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《湖南大学》 2010年
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污水处理过程数学模型方法及其关键技术研究

韦安磊  
【摘要】:如何提高污水处理效率和过程优化控制策略是国内外污水处理研究领域普遍关注的问题。污水处理过程具有时变性、非线性和复杂性等鲜明特征,这使得污水处理系统的运行和控制极为复杂。在我国当前水环境形势下,开展污水处理过程数学模型方法研究,即具有重要的理论价值,也有紧迫的现实需要。 数学模型方法的有效性和可行性是数学模型应用推广的前提。论文回顾了污水处理过程模型近50多年的发展历程,认为数学模型是污水处理管理和决策不可缺少的工具;同时由于传统数学模型方法的相对复杂性与实际操作人员的知识有限性之间的矛盾,当前污水处理过程模型推广应用存在着两个难点:一是缺少简捷有效的机理模型校核方法;二是缺少稳定性和准确性俱佳黑箱模型方法。因此,应该寻求简捷可靠、行之有效的模型方法及其关键技术,以增强污水处理过程模型的实用性和可行性。 论文以提高污水处理过程模型精度和简化模型校核步骤两方面为目标,提出了一种待估参数选择方法,反向选择法。该方法通过分析模型输出均方差,并将均方差分解为方差项和偏差项:前者与测量噪声方差和所选待估参数个数成正比,后者同模型参数取值及其灵敏度有关。反向选择法最初设定全部模型参数均属于待估参数集,然后逐步行进,每一步挑选出一个对提高模型精度无益的参数,并将其排除在待估参数集之外。随着待估参数个数的减少,方差项值逐渐降低,偏项值则逐渐增加,当偏项值增加幅度大于方差项值减少幅度时,便停止选择步骤,那么仍停留在待估参数集的参数则被用于模型校核。反向选择法在计算参数灵敏度时考虑了参数的不确定性,这更符合实际情况。通过与全体参数估计法和另一种待估参数选择方法正交选择法对比,发现反向选择法能够大大降低模型校核估计参数数目,同时提供了良好的模拟和预测性能。此外,论文还通过实验室规模的SBR系统模型验证了反向选择法的有效性。 机理模型与人工神经网络(ANN)模型相结合的复合模型方法能够在机理模型未校核的前提下实现满意的模拟和预测精度。论文提出了三种复合模型方法:加和式并联复合模型方法(ASM2d+ANN)、乘积式并联复合模型方法(ASM2d*ANN)与串联复合模型方法(ASM2d-ANN)。复合模型方法中,以ANN模型学习机理模型因未校核而引起的误差部分,进而完成最终模拟。基于某污水处理脱氮除磷过程测量数据,分别建立了未校核的ASM2d机理模型, ASM2d+ANN模型,ASM2d*ANN模型与ASM2d-ANN模型,采用这些模型模拟出水水质。模拟结果表明:尽管ASM2d机理模型未经校核、并存在较大误差,但其输出能展示出与出水水质相似的波动特征,这为构建复合模型奠定了基础;基于ASM2d机理模型,辅以ANN模型,三种复合模型均显示了良好的模拟和预测性能,这表明复合模型不仅具有良好的向内差值功能,而且拥有可靠地外推插值能力;三种复合模型之中,ASM2d-ANN模型性能最优,其串联结构决定了ASM2d-ANN模型能够合理地描述存在于ASM2d机理模型输出和变量测量值之间的非线性关系。因此,复合模型方法适用于污水处理过程模拟,是一种简捷有效的模型方法。 黑箱模型方法是解决污水处理复杂动态过程模拟问题的有效途径。论文深入探讨了三种黑箱模型方法:适应性模糊推理系统(ANFIS)、小波网络和小波变换-模糊马尔可夫链方法。ANFIS是一种具有神经网络学习特征的模糊推理系统;论文利用高浓度废水厌氧处理过程数据,验证了ANFIS模型的有效性;并且针对ANFIS模型快速收敛的特点,提出了一种模型输入优化选择方法,潜在式最优输入选择法,通过与主成份分析法对比以及模型不确定性分析,表明基于潜在式最优输入选择法构建的ANFIS模型泛化能力强、稳定性好。小波网络是隐层神经元为小波函数的单隐层神经网络;论文通过膜滤过程膜通量测量数据验证了小波网络模型的有效性,并且发现小波网络具有网络构建方法明确、网络初始化效果好、快速收敛等显著特征,可用于污水处理过程模拟。