基于SBR 的在线控制评估策略

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1、基于SBR的在线控制评估策略112郭锐吴涛郑涛(1、沈阳化工学院信息工程学院辽宁沈阳1101422、沈阳北部污水处理厂)摘要：为满足日益严格的排放法规并减少相关的处理费用，现有的废水处理技术应用控制策略已成为必然趋势。对序批式反应器（SBR）技术而言，控制阶段调度是SBR操作的关键方面。这项研究采用ASM2d模型来评价SBR阶段调度的在线控制策略。使用在诸如出水水质，所需要的曝气能源和所处理的废水量作为参考指标对其性能进行评估。结果表明，在该研究系统中通过对好氧和缺氧阶段长度的在线控制，以最低的成本保持最佳的SBR工艺性能成为可能。关键词：序批式反应器（SBR），反硝化作用，过程控制，曝气0引

2、言目前，已开发出许多城市污水处理技术但基本上都是以生物处理为基础，依靠消耗能量，创造适于微生物的生存环境强化其降解污染物质的能力，从而达到改善环境的目的。其中应用最值得关注的就是SBR处理技术。SBR属于典型的批处理过程以操作灵活,结构简单，投资[1]节省等优点而受到关注，在工业,服务业等许多分布广，种类杂的场合被普遍采用。可是SBR处理技术不仅流程长基建费高管理复杂而且在运行中要消耗大量能源。经统计各地污水厂的耗电量已超过全国总发电量的0.1%。随着科学技术特别是自动化技术的飞速发展，SBR的单元设备及控制水平有了很大提高，电动阀、电磁阀、液位计、流量计及DO等在线仪表的出现为SBR技术的发

3、展提供了支持，使SBR的自动化操作成为可能，克服了SBR法运行管理复杂的主要缺点，使SBR工艺有了更加广泛的应用前景。在经济水平高速发展，中小城市迅速崛起的今天，SBR工[2][3]艺一定会在城市化进程中发挥更大的作用。1SBR仿真间歇式活性污泥法又称序批式活性[4]污泥处理法。英文简称SBR（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）。对SBR几个阶段进行进水混合曝气沉降排放闲置适当的规划，通过厌氧、缺氧、好氧阶段运行顺序和时间长度的适当调节，可图1SBR典型运行模式以在实现高效去除有机碳的同时，达到[5]脱除氮、磷等成分的目的,如图1所示。与

4、传统的生物处理工艺相比，SBR技术的优势在于它能处理液压和有机负荷下引起的更大范围的波动。通常这些系统有一个固定的通过操作器来实现的循环配置。预先设定的周期有时不能适应动态变化的影响，导致资源的过量使用。在环境条件配置正确的前提下，SBR系统可实现有机物氧化和脱氮，脱氮分为硝化和反硝化。控制有氧和缺氧阶段的交替对消除氮和磷是必不可少的。由于目前正在实施更为严格的立法，需要更多对废水处理系统的控制，尤其是降低成本方面。1.1SBR污水系统的优化控制提法的构成选择厌氧时间tana,好氧时间tae和缺氧时间tano作为受控对象。在SBR污水处理系统中，影响运行费用的关键因素是曝气阶段消耗的能量。因为

5、曝气阶段氧传递系数kLa恒定，即单位时间内曝气量恒定，因此运行代价最小可归结为曝气时间tae最小。最优控制提法构造如下：目标函数：minJ=tae(1)tana,tae,tano约束条件：xfXuttt&==(,,,,),(0)XXanaaeano0总氮():()TNxt+≤xt()1857ff总磷()0.01()TP：（xt+++x()tx())0.02(()txt++≤x()tx())0.8t21fff011131fff617氨氮()Sx:(t)≤1.8NH45f1ht≤≤4;1hht≤≤4;1hht≤≤4hanaaeanotttt=++(2)fanaaeano19[6]其中X∈R是状态变

6、量，X0是状态变量初值；u是操作变量（曝气开关动作）。1.2SBR最优问题求解最优问题虽然可以化为经典表达形式，但由于厌氧/好氧/缺氧每个阶段相互影响相互制约，构造数值解法方面也存在很大难度。根据污水组成情况，借助仿真工具试差求解是目前求解这个问题的途径之一。本文采用直接寻优法求解上述最优问题。直接寻优法的基本思想是：01）预置一个初始试验点X。kk2）寻找一个合适的搜索方向P，令P为第k+1步的搜索方向，k=0，1，2……kkk3）沿P方向前进一步的步长设为λ，求合适的步长λ。k+1kkk+1kk4）得到新的点为X,它应比原来的点X更接近于最优点，X=+XPλ。k+15）检验X是否最优，若是

7、最优，则停止搜索。否则，令k=k+1，重复（2）以后各步。[7]上述方法既适用于无约束的最优化问题，也适用于有约束的优化问题。本文采用补偿函数法将其化为无约束条件的最优控制问题。即采用补偿函数法来满足式约束条件，得到新的性能指标J：2minJcTN=−+−+−+[18]cTP[0.8]cS[1.8]t(3)123NH4aetttanaaeano,,式中ccc，和均为阶跃函数，即123⎧01，TN−