城市污水處理運行優化 韓紅桂 9787030710239 【台灣高等教育出版社】

目錄

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前言
第1章 緒論 1
1 1城市汙水處理運行流程機理 1
1 1 1 城市汙水處理運行流程簡述 2
1 1 2 城市汙水處理過程主要運行單元 5
1 1 3 城市汙水處理運行流程特點 8
1 2城市汙水處理運行優化發展概況 9
1 2 1 城市汙水處理運行優化目標研究 9
1 2 2 城市汙水處理運行優化方法研究 13
1 3城市汙水處理運行優化面臨的挑戰 16
1 3 1 城市汙水處理生化反應過程運行優化挑戰 16
1 3 2 城市汙水處理全流程運行優化挑戰 17
1 4章 節 安排 18
第2章 城市汙水處理運行優化基礎概述 20
2 1引言 20
2 2城市汙水處理運行優化基本架構 21
2 2 1 城市汙水處理過程運行優化方案 21
2 2 2 城市汙水處理過程運行優化流程 24
2 3城市汙水處理運行優化關鍵要素 26
2 3 1 城市汙水處理運行優化關鍵變量提取 26
2 3 2 城市汙水處理運行優化目標構建 29
2 3 3 城市汙水處理運行優化方法設計 32
2 4城市汙水處理運行優化條件 46
2 4 1 城市汙水處理運行優化影響因素分析 46
2 4 2 城市汙水處理運行優化設備需求 50
第3章 城市汙水處理關鍵流程運行優化目標 63
3 1引言 63
3 2城市汙水處理運行優化需求 64
3 2 1 城市汙水處理運行總需求 64
3 2 2 城市汙水處理運行過程需求 70
3 3城市汙水處理關鍵流程 75
3 3 1 城市汙水處理生物脫氮流程 75
3 3 2 城市汙水處理生物除磷流程 78
3 3 3 城市汙水處理厭氧生物處理流程 81
3 4城市汙水處理優化目標 82
3 4 1 城市汙水處理水質目標 82
3 4 2 城市汙水處理能耗目標 84
3 4 3 城市汙水處理藥耗目標 88
第4章 城市汙水處理生物脫氮過程運行優化 90
4 1引言 90
4 2城市汙水處理生物脫氮過程特徵分析 91
4 3城市汙水處理生物脫氮過程運行優化目標模型 93
4 3 1 生物脫氮過程主要目標及影響因素 93
4 3 2 生物脫氮過程優化目標模型 98
4 4城市汙水處理生物脫氮過程優化設定點求解 101
4 4 1 種群規模分析 102
4 4 2 生物脫氮過程優化設定點求解流程 105
4 5城市汙水處理生物脫氮過程技術實現及應用 110
4 5 1 實驗設計 110
4 5 2 運行結果 112
4 6城市汙水處理生物脫氮過程運行優化系統應用平臺 125
4 6 1 城市汙水處理生物脫氮過程運行優化系統平臺搭建 125
4 6 2 城市汙水處理生物脫氮過程運行優化系統平臺集成 126
4 6 3 城市汙水處理生物脫氮過程運行優化系統平臺應用驗證 128
第5章 城市汙水處理生物除磷過程運行優化 130
5 1引言 130
5 2城市汙水處理生物除磷過程特徵分析 131
5 3城市汙水處理生物除磷過程運行優化目標模型 132
5 3 1 生物除磷過程主要目標及影響因素 133
5 3 2 生物除磷過程優化目標模型 137
5 4城市汙水處理生物除磷過程優化設定點求解 138
5 4 1 進化狀態探測 139
5 4 2 生物除磷過程優化設定點求解流程 142
5 5城市汙水處理生物除磷過程技術實現及應用 145
5 5 1 實驗設計 145
5 5 2 運行結果 147
5 6城市汙水處理生物除磷優化系統應用平臺 154
5 6 1 城市汙水處理生物除磷優化系統需求分析 154
5 6 2 城市汙水處理生物除磷優化系統設計 155
5 6 3 城市汙水處理過程優化系統應用驗證 156
第6章 城市汙水處理厭氧生物處理過程運行優化 157
6 1引言 157
6 2城市汙水處理厭氧生物處理過程特徵分析 158