小波变换-模糊马尔可夫链方法是一种时间序列预测方法,其首先利用小波变换将原始时间序列分解为若干子序列,然后对每个子序列分别建立模糊马尔可夫链模型,最后再通过小波重构将各子序列输出合并以预测原始时间序列;论文将此方法用于污水处理厂进水BOD预测,结果表明小波变换-模糊马尔可夫链方法适用于污水处理过程时间序列预测,且可以通过适当增加模糊划分数目与改变小波函数类型提高预测精度。通过对上述三种黑箱模型方法的分析,表明黑箱模型方法能够充分利用现有数据,准确地把握住污水处理过程中的非线性不规则特征,可以作为污水处理过程模拟方法的选择。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

【参考文献】
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1 蒋茹,曾光明,黄国和,谢更新,林玉鹏,秦肖生;改进的遗传算法在城市污水处理厂区间数优化设计模型中的应用[J];安全与环境学报;2004年03期
2 汪慧贞,曹秀芹;活性污泥模型NO.1及“SSSP程序”在中国污水厂适用性的初步探讨[J];北京建筑工程学院学报;1996年03期
3 郑文瑞,王新代,纪昆,王汉林;非确定数学方法在水污染状况风险评价中的应用[J];吉林大学学报(地球科学版);2003年01期
4 卢培利,张代钧,刘颖,王飞;活性污泥法动力学模型研究进展和展望[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年03期
5 曹海彬,张代钧,卢培利;活性污泥模型进水COD组分的测定方法[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年09期
6 卢培利,张代钧,严晨敏,刘颖;活性污泥法动力学模型应用中的参数校核[J];环境科学与技术;2002年05期
7 蒋茹,曾光明;城市污水处理厂工艺方案选择的辅助决策模型[J];环境科学与技术;2004年01期
8 陈亚宁,徐海量;新亚欧大陆桥新疆段环境灾害的模糊马尔可夫链状预测[J];干旱区资源与环境;2002年01期
9 季民,霍金胜,胡振苓,马文杰,刘文亚,张宝祥;活性污泥法数学模型的研究与应用[J];中国给水排水;2001年08期
10 邹亮,曾光明,黄国和,李建兵,谢更新,刘鸿亮;活性污泥系统的回流污泥量控制策略[J];中国给水排水;2004年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 程小文;张文艺;蔡建安;;曝气生物滤池处理微污染原水的动力学模型[J];安徽化工;2006年03期
2 韩晓晶;郑俊;孟海玲;陈慧娣;;ANAMMOX滤池的启动及运行研究[J];安徽化工;2009年03期
3 龚玲;钟成华;邓春光;胡霞;;三峡库区重庆段污水处理厂运行现状研究[J];安徽农业科学;2006年18期
4 李明明;崔燕平;邢传宏;阚灵佳;王素兰;;基于污泥浓度分区技术的理论研究[J];安徽农业科学;2010年18期
5 李凡修;;环境预警数学模型的研究进展[J];安徽农业科学;2010年34期
6 王洋;吴家阳;王敏;;加权马尔可夫链在泰安地区年降雨量预测方面的应用[J];安徽农业科学;2011年06期
7 刘曼红;于洪贤;刘其根;王瑞梅;;淡水养殖池塘水质评价指标体系研究[J];安徽农业科学;2011年24期
8 何飞;杨亚钦;吴林;李江南;;基于马尔可夫模型的贺州市旱涝预测系统研究[J];安徽农业科学;2011年26期
9 宋学宏;邴旭文;孙丽萍;郭培红;顾海东;杨彩根;;阳澄湖养殖水体COD降解动力学研究[J];安徽农业大学学报;2010年02期
10 郑春芳;单明军;刘辉;公彦欣;孙锋;;阿托伐他汀钙制药废水处理工艺[J];辽宁科技大学学报;2012年01期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 马丽卫;翟海瑞;王倩;张利娟;杨劲松;;乳制品公司废水处理的研究进展[A];管产学研助推食品安全重庆高峰论坛——2011年中国农业工程学会农产品加工及贮藏工程分会学术年会暨全国食品科学与工程博士生学术论坛论文集[C];2011年
