（控制理論與控制工程專業(yè)論文）活性污泥法污水處理計(jì)算機(jī)仿真軟件的開發(fā)及應(yīng)用.pdf

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 隨著城市生活污水的不斷增加，人們也越來越重視對城市生活污水的處理， 這就要求我們采用更有效污水處理控制方案來滿足日益嚴(yán)格的出水水質(zhì)及經(jīng)濟(jì) 效益的要求?；钚晕勰喾ㄎ鬯幚硎钱?dāng)前世界上處理工業(yè)有機(jī)污水和城市生活 污水的主要途徑。本文的主要目的是討論活性污鈮過程的建模和控制方法，開 發(fā)一個(gè)活性污泥過程仿真器，通過該仿真器可以增強(qiáng)使用者對不同的過程配置、 控制策略的理解，從而便于使用者對城市污水處理系統(tǒng)的控制，提高活性污泥 法污水處理的效率。 、 論文第一部分介紹了活性污泥1 號模型a s m l ，對模型表述形式、污水的 水質(zhì)特性及組分構(gòu)成作了詳細(xì)的說明。 論文第二部分主要介紹活性污泥的降階模型。為了控制應(yīng)用的需要，本文 首先分別建立了缺氧池和好氧池的時(shí)變線性狀態(tài)空間模型，然后把好氧池和缺 氧池的時(shí)變線性狀態(tài)空間模型結(jié)合起來得到由缺氧和好氧兩部份構(gòu)成的前硝化 活性污泥系統(tǒng)的時(shí)變雙線性模型，最后簡單描述了理想狀態(tài)下沉淀池的模型。 論文第三部分介紹基于m a t l a b 圖形用戶界面( g u i ) 的活性污泥法污水 處理計(jì)算機(jī)模擬及仿真軟件的開發(fā)，并通過圖例具體介紹了該軟件的功能及使 用方法，同時(shí)簡單奔紹了該仿真軟件中使用到的仿真算法及計(jì)算的一般程序。 論文晟后主要通過輸入不同氣候條件的輸入組分?jǐn)?shù)據(jù)，采用外加碳源控制、 溶解氧濃度監(jiān)控控制和內(nèi)回流流速控制三種典型的控制鑲略，分析本研究開發(fā) 的仿真軟件在活性污泥過程的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：污水處理，活性污泥法，計(jì)算機(jī)仿真器，控制 一塑豎三些查堂堡苧堂竺望苧 a b s l r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gm u n i c i p a lw a s t e w a t e rl o a d s ，p e o p l e p a y m o l ea t t e n t i o n st o t h em u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，s oi ti st h er e q u i r e m e n tt h a tw e d e v e l o pm o i e e f f i c i e n tp r o c e d u r e sf o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t st om e e t t h es t r i c t e rr e q u i r e m e n t s o ne f f l u e n t q u a l i t y a n de c o n o m i c s ，t h e a c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s h a sb e e n e x t e n s i v e l y u t i l i z e df o rt h e s e c o n d a r y t r e a t m e n to fi n d u s t r i a la n dm u n i c i p a l w a s t e w a t e r t h ea i mo ft h i st h e s i si sp r i m a r i l yt op r o p o s ea n di l l u s t r a t em e t h o d sf o r m o d e l i n ga n dc o n t r o lo fa c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s e s ，d e v e l o pas i m u l a t o rf o rt h e a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，i no r d e rt op o s s i b l ys t r e n g t ht h e u s e r s k n o w l e d g ef o r d i f f e r e n tp r o c e s sp l a n t sa n dt h ec o n t r o ls t r a t e g i e s ，a n dp o s s i b l yi m p r o v ep r o c e s s e f f i c i e n c y t h ef i r s tp a r to f t h et h e s i si n t r o d u c e st h ea c t i v a t e d s l u d g em o d e ln o 1 ( a s m l ) ， a n di l l u s t r a t e st h er e p r e s e n t a t i v em e t h o d ，t h ec h a r a c t e r so ft h ew a t e r q u a l i t ya n d t h e d i f f e r e n tc o m p o n e n t si nd e t a i l t h es e c o n dp a r to ft h et h e s i si n e l u d e sad e t i v a f i o no fr e d u c e do r d e rm o d e l sf o r t h ea c t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s f i r s t l y , t h ep a p e r i n t r o d u c e st h ed e r i v a t i o no f t i m e - v a r y i n gl i n e a rs t a t e s p a c em o d e l sf o rt h ea n o x i cp a r ta n dt h ea e r o b i cp a r t s e c o n d l y , b yi n t e g r a t i n gt h ea n o x i cp a r tm o d e lw i t ht h ea e r o b