目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 我國水環(huán)境、水污染及城市污水處理現(xiàn)狀 1
1.1.1 我國水資源和水環(huán)境現(xiàn)狀 1
1.1.2 我國水污染狀況 2
1.1.3 我國城市污水處理現(xiàn)狀及面臨的問題 4
1.1.4 污水排放標準日趨嚴格 6
1.1.5 污水處理系統(tǒng)具有的特性 7
1.1.6 加強污水處理系統(tǒng)過程控制的必要性和重要性 10
1.2 污水處理系統(tǒng)實現(xiàn)過程控制的優(yōu)勢 11
1.3 污水處理系統(tǒng)過程控制的應用現(xiàn)狀 14
1.3.1 傳統(tǒng)控制在污水處理系統(tǒng)中的應用 14
1.3.2 最優(yōu)化控制在污水生物處理系統(tǒng)中的應用 16
1.3.3 在線儀表在污水處理系統(tǒng)中的應用 18
1.4 本書內(nèi)容概覽 25
參考文獻 26
第2章 過程控制基本原理與技術 31
2.1 自動控制基礎 31
2.1.1 自動控制系統(tǒng)的組成 31
2.1.2 自動控制系統(tǒng)的分類 32
2.1.3 自動控制系統(tǒng)的基本控制方式 32
2.1.4 污水處理自動控制系統(tǒng)的特點和功能 33
2.2 常見的過程控制結構 34
2.2.1 反饋控制 34
2.2.2 前饋控制 41
2.2.3 串級控制 45
2.3 污水處理系統(tǒng)ICA技術 49
2.3.1 ICA技術現(xiàn)狀、發(fā)展及其限制因素 50
2.3.2 污水處理系統(tǒng)ICA技術的發(fā)展過程 52
2.3.3 ICA技術在歐洲的應用現(xiàn)狀 56
2.3.4 ICA技術的發(fā)展趨勢 60
2.4 污水處理系統(tǒng)數(shù)學模擬 61
2.4.1 活性污泥數(shù)學模型的發(fā)展概述 61
2.4.2 數(shù)學模型的主要應用方向 64
2.4.3 數(shù)學模擬工具 65
2.5 污水處理系統(tǒng)Benchmark技術 68
2.5.1 BSM1模擬平臺 69
2.5.2 BSM其他模擬平臺 72
參考文獻 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 污水處理廠的檢測項目 78
3.2.1 常規(guī)檢測項目 78
3.2.2 檢測的取樣 79
3.3 檢測儀表與方法的選擇 82
3.3.1 儀表的安裝位置與檢測對象 82
3.3.2 檢測儀表的選擇 88
3.4 污水處理廠常用檢測儀表 91
3.4.1 流量的檢測方法與設備 91
3.4.2 液位儀表 99
3.4.3 壓力檢測儀表 101
3.4.4 溫度計 103
3.4.5 污泥濃度的檢測方法與儀表 104
3.4.6 污泥界面的檢測方法與儀表 106
3.4.7 有機物的檢測方法與儀表 106
3.4.8 在線檢測傳感器 109
3.5 新型檢測儀表 113
3.5.1 呼吸儀 113
3.5.2 營養(yǎng)物在線傳感器 114
3.5.3 硝化反硝化反應在線傳感器 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 在線儀表的標準化 129
3.7 檢測儀表信號變換、接收和維護 130
3.7.1 檢測信號的變換方法 131
3.7.2 信號的接收及其儀表設備 133
3.7.3 儀表設備的設置 134
3.7.4 儀表維護人員的要求 135
3.8 污水處理系統(tǒng)過程控制的執(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)顯示和報表 143
參考文獻 144
第4章 污水處理過程控制系統(tǒng)的設計和建立 146
4.1 污水處理系統(tǒng)的過程控制目標 146
4.1.1 污水處理系統(tǒng)總體控制目標 146
4.1.2 污水處理系統(tǒng)不同單元控制目標 148
4.1.3 污水處理廠運行目標 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)的自動控制水平 167
4.3 污水處理系統(tǒng)監(jiān)視控制方式與項目的選擇 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 控制設備 177
4.5 污水處理廠的計算機控制系統(tǒng) 179
4.5.1 計算機控制系統(tǒng)的基本組成與特點 179
4.5.2 計算機控制系統(tǒng)的分類 182
4.5.3 計算機控制系統(tǒng)的規(guī)劃與設置 186
4.5.4 計算機控制系統(tǒng)的設備選擇 187
4.6 活性污泥法污水處理系統(tǒng)的過程控制與運行管理 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)運行中的異常情況 193
4.6.4 二沉池的運行管理 203
參考文獻 207
第5章 污水生物脫氮系統(tǒng)的過程控制和優(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 硝化和反硝化反應的影響因素 213
5.2 A/O工藝的過程控制和優(yōu)化 215
5.2.1 控制目標、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 應用DO、ORP和pH在線傳感器控制A/O工藝 259
5.3 SBR法的過程控制 266
5.3.1 實現(xiàn)SBR法過程控制的必要性和意義 267
5.3.2 以DO、pH和ORP作為SBR法的實時控制參數(shù) 269
