目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 我國(guó)水環(huán)境、水污染及城市污水處理現(xiàn)狀 1
1.1.1 我國(guó)水資源和水環(huán)境現(xiàn)狀 1
1.1.2 我國(guó)水污染狀況 2
1.1.3 我國(guó)城市污水處理現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題 4
1.1.4 污水排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格 6
1.1.5 污水處理系統(tǒng)具有的特性 7
1.1.6 加強(qiáng)污水處理系統(tǒng)過(guò)程控制的必要性和重要性 10
1.2 污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的優(yōu)勢(shì) 11
1.3 污水處理系統(tǒng)過(guò)程控制的應(yīng)用現(xiàn)狀 14
1.3.1 傳統(tǒng)控制在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用 14
1.3.2 最優(yōu)化控制在污水生物處理系統(tǒng)中的應(yīng)用 16
1.3.3 在線儀表在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用 18
1.4 本書(shū)內(nèi)容概覽 25
參考文獻(xiàn) 26
第2章 過(guò)程控制基本原理與技術(shù) 31
2.1 自動(dòng)控制基礎(chǔ) 31
2.1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 31
2.1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 32
2.1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式 32
2.1.4 污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能 33
2.2 常見(jiàn)的過(guò)程控制結(jié)構(gòu) 34
2.2.1 反饋控制 34
2.2.2 前饋控制 41
2.2.3 串級(jí)控制 45
2.3 污水處理系統(tǒng)ICA技術(shù) 49
2.3.1 ICA技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展及其限制因素 50
2.3.2 污水處理系統(tǒng)ICA技術(shù)的發(fā)展過(guò)程 52
2.3.3 ICA技術(shù)在歐洲的應(yīng)用現(xiàn)狀 56
2.3.4 ICA技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 60
2.4 污水處理系統(tǒng)數(shù)學(xué)模擬 61
2.4.1 活性污泥數(shù)學(xué)模型的發(fā)展概述 61
2.4.2 數(shù)學(xué)模型的主要應(yīng)用方向 64
2.4.3 數(shù)學(xué)模擬工具 65
2.5 污水處理系統(tǒng)Benchmark技術(shù) 68
2.5.1 BSM1模擬平臺(tái) 69
2.5.2 BSM其他模擬平臺(tái) 72
參考文獻(xiàn) 73
第3章 污水處理系統(tǒng)的儀表與控制器 76
3.1 概述 76
3.2 污水處理廠的檢測(cè)項(xiàng)目 78
3.2.1 常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目 78
3.2.2 檢測(cè)的取樣 79
3.3 檢測(cè)儀表與方法的選擇 82
3.3.1 儀表的安裝位置與檢測(cè)對(duì)象 82
3.3.2 檢測(cè)儀表的選擇 88
3.4 污水處理廠常用檢測(cè)儀表 91
3.4.1 流量的檢測(cè)方法與設(shè)備 91
3.4.2 液位儀表 99
3.4.3 壓力檢測(cè)儀表 101
3.4.4 溫度計(jì) 103
3.4.5 污泥濃度的檢測(cè)方法與儀表 104
3.4.6 污泥界面的檢測(cè)方法與儀表 106
3.4.7 有機(jī)物的檢測(cè)方法與儀表 106
3.4.8 在線檢測(cè)傳感器 109
3.5 新型檢測(cè)儀表 113
3.5.1 呼吸儀 113
3.5.2 營(yíng)養(yǎng)物在線傳感器 114
3.5.3 硝化反硝化反應(yīng)在線傳感器 119
3.6 儀表的性能特征及其規(guī)范化 124
3.6.1 在線儀表的性能特征 124
3.6.2 在線儀表的標(biāo)準(zhǔn)化 129
3.7 檢測(cè)儀表信號(hào)變換、接收和維護(hù) 130
3.7.1 檢測(cè)信號(hào)的變換方法 131
3.7.2 信號(hào)的接收及其儀表設(shè)備 133
3.7.3 儀表設(shè)備的設(shè)置 134
3.7.4 儀表維護(hù)人員的要求 135
3.8 污水處理系統(tǒng)過(guò)程控制的執(zhí)行器和控制器 137
3.8.1 執(zhí)行器 137
3.8.2 控制儀器 140
3.8.3 系統(tǒng)顯示和報(bào)表 143
參考文獻(xiàn) 144
第4章 污水處理過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建立 146
4.1 污水處理系統(tǒng)的過(guò)程控制目標(biāo) 146
