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城市用水的良性运转离不开高效稳定的污水处理过程,污水处理厂设计之初需要考虑诸多因素,缺少建模仿真技术的有效支持,后期现场调试也需要较长的调试周期,建设效率低下。曝气供氧系统是污水处理过程中的主要能耗工序,当前的自动控制水平低下。低效的自动控制水平不仅难以保证出水水质的排放要求,并且造成了大量的能源消耗。因此,通过仿真技术模拟实际工序,在保证出水水质达到排放标准的前提下,采用稳定高效的控制方案能够大大提高污水处理厂的控制水平,同时对促进其节能降耗具有重要意义。现有新型污水处理工艺大多以活性污泥1号(ASM1)为基础发展而来,其建模复杂程度也越来越大,建模难度的提升使得越来越多的模型使用者难以成功建立新型模型。此外,商业性的污水处理仿真软件具有严格的保密封装,使得模型的可移植性较差,使用成本过高。我国当前水务企业对生化反应池的曝气供氧环节多采用“宁多勿少”的进气原则,虽然保证了一定的出水水质,但容易造成活性污泥膨胀,大大增加了生产成本。针对上述问题,本文使用gPROMS软件建立开放性基础仿真模型并进行动态处理过程模拟,最后选取合适的控制方案实现曝气供氧系统能耗优化。主要研究工作如下:1)针对我国污水水处理厂设计周期过长,并且在后期调试过程中缺乏高效仿真软件支撑的问题,建立了基于gPROMS的开放式活性污泥法基准污水处理厂模型,通过对比其他平台的仿真结果,验证了gPROMS软件平台的可靠性和精确性,为工程设计和调试提供了合理依据。通过分析不同天气状况条件下的微生物化学反应过程、活性污泥沉降过程,得出了溶解氧浓度既是有效保证出水水质的关键控制参数,又关系到整个工艺流程中的主要能耗变量,由此建立了相关污水处理评价指标。2)为使出水水质中污染物得到较好的控制,并且使得曝气供氧系统达到能耗最优的操作条件,在所构建的控制性能分析、节能评价标准的基础上,以开放性软件gPROMS所构建的工艺流程为平台,设计使用自抗扰控制器(ADRC)对曝气量进行实时控制,确定为行之有效的控制策略,实现了节能降耗的目标。