i cp a r tm o d e l ，w ec a n g e tt h er e s u l t i n gm o d e l s - at i m e - v a r y i n g b i l i n e a r s t a t e - s p a c em o d e lf o r t h e a c t i v a t e ds l u d g ep r e n i t t i f i c a t i o ns y s t e m f i n a l l y , w es i m p l yi n t r o d u c eas e t t l e rm o d e l u n d e rt h ei d e a lc o n d i t i o n i nt h et h i r dp a r t ，a m a t l a b g u i ( g r a p hu s e ri n t e r f a c e ) b a s e dc o m p u t e r s i m u l a t o ro ft h ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si sd e v e l o p e d a no v e r v i e wo fi t sf u n c t i o n s a n d a p p l i c a t i o n s ，t h ea l g o r i t h m s a n d p r o c e d u r eo f s i m u l a t i o n a r cg i v e n f i n a l l y , t h r e er e p r e s e n t a t i v ec o n t r o ls t r a t e g i e s , s u c ha st h ec o n t r o lo fe x t e m a l c a r b o nf l o wr a t e ，t h es u p e r v i s i o nc o n t r o lo ft h ed o p r o c e s sa n dt h ec o n t r o lo f i n t e m a lr e c i r c u l a t i o nf l o wr a t e ，a t eu s e di nt h es i m u l a t o ru n d e rd i f f e r e n tw e a t h e r c o n d i t i o n s ，i no r d e r t oa n a l y s i st h e p r a c t i c a b i l i t ya n df e a s i b i l i t yo f t h e s i m u l a t o r k e yw o r d s ：w a s t e w a t e r t r e a t m e n t ，a c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s ，c o m p u t e rs i m u l a t o r c o n t r o l - 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 城市生活污水處理是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，生化方法在這方面得 到了廣泛的應(yīng)用。廢水生物處理的基本思想就是利用微生物的新陳代謝作用將 廢水中能危害環(huán)境的有害物質(zhì)吸收并轉(zhuǎn)化掉。采用生物處理法進(jìn)行廢水的無害 化處理，比較經(jīng)濟(jì)，而且處理效率高，技術(shù)也比較成熟。因此，在可能的情況 下，首先應(yīng)考慮采用生物處理法?；钚晕勰喾ㄗ鳛樯锾幚矸椒ǖ牡湫痛恚?在城市生活污水的二級處理中占有重要地位。它是應(yīng)用最廣泛的城市污水處理 工藝之一，也是當(dāng)前世界上處理城市生活污水的主要途徑。 1 1 活性污泥工藝的簡介 廢水生物處理工藝發(fā)展至今，根據(jù)其工藝特點(diǎn)可分為兩大類【i - 2 】：一類為活 性污泥法( 即懸浮生長系統(tǒng)) ，其特點(diǎn)是生物質(zhì)以絮凝體的形式在廢水中懸浮生 長，吸附并降解廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)：另一類即為生物膜法( 即附著生長系 統(tǒng)) ，其特點(diǎn)是生物質(zhì)附著在填料或載體上生長，吸附并降解廢水中的有機(jī)污染 物質(zhì)。就目前而言，大型污水處理廠的污水處理工藝方法大部分為活性污泥法， 而且關(guān)于活性污泥法的研究文獻(xiàn)在數(shù)量上占有很大優(yōu)勢【】。 活性污泥法是處理城市污水最廣泛采用的方法之一，它能從廢水中去除溶 解的和膠體的可降解有機(jī)物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體等其它一些物 質(zhì)，無機(jī)鹽類( 磷和氮的化合物) 也能被部分去除，類似的工業(yè)廢水也可以用 活性污泥法處理?；钚晕勰喾冗m用于大流量的廢水處理，也適用于小流量廢 水處理，運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行費(fèi)用較低，但管理要求較高。 構(gòu)成活性污泥法的三個(gè)基本要素【2 】，一是引起吸附和氧化分解作用的微生 物群體，即活性污泥( 生物質(zhì)) ；二是廢水中有機(jī)物，它是處理對象，也是微生 物的食料；三是溶解氧，沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能發(fā) 揮氧化分解作用。當(dāng)然保證微生物、有機(jī)物和溶解氧的充分接觸也是系統(tǒng)高效 穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，一般通過曝氣裝置來實(shí)現(xiàn)。因此，活性污泥法研究的基 本問題應(yīng)包括如下三個(gè)方面：( 1 ) 活性污泥( 生物質(zhì)) 的增長和衰減規(guī)律：( 2 ) 第章緒論 活性污泥( 生物質(zhì)) 對有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)化和去除的過程和規(guī)律；( 3 ) 氧傳遞和 需氧規(guī)律。 1 2 活性污泥數(shù)學(xué)模型的發(fā)展 目前，廣泛應(yīng)用的污水生物處理數(shù)學(xué)模型大多針對活性污泥法導(dǎo)出，其基 本點(diǎn)是從表示細(xì)胞生長動力學(xué)的m o n o d 方程出發(fā)，結(jié)合化工領(lǐng)域的反應(yīng)器理論 與微生物學(xué)理論，對基質(zhì)降解、微生物生長等各參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系作出定量 描述。 