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    造紙廢水處理中溫室氣體減排的溶解氧智能優化控制
    中國紙業網造紙廠設備:2020-9-15 6:34:34 造紙機械|衛生紙機|銅版紙|瓦楞紙|造紙廢水處理
      造紙工業普遍采用活性污泥法處理廢水,然而對該過程中溫室氣體排放卻關注很少,缺少溫室氣體在線監測和減排措施。針對這一問題,提出了一種基于自適應回歸神經網絡PI 控制(Adapted Kernel Regression Back Propagation Neural Network-Proportional Integral Control, AKRBP-PI)的溶解氧分層優化控制策略,旨在保證出水質量的同時,減少溫室氣體排放。該優化控制基于溶解氧對溫室氣體排放的作用機制,采用分層思想,根據出水污染物含量與溶解氧的函數約束關系,采用遺傳算法求解溶解氧優化設定值,實現神經網絡跟蹤控制。仿真結果表明,對比開環控制,AKRBP-PI方案的出水污染物含量均未超標,溫室氣體總排放量減少了8.6%。其中,減少的溫室氣體主要來自曝氣機耗電量的下降。

    溫室氣體排放模型

    基于ASM1模型和物質守恒建立了溫室氣體直接和間接排放模型,以實現溫室氣體的在線監測。溫室氣體的直接排放源為:內源性衰變、BOD去除、硝化過程和反硝化過程;間接排放源為:曝氣機耗電、泵耗電、化學品消耗和污泥處理。

    溶解氧濃度對溫室氣體排放的影響

    采用Pearson相關系數法評估曝氣量的變化對各個溫室氣體排放源的影響,這是實現溫室氣體減排的溶解氧優化控制的基礎。綜合各排放源與曝氣量的關系,全部正相關系數之和為0.3429,因此溫室氣體總排放量隨著曝氣量的增加而增加。


    圖1 廢水處理過程溫室氣體排放源與曝氣量Pearson相關系數的關系


    溶解氧濃度分層優化控制

    AKRBP-PI控制基于溶解氧對溫室氣體排放的作用機制,采用分層思想,根據出水污染物含量與溶解氧的函數約束關系,采用遺傳算法求解溶解氧優化設定值,實現神經網絡跟蹤控制。


    圖2 造紙廢水處理過程實現溫室氣體減排的AKRBP-PI分層優化控制方案


    使用不同控制策略的溫室氣體排放量

    將AKRBP-PI優化控制方案的仿真結果與開環控制、恒定的溶解氧設定值(1 mg/L)和恒定的PI控制參數(Kp=0.9、Ki=0.15)、恒定的溶解氧設定值(1 mg/L)和自整定的BP-PI控制方案進行對比??刂品抡娼Y果表明,對比開環控制,PI控制和BP-PI控制下的溫室氣體總排放量分別增加了8.1%和4.1%;然而在AKRBP-PI控制下,不僅未出現出水水質超限,而且減少了8.6%的溫室氣體總排放量,其中主要來源于曝氣機耗電間接產生的溫室氣體減少。


    圖3 造紙廢水處理過程采用不同控制方案所帶來的溫室氣體減排量

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