污水處理廠測量、自動控制與故障診斷

前言

水資源問題是當前我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展最突出的問題之一。為適應經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平不斷提高的要求，興建自動化程度高的城市污水處理廠已刻不容緩。污水處理過程是一種典型的復雜動態(tài)生物反應工程系統(tǒng)，具有非線性、時變性、隨機性和不確定性等特點，難以建立精確的數(shù)學模型。隨著污水處理工藝水平迅猛發(fā)展，對污水處理的自動化要求也越來越高。為使污水處理系統(tǒng)處于良好的運行工況，獲得更好的出水水質(zhì)，必須及時取得污水處理系統(tǒng)的重要過程參數(shù)及水質(zhì)參數(shù)。但城市污水處理廠長期穩(wěn)定運行是較為困難的，在一些污水處理廠中，處理效果不佳、運行費用高和污染環(huán)境等現(xiàn)象常常是由運行的問題引起的。長期以來運行人員往往根據(jù)多年積累的經(jīng)驗對污水處理廠進行管理。傳統(tǒng)的污水處理過程控制系統(tǒng)需要專業(yè)人員到現(xiàn)場進行手工的操作和監(jiān)視，導致對系統(tǒng)的意外事件反應較慢，而且無法對水質(zhì)的變化做出反應和調(diào)整，從而限制了污水處理的穩(wěn)定性和處理質(zhì)量。然而這些經(jīng)驗的積累要求具有較長時間的實際操作經(jīng)驗和廣泛的知識，所以建立城市污水處理的故障診斷專家系統(tǒng)和在線檢測系統(tǒng)十分必要。本書強調(diào)理論和應用相結(jié)合，對現(xiàn)代城市污水廠的測量技術(shù)、自動控制技術(shù)及設計、故障診斷技術(shù)的基本原理和技術(shù)做了系統(tǒng)和全面的介紹，還通過工程應用實例反映了其在污水處理廠中的最新成果應用與發(fā)展的趨勢。本書共分18章，其中第1章～第6章主要介紹了城市污水廠測量技術(shù)；第7章～第14章主要介紹了污水處理廠自動控制技術(shù)及其應用實例；第15章～第18章重點介紹了現(xiàn)代污水處理廠異常問題檢測、診斷與修復。本書由陳兆波、任月明主編，呼冬雪、鄭國香和蔡威副主編；其中，第1章、第3章、第4章、第6章由陳兆波、呼冬雪編寫，第2章、第5章、第12章、第15章、第17章、第18章由陳兆波編寫，第7章～第9章、第11章由任月明、鄭國香和蔡威編寫，第10章、第13章、第14章、第16章由任月明編寫。全書由陳兆波和任月明共同整理和定稿。本書在編寫的過程中得到了哈爾濱工業(yè)大學任南琪教授和田禹教授的悉心指導和關(guān)注，并提出了寶貴的修改意見，陳兆鵬、周愛娟、朱海博等為編寫前期的資料查找做了大量的工作，宗慧、邱洪偉為全書的插圖制作做了大量的工作，在此向他們表示衷心的感謝。本書旨在讓讀者全面地了解污水廠現(xiàn)代化的測量儀表及技術(shù)、自動控制技術(shù)和故障診斷技術(shù)，所以在編寫過程中參閱了大量的自動控制、故障診斷等相關(guān)專業(yè)的碩士和博士論文、國內(nèi)外近年來發(fā)表的相關(guān)論文和學術(shù)著作。參考他人的專著及其他多位作者的文章，對于豐富本書的內(nèi)容，拓寬本書的深度和廣度起到很大的作用，在此謹向本書編寫過程中參閱的原文作者致以誠摯的謝意。本書內(nèi)容豐富、信息量大、敘述詳盡，可供環(huán)境保護領域的科研人員、工程技術(shù)人員和高等院校環(huán)境工程專業(yè)本科生及研究生參考使用。由于污水處理自控及故障診斷技術(shù)的迅速發(fā)展，科研成果層出不窮，有關(guān)文獻浩如煙海，加之作者學識有限，書中難免存在疏漏和不妥之處，懇請讀者和相關(guān)人士批評指正，不勝感激。

