【摘要】：在傳統(tǒng)活性污泥法工藝系統(tǒng)設計過程中引入系統(tǒng)論思想及最優(yōu)化求解的方法既是工程設計方法發(fā)展的趨勢，也是結構化設計發(fā)展的必然。本研究在全面評述活性污泥法工藝系統(tǒng)最優(yōu)化設計研究現(xiàn)狀的基礎上，在國內首次建立了一套完整的活性污泥法A~2／O工藝系統(tǒng)的優(yōu)化設計模型和相應的尋優(yōu)求解方法，并在Matlab環(huán)境下開發(fā)了最優(yōu)化設計程序(ODP)，為提高活性污泥法工藝系統(tǒng)設計水平和設計效率作了一些探索性和創(chuàng)新性的努力。 本文根據污水處理活性污泥法工藝的發(fā)展趨勢，基于IAWQ-ASM機理模型理論，建立了一套完整的用于活性污泥法脫氮除磷A~2／O工藝系統(tǒng)方案設計的框架模型、系統(tǒng)數學模型以及費用目標函數模型，并將其整合為一個數學最優(yōu)規(guī)劃問題予以求解。實例研究表明，采用該套設計模型進行方案優(yōu)化設計，可以在傳統(tǒng)的設計方案基礎上節(jié)約系統(tǒng)總費用10％以上，而且應用該優(yōu)化方法進行工程設計既保證了活性污泥法生物處理系統(tǒng)的有機完整性，又提高了設計效率和設計準確度。 針對優(yōu)化設計模型的高度非線性、多變量、多約束、多維數等數學特征，提出了采用序列二次規(guī)劃(SQP)進行優(yōu)化求解的策略。該求解算法在尋優(yōu)搜索區(qū)間內可以自動獲得最佳的搜索方向和搜索步長，大大降低了尋優(yōu)迭代的次數，有效地克服了常用優(yōu)化方法——廣義簡約梯度法(GRG)、復合形法(CM)以及罰函數(PM)法等在求解大型非線性約束最優(yōu)化問題時的諸多不足，提高了優(yōu)化過程的效率和穩(wěn)定性，且應用方便。 本文首次在優(yōu)化設計方法中應用Matlab語言對系統(tǒng)模型和SQP算法進行了編程求解。Matlab強大的計算功能和優(yōu)化功能，為求解活性污泥法脫氮除磷A~2／O工藝系統(tǒng)的最優(yōu)化設計問題，提供了良好的語言編譯平臺。作為工程類計算語言的發(fā)展方向，在本文的研究中，Matlab展示了在水污染控制領域內的應用前景十分廣闊。 本文通過實例研究中的工藝設計參數靈敏性分析，獲得了參數不確定性對系統(tǒng)整體性能影響的定量分析結果。該結論可以指導試驗人員或設計人員在對關鍵參數估值時，做到有理可循，同時還可根據參數的靈敏性高低，有針對地制定試驗計劃，避免資源浪費。 本文編制的Matlab優(yōu)化設計程序具有良好的開放性和可擴展性。當設計流程與本研究中的概念模型不完全一致時，只需要在模型中建立不同單元功能構筑物的反應及物料平衡關系，并用節(jié)點控制的物料平衡關系將這個功能模塊與整個系統(tǒng)聯(lián)系起來。對于最優(yōu)化設計程序，則僅需要在相應改變的功能模塊(子程序)中添加、刪除以及修改約束條件或調整目標函數的構成，無須作大量重復的系統(tǒng)建模和計算 重慶大學博士學位論文 機編程工作。 研究表明:用本文創(chuàng)建的活性污泥脫氮除磷系統(tǒng)優(yōu)化模型來進行城市污水處理 廠的工藝設計計算在理論上可行，用Mauab平臺開發(fā)的優(yōu)化設計程序ODP在實踐 上有繼續(xù)深入研究開發(fā)的價值，具有良好的應用前景。本研究為活性污泥工藝設計 提供了新方法，開辟了新思路，也為Mauab在水污染控制工程的應用增添了新領域。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：X703

【引證文獻】

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本文編號：2801218