第1篇 水质监测仪器及水处理工程用仪器设备第1章 检测技术基本知识 1
1.1 水处理过程中的监测仪器 1
1.2 检测仪器性能与技术指标 2
1.3 检测仪器的分类 4
1.4 检测仪表的组成 5
1.5 常用检测仪器的原理 6
1.5.1 电磁法 6
1.5.2 光学法 9
1.5.3 微波法 16
1.5.4 超声法 17
第2章 在线式水质监测仪器 19
2.1 引言 19
2.1.1 概述 19
2.1.2 在线水质分析仪器的发展 20
2.1.3 在线水质分析仪器在水处理工业中的应用 20
2.2 在线式水质常规参数检测仪 21
2.2.1 pH检测仪 21
2.2.2 ORP检测仪 42
2.2.3 电导率检测仪 46
2.2.4 在线式溶解氧检测仪 53
2.2.5 浊度／悬浮物浓度检测仪 64
2.2.6 多参数水质分析仪 86
2.3 在线式水质分析仪 91
2.3.1 化学需氧量在线分析仪 91
2.3.2 生化需氧量在线分析仪 105
2.3.3 总有机碳在线分析仪 110
2.3.4 氨氮在线分析仪 117
2.3.5 硝酸盐氮／亚硝酸盐氮在线分析仪 131
2.3.6 总氮在线分析仪 133
2.3.7 总磷在线分析仪 137
2.3.8 磷酸盐在线分析仪 141
2.3.9 钠离子在线分析仪 147
2.3.10 在线硅分析仪 151
2.3.11 六价铬在线分析仪 154
2.3.12 离子在线分析仪 158
2.3.13 余氯／总氯在线分析仪和二氧化氯在线分析仪 168
2.3.14 联氨在线分析仪 180
2.3.15 碱度在线分析仪 183
2.3.16 电极法臭氧在线分析仪 190
2.3.17 硬度在线分析仪 193
2.3.18 水中油在线分析仪 201
2.3.19 水质自动采样器 207
2.4 水质自动监测站 210
2.4.1 水质自动监测站的组成 210
2.4.2 水质自动监测站建设的技术要求 212
2.4.3 方案设计 213
2.4.4 数据采集-处理-控制-显示-通讯系统 218
第3章 水处理工程专用仪器和设备 220
3.1 水处理工程专用仪器 220
3.1.1 液位（水位）测量仪表 220
3.1.2 流速／流量测量仪表 224
3.1.3 流动电流检测器 242
3.1.4 污泥界面仪 244
3.1.5 污染指数SDI测试仪 248
3.1.6 荧光示踪剂浓度监测仪 250
3.1.7 沉降速度-上清液浊度检测器 251
3.2 执行机构 252
3.2.1 计量泵 252
3.2.2 蠕动泵 257
第2篇 自动控制系统及其在水处理典型工艺中的应用第4章 自动控制系统基本知识 259
4.1 概述 259
4.2 基本知识 260
4.2.1 自动控制系统的组成 260
4.2.2 反馈控制系统的分类 263
4.2.3 反馈控制系统性能评价 264
4.2.4 微分方程 264
4.2.5 传递函数 264
4.2.6 频率特性 265
4.2.7 单位阶跃响应 269
4.3 稳定性 270
4.3.1 定义 270
4.3.2 判定方法 270
4.3.3 稳定性判据 271
4.3. 4 稳定余量 273
4.3.5 稳态偏差 274
4.4 动态品质分析 276
4.4.1 品质指标 276
4.4.2 分析方法 277
4.5 系统的校正 280
4.5.1 串联校正 280
4.5.2 局部反馈校正 282
第5章 自动控制系统 284
5.1 概述 284
5.2 自动控制系统的分类 285
5.3 自动控制系统的品质评价 286
5.3.1 静态特性与动态特性 286
5.3.2 自动控制系统的过渡过程和品质指标 288
5.4 控制对象的数学模型 290
5.4.1 静态（或稳态）数学模型 290
5.4.2 动态数学模型 291
5.4.3 软测量技术及软测量模型 296
5.5 控制器的控制规律 300
5.5.1 开关式控制 300
5.5.2 比例（P）控制 300
5.5.3 积分（I）作用和比例＋称分（PI）控制 302
5.5.4 微分（D）作用和比例＋徽分（PD）控制 302
5.5.5 比例＋积分＋微分（PID）控制 304
5.5.6 离散比例积分微分控制 304
5.6 控制器参数的经验整定 305
5.6.1 PID控制系统动态品质评价 305
5.6.2 PID控制器参数整定 305
5.7 PID性能改善 307
5.7.1 概述 307
5.7.2 自整定或自调谐 308
5.8 常规控制系统 309
5.8.1 简单控制系统 309
5.8.2 复杂控制系统 310
5.9 先进控制 320
5.9.1 概述 320
5.9.2 预测控制 321
5.9.3 推断控制 323
5.9.4 双重控制 325
5.9.5 解耦控制 326
5.9.6 自适应控制 328
5.9.7 滞后补偿控制 330
5.9.8 智能控制 332
5.10 其他类型控制模式 335
5.10.1 无模型自适应控制技术 335