6 3城市汙水處理厭氧生物處理過程運行優化目標模型 160
6 3 1 厭氧生物處理過程主要目標及影響因素 161
6 3 2 厭氧生物處理過程優化目標模型 165
6 4城市汙水處理厭氧生物處理過程優化設定點求解 167
6 4 1 進化過程的需求信息獲取 168
6 4 2 厭氧生物處理過程優化設定點求解流程 173
6 5城市汙水處理厭氧生物處理過程技術實現及應用 173
6 5 1 實驗設計 174
6 5 2 運行結果 174
6 6城市汙水處理厭氧生物處理過程運行優化系統應用平臺 188
6 6 1 城市汙水處理厭氧生物處理過程運行優化系統 188
6 6 2 城市汙水處理厭氧生物處理過程運行優化系統應用驗證 190
第7章 城市汙水處理運行動態多目標優化 193
7 1引言 193
7 2城市汙水處理過程動態特性分析 194
7 3城市汙水處理過程動態多目標優化模型 198
7 3 1 城市汙水處理過程優化目標及其影響因素分析 198
7 3 2 城市汙水處理過程動態優化目標構建 203
7 4動態多目標優化設定點求解 204
7 4 1 運行知識提取 204
7 4 2 城市汙水處理過程優化設定點求解過程 205
7 5動態多目標優化技術實現及應用 207
7 5 1 實驗設計 208
7 5 2 運行結果 208
7 6城市汙水處理運行動態多目標優化系統應用平臺 222
7 6 1 城市汙水處理運行動態多目標優化系統平臺搭建 222
7 6 2 城市汙水處理運行動態多目標優化系統平臺集成 223
7 6 3 城市汙水處理生物脫氮過程運行優化系統平臺應用驗證 224
第8章 城市汙水處理全流程運行魯棒優化 226
8 1引言 226
8 2城市汙水處理過程干擾分析 227
8 3城市汙水處理運行魯棒多目標優化模型 228
8 3 1 城市汙水處理過程優化目標及其影響因素分析 228
8 3 2 城市汙水處理過程魯棒優化目標構建 228
8 4城市汙水處理運行魯棒優化設定點求解 232
8 4 1 設定點魯棒性能評價指標 232
8 4 2 城市汙水處理過程決策變量魯棒優化 234
8 4 3 城市汙水處理過程目標參數魯棒優化 237
8 5魯棒優化技術實現及應用 239
8 5 1 實驗設計 239
8 5 2 運行結果 240
8 6城市汙水處理過程魯棒優化系統應用平臺 255
8 6 1 城市汙水處理過程魯棒優化系統平臺需求分析 255
8 6 2 城市汙水處理過程魯棒優化系統平臺設計 257
8 6 3 城市汙水處理過程魯棒優化系統平臺應用驗證 258
第9章 城市汙水處理運行多時間尺度協同優化 260
9 1引言 260
9 2多指標時間尺度分析 260
9 2 1 多重運行指標 261
9 2 2 指標動態響應時間 261
9 3城市汙水處理過程協同優化目標構建 263
9 3 1 分層運行指標設計 263
9 3 2 分層運行優化目標模型構建 264
9 4協同優化過程設定點求解 266
9 4 1 基於分層策略的協同優化求解 266
9 4 2 基於數據驅動輔助模型的設定點獲取 271
9 4 3 協同優化過程設定點求解算法收斂性分析 272
9 5多時間尺度協同優化技術實現及應用 275
9 5 1 實驗設計 276
9 5 2 運行結果 276
9 6城市汙水處理運行多時間尺度協同優化系統應用平臺 292
9 6 1 城市汙水處理運行多時間尺度協同優化系統平臺搭建 292
9 6 2 城市汙水處理運行多時間尺度協同優化系統平臺集成 294
9 6 3 城市汙水處理運行多時間尺度協同優化系統平臺應用驗證 296
第10章 城市汙水處理運行優化發展前景 298
10 1 城市汙水處理過程運行指標模型構建方法 298
10 2 城市汙水處理過程運行優化方法 299
10 3 城市汙水處理運行優化系統 301
參考文獻 303