121 傳統(tǒng)的活性污泥模型 傳統(tǒng)的活性污泥模型始于2 0 世紀(jì)5 0 年代中期，其中最有代表性的有 e e k e n f e l d e r 等 4 1 基于v s s ( 揮發(fā)性懸浮固體) 積累速率經(jīng)驗(yàn)公式提出的活性污 泥模型；m c k i r m o y 等p 1 基于污泥全混合假設(shè)提出的活性污泥模型和 l a w r e n c e m c c a r t y 等【6 l 基于微生物生長動力學(xué)理論提出的活性污泥模型。這三 種模型均假設(shè)：( 1 ) 反應(yīng)在穩(wěn)態(tài)條件下進(jìn)行，即整個(gè)反應(yīng)器( 曝氣池) 中的微 生物濃度不隨時(shí)間變化，進(jìn)水基質(zhì)濃度也不隨時(shí)間變化；( 2 ) 反應(yīng)系統(tǒng)只有兩 種組分，即微生物和以b o d 5 或c o d 指標(biāo)表示的底物：( 3 ) 反應(yīng)器全混合，微 生物和底物的濃度不隨位置變化。顯然，這些模型都對實(shí)際的生化反應(yīng)系統(tǒng)作 了很大簡化，其區(qū)別僅在于有機(jī)物降解速率表達(dá)式和活性污泥組分劃分的差異。 由于模型計(jì)算結(jié)果可基本滿足活性污泥工藝的要求，且具有模型變量易測、動 力學(xué)參數(shù)確定及方程求解方便等特點(diǎn)，這些模型迄今仍廣泛用于活性污泥的工 藝設(shè)計(jì) 1 0 - 1 2 1 。 但是，由于這些模型只考慮了污水中含碳有機(jī)物的去除，不能解釋和描述 廢水生物處理中常見的有機(jī)物“快速去除”和出水中有機(jī)物濃度隨進(jìn)水濃度變 化的現(xiàn)象，也不能很好地預(yù)測實(shí)際觀察中存在的有機(jī)物濃度增加時(shí)，微生物增 長速率變化的滯后效應(yīng)。此外，m o n o d 方程本身并不能預(yù)測有機(jī)物濃度降低時(shí) 活性污泥過程的瞬交響應(yīng)，因此，傳統(tǒng)的活性污泥模型雖然參數(shù)求解和計(jì)算過 程相對簡單，但無法精確地模擬廢水處理中氧利用的動態(tài)變化，不能很好地描 述活性污泥系統(tǒng)的動態(tài)特性。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 2 活性污泥的動態(tài)模型 活性污泥的動態(tài)模型分為四類，即基于經(jīng)驗(yàn)積累和“i f t h e n ”推理規(guī)則 的語言模型、基于時(shí)序描述的黑箱機(jī)理模型、基于活性污泥動力學(xué)理論的常微 分方程( 組) 集中參數(shù)模型和以偏微分方程( 組) 表達(dá)的分布參數(shù)模型。這四 類模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，以集中參數(shù)模型為目前的主要應(yīng)用模型【1 3 1 。 較早從事活性污泥動態(tài)模擬研究的是j f a n d r c w s 【1 4 】，他提出“存儲一 代謝”概念，將系統(tǒng)中的微生物劃分為活性生物體、儲存物質(zhì)和惰性代謝產(chǎn)物 三部分，從而建立了第一個(gè)活性污泥動態(tài)模型。該模型引入底物在活性污泥( 生 物絮體) 中的存儲機(jī)理，區(qū)別溶艉底物和非溶解底物的去除過程，因面較好地 解釋了有機(jī)物的快速去除現(xiàn)象、微生物增長速率隨底物濃度變化的滯后效應(yīng)， 以及耗氧速率的瞬變響應(yīng)特性。 j o n e s 等提出了w a t e rr e s e a r c hc o m m i s s i o n “存活一非存活”機(jī)理模型， 認(rèn)為有機(jī)物的降解可以在不伴隨微生物( 括性污泥) 增長的情況下完成，強(qiáng)調(diào) 非存活細(xì)胞的代謝活性，并以此解釋傳統(tǒng)的m o n o d 動力學(xué)根據(jù)有機(jī)物的去除預(yù) 測微生物生長時(shí)往往高于實(shí)際值的現(xiàn)象。 m o g e n sh e n z e 等【7 】在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，提出國際水污染控制與研究 協(xié)會( i a w p r c ) 活性污泥模型( a c t i v a t e ds l u d g em o d e ln o 1 ，簡稱a s m l ) 。 該模型綜合了有機(jī)物氧化、硝化和反硝化作用，將水中的有機(jī)物劃分為易生物 降解和緩慢生物降解兩大類，并以其存在形態(tài)劃分為溶解性和非溶解性底物， 認(rèn)為易于生物降解的有機(jī)物是唯一可被微生物生長過程利用的底物，而非溶解 性底物須先經(jīng)過捕集、機(jī)械截留等途徑被活性污泥吸附，然后再在活性污泥細(xì) 胞外水解成易降解的有機(jī)物，才能被生長過程利用。此外，模型對活性污泥生 物絮體的組成也做了定性劃分。由于該模型著重于生物處理過程的基本原理， 綜合考慮了可能影響反應(yīng)的各種環(huán)境因素，并以矩陣形式表述各基本反應(yīng)過程 及相關(guān)的組分，不僅便于計(jì)算機(jī)編程計(jì)算，而且給出了生化過程物質(zhì)變化的明 確圖像，目前已發(fā)展成為國際上污水處理新技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計(jì)方法研究，以 及計(jì)算機(jī)模擬軟件開發(fā)的通用平臺?；赼 s m l 開發(fā)的工藝軟件能有效地模擬 實(shí)際污水廠的運(yùn)行情況。尤其是市政污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行和設(shè)計(jì)。 1 9 9 5 年，m o g e n si t e n z e 等【町在a s m l 的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出國際水質(zhì)協(xié)會 i a w q 活性污泥模型a s m 2 。與a s m l 相比，a s m 2 引入了磷積累生物( p a o s ) ， 第一章緒論 增加了生物除磷過程、厭氧水解、醉解及與聚磷菌有關(guān)的四個(gè)反應(yīng)過程。但實(shí) 際應(yīng)用中，a s m l 和a s m 2 均存在一定困難，主要原因在于進(jìn)水水質(zhì)的分析測 定和模型參數(shù)的實(shí)際校正。