2 于广平;苑明哲;赵海燕;;污水处理数学模型的研究与应用[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
3 张代钧;卢培利;;城市污水COD组分划分、测试与标准化表征[A];中国环境保护优秀论文集(2005)(上册)[C];2005年
4 刘伯红;;A/O接触氧化法处理厕所污水的工艺流程[A];2007中国环境科学学会学术年会优秀论文集(上卷)[C];2007年
5 黄明智;万金泉;马邕文;;基于改进的BP神经网络的工业废水处理混凝投药模型[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2010年
6 许文峰;黄少斌;王旭东;;有氧环境条件下生物过滤法脱氮的研究[A];中国精细化工协会第二届水处理化学品行业年会论文集[C];2006年
7 王志芳;杨海涛;吕俊盛;;价值工程在工程方案优选中的改进与应用[A];2011全国给水排水技术信息网年会暨技术交流会论文集[C];2011年
8 刘书田;叶飞;肖洁;仇建飞;赵长海;;水污染评价方法研究进展[A];农村污水处理及资源化利用学术研讨会论文集[C];2008年
9 夏乐天;朱元甡;;马尔可夫链预测方法的统计试验研究[A];2007重大水利水电科技前沿院士论坛暨首届中国水利博士论坛论文集[C];2007年
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1 陆谢娟;低C/N比污水间歇曝气MBR脱氮研究[D];华中科技大学;2010年
2 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
3 秦统福;内循环三相流化床生物高效降解炼油污水技术研究[D];华东理工大学;2011年
4 胡安辉;高效短程硝化/厌氧氨氧化富集培养物的研究[D];浙江大学;2010年
5 李广;预处理后剩余污泥中温两相厌氧消化效能研究[D];中国地质大学(北京);2011年
6 金云霄;智能化控制SBBR处理城市污水脱氮除磷性能和微生物学研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 张丹;区域旱情中长期预报及农业干旱风险综合评价[D];大连理工大学;2011年
8 白羽;不同生态因子下LMBR处理制药废水运行效能及数学模型[D];东北林业大学;2011年
9 张子间;绿针假单胞菌株SY-02的分离鉴定、激光诱变及石油烃降解特性[D];华东理工大学;2011年
10 叶洪涛;基于免疫算法的污水处理系统预测及优化控制研究[D];华南理工大学;2011年
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1 潘文琛;短程硝化—厌氧氨氧化工艺处理模拟合成氨废水试验研究[D];郑州大学;2010年
2 庞琦;社会(养老)保险基金发展趋势预测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张强;网络安全态势评估与预测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孙润超;维生素C行业清洁生产分析及废水厌氧启动研究[D];河南工业大学;2010年
5 肖伟;城市污水处理厂脱氮工艺诊断及优化运行研究[D];河北工程大学;2010年
6 蒋晓昊;新型气升式三相内循环反应器处理生活污水的研究[D];河北工程大学;2010年
7 郭斌;基于马尔科夫随机场D-S证据理论对人脑图像的分割研究[D];昆明理工大学;2010年
8 夏宇庆;人工鱼群与差分进化混合优化算法在水质模拟预测中的应用[D];浙江大学;2011年
9 苏强;活性污泥数学模型在济南水质净化二厂工艺优化改造中的模拟研究[D];山东大学;2010年
10 蒋涛;颗粒化EBPR系统混合碳源分子水平作用机制及模型构建研究[D];浙江工商大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈曦;崔莉凤;杜兵;司亚安;;温度和pH值对厌氧氨氧化微生物活性的影响分析[J];北京工商大学学报(自然科学版);2006年03期