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精彩書摘
第1章 緒論
水資源短缺和水環境污染是我國生態系統面臨的嚴峻問題，不但對人民生產生活以及生命安全構成很大威脅，而且制約了經濟的發展 [1，2]。為了緩解水資源短缺和水環境污染問題，中華人民共和國國務院頒佈了《水污染防治行動計劃》、全國人民代表大會常務委員會審議通過了《中華人民共和國水污染防治法》等，鼓勵和支持水污染防治的科學技術研究和先進適用技術的推廣應用，強化科技支撐，重點推廣水淨化、水污染治理及循環利用等適用技術，攻關研發前瞻技術，加快研發重點行業廢水深度處理、生活污水低成本高標準處理等技術 [3，4]。城市污水是穩定的淡水資源，對其進行有效處理可以實現水資源循環利用，不但能夠降低污水排放造成水體污染的風險，減輕水資源的污染程度，而且有利於緩解水資源短缺的危機 [5，6]。近年來，我國加快了城市汙水處理廠的建設，已建成的城市汙水處理廠超過 6000座[7，8]。然而，我國大多數城市汙水處理廠運行水平較低，出水水質超標現象時有發生，運行處理成本居高不下，面臨著”運行過程成本高、出水水質不穩定”的問題[9，10]。因此，提高城市汙水處理過程運行水平，保證出水水質達標排放，降低運行成本，實現城市汙水處理運行優化，已成為城市汙水處理行業發展的必然趨勢。
城市汙水處理過程主要包括生物脫氮、生物除磷和厭氧生物處理三個典型生化反應過程，具有大規模、多流程和時變等特點[11，12]。由於不同生化反應過程具有不同的優化運行特點，城市汙水處理全流程運行優化難以實現 [13，14]。城市汙水處理生物脫氮、生物除磷和厭氧生物處理三個過程既相互*立，又相互影響，導致城市汙水處理運行機理複雜，難以構建有效的機理模型表徵過程變量之間的複雜關係，因此構建有效的優化目標模型，是實現城市汙水處理運行優化的一個難點[15，16]。同時，由於城市汙水處理過程進水水質、進水流量等不斷變化，運行過程受外部環境影響嚴重，且受檢測條件的限制，運行過程操作變量的響應時間不同，具有動態、多時間尺度等特性，導致城市汙水處理過程操作變量的優化設定點獲取困難，致使運行處理成本居高不下，出水水質不穩定 [17，18]。綜上所述，構建準確的城市汙水處理過程優化目標模型，獲取有效的操作變量優化設定點，是保證出水水質、降低運行成本、實現高效穩定運行的關鍵[19，20]。
1 1 城市汙水處理運行流程機理
城市汙水處理工藝主要包括活性污泥法工藝、生物膜處理法工藝以及氧化處理法工藝等[21，22]。其中，活性污泥法工藝發展至今已經有 100餘年歷史，其結構和運行方式也經過了一系列改進。目前，我國 90%以上的城市汙水處理廠採用活性污泥法工藝，典型的活性污泥法工藝包括初沉池、生化反應池和二沉池等，其中，生化反應池是污染物降解的核心區 [23]。本節 介紹城市汙水處理運行流程及其三大主要運行單元，即生物脫氮單元、生物除磷單元和厭氧生物處理單元，分析城市汙水處理運行流程特點。
1 1 1 城市汙水處理運行流程簡述
活性污泥法工藝以微生物絮凝體構成的活性污泥為主體，通過人工充氧產生一系列生化反應，將污水中的有機物降解，昀終將水質達標的水排出系統 [24]。常見的活性污泥法工藝包括氧化溝 (oxidation ditch，OD)工藝[25]、厭氧 /缺氧/好氧 (anaerobic-anoxic-oxic，A2/O)工藝[26]、缺氧/好氧(anaerobic-anoxic-oxic，A/O)工藝[27]和序批式(sequencing batch reactor，SBR)工藝等[28，29]，其中， A2/O工藝具有同步脫氮和除磷功能，相較於其他同步脫氮除磷工藝具有構造簡單、總水力停留時間短、運行費用低、控制複雜性小、不易產生污泥膨脹等優點，已成為城市汙水處理運行的昀佳工藝[30-32]。
A2/O工藝的發展歷程如表 1-1所示。1932年，Wuhrmann*先構建了以內源代謝物質為碳