由于a s m 系列模型本身含有水中c o d 、氮、磷等 溶解性和非溶解性、惰性和非惰性物質(zhì)，有些不能直接測量，有些分析測定方 法尚未規(guī)范。另一方面，模型中幾十個(gè)參數(shù)，除了產(chǎn)率系數(shù)等少數(shù)幾個(gè)外，其 他參數(shù)均隨環(huán)境條件變化。雖然i a w q 提出了各參數(shù)的參考值，但使用中仍需 根據(jù)實(shí)際工況對各模型參數(shù)進(jìn)行校正。另外，從控制理論看，a s m l 和a s m 2 模型的可辨識性較差，常常根據(jù)同一實(shí)測數(shù)據(jù)會得到不同的估計(jì)參數(shù)組合，因 而增加了過程模擬的不確定性。 1 9 9 9 年，國際水質(zhì)協(xié)會正式發(fā)布了i a w q 活性污泥模型a s m 3 兒j 。該模型 修改了a s m l 的某些缺陷，增加了有機(jī)物的存儲過程，將以水解反應(yīng)代表的衰 減過程改為用內(nèi)源呼吸過程解釋，從而更逼真地展示了衰減過程。由于a s m 3 將異氧菌的“死亡一再生”循環(huán)過程與硝化菌的衰減過程清晰地分開了，使得 a s m 3 的c o d 數(shù)據(jù)流圖比a s m l 簡單了許多。但迄今為止，a s m 3 模型尚未 經(jīng)過大量的不同的試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，模型結(jié)構(gòu)對存儲現(xiàn)象的描述還有待改善。 以上活性污泥動態(tài)模型為基于活性污泥動力學(xué)理論的常微分方程( 組) 集 中參數(shù)模型和以偏微分方程( 組) 表達(dá)的分布參數(shù)模型，其優(yōu)點(diǎn)在于其著重于 生物處理過程的基本原理，基于過程的機(jī)理分析，綜合考慮了影響反應(yīng)的各種 因素，以描述系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物學(xué)現(xiàn)象的科學(xué)和工程學(xué)知識為基礎(chǔ)， 依照物質(zhì)傳遞、轉(zhuǎn)化和動力學(xué)關(guān)系，采用物料和能量平衡的方法而建立。這類 模型往往涉及求解一系列的微分和偏微分方程，以獲得系統(tǒng)的時(shí)變特性，是國 際上污水處理新技術(shù)開發(fā)和工藝設(shè)計(jì)方法研究的主要基礎(chǔ)：但是同時(shí)由于該模 型的建立是基于生物反應(yīng)過程基本原理，使得其缺點(diǎn)在于首先要求研究人員對 微生物的反應(yīng)過程有一個(gè)清楚的了解，才能依照物質(zhì)傳遞、轉(zhuǎn)化和動力學(xué)關(guān)系 建模；其次由于這類模型中很多的參數(shù)不可直接在線測量得到，使得模型的可 辨識性較差，增加了過程模擬的不確定性。 與此平行的另類活性污泥動態(tài)模型，是基于系統(tǒng)辨識技術(shù)建立時(shí)間序列 模型，來模擬活性污泥的運(yùn)行和控制，如b e r t h o u e x 等( 1 9 7 5 ) 用一階a r 模 型描述污水廠的進(jìn)水b o d 5 ；n a g h d y 等( 1 9 9 1 ) 用a r i m a 模型預(yù)瀏進(jìn)水流量 和負(fù)荷；n o v o t n y l l 6 】用a r m a - t f 模型描述進(jìn)、出水b o d 和s s 之間的關(guān)系等。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 這一類模型為基于時(shí)序描述的黑箱機(jī)理模型，對于這類模型的研究不需要對微 生物反應(yīng)過程機(jī)理清楚了解，只要求知道研究需要的過程輸入和輸出，根據(jù)系 統(tǒng)辨識技術(shù)辨識出模型參數(shù)，從而即可得到系統(tǒng)的時(shí)間序列模型。這類模型是 通過輸入輸出數(shù)據(jù)理論分析得到動態(tài)模型的，從而提高了模型的可辨識性，可 以實(shí)現(xiàn)對過程模擬的理論分析。 1 3 控制策略的綜述 對污水處理過程進(jìn)行控制不僅可以提高系統(tǒng)的性能、產(chǎn)率和可靠性，而且 還可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性、降低操作成本及加快啟動過程。人工控制策略在污 水處理過程中的應(yīng)用已有比較長的歷史，早在二十世紀(jì)三十年代在芝加哥就已 經(jīng)使用了常規(guī)的控制技術(shù)來控制污泥回流比。但自動控制策略的應(yīng)用由于對系 統(tǒng)特性認(rèn)識的不足、測量手段的欠缺等原因使得其發(fā)展比較緩慢，大多的研究 還僅停留在理論上【1 7 a 6 1 。 1 3 1 污水生化處理過程控制 為了使污水生化處理過程安全、平穩(wěn)地運(yùn)行，以達(dá)到優(yōu)化的目的，必須對 處理過程進(jìn)行自動控制。通常進(jìn)行以下的污水處理過程控制。 ( 1 ) 解氧( d o ) 濃度控制：好氧池中的氧氣不足和過量都會導(dǎo)致污泥生 存環(huán)境的惡化。當(dāng)氧氣不足時(shí)，一方面由于好氧池中絲狀茵會大量繁殖，最終 產(chǎn)生污泥膨脹；另一方面由于好氧菌的生長速率降低從而引起出水水質(zhì)的下降。 而氧氣過量( 即過量曝氣) 會引起懸浮固體沉降性能變差，能耗也會過高；另 外，含有過高溶解氧的污泥回流到厭氧區(qū)( 或缺氧區(qū)) ，會抑制該區(qū)厭氧菌的生 長。由于溶解氧的控制涉及到微生物的生長環(huán)境以及處理過程的能耗，因此， d o 控制一直是研究的重點(diǎn)。 ( 2 ) 污泥回流控制：污泥中附著大量的微生物，通過污泥回流確保生化 池的微生物達(dá)到一定濃度。污泥回流少，生化池的微生物濃度( 用混合液懸浮 固體濃度m l s s 表示) 偏低，細(xì)菌的生長率下降，影響污水處理效果，并且污 泥回流過少，意味著污泥排放量的增加，從而增加了沉淀池的水力沖擊，影響 沉淀池的固液分離效果，使一些本來可沉淀在池底的顆粒性有機(jī)物隨出水一道 排除。 第一章緒論 ( 3 ) 污泥排放控制：生化反應(yīng)所產(chǎn)生的污泥一部分通過污泥回流控制回 流到生化池，剩余的污泥需要通過污泥排放控制排出。通過污泥排放控制保持 污泥泥齡在某一適當(dāng)?shù)姆秶?。目前，一般通過污泥層高度控制來達(dá)到污泥排放 控制目的。 ( 4 ) 水流量控制：生化處理過程作為二級處理過程，一般在預(yù)處理過程 包括了用于均衡的平衡池。這樣盡管進(jìn)水污水的流量波動劇烈，但通過平衡池 的均衡可以使生化處理過程的進(jìn)水得到緩沖，也就是說，采用自動控制技術(shù)控 制生化處理的進(jìn)水。