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第一章 仿真 1

第一节 过程建模 2

一、模型分类 2

二、简单系统建模 2

例1-1 液槽储水量模型 3

例1-2 带溢流堰液槽液位模型 4

例1-3 调节池水质模型 4

例1-4 曝气池溶解氧浓度模型 5

例1-5 污泥耗氧速率模型 6

例1-6 污泥生长及氨氮消耗模型 6

例1-7 异养菌好氧生长与有机碳消耗模型 7

三、复杂系统建模 10

例1-8 活性污泥反应池数学模型 11

例1-9 厌氧消化过程数学模型 29

例1-10 二沉池一维浓度分布模型 40

例1-11 沉淀池二维流场模型 44

第二节 计算方法 56

一、四阶龙格-库塔法 57

例1-12 利用四阶龙格-库塔法计算连续反应物质浓度变化 59

二、有限差分法 59

例1-13 矩形二沉池流体流速及固体浓度稳态分布 71

三、MATLAB/Simulink应用 75

例1-14 利用Simulink编制基于ASM1活性污泥过程数学模型 75

例1-15 利用Simulink编制倒置AAO流程基于ASM2D的仿真程序 84

四、FLUENT应用 93

例1-16 平流式二沉池流态分析 94

第三节 模型校正 108

一、数据校核 109

例1-17 利用OUR法测定污水易降解有机碳浓度 109

例1-18 利用守恒计算校核数据 110

二、参数校正 112

例1-19 倒置AAO流程模型参数灵敏度分析 115

三、规范化校正 120

例1-20 BioMath校正流程 120

第四节 模型应用 121

例1-21 UniTank工艺流程专用仿真平台 122

例1-22 A/O流程自动控制通用仿真平台 126

第二章 过程控制 137

第一节 基本概念 138

一、系统组成 138

二、基本要求 139

例2-1 溶解氧浓度控制器正反作用的选择 140

第二节 PID控制规律 141

一、比例控制 141

二、积分控制 143

三、微分控制 145

四、离散PID控制 147

例2-2 溶解氧浓度PI控制 149

第三节 自动化仪表 152

一、控制器 152

二、执行器 155

三、检测变送器 161

四、设计符号 176

例2-3 初沉池和污泥泵的过程控制 180

例2-4 流量分配的过程控制 182

例2-5 深冷制氧的过程控制 184

例2-6 废弃污泥的过程控制 184

例2-7 药剂投放的过程控制 186

第四节 可编程逻辑控制器（PLC） 188

一、PLC的基本概念 188

二、开关量控制 193

例2-8 曝气池单元的PLC控制 193

例2-9 进水泵房单元的PLC控制 194

三、模拟量控制 197

例2-10 环境温度PLC控制 209

四、编程方法 211

例2-11 SBR程序PLC控制 214

第三章 动态分析 228

第一节 输入-输出模型 228

一、输入-输出模型的建立 228

例3-1 搅拌槽加热器输入-输出模型 229

例3-2 混合过程的输入-输出模型 230

二、非线性系统的线性化 233

例3-3 污水储槽液位模型线性化 234

例3-4 连续搅拌反应釜模型线性化 236

第二节 状态方程模型 237

例3-5 串联水槽的状态方程模型 238

例3-6 活性污泥法曝气池状态方程 241

第三节 传递函数 243

一、拉普拉斯变换 243

二、传递函数 246

例3-7 连续搅拌反应釜的传递矩阵及其零点和极点 247

例3-8 串联水槽的传递函数 249

三、拉普拉斯反变换 249

四、数学模型间的转换 252

例3-9 在MATLAB环境下实现模型之间的转换 253

第四节 过程动态分析 257

一、定性分析 257

二、定量分析 259

例3-10 储槽液位模型分析 260

例3-11 两个串联相互无影响的质量容量 264