5.3.3 SBR法計算機自動控制系統(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逸出機理 279
5.4.2 污水生物處理過程中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 實際生物脫氮污水處理廠約過程控制與運行優(yōu)化 288
5.5.1 Marselisborg污水處理廠的運行優(yōu)化 288
5.5.2 Calindo-Bilbao污水處理廠的過程控制 291
參考文獻 295
第6章 污水生物除磷系統(tǒng)的過程控制和優(yōu)化 303
6.1 強化生物除磷系統(tǒng)的生化反應機理 304
6.2 強化生物除磷系統(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 進水組分和有機碳源種類 308
6.2.4 硝酸鹽和DO 310
6.2.5 污泥齡 311
6.2.6 厭氧停留時間 311
6.3 生物除磷系統(tǒng)的過程控制方法 311
6.3.1 初沉污泥酸化——改善進水水質(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)部磷負荷 315
6.3.4 輔助化學除磷 317
6.3.5 強化反硝化除磷性能 318
6.3.6 GAO和PAO的競爭 327
6.3.7 運用控制策略 330
6.4 生物除磷系統(tǒng)的優(yōu)化設計 332
6.5 A2/O工藝過程控制和優(yōu)化 335
6.5.1 A2/O工藝的影響因素 337
6.5.2 A2/O工藝的過程控制原則 340
6.5.3 A2/O工藝的過程控制 342
6.5.4 強化A2/O工藝反硝化除磷性能 345
6.5.5 A2/O工藝的檢測變量 351
6.6 A/O生物除磷工藝優(yōu)化和控制 352
參考文獻 356
第7章 污水厭氧生物處理系統(tǒng)的過程控制與優(yōu)化 362
7.1 概述 362
7.1.1 厭氧生物處理技術的發(fā)展 362
7.1.2 厭氧生物處理的特點 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)酸細菌的主要因素 372
7.3.2 影響產(chǎn)甲烷細菌的主要因素 374
7.3.3 影響硫酸鹽還原菌的主要因素 377
7.3.4 厭氧生物處理過程微生物優(yōu)勢種群的演替 378
7.4 厭氧處理工藝的控制目標和主要檢測變量 380
7.5 厭氧消化過程的pH控制 381
7.6 溫度對厭氧生物處理系統(tǒng)的影響及其控制 387
7.6.1 溫度對厭氧微生物宏觀活性的影響 387
7.6.2 溫度對厭氧反應過程中動力學參數(shù)的影響 389
7.6.3 厭氧生物處理系統(tǒng)反應溫度的選擇與控制 391
7.7 厭氧生物處理過程中的監(jiān)測和控制 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)測與控制對策 393
7.7.3 厭氧系統(tǒng)的早期預警變量 394
7.8 污泥處理系統(tǒng)的運行控制 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 404
第8章 污水處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)加工及預警分析 406
8.1 數(shù)據(jù)分析和信息獲取技術 406
8.2 數(shù)據(jù)篩選 414
8.3 數(shù)據(jù)檢測和診斷分析 421
參考文獻 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 污水處理運行管理與過程控制專家系統(tǒng) 463
9.2.1 專家系統(tǒng)的結構 464
9.2.2 知識的表示和獲取 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 475
9.2.5 其他專家控制系統(tǒng) 486
9.3 神經(jīng)網(wǎng)絡在污水處理系統(tǒng)的應用 492
9.3.1 基本概念 492
9.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練方法 496
9.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡在污水處理中的應用情況 500
9.3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡在污水處理中的應用實例 504
參考文獻 510
第10章 城市污水處理過程控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 513
10.1 城市水工業(yè)的發(fā)展趨勢 513
10.2 污水處理系統(tǒng)的全廠控制 515
10.2.1 全廠計算機系統(tǒng) 515
10.2.2 全廠運行觀點 516
10.2.3 全廠控制的目標 518
10.2.4 污水處理廠進水量的預測 520
10.2.5 污水處理廠溢流的控制 520
10.2.6 通過控制擴充污水處理廠的處理能力 521
10.3 應用過程控制實現(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 污水廠的設計和運行對系統(tǒng)的影響 526
10.3.3 微生物種群優(yōu)化類型 530
10.3.4 應用在線過程控制實現(xiàn)微生物種群優(yōu)化的實例 531
10.3.5 微生物種群優(yōu)化的研究與應用展望 537
參考文獻 538