進(jìn)水流量大小決定了有機(jī)污水在系統(tǒng)中的平均滯留時(shí)闖的 長短，而有機(jī)污水同曝氣池中微生物之間的新陳代謝活動主要在水力滯留實(shí)際 內(nèi)發(fā)生，即水力滯留時(shí)間很大程度上決定了曝氣池中反應(yīng)進(jìn)行的程度，故進(jìn)水 量的變化往往會使系統(tǒng)中所有的變量都受到影響；另外細(xì)菌對污水中底物濃度 的階躍變化非常敏感。因此，為了緩和曝氣池中進(jìn)水量的變化而使細(xì)菌有一個(gè) 適應(yīng)的過程，需要采用一定的策略對進(jìn)水流量進(jìn)行控制。 ( 5 ) p h 值控制：曝氣池中好氧菌的繁殖對p h 值大小有一定的要求，口h 值會影響氧化分解反應(yīng)的速度，此外，出水的排放標(biāo)準(zhǔn)對p h 也有嚴(yán)格的限制， 因此，在污水生化處理過程需要進(jìn)行p h 控制。 ( 6 ) 加炭控制：在好氧區(qū)和厭氧區(qū)，通過硝化和反硝化，達(dá)到除氮的目 的。而在反硝化過程中，需要含炭物質(zhì)作為反硝化過程的電子供體。根據(jù)污水 成分決定是否進(jìn)行加炭控制，如果污水有含炭的有機(jī)物，則以該有機(jī)物為炭源， 保證充分的反硝化反應(yīng)：如果污水中炭源不足，應(yīng)投加易于生物降解的炭源有 機(jī)物如甲醇，此時(shí)需要實(shí)施加炭控制。加炭控制過程中，硝酸鹽濃度作為過程 輸出，炭作為過程輸入。 132 城市污水處理的自動控制現(xiàn)狀 近年來，污水處理的基礎(chǔ)理論及處理工藝日趨成熟，但是污水處理的自動 化水平仍然十分落后。一般的生化污水處理過程控制為遞階的二層控制，上層 控制主要完成各變量的設(shè)定值計(jì)算，如溶解氧設(shè)定值、污泥回流設(shè)定值計(jì)算等， 一般采用最優(yōu)控制、模糊控制、專家控制等控制方法；下層控制是設(shè)定值控制， 即根據(jù)上層計(jì)算的設(shè)定值與實(shí)際值的差進(jìn)行反饋( 前饋) 控制，現(xiàn)有的文獻(xiàn) 1 7 - 2 6 1 多為研究常規(guī)的控制策略，其控制手段主要有開關(guān)控制、比例控制、p i d 控制 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 等，也有諸如自適應(yīng)控制、模糊控制等高級控制。上述的控制方法在國外往往 是對過程中的某個(gè)變量進(jìn)行控制，而且絕大多數(shù)的成果尚處于實(shí)驗(yàn)階段，而國 內(nèi)對污水處理自動化技術(shù)的研究相對較少。 國內(nèi)的城市污水處理廠一般多采用p l c 構(gòu)成計(jì)算楓監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對全廠 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)控。污水處理廠控制系統(tǒng)的整體構(gòu)想一般包括兩步：首 先根據(jù)特性曲線、數(shù)學(xué)模型、有關(guān)規(guī)則及測定值等對各處理單元的工藝控制過 程參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，對工藝控制過程及系統(tǒng)中的各單元進(jìn)行分解得到工藝過 程控制整體構(gòu)想；其次是根據(jù)主要干擾的頻率和振幅確定相應(yīng)工藝過程控制任 務(wù)( 工藝過程優(yōu)化、工藝過程穩(wěn)定及工藝過程保護(hù)) ，協(xié)調(diào)工藝各單元之問的關(guān) 系，確立整體工藝控制過程，實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)的控制。因而目前城市污水處 理廠的自動控制系統(tǒng)僅僅是處理系統(tǒng)的設(shè)備開啟和關(guān)閉的自動控制，數(shù)據(jù)的采 集和收集及其自動顯示等功能，尚缺乏工藝豹自動控制，無法利用水質(zhì)監(jiān)測儀 表把現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與生物化學(xué)反應(yīng)特性結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對生化系統(tǒng)的 監(jiān)視和控制。 污水處理過程自動控制技術(shù)之所以發(fā)展不快，是因?yàn)椋? 1 ) 對微生物生命 活動機(jī)理了解的不是很清楚，不能夠得到合適的過程動態(tài)模型，致使基于數(shù)學(xué) 模型的控制策略無法應(yīng)用。2 0 世紀(jì)8 0 年代以來，生化反應(yīng)模型和計(jì)算機(jī)技術(shù) 在污水生物處理過程中的應(yīng)用日趨廣泛。由于傳統(tǒng)控制方法往往是根據(jù)被控對 象的數(shù)學(xué)模型來設(shè)計(jì)控制器，因此，尋找能夠精確反應(yīng)污水生化處理過程的數(shù) 學(xué)模型一直是研究的熱點(diǎn)。生化反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型研究經(jīng)歷了簡單的擬合試 驗(yàn)數(shù)據(jù)模型、可以反應(yīng)動態(tài)特性的動力學(xué)模型及根據(jù)污水微生物處理過程動態(tài) 特性進(jìn)行辨識建立其模型幾個(gè)階段1 4 7 - 9 2 7 。2 鍆。雖然國際水質(zhì)協(xié)會先后推出y = - 個(gè)活性污泥模型，但是，從控制的角度來看，a s m i 和a s m 2 模型的可辨識性 較差，增加了過程模擬的不確定性。而a s m 3 模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于在線控制， 其有效性尚待實(shí)踐檢驗(yàn)。( 2 ) 測量手段不成熟，致使一些關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)不能實(shí) 時(shí)監(jiān)測。污水水質(zhì)參數(shù)的檢測技術(shù)是當(dāng)前制約污水處理過程實(shí)時(shí)在線控制的主 要因素。眾所周知，污水水質(zhì)主要由生化稀氧量o d ) 、化學(xué)需氧量( c o d ) 、 固體物質(zhì)( s s ) 、總氮( 1 n ) 、總磷( 7 r p ) 等參數(shù)描述，而反映污水有機(jī)物含 量的關(guān)鍵參數(shù)b o d 、c o d 不能實(shí)時(shí)檢測，致使很多污水處理廠憑借工作人員 的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，自動化水平低，運(yùn)行成本高且無法保證出水水質(zhì)。