臭氧生物活性炭净水工艺的优化与控制
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摘要
臭氧生物活性炭饮用水深度处理工艺已成为一种优越的净水工艺，正在国内外得到广泛的应用，该工艺要求臭氧投加量及处理工艺流程适应不同的水质情况，以达到净化水质同时减少臭氧消毒副产物的目的。因此对臭氧投加量的控制及工艺流程的优化尤为重要。
本文首先介绍了臭氧的性质及净水作用的机理，结合国内外有关水处理技术，提出工艺流程优化方案。重点阐述了根据制水工艺特点制定了系统总图及主要工艺流程图，并用SIEMENS公司的STEP7-Micro编程软件编制制水控制程序，达到系统自动控制的目的，利用可编程控制器实现该工艺在小区分质供水的自动控制。
实际饮用水处理系统由于存在复杂性、非线性、时变性，本文根据臭氧生物活性炭水处理工艺存在复杂性、非线性、时变性等特点，将模糊控制应用在水处理这一不确定的非线性时变系统，针对不同水温下臭氧利用率及水质的变化，设计一种基于系统过程状态的变结构的模糊控制器，以单片机作为主要控制硬件，按查表方式设计软件，对进水阀门开度进行在线控制，调节臭氧气体与进水的比例(臭氧流量及浓度不变)，达到气水比最优化。保持处理效果的最优状态。
As a kind of predominant technology, Ozone biologically Actived Carbon Method in Drinking water treatment has been extensively applied at home and aboard. In order to achieve purify water and decrease disinfect-outgrowth simultaneously, the quantity of ozone and the process of treatment must adapt to kinds of water quality. So it is very importance of optimization and control in this technology.
In this paper, the characteristic of ozone and the mechanism of purify are introduced firstly. Based on advanced technology, this thesis bring forward the optimal scheme and set down general system-drawings and flow charts. Using STEP7-Micro software, we achieve the auto-control aim in drinking water treatment.
In practice, the complexity and non-linaerity exit in the system of water treatment, so we apply Fuzzy Control in water treatment and design a kind of controller which structure can be altered according to the using-rate of ozone and the variety of water quality. We use single-chip as control hardware and an software to control the flux of valve , so we achieve the optimization of the treatment.
本文首先介绍了臭氧的性质及净水作用的机理，结合国内外有关水处理技术，提出工艺流程优化方案。重点阐述了根据制水工艺特点制定了系统总图及主要工艺流程图，并用SIEMENS公司的STEP7-Micro编程软件编制制水控制程序，达到系统自动控制的目的，利用可编程控制器实现该工艺在小区分质供水的自动控制。
实际饮用水处理系统由于存在复杂性、非线性、时变性，本文根据臭氧生物活性炭水处理工艺存在复杂性、非线性、时变性等特点，将模糊控制应用在水处理这一不确定的非线性时变系统，针对不同水温下臭氧利用率及水质的变化，设计一种基于系统过程状态的变结构的模糊控制器，以单片机作为主要控制硬件，按查表方式设计软件，对进水阀门开度进行在线控制，调节臭氧气体与进水的比例(臭氧流量及浓度不变)，达到气水比最优化。保持处理效果的最优状态。
As a kind of predominant technology, Ozone biologically Actived Carbon Method in Drinking water treatment has been extensively applied at home and aboard. In order to achieve purify water and decrease disinfect-outgrowth simultaneously, the quantity of ozone and the process of treatment must adapt to kinds of water quality. So it is very importance of optimization and control in this technology.
In this paper, the characteristic of ozone and the mechanism of purify are introduced firstly. Based on advanced technology, this thesis bring forward the optimal scheme and set down general system-drawings and flow charts. Using STEP7-Micro software, we achieve the auto-control aim in drinking water treatment.
In practice, the complexity and non-linaerity exit in the system of water treatment, so we apply Fuzzy Control in water treatment and design a kind of controller which structure can be altered according to the using-rate of ozone and the variety of water quality. We use single-chip as control hardware and an software to control the flux of valve , so we achieve the optimization of the treatment.
