污水處理廠測(cè)量、自動(dòng)控制與故障診斷

前言

水資源問(wèn)題是當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展最突出的問(wèn)題之一。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平不斷提高的要求，興建自動(dòng)化程度高的城市污水處理廠已刻不容緩。污水處理過(guò)程是一種典型的復(fù)雜動(dòng)態(tài)生物反應(yīng)工程系統(tǒng)，具有非線性、時(shí)變性、隨機(jī)性和不確定性等特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。隨著污水處理工藝水平迅猛發(fā)展，對(duì)污水處理的自動(dòng)化要求也越來(lái)越高。為使污水處理系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行工況，獲得更好的出水水質(zhì)，必須及時(shí)取得污水處理系統(tǒng)的重要過(guò)程參數(shù)及水質(zhì)參數(shù)。但城市污水處理廠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是較為困難的，在一些污水處理廠中，處理效果不佳、運(yùn)行費(fèi)用高和污染環(huán)境等現(xiàn)象常常是由運(yùn)行的問(wèn)題引起的。長(zhǎng)期以來(lái)運(yùn)行人員往往根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)污水處理廠進(jìn)行管理。傳統(tǒng)的污水處理過(guò)程控制系統(tǒng)需要專(zhuān)業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手工的操作和監(jiān)視，導(dǎo)致對(duì)系統(tǒng)的意外事件反應(yīng)較慢，而且無(wú)法對(duì)水質(zhì)的變化做出反應(yīng)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(yàn)的積累要求具有較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和廣泛的知識(shí)，所以建立城市污水處理的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)和在線檢測(cè)系統(tǒng)十分必要。本書(shū)強(qiáng)調(diào)理論和應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)代城市污水廠的測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及設(shè)計(jì)、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(guò)工程應(yīng)用實(shí)例反映了其在污水處理廠中的最新成果應(yīng)用與發(fā)展的趨勢(shì)。本書(shū)共分18章，其中第1章～第6章主要介紹了城市污水廠測(cè)量技術(shù)；第7章～第14章主要介紹了污水處理廠自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例；第15章～第18章重點(diǎn)介紹了現(xiàn)代污水處理廠異常問(wèn)題檢測(cè)、診斷與修復(fù)。本書(shū)由陳兆波、任月明主編，呼冬雪、鄭國(guó)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(xiě)，第2章、第5章、第12章、第15章、第17章、第18章由陳兆波編寫(xiě)，第7章～第9章、第11章由任月明、鄭國(guó)香和蔡威編寫(xiě)，第10章、第13章、第14章、第16章由任月明編寫(xiě)。全書(shū)由陳兆波和任月明共同整理和定稿。本書(shū)在編寫(xiě)的過(guò)程中得到了哈爾濱工業(yè)大學(xué)任南琪教授和田禹教授的悉心指導(dǎo)和關(guān)注，并提出了寶貴的修改意見(jiàn)，陳兆鵬、周愛(ài)娟、朱海博等為編寫(xiě)前期的資料查找做了大量的工作，宗慧、邱洪偉為全書(shū)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(shū)旨在讓讀者全面地了解污水廠現(xiàn)代化的測(cè)量?jī)x表及技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和故障診斷技術(shù)，所以在編寫(xiě)過(guò)程中參閱了大量的自動(dòng)控制、故障診斷等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的碩士和博士論文、國(guó)內(nèi)外近年來(lái)發(fā)表的相關(guān)論文和學(xué)術(shù)著作。參考他人的專(zhuān)著及其他多位作者的文章，對(duì)于豐富本書(shū)的內(nèi)容，拓寬本書(shū)的深度和廣度起到很大的作用，在此謹(jǐn)向本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中參閱的原文作者致以誠(chéng)摯的謝意。本書(shū)內(nèi)容豐富、信息量大、敘述詳盡，可供環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員和高等院校環(huán)境工程專(zhuān)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(xiàn)浩如煙海，加之作者學(xué)識(shí)有限，書(shū)中難免存在疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)讀者和相關(guān)人士批評(píng)指正，不勝感激。