2 郑文瑞,吴丹阳,方红;模糊随机方法在震灾风险评价中的应用[J];吉林大学学报(地球科学版);2002年02期
3 阮文权,邹华,陈坚;厌氧氨氧化混培菌的获得及其运行条件[J];重庆环境科学;2002年06期
4 黄俊,邵林广;SBBR工艺的现状与发展[J];重庆环境科学;2003年06期
5 陈亚宁,陈利军;新亚欧大陆桥新疆段环境灾害分布规律[J];地理学报;2000年01期
6 冯前进;陈武凡;;模糊马尔可夫场模型与图像分割新算法[J];南方医科大学学报;2006年05期
7 卢培利,张代钧,刘颖,王飞;活性污泥法动力学模型研究进展和展望[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年03期
8 卢培利,张代钧,严晨敏,刘颖;活性污泥法动力学模型应用中的参数校核[J];环境科学与技术;2002年05期
9 黄勇,杨铨大,王宝贞;废水生物处理过程的结构化模型[J];中国给水排水;1992年06期
10 龙腾锐,冯裕钊,郭劲松;考虑不确定因素的污水厂日进水量预测法[J];中国给水排水;2001年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 高湘;徐良;;层次分析法在西安咸阳国际机场污水处理投标方案选择中的应用[A];第四届全国给水排水青年学术年会论文集[C];2000年
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中国期刊全文数据库 前10条
1 刚铁,黄地尚義;焊接熔池的数学模型及焊接工艺参数的在线最优化[J];焊接学报;1989年02期
2 王家声;生产过程控制中的数学模型方法与应用(讲座下)[J];冶金自动化;1980年03期
3 陈敏恒,袁渭康;工业反应过程的开发方法(一)[J];化学工程;1984年02期
4 何敬伟;造纸工业中污水处理过程如何实现经济与技术的综合平衡(续)[J];西南造纸;2003年06期
5 孙玉焕;杨志海;;我国城市污水污泥的产生及研究概况[J];广西轻工业;2007年04期
6 原长弓;;城市污水处理工艺方案设计浅析[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2011年04期
7 罗隆;周力尤;;自动化技术在污水处理节能领域中的应用现状与前景[J];南方职业教育学刊;2011年04期
8 叶玲平,楼志军,蔡亦军,潘海天;污水处理过程自动控制研究与应用[J];能源环境保护;2005年03期
9 胡兴志;;基于模糊神经网络的自适应控制在污水处理中的应用研究[J];华北科技学院学报;2006年03期
10 黄志新;由丽娜;;DE型双沟式氧化沟运行分析[J];环境研究与监测;2008年03期
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1 张笑波;赵宏杰;戴松明;;藏象信息模型与中医现代化[A];第二次全国中西医结合诊断学术研讨会论文集[C];2008年
2 刘泽华;杨凯;黄成勇;;运用数学模型方法建立投药自动化系统[A];中国电工技术学会水工业电工专委会第一届第二次年会暨技术交流会论文集[C];2001年
3 E.Drioli;E.Curcio;;脱盐和污水处理过程强化策略(英文)[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
4 马兴杰;胡建英;邵兵;杨敏;;壬基酚聚氧乙烯醚在污水处理过程中的迁移转化行为[A];Risk Assessment of Toxic Chemicals--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2001年
5 穆秀春;杨马英;杨晓红;李军;;污水处理脱氮除磷过程建模与控制的研究[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
6 闫玉良;程筠;萨本豪;L.P.Csernai;;连接流体力学模型和输运模型的边界条件研究[A];第十四届全国核物理大会暨第十届会员代表大会论文集[C];2010年