目前水質(zhì) 第一章緒論 參數(shù)檢測的研究主要體現(xiàn)在傳感器上，由于普通傳感器在測量的精確性、可靠 性等方面不能得到保證，因此生物傳感器的研究越來越熱。不容樂觀的是生物 傳感器的壽命短、測量范圍窄、穩(wěn)定性差且造價(jià)高。根據(jù)污水處理過程中各參 數(shù)的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建估算數(shù)學(xué)模型，利用一些較易測量的參數(shù)估計(jì)出待測 參數(shù)，是當(dāng)前解決水質(zhì)參數(shù)檢測的一種有效方法【4 】o 1 4 本研究的主要內(nèi)容、方法及意義 活性污泥法污水處理過程具有多變量、強(qiáng)非線性、嚴(yán)重不確定性、建模困 難等特點(diǎn)，且標(biāo)志污水水質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)不能在線鞭量，控制目標(biāo)不能用過程參 數(shù)直接表示，是一個(gè)典型的復(fù)雜過程。對于這個(gè)復(fù)雜過程控制策略都是針對處 理過程中的某個(gè)參數(shù)而提出的，比如污泥回流比、溶解氧濃度等，而將整個(gè)污 水處理過程按照多變量系統(tǒng)考慮的控制方法尚未見到文獻(xiàn)報(bào)道。目前，我國污 水處理廠的運(yùn)行控制從總體上說仍然存在很多不足，這不可避免地制約了污水 處理技術(shù)水平的發(fā)展，也是我國水污染狀況未能得到根本改善的重要原因之一。 污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行控制問題是其自身的特性所決定的，進(jìn)入污水廠的廢水流 量、組分和濃度都不斷在變化，環(huán)境條件和系統(tǒng)本身的特性也可能不斷變化， 這些變化都將影響處理系統(tǒng)中物質(zhì)傳遞、遷移和轉(zhuǎn)化過程的平衡。本文的研究 正是在這樣的背景下提出的。 1 4 1 本研究的主要內(nèi)容及方法 西方發(fā)達(dá)國家應(yīng)用活性污泥數(shù)學(xué)模型從事污水處理工藝開發(fā)、輔助設(shè)計(jì)及 實(shí)現(xiàn)污水處理廠運(yùn)行管理的精確控制已經(jīng)相當(dāng)普遍，而我國在活性污泥數(shù)學(xué)模 型應(yīng)用方面的研究還很滯后，距離世界水平相差較大，本研究的目的就是開發(fā) 活性污泥工藝計(jì)算機(jī)模擬與仿真軟件，通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與中間試驗(yàn)相結(jié)合， 大幅度節(jié)省時(shí)間、人力和物力，實(shí)現(xiàn)工藝試驗(yàn)研究、工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的優(yōu) 化，促進(jìn)數(shù)學(xué)模型在國內(nèi)的應(yīng)用。主要內(nèi)容及方法如下： ( 1 ) 活性污泥法1 號模型( a s m i ) 的理論分析。 ( 2 ) 活性污泥過程的降階模型：結(jié)合活性污泥法1 號模型( a s m l ) 的 建模原理，根據(jù)活性污泥反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)出本研究所需的污水處理過程狀態(tài)空間 降階模型。 3 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 3 ) 活性污泥法污水處理計(jì)算機(jī)模擬與仿真軟件的開發(fā)：使用m a u a b 的 圖形用戶界面( g u i ) 工具，針對上述推導(dǎo)得出的活性污泥過程降階模型，編 寫活性污泥過程的污水處理計(jì)算機(jī)模擬與仿真軟件，并通過圖例介紹該軟件的 使用方法及功能。 ( 4 ) 計(jì)算機(jī)模擬與仿真軟件的應(yīng)用：在不同的氣候條件下輸入活性污泥 組分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合不同控制策略對活性污泥過程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證該計(jì)算機(jī) 模擬與仿真軟件的模擬結(jié)果，確認(rèn)其準(zhǔn)確性和精確性。 1 4 2 本研究的意義 國外已經(jīng)提出了不少用于污水處理過程建模和仿真的商業(yè)軟件，開發(fā)的這 些計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件可以提高城市污水處理廠的工藝控制水平，推進(jìn)活性污泥數(shù) 學(xué)模型的發(fā)展和應(yīng)用。國外開發(fā)的仿真軟件可以針對使用者所定義的污水處理 系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)仿真，并用圖形表示出仿真結(jié)果；還可以輸入從實(shí)際系統(tǒng)中得到 的測量值，仿真器可以將該值與仿真結(jié)果進(jìn)行比較和分析并輸出比較曲線；還 能夠就選擇的參數(shù)對仿真器進(jìn)行線性靈敏度分析；利用測量數(shù)據(jù)對用戶定義的 系統(tǒng)中各參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。國內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域的研究還相當(dāng)落后，本研究使用m a n a b 設(shè)計(jì)出活性污泥過程工藝仿真軟件來實(shí)現(xiàn)對活性污泥過程的控制，為科研試驗(yàn) 提供廣闊的空間，以最小的代價(jià)和最小的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，獲得最可行的設(shè)計(jì)方案， 最后投入到試驗(yàn)室的試驗(yàn)中，從而可以降低科研經(jīng)費(fèi)的投入，達(dá)到節(jié)省人力、 物力和財(cái)力，提高科研水平和效率。 第二章活性污泥i 號模型( a s m i ) 的理論分析 第二章活性污泥1 號模型( a s m l ) 的理論分析 國際水質(zhì)協(xié)會( i a w q ) 于1 9 8 3 年成立了活性污泥通用模型國際研究小組， 并于1 9 8 6 年在已有的各種污水生物處理數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了活性污泥1 號數(shù)學(xué)模型( a c t i v a t e ds l u d g e m o d e l n o 1 ，a s m l ) f 7 】。