4.1.1 污水處理系統(tǒng)總體控制目標(biāo) 146
4.1.2 污水處理系統(tǒng)不同單元控制目標(biāo) 148
4.1.3 污水處理廠運(yùn)行目標(biāo) 159
4.2 污水處理控制系統(tǒng)的建立 163
4.2.1 污水處理控制系統(tǒng)的建立 163
4.2.2 污水處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制水平 167
4.3 污水處理系統(tǒng)監(jiān)視控制方式與項(xiàng)目的選擇 168
4.3.1 監(jiān)視控制方式 168
4.3.2 監(jiān)視控制項(xiàng)目 172
4.4 污水處理系統(tǒng)監(jiān)視控制儀表的選擇 173
4.4.1 監(jiān)視操作儀表 174
4.4.2 控制設(shè)備 177
4.5 污水處理廠的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 179
4.5.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成與特點(diǎn) 179
4.5.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 182
4.5.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)置 186
4.5.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)備選擇 187
4.6 活性污泥法污水處理系統(tǒng)的過(guò)程控制與運(yùn)行管理 188
4.6.1 活性污泥的培養(yǎng)馴化 188
4.6.2 活性污泥法系統(tǒng)的主要控制方法與控制參數(shù) 190
4.6.3 活性污泥法處理系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況 193
4.6.4 二沉池的運(yùn)行管理 203
參考文獻(xiàn) 207
第5章 污水生物脫氮系統(tǒng)的過(guò)程控制和優(yōu)化 211
5.1 污水生物脫氮原理及其影響因素 211
5.1.1 污水生物脫氮原理 211
5.1.2 硝化和反硝化反應(yīng)的影響因素 213
5.2 A/O工藝的過(guò)程控制和優(yōu)化 215
5.2.1 控制目標(biāo)、參數(shù)和變量 218
5.2.2 影響因素分析 223
5.2.3 曝氣量控制 231
5.2.4 污泥回流量和剩余污泥排放量的控制 239
5.2.5 內(nèi)循環(huán)回流量的控制 246
5.2.6 外碳源投加量的控制 252
5.2.7 應(yīng)用DO、ORP和pH在線傳感器控制A/O工藝 259
5.3 SBR法的過(guò)程控制 266
5.3.1 實(shí)現(xiàn)SBR法過(guò)程控制的必要性和意義 267
5.3.2 以DO、pH和ORP作為SBR法的實(shí)時(shí)控制參數(shù) 269
5.3.3 SBR法計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制 278
5.4 污水處理中N2O的產(chǎn)生及其減量控制 279
5.4.1 N2O逸出機(jī)理 279
5.4.2 污水生物處理過(guò)程中N2O的釋放量 282
5.4.3 影響N2O釋放量的主要因素 284
5.4.4 減排途徑及其控制策略 288
5.5 實(shí)際生物脫氮污水處理廠約過(guò)程控制與運(yùn)行優(yōu)化 288
5.5.1 Marselisborg污水處理廠的運(yùn)行優(yōu)化 288
5.5.2 Calindo-Bilbao污水處理廠的過(guò)程控制 291
參考文獻(xiàn) 295
第6章 污水生物除磷系統(tǒng)的過(guò)程控制和優(yōu)化 303
6.1 強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)的生化反應(yīng)機(jī)理 304
6.2 強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)的主要環(huán)境影響因素 306
6.2.1 溫度 306
6.2.2 pH 307
6.2.3 進(jìn)水組分和有機(jī)碳源種類 308
6.2.4 硝酸鹽和DO 310
6.2.5 污泥齡 311
6.2.6 厭氧停留時(shí)間 311
6.3 生物除磷系統(tǒng)的過(guò)程控制方法 311
6.3.1 初沉污泥酸化——改善進(jìn)水水質(zhì) 312
6.3.2 降低二沉池出水懸浮物濃度 313
6.3.3 優(yōu)化污泥的處理和處置——降低內(nèi)部磷負(fù)荷 315
6.3.4 輔助化學(xué)除磷 317
6.3.5 強(qiáng)化反硝化除磷性能 318
6.3.6 GAO和PAO的競(jìng)爭(zhēng) 327
6.3.7 運(yùn)用控制策略 330
6.4 生物除磷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 332
6.5 A2/O工藝過(guò)程控制和優(yōu)化 335
6.5.1 A2/O工藝的影響因素 337
6.5.2 A2/O工藝的過(guò)程控制原則 340
6.5.3 A2/O工藝的過(guò)程控制 342
6.5.4 強(qiáng)化A2/O工藝反硝化除磷性能 345
6.5.5 A2/O工藝的檢測(cè)變量 351