7 王淑坤;张万斌;;冲击地压发生与顶板性质的关系[A];第三届全国岩石动力学学术会议论文选集[C];1992年
8 江洧;林佑金;陆耀辉;;复合模型在惠州电厂冷却水工程研究中的应用[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
9 刘满芝;周梅华;;基于因子分析与聚类分析复合模型的市场细分研究——以移动通信行业为例[A];第三届(2008)中国管理学年会论文集[C];2008年
10 王蕊;郭立新;;一维导体粗糙面上方目标的复合电磁散射研究[A];全国计算物理学会第六届年会和学术交流会论文摘要集[C];2007年
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1 本报记者 李蕴棋;“长春排序如此靠前很不容易”[N];长春日报;2011年
2 本报记者 游雪晴;专家热议解开脑功能谜团[N];科技日报;2010年
3 记者 李韶辉;重庆武汉分获亚行1亿美元贷款[N];中国改革报;2010年
4 记者 葛静;环保部华东督查中心领导来昌督查[N];南昌日报;2009年
5 越飞;广东探索城市污泥处理产业路[N];中国建设报;2009年
6 马加;酶可邦——用“酶”来治污染[N];中国水利报;2001年
7 何哲;有机污水EM处理技术[N];中国水利报;2003年
8 本报记者 庞惠文;化腐朽为神奇[N];钦州日报;2010年
9 记者 肖玮;哈药总厂被曝“污染大户”[N];北京商报;2011年
10 佟德龙 郭丽冰;昌黎:循环经济点废成金[N];秦皇岛日报;2011年
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1 韦安磊;污水处理过程数学模型方法及其关键技术研究[D];湖南大学;2010年
2 张晶;污水处理过程模拟及系统软件开发[D];大连理工大学;2011年
3 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
4 苏杭丽;一种新型水工模拟技术的研究[D];河海大学;2001年
5 向凤红;选矿厂生产物流递阶智能控制系统结构与复合模型研究[D];昆明理工大学;2002年
6 窦建洪;基于犬双心室电力学复合模型的心力衰竭仿真研究[D];浙江大学;2010年
7 贾振华;冠心病心绞痛中医证候量化辨证标准及络气虚滞型动脉粥样硬化大鼠模型病理生理学基础研究[D];河北医科大学;2008年
8 赵玲;黑河流域人口承载力预测分析研究[D];兰州大学;2010年
9 叶洪涛;基于免疫算法的污水处理系统预测及优化控制研究[D];华南理工大学;2011年
10 李茂清;中国恒河猴艾滋病病证复合模型创建及治疗艾滋病中药复方优化研究[D];广州中医药大学;2012年
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1 李万东;污水处理过程实时控制及软测量方法研究[D];北京工商大学;2010年
2 杨婷;污水处理过程的模糊建模与控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 史雄伟;污水处理过程的智能优化控制方法研究[D];北京工业大学;2011年
4 邱启旺;污水处理过程中的模糊控制研究[D];浙江大学;2011年
5 罗丽;城市污水处理过程中重金属的迁移与去除规律研究[D];西安建筑科技大学;2010年
6 梁豆;基于改进差分进化算法的A~2O工艺过程COD建模[D];华东理工大学;2013年
7 杨彦波;活性污泥仿真平台实现及污水处理过程先进控制研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 徐方舟;污水处理控制系统设计及其软测量的研究[D];江南大学;2011年
9 曹焕来;污水处理过程自动控制系统的设计与实现[D];华东理工大学;2012年
10 曹波;生活污水处理监控系统的设计与实现[D];华南理工大学;2012年
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