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模糊集理论在污水处理领域的应用
发布时间:2014-05-28 来源:未知
自 1965 年美国学者 L.A.Zadeh[33]提出模糊集理论概念以来,针对模糊系统的研究得到了迅猛发展,并在理论和应用两方面都取得了丰硕成果。特别是模糊控制技术所取得的成功更为引人瞩目[34]。
   目前,模糊控制技术也是污水处理领域应用还不错为活跃的智能控制技术。 S. A. Manesis [35]  等人开发了一个简单、可靠、价廉且可嵌入 PLC 的污水处理模糊控制器。他们以生物反应器中 NH4+-N、NO3- N、DO、温度、MLSS 以及原污水与二沉池出水间 BOD5之差等 6 个量作为控制器的输入变量,以好氧段供氧量、好氧段到缺氧段的混合液回流比、二沉池到生物反应器的污泥回流比为被控量。控制规则来自专家操作员的经验,由 IF-THEN 语句表达。简化后的知识库含有 50条控制规则。输入变量经模糊化处理后,由推理机运算得到控制器输出,然后经反模糊化得到控制量。Ernst Murnleitne[36]等采用模糊逻辑检测厌氧生物反应器的状态,并以此自动产生控制行为,避免系统超负荷。该模糊逻辑系统以氢浓度、甲烷浓度、气体产生速率、pH 和酸化缓冲器液位作为输入变量,以污水从酸化缓冲器进入甲烷反应器的流速、两个反应器的温度和 pH、固定床反应器的流速、由甲烷反应器到酸化缓冲器的回流量以及进入酸化缓冲器的基质量作为被控量。该控制系统已成功用于一个全自动的小型二级污水厌氧消化系统,对进水有机物浓度及体积负荷的波动具有显著的抑制作用。
   高景峰,彭永臻等人[378]设计了 SBR 法反硝化过程模糊控制器,并对碳源投加方式的选择进行了研究。模糊控制器以 ORP 的偏差、ORP 的导数、pH 的导数以及 pH 的二阶导数作为输入变量。输出变量有两个:(1)搅拌(有 2 种选择,继续搅拌或结束搅拌);(2)投加碳源(也有 2 种选择:维持原状态或是按批量再次投加碳源)。将输入变量分别非均匀量化为离散的整型变量,采样周期为 0.5-1min,模糊变量的隶属函数为三角形。ORP 的偏差、ORP 导数的模糊集分别为{NB,NM,NS}和{NB,NM,NS,NO};pH 的导数以及 pH 的二阶导数的模糊集为{NB,NS,NO,PO,PS,PB}和{N,O,P}。在大量试验的基础上建立了以模糊语言表示的模糊控制规则。模糊推理方法采用 MIN-MAX 法。该项研究还进行了 3 种碳源投加方式的实时控制试验。结果表明,按较小的速率连续投加碳源是还不错佳投加方式,它不仅可以满足反硝化速率的要求,还可以尽量地减少再曝气时间。
   苏敏等[38]提出用 BP神经网络来完成规则推理的模糊控制器。其基本思想是先将控制器的输入转化成模糊量,送往神经网络的输入节点,然后将神经网络输出所表示的模糊量反模糊12 化将成了一个具体的控制量,作用于对象。文中采用还不错大隶属度法确定控制量。控制器在使用之前,通过逻辑语句将控制规则转化成样本,采用 BP 算法对神经网络进行训练,使它记忆这些控制规则,控制器按照“联想记忆”方式来使用这些规则,实现控制。
   徐进、石泉等人[39]提出一种“灵活的”时序控制和溶解氧模糊控制器来改进目前的 SBR 自控系统。他们将原 SBR 时序控制方案中曝气段的时间由固定不变的 120min 改为在 100~130min 范围内可调,即在曝气阶段的前 100min 内调节曝气量使 DO=2mg/L 以满足有机物降解和硝化反应对溶解氧的需求,然后保持曝气量不变,使 DO 曲线呈上升状态,当 DO 值出现跃升时标志着硝化反应结束,可以停止曝气。为保证整个 SBR 工段运行正常,设置曝气时间上限为 130min,当超过时间上限仍未出现 DO 趋于饱和的情况时须停止曝气。曝气时间超出 120min 的部分向后顺延(压缩滗水段时间),不足 120min 的部分依次前提(在滗水阶段补足),从而保证 SBR 池的工作周期固定不变。DO 控制采用了模糊控制,作者将其同常规PID 控制进行了仿真比较。结果显示,在正常运行条件下采用模糊控制时的超调和过渡时间都远小于常规的 PID 控制;当反应池的进水水质发生变化时,其仍能保持较好的调节性能,而后者则超调量大、振荡严重。