例3-12 两个串联相互有影响的质量容量 265

第五节 反馈控制过程动态响应 267

一、闭环动态响应 267

例3-13 求储槽加热器温度反馈控制系统的闭环响应 268

二、比例控制对过程动态的作用 270

三、积分控制对过程动态的作用 272

四、微分控制对过程动态的作用 273

第四章 复杂控制 274

第一节 串级控制 274

一、结构与原理 274

二、串级控制系统的设计与应用 276

例4-1 污水温度串级控制 277

例4-2 物料浸取过程温度串级控制 278

例4-3 石灰石浆液密度串级控制 278

例4-4 精馏塔温度串级控制 279

例4-5 溶解氧DO浓度和鼓风机风量串级控制 280

例4-6 废水焚烧炉温度串级控制 281

第二节 比值控制 283

一、结构与原理 283

例4-7 氨氧化过程变比值控制 286

二、比值控制系统的设计与应用 287

例4-8 自来水消毒装置的水氯比值控制 287

例4-9 硫黄回收装置的燃料气／酸性气／空气比值控制 288

第三节 均匀控制 290

一、结构与原理 290

二、均匀控制系统的设计与应用 293

例4-10 串联曝气池液位-流量串级均匀控制 294

第四节 分程控制 297

一、结构与原理 297

二、分程控制系统的设计与应用 299

例4-11 蒸汽减压分程控制 299

例4-12 工业废水pH分程控制 302

例4-13 洁净室温湿度分程控制 302

第五节 选择性控制 304

一、结构与原理 304

例4-14 两个反应器负荷平衡选择性控制系统 305

例4-15 有机溶剂回收选择性控制系统 307

例4-16 蒸汽锅炉的燃烧控制 308

二、选择性控制系统的设计与应用 309

例4-17 锅炉压力保护选择性控制 309

例4-18 产量自动调整选择性控制 310

例4-19 节水系统选择性控制 311

例4-20 焚烧炉双交叉燃烧控制 312

第六节 前馈控制 313

一、结构与原理 314

二、前馈控制系统的设计与应用 317

例4-21 锅炉汽包液位前馈控制 317

例4-22 蒸发过程前馈-反馈控制 318

例4-23 连续消毒塔温度前馈-反馈控制 318

例4-24 原油废水处理装置废水浓度前馈-串级反馈控制 320

例4-25 前置反硝化的碳源投加前馈-反馈控制 321

第七节 非线性控制 324

一、结构与原理 325

二、非线性控制系统的设计与应用 326

例4-26 pH的非线性控制 326

例4-27 澄清池、清水池液位非线性控制 327

第五章 人工智能 329

第一节 神经网络 329

一、基本概念 330

二、训练方法 334

例5-1 活性污泥处理过程曝气池曝气量控制神经网络分类模型 339

例5-2 活性污泥过程动态过程神经网络拟合模型 340

例5-3 废纸造纸废水处理过程神经网络建模 343

例5-4 污水处理过程的递阶神经网络建模 346

三、神经网络控制 350

例5-5 一体化氧化沟溶解氧浓度神经网络自适应控制 353

四、MATLAB神经网络工具箱应用 354

例5-6 简化ASM1的神经网络模拟 355

例5-7 液槽混合浓度神经网络模型预测控制 360

第二节 模糊控制 366

一、模糊集合理论 367

二、模糊控制设计方法 381

例5-8 污泥脱水模糊控制系统设计 385

例5-9 曝气池曝气流量模糊控制 389

三、MATLAB模糊控制工具箱应用 392

例5-10 污泥回流模糊控制设计 392

第三节 专家系统 397

一、基本概念 397

二、知识库构建 400

例5-11 活性污泥过程故障诊断专家系统知识库 403

三、专家系统编制 406

例5-12 利用MS Visual Basic 5.0和Access 2000编制专家系统软件 406

四、专家系统控制 412

例5-13 污水处理过程pH专家控制系统 417

主要参考文献 426