污水处理水力学分析、控制与泵站节能研究

• 作 者: 曹力群
• 机 构: 杭州电子科技大学
• 出 处: 杭州电子科技大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 污水处理 水力学模型 运行成本 泵站节能 污水流量控制 马尔可夫跳变系统

随着中国经济的发展，国家工业化程度和人民生活水平的提高，不可避免伴随着工业废水和生活污水量的增加，城市排水系统突显其重要性。　　
我国城市污水处理厂的发展很快，排放标准也日趋严格，为改善水环境起到关键作用。但因污水处理是能源密集型的综合技术，一直以来，污水处理厂运行费用偏高，能耗大，一定程度上阻碍了我国城市污水处理厂的建设。提高污水处理厂处理能力，降低建设、运行费用，已成为人们关注的焦点问题。　　
建造城市污水处理厂是解决污水问题最有效和最重要的措施，然而，在处理过程中，没有太关注运行成本这一重要问题，造成很多污水厂运营成本过高。因此，如何降低费用、节约成本，已成为一个重要的任务。　　
本文以污水管网为对象，提出了基于跳变系统的城市排水系统的水力学模型建模、控制与泵站节能研究。以节能为系统控制目标，对管网进行流量控制。通过对区域污水流量控制和污水泵站的调节，实现管网流量的自动调节，使水流最终达到一个平稳状态，实现节能效果。　　
首先，根据水力学模型，建立以排水管网水流为对象，以流量为状态的城市排水水力学状态空间模型；在此基础上，建立城市排水管网水流的马尔可夫跳变系统模型；并结合污水处理厂对水流的工艺要求进行稳定性分析。　　
其次，在Markov水力学模型建立和结合污水处理厂对水流的工艺要求进行稳定性分析的基础上，应用状态反馈控制来设计 状态反馈控制器和输出反馈来设计输出反馈控制器，用来控制水流的波动和流量，使流入污水厂的主管网的污水水量达到一个稳定状态，满足污水厂的工艺要求，同时也达到节能目的。　　
最后，为实现进一步节能，对其运行状态进行分析。先分析了水泵节能的一般原理，通过改变水泵工况点来改变流量或扬程，进而实现泵站节能；再是对水泵工况点分三种情况进行工况分析，分析怎样调节水流使泵站运行在高效区；分析了扬程与能耗的关系，如何减少扬程来节能；还分析了水泵运行效率，在调速运行状态下，如何使泵站运行在高效区，实现耗能最少。