基于遺傳算法的ASM3參數(shù)估計(jì)研究.pdf

1、針對(duì)我國(guó)水污染嚴(yán)重，水資源短缺，污水處理廠面臨的運(yùn)行管理不足、運(yùn)行穩(wěn)定性差及自動(dòng)化水平較低的現(xiàn)狀，污水處理廠的運(yùn)行優(yōu)化勢(shì)在必行?；赪EST軟件平臺(tái)，合理構(gòu)建污水處理廠工藝模型，并利用MATLAB編寫(xiě)基于遺傳算法的參數(shù)估計(jì)程序，通過(guò)模擬驗(yàn)證，參數(shù)估計(jì)可有效提高模型的擬合程度，為工藝運(yùn)行和自動(dòng)化控制提供理論參考。
　　本課題基于IWA推出的ASM3模型，主要探討活性污泥系統(tǒng)的脫氮除碳過(guò)程，結(jié)合蘇州市吳中區(qū)城區(qū)污水處理廠二期卡魯塞爾氧

2、化溝工藝的實(shí)際運(yùn)行狀況，構(gòu)建基于WEST軟件平臺(tái)的工藝模型，進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和模擬驗(yàn)證等試驗(yàn)。
　　根據(jù)研究對(duì)象的進(jìn)水水質(zhì)與具體工藝，在對(duì)ASM3進(jìn)行建模過(guò)程中，提出適當(dāng)?shù)氖÷圆糠纸M分或反應(yīng)過(guò)程從而簡(jiǎn)化模型的思想。依據(jù)卡魯塞爾氧化溝工藝特點(diǎn)和實(shí)測(cè)DO沿程變化特征，基于WEST模型搭建原理，對(duì)氧化溝進(jìn)行分區(qū)，提出采用15個(gè)容積相同的CSTR串連模型表達(dá)氧化溝反應(yīng)過(guò)程的方案。
　　根據(jù)搭建成功的污水處理廠工藝模型，設(shè)置構(gòu)筑物物理參數(shù)

3、、廢水特征參數(shù)、污水處理廠運(yùn)行參數(shù)及模型參數(shù)等，構(gòu)筑物物理參數(shù)來(lái)自于污水廠的調(diào)研，運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置采用工藝實(shí)際運(yùn)行和模型模擬結(jié)合方法給出初始值，廢水特征參數(shù)和模型參數(shù)在模擬初期均采用IWA提出的默認(rèn)值，在此等條件下，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，將出水模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比。
　　依據(jù)所建模型對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行敏感度分析，主要分析對(duì)象包括化學(xué)計(jì)量學(xué)系數(shù)、組分參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)，采用擾動(dòng)分析方法，按照10％的幅度逐個(gè)改變參數(shù)大小，穩(wěn)態(tài)模擬輸出模型變量，根據(jù)敏感

4、度計(jì)算公式即可求出每個(gè)參數(shù)對(duì)每種模型組分或出水指標(biāo)的敏感度值，進(jìn)行統(tǒng)一比較分析。
　　敏感度分析為參數(shù)估計(jì)提供參考，選取敏感度值較高的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化估計(jì)可適當(dāng)減少工作量，節(jié)省時(shí)間。本研究選取了四個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，基于遺傳算法和最小二乘原理，利用MATLAB編寫(xiě)參數(shù)估計(jì)程序，得出了一組最優(yōu)參數(shù)估計(jì)值。
　　為了檢驗(yàn)參數(shù)估計(jì)結(jié)果是否能有效提高模型擬合程度，分別在默認(rèn)參數(shù)和估計(jì)參數(shù)條件下進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬，對(duì)出水指標(biāo)COD、TSS、氨氮

5、和TN分析比較。
　　本論文得出以下結(jié)論：
　　（1）采用串聯(lián)式CSTR模型可有效表達(dá)卡魯塞爾氧化溝反應(yīng)系統(tǒng)流程，提出通過(guò)省略部分組分或反應(yīng)過(guò)程的模型簡(jiǎn)化思想也是可行的；
　?。?）在模型構(gòu)建完整及參數(shù)已知的情況下進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬驗(yàn)證，將出水模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比可知，COD、氨氮、TN及TSS四個(gè)出水指標(biāo)擬合情況良好，絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差分別為14mg/L、0.12mg/L、1.33mg/L及0.1mg/L和39%、7.1%、

6、20.5%及1.2%，分析的此誤差是可接受的，模擬結(jié)果證明了該工藝模型的構(gòu)建是可行的，基于WEST軟件平臺(tái)的模型構(gòu)建方法和理論也適合于國(guó)內(nèi)污水處理廠的工藝模擬；
　?。?）敏感度分析結(jié)果顯示：動(dòng)力學(xué)參數(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)系數(shù)中，對(duì)氨氮影響較大的主要是μA、KA,NH、bA,O2、YH_O2、YSTO_O2等；對(duì)硝氮影響較大的依次是μA、ηNO、bA,O2、YSTO_NO、YH_NO、等；對(duì)TN影響較大的依次是bSTO,NO、KA,NH、

7、ηNO、KA,HCO、KO、YSTO_NO、YH_NO等。在主要考慮除碳脫氮的工藝模擬過(guò)程中，可適當(dāng)選取對(duì)氮和COD敏感度較高的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化估計(jì)研究，如本研究選取μA、KA,NH、KA,O和bA,O2作為參數(shù)估計(jì)對(duì)象；
　　（4）根據(jù)參數(shù)敏感度分析，選取四個(gè)總敏感度值較大的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，基于遺傳算法的優(yōu)化機(jī)理，利用MATLAB編寫(xiě)計(jì)算程序，最終所得優(yōu)化參數(shù)值：μA=1.1192d-1，KA,NH=0.9027gN/m3，