【摘要】：城市污水處理能夠?qū)⑽鬯偕赜?實(shí)現(xiàn)淡水資源可持續(xù)利用和良性循環(huán),最大限度地保護(hù)水環(huán)境,是現(xiàn)代城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源保護(hù)不可或缺的組成部分,已成為我國水資源綜合利用的戰(zhàn)略性舉措。隨著國家對污水排放標(biāo)準(zhǔn)逐年提高,我國城市污水處理廠的運(yùn)行狀況不容樂觀,其主要問題是運(yùn)行成本高和出水水質(zhì)超標(biāo)。因此,研究城市污水處理過程優(yōu)化控制理論與技術(shù),確保污水處理廠安全高效運(yùn)行,已成為當(dāng)前城市污水處理行業(yè)亟待解決的問題。論文以活性污泥法污水處理過程為研究對象,充分考慮污水處理過程進(jìn)水流量、污水組分、環(huán)境因素等條件,深入分析污水處理過程的非線性、大時滯、強(qiáng)耦合等特點(diǎn),提出了基于進(jìn)化過程信息的自適應(yīng)多目標(biāo)差分進(jìn)化算法,設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的污水處理智能優(yōu)化控制方法,搭建了適合我國城市污水處理特點(diǎn)的仿真平臺和中試實(shí)驗(yàn)平臺,實(shí)現(xiàn)了污水處理過程溶解氧和硝態(tài)氮的多目標(biāo)優(yōu)化控制,保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的同時減少能源消耗。論文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)基于進(jìn)化過程信息的自適應(yīng)多目標(biāo)差分進(jìn)化算法多目標(biāo)差分進(jìn)化算法具有機(jī)理簡單、參數(shù)少和魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于解決多目標(biāo)優(yōu)化問題。然而,在算法進(jìn)行過程中,參數(shù)的取值趨勢是變化的,采用固定參數(shù)值難以滿足算法在不同階段的進(jìn)化需求。文中提出了一種基于進(jìn)化過程信息的自適應(yīng)多目標(biāo)差分進(jìn)化算法(AMODE-IEP)。算法提取能夠描述種群進(jìn)化狀態(tài)的過程信息,根據(jù)進(jìn)化過程信息對多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的變異率、交叉率和種群規(guī)模進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,均衡算法的局部搜索能力和全局探索能力,推動算法快速尋找到全局最優(yōu)解,并給出了AMODE-IEP算法的收斂性證明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與其他多目標(biāo)優(yōu)化算法相比,使用AMODE-IEP算法求解多目標(biāo)優(yōu)化問題,得到的最優(yōu)解具有更好的多樣性和均勻性。(2)基于AMODE-IEP算法的污水處理過程優(yōu)化控制方法城市污水處理過程優(yōu)化控制是多目標(biāo)優(yōu)化控制問題,要求污水處理過程必須滿足眾多約束條件,實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)達(dá)標(biāo),保證運(yùn)行工況正常且運(yùn)行成本最小。文中提出了一種基于AMODE-IEP算法的污水處理過程優(yōu)化控制方法,選取出水水質(zhì)和能源消耗為優(yōu)化目標(biāo),以適應(yīng)外界環(huán)境變化和滿足出水水質(zhì)要求為約束,利用AMODE-IEP算法計(jì)算出溶解氧和硝態(tài)氮濃度的優(yōu)化設(shè)定值,以氧傳遞系數(shù)和內(nèi)回流量作為操作量,使用比例積分控制器對設(shè)定值進(jìn)行跟蹤控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,提出的優(yōu)化控制方法能夠保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo),系統(tǒng)能源消耗降低。(3)基于特征建模的污水處理智能多目標(biāo)優(yōu)化控制方法城市污水處理過程是一個包含眾多參數(shù)的非線性系統(tǒng),其機(jī)理模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜,無法直接用于過程控制的研究。文中提出了一種基于特征建模的污水處理智能多目標(biāo)優(yōu)化控制方法,建立基于核函數(shù)的污水處理特征模型,利用AMODE-IEP算法計(jì)算出溶解氧和硝態(tài)氮濃度的優(yōu)化設(shè)定值,設(shè)計(jì)了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制器,實(shí)現(xiàn)了溶解氧和硝態(tài)氮濃度設(shè)定值的跟蹤控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,基于特征建模的污水處理智能多目標(biāo)優(yōu)化控制方法具有更好的自適應(yīng)能力,優(yōu)化控制效果明顯。(4)污水處理智能多目標(biāo)優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及中試應(yīng)用驗(yàn)證將污水處理過程智能多目標(biāo)優(yōu)化控制技術(shù)封裝成完整的智能多目標(biāo)優(yōu)化控制系統(tǒng),是將優(yōu)化控制技術(shù)推廣到實(shí)際應(yīng)用的必要步驟。文中設(shè)計(jì)出一種污水處理智能多目標(biāo)優(yōu)化控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)污水處理過程數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、預(yù)處理、整合、和應(yīng)用,并設(shè)計(jì)后臺運(yùn)行軟件,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測與展示。將污水處理智能多目標(biāo)優(yōu)化控制系統(tǒng)應(yīng)用于中試實(shí)驗(yàn)平臺,運(yùn)行效果顯示,在進(jìn)水量平穩(wěn)和進(jìn)水量變化的條件下,設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)均能夠提高污水處理效率,節(jié)約能源消耗。智能多目標(biāo)優(yōu)化控制系統(tǒng)在中試實(shí)驗(yàn)平臺上的成功應(yīng)用,為科研成果推向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時檢測與續(xù)利用數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。的運(yùn)行機(jī)理，確定優(yōu)化控制模型、溶解氧、氧化還原電位(Oxid。污水處理中試實(shí)驗(yàn)平臺中選所示。 2-9 傳感器與數(shù)據(jù)分析儀的詳細(xì)介紹 detailed introductions of sensors and d寫 型號 HACH數(shù)字化pH傳感器 O HACH LDO II P WTW Multi 3320S HACH TSS sc 接到 SC200 控制器上，如圖 2-5

-2 計(jì)算得到的最優(yōu)解和 Pareto 標(biāo)準(zhǔn)最優(yōu)解的對比(ZDcomparison of optimal solutions and Pareto optimal solut 3-2 中解的數(shù)值和分布情況可見，AMODE-I的最優(yōu)解，獲得最優(yōu)解的取值范圍廣，，既能夠覆蓋到雙目標(biāo)問題的最優(yōu)解；獲得的最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)最優(yōu)解的數(shù)值基本吻合，解間的差距較小較均勻地排列在 Pareto 前沿上，避免解集分P 算法能夠有效求解雙目標(biāo)最優(yōu)化問題，所得，解的范圍廣、質(zhì)量高、分布均，算法的尋優(yōu)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X703;TP273

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 黃道平;邱禹;劉乙奇;李艷;;面向污水處理的數(shù)據(jù)驅(qū)動故障診斷及預(yù)測方法綜述[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年03期

2 黃道平;劉乙奇;李艷;;軟測量在污水處理過程中的研究與應(yīng)用[J];化工學(xué)報;2011年01期

本文編號：2624221