該模型主要適用于污水 生物處理的設(shè)計(jì)和運(yùn)行模擬，著重于污水生物處理的基本過程、原理及其動態(tài) 模擬，包括了碳源氧化、硝化和反硝化作用等反應(yīng)過程。該模型用一個(gè)微分方 程組來描述活性污泥過程中曝氣池內(nèi)各組分濃度隨時(shí)間變化的情況，是一個(gè)集 中參數(shù)模型。本章將通過該模型的表述方式、污水水質(zhì)特性參數(shù)、組分構(gòu)成及 組分濃度的物料平衡方程對模型描述的污水生化處理過程加以說明。 2 1 活性污泥1 號模型的表述形式 i a w q 活性污泥模型在表述方面最主要的特征是采用矩陣的形式來描述活 性污泥系統(tǒng)中各種組分的變化規(guī)律和相互關(guān)系，行號用j 表示，列號用i 表示。 矩陣最上面一行從左到右列出了模型所包含的各種反應(yīng)組分，左邊第一列從上 到下列出了各種生物反應(yīng)過程，最右邊的一列從上到下列出了各種生物反應(yīng)的 速率表達(dá)式。矩陣元素為計(jì)量系數(shù)，表明組分i 與過程j 的相互關(guān)系。如果某 一組分不參與過程變化，相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)為零，矩陣中用空項(xiàng)表示。計(jì)量系數(shù) 前的正負(fù)號表示該組分在轉(zhuǎn)換過程中的增減情況。這種矩陣格式可以非常方便 地描述所有可能的轉(zhuǎn)化過程對所有組分的影響及各組分的表現(xiàn)轉(zhuǎn)化速率( 見表 2 1 ) 7 1 。 序號為i 的組分表現(xiàn)轉(zhuǎn)化速率可由下式計(jì)算： r f = v 9 j j ( 2 一1 ) 式中v 口表示i 列j 行的化學(xué)計(jì)量系數(shù)；p j 表示j 行的反應(yīng)過程速率( m l 3 r 1 ) 。 例如計(jì)算快速可降解有機(jī)物( s 。，i = 2 ) 的表現(xiàn)轉(zhuǎn)化速率為： r = v 2 j p ，= v 2 l p l + v 2 2 p 2 + v 2 7 p 7 ( 2 - 2 ) 再將表中所示的化學(xué)計(jì)量系數(shù)和反應(yīng)過程速率表達(dá)式代入式( 2 - 1 ) ，可得： 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 一烈去 去卜 一毒應(yīng)( 毒d 彘 ( n 。 江， 坻者鬈島i ( 去m k o k u + s o ) f ( , k n o l + s a , o 憶 j 。 表2 - 1 最右邊的“反應(yīng)過程速率d ”中使用“開關(guān)函數(shù)”這個(gè)概念來反映 由于環(huán)境因素改變而所產(chǎn)生的遏制作用，即反應(yīng)的進(jìn)彳亍與否。對于需要電子受 體的反應(yīng)過程來說，開關(guān)函數(shù)的概念尤為重要。例如，只有在反應(yīng)器中存在溶 解氧，硝化細(xì)菌才能繁殖，也就是說硝化作用必須有溶解氧的參與，否則不論 氨氮的濃度高低，都不會存在硝化作用。因此，a s m l 模型在硝化過程速率表 達(dá)式中設(shè)置了溶解氧開關(guān)函數(shù)s o ( k o + s o ) 作為硝化反應(yīng)的開關(guān)，k o 選用一個(gè)很 小的數(shù)值。當(dāng)溶解氧( s o ) 趨于零時(shí)，開關(guān)函數(shù)s o ( k o + s o ) 趨于零，則硝化速 率也趨于零：當(dāng)溶解氧( s o ) 趨于一定濃度時(shí)，開關(guān)函數(shù)s o ( k o + s o ) 趨于1 ， 即硝化作用可以順利進(jìn)行。 類似地，反硝化過程的速率表達(dá)式中也設(shè)置了開關(guān)函數(shù)s o ( k o + s o ) 。當(dāng)溶 解氧濃度趨于零時(shí)，開關(guān)函數(shù)趨于1 ，反硝化作用能順利進(jìn)行；反之，溶解氧 升高到一定濃度后，開關(guān)函數(shù)趨于零，反硝化作用趨于停止。 2 2 污水的水質(zhì)特性及組分構(gòu)成 對于組分的表示，有如下約定：顆粒性物質(zhì)用x 表示，溶解性物質(zhì)用s 表 示；下角標(biāo)表示不同種類的成分，如b 表示生物質(zhì)，s 表示基質(zhì)，o 表示溶解 氧。 由表2 2 可知，組分3 7 和組分1 2 都是顆粒性物質(zhì)，x i 表示惰性顆粒性 物質(zhì)，s i 表示惰性溶解性物質(zhì)。在表2 - 1 中可以看出，由于x l 和s i 在生物反應(yīng) 器內(nèi)不發(fā)生任何反應(yīng)，既不增加也不減少，因此其所在的列中不包含任何系數(shù)。 但是，當(dāng)進(jìn)水中飽和x 【時(shí)，它將以一定的速率在系統(tǒng)中積累，其累積速率由污 泥停留時(shí)間( s r t ) 與水力停留時(shí)問( h r t ) 的比值決定。至于s i 的出現(xiàn)對模 型的建立和求解并無實(shí)質(zhì)影響，僅僅是提醒我們，廢水中通常含有一些難降解 的溶解性物質(zhì)。 絲蘭蘭鱟絲塑堡! 蘭塑型! 皇! 堅(jiān)! ! 鱉型笙坌塹 蚌糟 彗蒜 蓁萋 霉湘 茹鎏 蠢 菁落 器辭薯赫 冀鬻 il塞萋 冀訾 禁譬! 籬 * 昔 蓉薹 冀離 濟(jì)盛 稿彗寄斟 休暑 9 i 拳鼻1 一 印 0 _ l ii 一 i 謄 _ i 營 一 i i i i 奠惜 書匹 f 、h _ q - s i l 一 奠1 一 蠹蹲 手 f if f f 亭 i 文i l ， 手 0 r + 曩 i 手s i 曩 一i t 營 孛 守搴、_ 一 棗 、 零 ii 譬 i 萇礦 +；f - 墨i f s 水 亭 i 一 廣一，蠹l 一 ； zf 辨 t ，t ， t ， ，、 一 j | | |f 勢 鏨 p 芋 孬 論 p r 基 印i = 卜d ( r ) 一飛。( f ) 】 由假設(shè)任意時(shí)刻t 時(shí)。( 0 0 ，從而可以得到在任意時(shí)刻t 時(shí) 叫o 跚一性卜k 辨【l ( f ) jl d ( f ) 一k o ) j 所以系統(tǒng)在任意時(shí)刻t 時(shí)是完全可觀測的。 上面我們介紹的是單個(gè)缺氧池情況的模型，下面我們將擴(kuò)展到包括兩個(gè)缺 氧池系統(tǒng)的模型。同樣我們在模型降階前也需要假設(shè)兩個(gè)缺氧池的體積為常值 v ，且用下標(biāo)i 和2 分別表示不同的缺氧池。