水處理單元過程最優(yōu)化設計簡介

水處理單元過程最優(yōu)化設計是用最優(yōu)化的原理和方法設計出效率最高、費用最小、能源消耗最小的水處理單元過程。包括確定單元過程的操作方式、運行參數(shù)和設備基本尺寸等。通過單元過程的最優(yōu)化研究可以了解過程本身的特性和影響音色并為大處理系統(tǒng)提供優(yōu)化設計基礎。優(yōu)化設計的基本方法是選擇并確定目標函數(shù)，建立過程性數(shù)學模型，確定設計變量的約束，求解最優(yōu)方案。國內(nèi)外對某些水處理單元過程的優(yōu)化設計已進行了和正在進行深入的研究。2100433B

用最優(yōu)化的原理和方法設計出效率最高、費用最小、能源消耗最少的廢水處理單元過程。廢水處理單元過程設計包括確定某一單元過程的操作方式、運行參數(shù)和有關(guān)設備的基本尺寸等。在對較復雜的大型污水處理廠運用“分解-協(xié)調(diào)”方法進行最優(yōu)化設計時,單元過程就是處理廠這個大系統(tǒng)中的子系統(tǒng)。通過單元過程的最優(yōu)化研究可以了解單元過程本身的特性和影響因素，并有助于大系統(tǒng)的最優(yōu)化設計。

最優(yōu)化設計的基本方法是：選擇并確定目標和過程特性的數(shù)學模型，確定設計變量的可調(diào)范圍，運用一定的方法求解最優(yōu)方案。

要建立定量描述某一單元過程主要特性的數(shù)學模型，首先要研究建立為確定單元過程內(nèi)部定性關(guān)系的結(jié)構(gòu)模型，然后再研究建立定量表達各狀態(tài)變量和設計變量之間相互關(guān)系的定量模型。定量模型一般包括兩個內(nèi)容:污水的流動狀態(tài)模型和污染物反應變化的反應速率模型。這兩種模型可以通過理論分析、經(jīng)驗歸納和實驗分析相結(jié)合的方法建立。把它們同目標函數(shù)和費用函數(shù)結(jié)合起來,就可以推導建立起單元過程最優(yōu)化的數(shù)學關(guān)系式。再采用適當?shù)淖顑?yōu)化方法來確定設計變量的最優(yōu)解，從而作出單元過程設計。具有代表性的單元過程最優(yōu)化研究實例如下。2100433B

用最優(yōu)化的原理和方法設計出效率最高、費用最小、能源消耗最少的廢水處理系統(tǒng)。它是系統(tǒng)工程在解決環(huán)境問題方面的一種應用。

以常用的完全混合活性污泥法廢水處理系統(tǒng)為例，這種系統(tǒng)是由“廢水處理”和“污泥處理”這兩個子系統(tǒng)組成的。前者有初次沉淀池、曝氣池、二次沉淀池、循環(huán)泵、污泥泵、機械曝氣等構(gòu)筑物和設備；后者有污泥濃縮池、消化池、 真空過濾機、 初次污泥泵、濃縮污泥泵和污泥最后處理等過程和設備。長期以來，對上述系統(tǒng)都是按傳統(tǒng)的經(jīng)驗方法設計的。20世紀60年代出現(xiàn)的一種“合理設計”法，采用定量的過程數(shù)學模式和實驗決定參數(shù)的方法進行廢水處理系統(tǒng)的設計。與此同時，開始進行各單元過程和總系統(tǒng)最優(yōu)化設計方法的研究，目前已經(jīng)提出了一些方法和計算機程序，正在逐步實現(xiàn)污水處理廠的最優(yōu)化設計。由于最優(yōu)化設計依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各單元之間的定量關(guān)系，使整個系統(tǒng)達到最優(yōu)目標，所以比傳統(tǒng)設計經(jīng)濟合理。