pH值预测控制系统在污水处理中的研究和应用.docx

pH值推测掌握系统在污水处理中的争论和应用

前言

水是大自然赐给人类最贵重的资源和财宝，是人类生命的源泉。我国的水质污染格外严峻，尤其是工业生产产生的大量工业废水，其特点是排放量大、组成简单和污染严峻。目前污水处理过程中仍旧缺乏有效技术手段来保障污水有效的回收再利用，因此假设能提高污水回用率便可以有效缓解国内严峻缺水现状。

目前阻碍污水处理事业进一步进展的主要因素之一是污水处理掌握系统掌握水平较低，工业废水的pH值是环境保护单位重点监察指标，但在污水处理中pH值掌握不但存在严峻的非线性问题，而且受化学元素、温度、污染指数等因素的影响，使用常规的PID掌握方法很难到达预期效果，也导致污水回收利用的效率降低。

摘要

pH值是废水排放需检验的一个重要指标，直接外排会导致严峻的环境污染[4]。因此，对于工业生产中产生的废水必需要进展pH值检验。现代生产过程中对生产用水也有严格的要求。

严峻的非线性和滞后性是酸碱中和过程表现出的重要特征，主要表现为混合过程中的pH值在中和点四周的增益很大，此时投入的中和药剂稍有变化，就能引起pH值较大幅度的波动，而当pH值远离中和点时的增益很小，pH值变化不明显，参加大量的中和药剂才能使pH值有明显变化。加上酸碱中和过程通常在反响釜和循环管路中进展，使得掌握过程存在较大的时滞，不仅给pH值掌握带来极大难度，而且损失大量中和药剂，因此pH值成为自动化掌握中最难掌握变量之一。本文主要通过对PH值变化掌握的争论，建立一套自动化掌握污水处理系统。

标签：PH值、推测掌握、工业污水处理、自动化掌握。第1章推测掌握系统争论

pH过程模型

在化工生产和污水处理过程中，酸碱中和过程存在严峻非线性和大滞后现象。

通过查阅近年来的技术文献、相关工艺方法，在前人的实践探究根底上总结出以下几个因素，使得pH值很难掌握：

pH中和过程辨识困难，难以建立等价低阶线性模型。

pH中和过程存在严峻非线性，使得整个掌握是非线性的，用一般线性掌握器很难到达掌握要求。

pH中和过程中，由于混合测量环节存在滞后，使被调量不能准时反响

系

统所受干扰，由于纯滞后的因素，造成pH值很难掌握。

pH过程其实就是酸与碱的中和反响过程，这种化学反响过程通常速度很快，所以一般考虑其平衡过程。当系统到达平衡的时候，可用静态模型来描述pH过程，滴定曲线可以有效描述pH过程的静态模型，滴定曲线由所参加的酸或碱的含量来描述pH值，它与酸和碱的平衡常量和总离子浓度有关[7-10]。但由于流入物和反响物中所含的成分的不同以及反响器装置的不同，使得实际的pH过程呈现出简单多变的特点，很多科学家在基于物料平衡及反响机理的根底上争论出几种著名的数学动态模型用以描述pH过程中的主要特性，而且得到了试验证明。

酸碱中和反响pH值的非线性推测掌握

在对pH值掌握提出方案之前，为了争论便利，有必要先对涉及到对象建模，对其特性进一步了解。很多技术专家都运用酸碱中和过程的机理建立模型，并分析争论。所以，本文在把握前人学问理论的根底上，承受酸碱中和机理来建立相应模型。在酸碱中和反响的机理模型中，〔[No3-]-[Na+]〕是一个不变量，承受它来描述状态变量。在中和反响的过程中，理论上反响时间足够快，该反响理论上处于化学平衡状态，反响不变量应是不變的；但在整个反响过程中，各个时间的反响不变量是变化的。通过中和反响过程中的守恒等式和平衡关系，可以建立该中和反响的机理模型：

其中，x是反响容器内酸和碱的〔[No3-]-[Na+]〕值；y是反响容器溶液的pH值；V〔k〕是时刻k容器内溶液体积；Ts是采样时间；q1是酸的流速，在试验过程中保持恒定；q2是碱的流速，碱路掌握量为50～100。U是碱路的掌握量；掌握量与流速的线性比例系数，通过屡次试验测量求平均值得到。Wa1和Wa2是相应支路单位体积溶液中的电荷数。本次测试中，计算酸〔HNO3〕的No3-电荷数，碱〔NaOH〕的Na+电荷数，所以Wa1=-[No3-]，Wa2=[Na+]。所以上述中和反响过程，模型的正确性将受参数Wa1和Wa2影响。为保证模型的正确性，需结合酸碱滴定曲线和反响过程中实际响应曲线等来确定。

酸碱中和反响pH值的非线性推测掌握

依据公式〔2-1〕和〔2-2〕描述的酸碱中和反响非线性模型，该反响的pH值非线性推测掌握〔Nonlinearmodelpredictivecontrol，NMPC〕[9]问题描述如下：

其中，k是采样时刻，X是状态向量，U是操作变量〔即碱路的掌握量〕，

y是为被控变量〔即pH值〕，v和w是噪声。经过模型校正后的