內(nèi)容概要

本書(shū)是以作者長(zhǎng)期從事污水處理數(shù)學(xué)建模、自動(dòng)控制和故障診斷的研究為基礎(chǔ)，歸納總結(jié)了大量國(guó)內(nèi)外研究成果編寫(xiě)而成。全書(shū)共分18章，主要介紹現(xiàn)代城市污水外理廠測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)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(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀、具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)用性和可操作性?！　”緯?shū)可供環(huán)境工程及相關(guān)科研、生產(chǎn)和設(shè)計(jì)院所工程技術(shù)人員參考，也可用作高等院校環(huán)境科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)教材及教師參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

1　污水處理工藝流程及水質(zhì)參數(shù)　1.1　常見(jiàn)的污水處理方法　1.2　污水的三級(jí)處理工藝　　1.2.1　一級(jí)處理工藝　　1.2.2　二級(jí)處理工藝　　1.2.3　三級(jí)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(cè)量　　1.5.1　污水水質(zhì)測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀　　1.5.2　污水水質(zhì)測(cè)量中現(xiàn)存的問(wèn)題　　1.5.3　實(shí)現(xiàn)污水處理廠水質(zhì)參數(shù)測(cè)理的意義2　污水處理廠傳感器及測(cè)量　2.1　傳感器簡(jiǎn)介　　2.1.1　傳感器的定義　　2.1.2　傳感器的分類(lèi)　　2.1.3　傳感器的特性　2.2　幾種常見(jiàn)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(cè)量　　2.3.1　測(cè)定PH值的方法　　2.3.2　市場(chǎng)上現(xiàn)有的PH計(jì)　　2.3.3　堿度的測(cè)量　2.4　氧化還原電位的測(cè)量　　2.4.1　ORP的基本概念和測(cè)量原理　　2.4.2　ORP在污水生物處理中的應(yīng)用　　2.4.3　市場(chǎng)現(xiàn)有的數(shù)顯ORP計(jì)　2.5　溶解氧的測(cè)量　　2.5.1　濕化學(xué)法測(cè)定DO　　2.5.2　膜電極法測(cè)定DO濃度　　2.5.3　市場(chǎng)上的DO傳感器　2.6　有機(jī)物濃度的測(cè)量　　2.6.1　生化需氧量的測(cè)量　　2.6.2　化學(xué)需氧量的測(cè)量　　　2.6.3　總有機(jī)碳的測(cè)量　　2.6.4　有機(jī)酸的測(cè)量　2.7　氮和磷（營(yíng)養(yǎng)物）的測(cè)量　　2.7.1　氨氮的測(cè)量　　2.7.2　硝酸氮和亞硝酸氮的測(cè)量　　　2.7.3　有機(jī)氮的測(cè)量　　2.7.4　總氮的測(cè)量　　2.7.5　可溶性正磷酸鹽的測(cè)量　　2.7.6　氮磷檢測(cè)傳感器的設(shè)計(jì)　2.8　光學(xué)探頭和采樣系統(tǒng)　　2.8.1　光學(xué)探頭　　2.8.2　采樣系統(tǒng)　2.9　活性污泥性質(zhì)的測(cè)量　　2.9.1　活性污泥呼吸速率的測(cè)量　　2.9.2　污泥沉降比和污泥體積指數(shù)的測(cè)量　　2.9.3　污泥濃度的測(cè)量3　軟測(cè)量技術(shù)　3.1　軟測(cè)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(yù)處理　　3.1.3　主導(dǎo)變量與輔助變量之間的時(shí)序匹配　3.2　軟測(cè)量模型　　3.2.1　軟測(cè)量的數(shù)學(xué)描述　　3.2.2　影響軟測(cè)量模型性能的主要因素　　3.2.3　軟測(cè)量模型在線校正與維護(hù)　　3.2.4　軟測(cè)量模型的設(shè)計(jì)步驟　　3.2.5　軟測(cè)量模型存在的問(wèn)題　3.3　軟測(cè)量建模方法　　3.3.1　基于機(jī)理分析的測(cè)量建模方法　　3.3.2　基于對(duì)象數(shù)學(xué)模型的軟測(cè)量建模方法　　3.3.3　基于統(tǒng)計(jì)回歸分析的軟測(cè)量建模方法　　3.3.4　基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的軟測(cè)量建模主方法　　3.3.5　基于人工智能的軟測(cè)量建模方法　　3.3.6　混合建模方法　3.4　軟測(cè)量技術(shù)在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望　　3.4.1　軟測(cè)量技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀　　3.4.2　軟測(cè)量技術(shù)在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用前景4　基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟測(cè)量技術(shù)　4.1　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論　　4.1.1　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念　　4.1.2　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史　　……5　基于統(tǒng)計(jì)回歸的軟測(cè)量技術(shù)6　污水處理廠測(cè)量?jī)x表7　污水處理廠自動(dòng)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(jì)算機(jī)監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)11　污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12　污水處理廠各處理構(gòu)筑物自動(dòng)控制13　污水處理廠過(guò)程參數(shù)模糊控制14　污水處理廠自動(dòng)控制應(yīng)用實(shí)例15　故障診斷的基本問(wèn)題16　污水處理廠異常問(wèn)題診斷與修復(fù)17　污水處理廠故障檢測(cè)18　污水處理工藝過(guò)程故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