與上述單個(gè)缺氧池模型類似，我 們可以得到如下的狀態(tài)空間表達(dá)式： s m i ( f ) s t o 2 ( f ) s d 1 0 ) s d 2 ( f ) r s m o , i ( f ) 叫r 柱篡 l s c d d ，：( f ) + b u ( t ) + g a d ( t ) + g h f ( f ) ( 3 _ 1 2 a ) 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 把s 。c 。= s s 崛。o , “2 ( 。t ) j 作為輸出，即r s 。 = ；： ： ，可以得到系統(tǒng)的輸 出方程為： s 刪( f ) 瑚，。 蘭暑 【，：( f ) = 篇端， h i ( r ，= 出 系統(tǒng)矩陣為： z c d = ( 孑鷥翟 其中 刪- 孝一品) 黔一之；翻 刪= f 7 0 s c o o , l ( ，t 卜叫乏0 圳 輸入矩陣為： b ： 擾動矩陣為 g a = lo 00 0l 00 ， g h = 其中飛。( t ) 和r s c o v ：( f ) 為轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率項(xiàng)，可用下式表示； - 2 3 - ( 3 1 2 b ) ( 3 - 1 3 ) ( 3 - 1 4 ) ( 3 1 5 ) 第三章活性污泥過程致學(xué)模型簡化及摸型參數(shù)分析 k f ) 器，f = 31 1 增廣狀態(tài)空間模型 ( 3 - 1 6 ) 由于在實(shí)際的污水處理( w w t p ) 中還是比較難在線測量出口】溶性c o d ( s c ) 的值， o l s s o n 和n e w e l l t 3 9 1 認(rèn)為在線估計(jì)可溶性c o d 的可能方法就 是建立污水中c o d 的測量值和測量的總有機(jī)碳( t o c ) 之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 在這一節(jié)中，主要介紹可溶性c o d 的在線估計(jì)。通過集中不可測量的 a s m l 變量，我們可以得到與總懸浮固體量( t s s ) 和總c o d 量相關(guān)的新變量。 為了得到測量變量，定義新的集中變量如下： 肖m ( f ) = x 口( f ) + 墨( f ) + x s ( f ) ( 3 1 7 ) 其中總的活性生物! t x a t ) = 。0 ) + ( f ) ，即：| 。o ) 為異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌生物量 總和。x ，( r ) 包括由于單位生物量衰減而產(chǎn)生的惰性顆粒物質(zhì)，其他變量定義 為工( f ) 和。( f ) 的和： y c o d ( f ) = z 7 醛o ) + s s ( f ) + s ，( t ) = y 7 囂0 ) + s c n d o ) ( 3 - 1 8 ) 其中z 。0 d o ) 可以看成是總的c o d 量，把反應(yīng)速率代入式( 3 - 1 7 ) 和式( 3 - 1 8 ) 中，由物料平衡我們可以得到新的方程式如下： d s ”- o 一( t ) ：一r ( 0 + d p ) ( s 。a ( r ) 一s 0 ( f ) ) ( 3 1 9 ) a t 皇! ! ! 蘭里! = 一c r k 丑) + d ( r ) ( 。o ) 一z ，囂( f ) ) 一日( r ) ( 3 2 0 ) a l d x c _ = o o 一( t ) ：一2 8 6 r ( f ) + d ( f ) ( z 。o ) 一x c 0 ) ) + “( f ) ( 3 2 1 ) d t 由式( 3 1 8 ) 可以得到s 。d d ( f ) = k ( f ) 一x ( f ) ，把該式代入式( 3 - 8 ) ，可以 得到： r ( f ) = ( r ) 揣( r ) 一s ( f ) ) 2 ( ，) 一z 廊( 功( 3 - 2 2 ) 把式( 3 - 2 2 ) 代入式( 3 1 9 ) 至式( 3 - 2 1 ) 中，得到： _ a s “r o ( t ) = 一。( o s 。( f ) + 。) ( f ) 一k ( f ) 。( 。+ 。( r ) s n o , i n ( r ) ( 3 2 3 ) 一堂堅(jiān)三些奎蘭堡主堂竺墮塞 型艘d t = ( 喁( f m 舭瑙一叱k ( f ) ( f ) ( 3 2 4 ) + d ( t ) x r s s h ( f ) 一h ( f ) 竺鼉產(chǎn)觀8 6 ( f ) x 枷) 邶，8 6 k ( ) + d ( 蝴。 ( 3 - 2 5 ) + d ( r ) j ，c o d 。o ) + “( r ) 由關(guān)系式x 。，。( f ) = x r s s ，。( f ) + 。( f ) ，可以得到式( 3 2 3 ) 至式( 3 2 5 ) 所 表示系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式為： d ( t ) s o 。( 0 d ( f ) 并。( 0 日( r ) d ( ，) 。( ，) 其中z ( f ) = 陋d 0 )x 瓣z 。( r ) r 。方程式最右項(xiàng)為過程擾動項(xiàng)，水解 速率廿( ) 可被看成是不可測量的過程擾動，i 籌；：2 盎1 為可測量的過程擾動。 l d ( f ) 。o ) i 如果僅考慮s 。( f ) 一個(gè)輸出。即y = s u o ( t ) ，則可以得到系統(tǒng)的輸出方程 為： f s 。g ) ，= b 0 0 j ( f ) j ( 3 2 6 b ) 1 d ( f ) j 從式( 3 2 6 ) 可看出由該狀態(tài)方程表示的系統(tǒng)是不可觀測的。 上面介紹的是單個(gè)缺氧池情況的模型，下面我們同樣將分析擴(kuò)展到包括兩 個(gè)缺氧池系統(tǒng)的模型。根據(jù)單個(gè)缺氧池模型的建模方法，我們可以得到如下的 狀態(tài)空間表達(dá)式： 2 。o ) = f ( t ) z 。( f ) + g ( f ) g ( r ) ( 3 - 2 7 ) 其中乙( f ) = p 加，。( f ) s 。o , 2 x m s , l ( f ) x r s s , 2 ( f ) 工c o w o ) x c 0 礎(chǔ)( f ) r ，下標(biāo)1 和 2 分別表示不同的缺氧池，矩陣f ( f ) 包括前面介紹的轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率項(xiàng)，o ) 和 ，：( f ) ，g o ) = b ( f ) d ( t ) s u o 期( f ) _ d ( f ) 肖，囂加( r )