引文
[1]王琳，王宝贞编著．饮用水深度处理技术[M]．北京：化学工业出版社，2002年．
[2]陈谷．氧化性消毒剂的优劣分析及发展趋势[J]．工业用水与废水，1999(2)
[3]王(土争)，付学起．饮用水消毒净化过程产生的副产物[J]．净水技术，2000(3)
[4]James C. 卡明斯基等．密尔沃基市的臭氧净水[J]．水利水电快报，1997(3)
[5]曾嶶，王淑莹等．以溶解氧浓度作为SBR法模糊控制参数[J]．中国给水排水，2000(4)
[6]葛敏辉，张明等．模糊自适应技术在水处理中的应用[J]．微计算机信息，1998(6)
[7]杨硕芳．我国净水工艺中的自动监控技术[J]．净水技术，1999(3)
[8]储金宇等编．臭氧技术及应用[M]．北京：化学工业出版社，2002年．
[9]肖洪著．高效臭氧发生器技术的研究[D]．南京：河海大学硕士学位论文，2000年
[10]王飞著．臭氧发生管设计及稳定性研究[D]．南京：河海大学硕士学位论文，2002年
[11]蒙学萍．水处理中的化学氧化与消毒[J]．净水技术，1999(2)
[12]刘国红．地下水中有机微污染物去除技术的应用研究[J]．中国给水排水，1998(1)
[13]张唯佳等．臭氧及深度氧化法去除水中污染物[J]．给水排水，2000(5)
[14]张德新，臭氧—生物活性炭饮用水处理新工艺[J]．石油化工环境保护，1999(2)
[15]弥铁钢等．臭氧(O_3)的制备及气水混合的研究[J]．内蒙古农牧学院学报，1999(2)
[16]任基成等．臭氧活性炭工艺去除饮用水中COD_(Mn)的应用实验[J]．给水排水，2001(4)
[17]胡晨．生活饮用水深度处理工程设计的新发展[J]．化工给排水设计，1998(1)
[18]张全忠等．液相中臭氧浓度的检测[J]．工业水处理，2001(4)
[19]袁任光编著．可编程序控制器选用手册[M]．北京：机械工业出版社，2002年
[20]袁任光编著．可编程序控制器应用技术与实例[M]．广州：华南理工大学出版社，2001年．
[21]何宝详，蔡小欣．工业水处理可编程控制系统[J]．江苏石油化工学院学院，2001(2)
[22]丁元欣，张宇明等．集散网络结构的PLC控制系统在生活饮用水深度处理中的应用[J]．化工自动化及仪表，2000(2)
[23]SIEMENS公司STEP 7-Micro编程参考手册
[24]Dussert B W. Impact of drinking water preozonation on granular activated carbon quality and performance[J]. Proceeding of the 12th Ozone World Congress, 1995(1)
[25]朱天宇，卞新高等．上海中远两湾城一期15m~3/h净水机组[J]．中日水处理技术国际交流会会议论文，2001年
[26]饶钢，李雄飞．新型高层供水臭氧净化设备[J]．工程建设与设计，1999(1)
[27]吴锦超，林革．臭氧杀菌在饮用纯净水生产中的应用[J]．水处理技术，1999(2)
[28]余永权，曾碧编著．单片机模糊逻辑控制[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1995年．
[29]冯冬青，谢宋和等编著．模糊智能控制[M]．北京：化学工业出版社，1998年．
[30]何平，王鸿绪编著．模糊控制器的设计及应用[M]，北京：科学出版社，1997年．
[31]闻新等编著．MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M]．北京：科学出版社，2001年．
[32]肖军．模糊控制在自来水厂中的应用[J]．自动化与仪器仪表，2000(2)
[33]王玉彬．电渗析模糊控制系统[J]．煤矿自动化，2000(6)
[34]屈卫东，俞金娣等．新型海水淡化装置中的模糊控制[J]．太阳能学报，1998(2)
[35]张绍园，姜兆春．饮用水消毒副产物控制技术研究现状与发展[J]．水处理技术，1998(1)
[36]钱妍．单片机在模糊逻辑控制中的应用[J]．黑龙江大学自然科学学报，2000(6)
[37]陈宝江，翟勇编著．MCS单片机应用系统实用指南[M]．北京：机械工业出版社，1997年．
[38]谢迎娟等．多路温度检测系统的设计[J]．河海大学常州分校学报，2002(4)
[39]张雪君．单片机温度模糊控制系统[J]．电力系统及其自动化学报，1999(12)
[40]何立民．MCS-51系列单片机应用系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1990年．
[41]王开明．单片机在臭氧含量检测系统中的应用[J]．江苏理工大学学报，1998(6)
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