366
一、模糊集合理论 367
二、模糊控制设计方法 381
例5-8 污泥脱水模糊控制系统设计 385
例5-9 曝气池曝气流量模糊控制 389
三、MATLAB模糊控制工具箱应用 392
例5-10 污泥回流模糊控制设计 392
第三节 专家系统 397
一、基本概念 397
二、知识库构建 400
例5-11 活性污泥过程故障诊断专家系统知识库 403
三、专家系统编制 406
例5-12 利用MS Visual Basic 5.0和Access 2000编制专家系统软件 406
四、专家系统控制 412
例5-13 污水处理过程pH专家控制系统 417
主要参考文献 426