內(nèi)容概要

本書是以作者長期從事污水處理數(shù)學建模、自動控制和故障診斷的研究為基礎，歸納總結(jié)了大量國內(nèi)外研究成果編寫而成。全書共分18章，主要介紹現(xiàn)代城市污水外理廠測量技術(shù)、自動控制技術(shù)和故障診斷技術(shù)等內(nèi)容，較全面地反映了國內(nèi)外在這一領域的研究、開發(fā)和應用現(xiàn)狀、具有較強的系統(tǒng)性、實用性和可操作性?！　”緯晒┉h(huán)境工程及相關(guān)科研、生產(chǎn)和設計院所工程技術(shù)人員參考，也可用作高等院校環(huán)境科學與工程專業(yè)教材及教師參考書。

書籍目錄

1　污水處理工藝流程及水質(zhì)參數(shù)　1.1　常見的污水處理方法　1.2　污水的三級處理工藝　　1.2.1　一級處理工藝　　1.2.2　二級處理工藝　　1.2.3　三級處理工藝　1.3　污水處理技術(shù)的新發(fā)展　1.4　污水處理廠工藝和水質(zhì)參數(shù)　　1.4.1　污水處理廠工藝參數(shù)　　1.4.2　污水處理廠水質(zhì)參數(shù)　1.5　污水處理廠水質(zhì)測量　　1.5.1　污水水質(zhì)測量技術(shù)現(xiàn)狀　　1.5.2　污水水質(zhì)測量中現(xiàn)存的問題　　1.5.3　實現(xiàn)污水處理廠水質(zhì)參數(shù)測理的意義2　污水處理廠傳感器及測量　2.1　傳感器簡介　　2.1.1　傳感器的定義　　2.1.2　傳感器的分類　　2.1.3　傳感器的特性　2.2　幾種常見的傳感器　　2.2.1　溫度傳感器　　2.2.2　光電傳感器　　2.2.3　電阻式傳感器　　2.2.4　流量傳感器　　2.2.5　生物傳感器　2.3　PH值和堿度的測量　　2.3.1　測定PH值的方法　　2.3.2　市場上現(xiàn)有的PH計　　2.3.3　堿度的測量　2.4　氧化還原電位的測量　　2.4.1　ORP的基本概念和測量原理　　2.4.2　ORP在污水生物處理中的應用　　2.4.3　市場現(xiàn)有的數(shù)顯ORP計　2.5　溶解氧的測量　　2.5.1　濕化學法測定DO　　2.5.2　膜電極法測定DO濃度　　2.5.3　市場上的DO傳感器　2.6　有機物濃度的測量　　2.6.1　生化需氧量的測量　　2.6.2　化學需氧量的測量　　　2.6.3　總有機碳的測量　　2.6.4　有機酸的測量　2.7　氮和磷（營養(yǎng)物）的測量　　2.7.1　氨氮的測量　　2.7.2　硝酸氮和亞硝酸氮的測量　　　2.7.3　有機氮的測量　　2.7.4　總氮的測量　　2.7.5　可溶性正磷酸鹽的測量　　2.7.6　氮磷檢測傳感器的設計　2.8　光學探頭和采樣系統(tǒng)　　2.8.1　光學探頭　　2.8.2　采樣系統(tǒng)　2.9　活性污泥性質(zhì)的測量　　2.9.1　活性污泥呼吸速率的測量　　2.9.2　污泥沉降比和污泥體積指數(shù)的測量　　2.9.3　污泥濃度的測量3　軟測量技術(shù)　3.1　軟測量技術(shù)基本原理　　3.1.1　輔助變量　　3.1.2　數(shù)據(jù)采集及預處理　　3.1.3　主導變量與輔助變量之間的時序匹配　3.2　軟測量模型　　3.2.1　軟測量的數(shù)學描述　　3.2.2　影響軟測量模型性能的主要因素　　3.2.3　軟測量模型在線校正與維護　　3.2.4　軟測量模型的設計步驟　　3.2.5　軟測量模型存在的問題　3.3　軟測量建模方法　　3.3.1　基于機理分析的測量建模方法　　3.3.2　基于對象數(shù)學模型的軟測量建模方法　　3.3.3　基于統(tǒng)計回歸分析的軟測量建模方法　　3.3.4　基于統(tǒng)計學習理論的軟測量建模主方法　　3.3.5　基于人工智能的軟測量建模方法　　3.3.6　混合建模方法　3.4　軟測量技術(shù)在污水處理領域應用現(xiàn)狀及前景展望　　3.4.1　軟測量技術(shù)在污水處理領域的研究現(xiàn)狀　　3.4.2　軟測量技術(shù)在污水處理系統(tǒng)中的應用前景4　基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的軟測量技術(shù)　4.1　人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論　　4.1.1　人工神經(jīng)網(wǎng)絡的概念　　4.1.2　神經(jīng)網(wǎng)絡的發(fā)展歷史　　……5　基于統(tǒng)計回歸的軟測量技術(shù)6　污水處理廠測量儀表7　污水處理廠自動控制概述8　現(xiàn)代污水處理廠三種控制技術(shù)9　可編程邏輯控制器10　污水處理廠計算機監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)11　污水處理自動控制系統(tǒng)設計12　污水處理廠各處理構(gòu)筑物自動控制13　污水處理廠過程參數(shù)模糊控制14　污水處理廠自動控制應用實例15　故障診斷的基本問題16　污水處理廠異常問題診斷與修復17　污水處理廠故障檢測18　污水處理工藝過程故障診斷系統(tǒng)設計與實現(xiàn)參考文獻