6.6 A/O生物除磷工藝優(yōu)化和控制 352
參考文獻(xiàn) 356
第7章 污水厭氧生物處理系統(tǒng)的過(guò)程控制與優(yōu)化 362
7.1 概述 362
7.1.1 厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展 362
7.1.2 厭氧生物處理的特點(diǎn) 364
7.2 厭氧生物處理的基本原理 367
7.3 厭氧微生物主要影響因子 371
7.3.1 影響產(chǎn)酸細(xì)菌的主要因素 372
7.3.2 影響產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要因素 374
7.3.3 影響硫酸鹽還原菌的主要因素 377
7.3.4 厭氧生物處理過(guò)程微生物優(yōu)勢(shì)種群的演替 378
7.4 厭氧處理工藝的控制目標(biāo)和主要檢測(cè)變量 380
7.5 厭氧消化過(guò)程的pH控制 381
7.6 溫度對(duì)厭氧生物處理系統(tǒng)的影響及其控制 387
7.6.1 溫度對(duì)厭氧微生物宏觀活性的影響 387
7.6.2 溫度對(duì)厭氧反應(yīng)過(guò)程中動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響 389
7.6.3 厭氧生物處理系統(tǒng)反應(yīng)溫度的選擇與控制 391
7.7 厭氧生物處理過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和控制 392
7.7.1 工藝控制條件 392
7.7.2 厭氧生物處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制對(duì)策 393
7.7.3 厭氧系統(tǒng)的早期預(yù)警變量 394
7.8 污泥處理系統(tǒng)的運(yùn)行控制 395
7.8.1 污泥濃縮池 395
7.8.2 污泥厭氧消化池 398
參考文獻(xiàn) 404
第8章 污水處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)加工及預(yù)警分析 406
8.1 數(shù)據(jù)分析和信息獲取技術(shù) 406
8.2 數(shù)據(jù)篩選 414
8.3 數(shù)據(jù)檢測(cè)和診斷分析 421
參考文獻(xiàn) 429
第9章 污水處理系統(tǒng)的智能控制 431
9.1 污水處理系統(tǒng)的模糊控制 432
9.1.1 模糊控制系統(tǒng)的組成 433
9.1.2 模糊控制的基本原理 433
9.1.3 兩段SBR系統(tǒng)的模糊控制 439
9.1.4 生物電極脫氮工藝在線模糊控制器 451
9.2 污水處理運(yùn)行管理與過(guò)程控制專家系統(tǒng) 463
9.2.1 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 464
9.2.2 知識(shí)的表示和獲取 467
9.2.3 污水處理系統(tǒng)專家控制 470
9.2.4 污水處理系統(tǒng)常用決策樹(shù) 475
9.2.5 其他專家控制系統(tǒng) 486
9.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在污水處理系統(tǒng)的應(yīng)用 492
9.3.1 基本概念 492
9.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練方法 496
9.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在污水處理中的應(yīng)用情況 500
9.3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在污水處理中的應(yīng)用實(shí)例 504
參考文獻(xiàn) 510
第10章 城市污水處理過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 513
10.1 城市水工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 513
10.2 污水處理系統(tǒng)的全廠控制 515
10.2.1 全廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 515
10.2.2 全廠運(yùn)行觀點(diǎn) 516
10.2.3 全廠控制的目標(biāo) 518
10.2.4 污水處理廠進(jìn)水量的預(yù)測(cè) 520
10.2.5 污水處理廠溢流的控制 520
10.2.6 通過(guò)控制擴(kuò)充污水處理廠的處理能力 521
10.3 應(yīng)用過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)微生物種群的優(yōu)化 525
10.3.1 微生物種群優(yōu)化的基本思想 525
10.3.2 污水廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的影響 526
10.3.3 微生物種群優(yōu)化類型 530
10.3.4 應(yīng)用在線過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)微生物種群優(yōu)化的實(shí)例 531
10.3.5 微生物種群優(yōu)化的研究與應(yīng)用展望 537
參考文獻(xiàn) 538