5.10.2 通用模型控制 341
5.10.3 内模控制 341
5.10.4 模型差动极值调节系统 343
第6章 水处理单元操作自动化 347
6.1 概述 347
6.2 pH控制 351
6.2.1 概述 351
6.2.2 工业废水中和处理过程pH模糊控制 352
6.2.3 污水处理中和反应过程pH控制 353
6.2.4 湿法烟气脱硫装置中的pH控制 353
6.2.5 阴阳床再生污水pH控制 356
6.2.6 乙烯装置急冷水pH先进控制 357
6.2.7 油田污水处理pH模糊控制 358
6.2.8 酸性工业废水中和处理pH控制 360
6.2.9 工业废水电絮凝一体化装置pH控制 362
6.3 ORP控制 364
6.3.1 ORP控制SBR曝气风量 364
6.3.2 泳池水处理自动加药 364
6.3.3 含氰、铬电镀废水处理ORP控制 365
6.4 电导率（电阻率）控制 365
6.4.1 循环冷却水水质监测与浓缩倍数自动保持系统 365
6.4.2 锅炉供水化学净化过程极值控制 366
6.5 混凝投药控制技术及应用 368
6.5.1 现有技术 368
6.5.2 定量分析絮体形状及混凝剂加注量自动调节 370
6.5.3 沉降速度-澄清液浊度检测器与絮凝剂优化投加系统 372
6.5.4 絮凝剂投加量最佳控制 373
6.6 溶解氧自动控制系统 375
6.6.1 锅炉供水除氧剂自动投加与溶解氧控制系统 375
6.6.2 曝气过程溶解氧自动控制系统 375
6.7 循环冷却水自动加药系统 382
6.7.1 概述 382
6.7.2 空调循环冷却水系统平衡计算 382
6.7.3 循环冷却水质测控技术要求 383
6.7.4 循环冷却水系统现行水质测控方案比较 384
6.7.5 中央空调循环冷却水水质测控成套设备 384
6.7.6 工业循环冷却水水质测控系统 386
6.8 次氯酸钠／二氧化氯自动加药及余氯控制 386
6.8.1 次氯酸钠消毒 387
6.8.2 二氧化氯消毒 387
6.8.3 常用加药方式 388
6.8.4 自动加药应用实例 388
6.9 锅炉炉水协调磷酸盐-pH值控制 392
6.9.1 工艺要求 392
6.9.2 数学模型 392
6.9.3 投加药剂原则 393
6.9.4 自动加药方案 393
6.10 多参数控制及先进控制 394
6.10.1 废水处理工艺过程神经网络智能控制 394
6.10.2 生物电极脱氮工艺模糊控制 396
6.10.3 用化学法强化生物除磷的优化控制 398
6.10.4 氨氮与硝酸盐氮控制 400
6.10.5 由磷酸盐和总磷分析仪构成的优化控制系统 405
6.10.6 污泥龄自动控制系统 405
6.10.7 污泥回流控制 407
6.10.8 分段曝气溶解氧控制 408
6.10.9 碳源投加控制 408
6.11 反渗透装置控制 409
6.11.1 概述 409
6.11.2 反渗透电控系统技术要求 410
6.12 PLC、DCS、FCS、SCADA、WSN 411
6.12.1 PLC、DCS、FCS 411
6.12.2 SCADA 413
6.12.3 现场总线在污水处理厂控制系统中的应用 418
6.12.4 无线传感器网络的现状与趋势 419
第3篇 工程应用 423
第7章 污水处理工艺过程优化控制系统 423
7.1 污水处理过程建模 423
7.1.1 基于机理模型的出水水质指标 423
7.1.2 基于软测量模型的出水水质指标 429
7.1.3 入水水量及水质预测模型 432
7.2 污水处理过程优化控制 433
7.2.1 入水流量优化控制 433
7.2.2 溶解氧浓度优化控制 434
7.2.3 溶解氧仿人智能控制应用 437
7.2.4 污泥浓度回路控制 438
7.3 污水处理过程异常工况诊断 439
7.3.1 污泥膨胀预测 439
7.3.2 工业毒水诊断 441
第8章 水工业仪表自动化技术发展趋势 443
8.1 污水处理厂综合自动化系统 443
8.1.1 城市污水处理厂存在的问题 443
8.1.2 综合自动化系统的体系结构 444
8.1.3 综合自动化系统功能描述 444
8.2 无线技术在污水处理行业的应用 447
8.2.1 污水处理厂有线通讯方式存在的问题 447
8.2.2 无线技术在污水处理厂的应用 448
8.2.3 无线技术在城市污水处理系统的应用 451
8.3 污水处理过程故障诊断 452
8.3.1 故障诊断技术应用的必要性 452
8.3.2 故障诊断技术简介 453
8.3.3 污水处理工艺流程故障诊断方法 454
8.3.4 故障诊断专家系统 455
8.4 智能仪表在污水处理厂的应用 457
8.4.1 智能仪表的特点 458
8.4.2 智能仪表的结构 458
8.4.3 智能仪表的发展趋势 459
8.4.4 智能仪表在污水处理厂的使用 459
附录 部分在线式水质监测仪器 461
参考文献 504