流動(dòng)的水體有自凈能力，即一種使污染物轉(zhuǎn)變成有用、無(wú)害物質(zhì)的自然能力。這種自然過(guò)程是通過(guò)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(gè)類(lèi)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(shè)備促進(jìn)微生物和藻類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖，并通過(guò)它們進(jìn)行污水中有機(jī)物的降解。當(dāng)排污量超過(guò)水體的負(fù)荷能力時(shí)，氧氣被耗盡，需氧過(guò)程停止，厭氧（缺氧）過(guò)程開(kāi)始。污水處理的作用在于加速了自然凈化的過(guò)程，使該過(guò)程以自然過(guò)程的幾倍的速度重復(fù)進(jìn)行。1.1 常見(jiàn)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(xué)科的一個(gè)分支，整體上已有了很大的進(jìn)步，但還落后于我國(guó)城市發(fā)展的水平。近年來(lái)，國(guó)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(jìn)城市污水處理工程的建設(shè)，有數(shù)百座污水處理廠正在工程設(shè)計(jì)和建設(shè)中，預(yù)計(jì)到2010年，我國(guó)要新建城市污水處理廠1000余座，污水廠的投資將達(dá)1800億元。在這一進(jìn)程中，城市污水處理工藝的選擇，將是工程界面臨的首要問(wèn)題。目前，我國(guó)城市污水處理新興工藝層出不窮，并以使用國(guó)外引入的工藝技術(shù)為主導(dǎo)潮流。就當(dāng)前國(guó)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(chǎng)合、有百利無(wú)一弊的所謂“最先進(jìn)”技術(shù)，每一種工藝都有一個(gè)適用性問(wèn)題。熟悉了解國(guó)內(nèi)外這些工藝，對(duì)其利弊進(jìn)行客觀辯證的分析，因地制宜地合理選擇適用技術(shù)，對(duì)城市污水處理工程設(shè)計(jì)和建設(shè)都有重要意義。

編輯推薦

《污水處理廠測(cè)量、自動(dòng)控制與故障診斷》強(qiáng)調(diào)理論和應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)代城市污水廠的測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及設(shè)計(jì)、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(guò)工程應(yīng)用實(shí)例反映了其在污水處理廠中的最新成果應(yīng)用與發(fā)展的趨勢(shì)。本書(shū)共分18章，其中第1章～第6章主要介紹了城市污水廠測(cè)量技術(shù)；第7章～第14章主要介紹了污水處理廠自動(dòng)控制技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例；第15章～第18章重點(diǎn)介紹了現(xiàn)代污水處理廠異常問(wèn)題檢測(cè)、診斷與修復(fù)。

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