章節(jié)摘錄

流動的水體有自凈能力，即一種使污染物轉(zhuǎn)變成有用、無害物質(zhì)的自然能力。這種自然過程是通過混合、活性生物作用、部分懸浮物的沉淀和清水稀釋等在水量充足的河流中發(fā)生的。一個類似于自然凈化作用的工藝，是從空氣中吸收氧（好氧工藝），用設備促進微生物和藻類的生長繁殖，并通過它們進行污水中有機物的降解。當排污量超過水體的負荷能力時，氧氣被耗盡，需氧過程停止，厭氧（缺氧）過程開始。污水處理的作用在于加速了自然凈化的過程，使該過程以自然過程的幾倍的速度重復進行。1.1 常見的污水處理方法目前城市污水和工業(yè)廢水處理技術(shù)作為環(huán)境學科的一個分支，整體上已有了很大的進步，但還落后于我國城市發(fā)展的水平。近年來，國家和地方政府也非常重視污水處理事業(yè)，正以前所未有的速度推進城市污水處理工程的建設，有數(shù)百座污水處理廠正在工程設計和建設中，預計到2010年，我國要新建城市污水處理廠1000余座，污水廠的投資將達1800億元。在這一進程中，城市污水處理工藝的選擇，將是工程界面臨的首要問題。目前，我國城市污水處理新興工藝層出不窮，并以使用國外引入的工藝技術(shù)為主導潮流。就當前國際上污水處理科技發(fā)展現(xiàn)狀看，并不存在適用于任何場合、有百利無一弊的所謂“最先進”技術(shù)，每一種工藝都有一個適用性問題。熟悉了解國內(nèi)外這些工藝，對其利弊進行客觀辯證的分析，因地制宜地合理選擇適用技術(shù)，對城市污水處理工程設計和建設都有重要意義。

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《污水處理廠測量、自動控制與故障診斷》強調(diào)理論和應用相結(jié)合，對現(xiàn)代城市污水廠的測量技術(shù)、自動控制技術(shù)及設計、故障診斷技術(shù)的基本原理和技術(shù)做了系統(tǒng)和全面的介紹，還通過工程應用實例反映了其在污水處理廠中的最新成果應用與發(fā)展的趨勢。本書共分18章，其中第1章～第6章主要介紹了城市污水廠測量技術(shù)；第7章～第14章主要介紹了污水處理廠自動控制技術(shù)及其應用實例；第15章～第18章重點介紹了現(xiàn)代污水處理廠異常問題檢測、診斷與修復。

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