基于細(xì)胞自動機(jī)的曝氣池系統(tǒng)建模與仿真研究.pdf

1、活性污泥法是利用自然界微生物的生命活動凈化污水的一種有效方法，包含極其復(fù)雜的生化反應(yīng)，整個系統(tǒng)表現(xiàn)出多樣性、隨機(jī)性、不確定性、強(qiáng)非線性等復(fù)雜系統(tǒng)的特征，使污水處理過程建模相當(dāng)困難。而一個好的模型對實際污水處理系統(tǒng)的運行管理、工藝設(shè)計和控制至關(guān)重要，開發(fā)精確、實用的動態(tài)模型已成為國內(nèi)外專家普遍關(guān)心的問題。作為人工生命系統(tǒng)的一個分支學(xué)科，人工細(xì)胞自動機(jī)為復(fù)雜系統(tǒng)建模和控制提供了一種理想的生命計算模型。因此，本文立足于復(fù)雜系統(tǒng)和人工生命系統(tǒng)的

2、觀點，利用細(xì)胞自動機(jī)方法研究污水處理過程的建模和仿真，具有十分重要的現(xiàn)實意義和理論意義。 本文利用細(xì)胞自動機(jī)對活性污泥法污水處理過程的建模及仿真技術(shù)進(jìn)行了力所能及的探索，主要做了以下幾方面的工作： (1)在分析活性污泥系統(tǒng)微生物特性和細(xì)胞自動機(jī)在復(fù)雜系統(tǒng)建模應(yīng)用的基礎(chǔ)上，立足于人工生命系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的觀點，在國內(nèi)首次提出利用細(xì)胞自動機(jī)模擬活性污泥法曝氣池污水處理過程及曝氣池模型設(shè)計的基本思路； (2)分別建立了序

3、批間歇式活性污泥法的細(xì)胞自動機(jī)模型(SBRCAM)和傳統(tǒng)活性污泥法曝氣池的細(xì)胞自動機(jī)模型(TRCAM)，并驗證了模型的有效性。仿真實驗結(jié)果表明曝氣池的細(xì)胞自動機(jī)模型具有如下特點： ①復(fù)現(xiàn)曝氣池內(nèi)微生物的演化過程，實現(xiàn)曝氣池污水處理過程的可視化； ②描述出活性污泥的生長過程和有機(jī)物的去除過程，表現(xiàn)出復(fù)雜系統(tǒng)的一些典型特征； ③演化規(guī)則直接在細(xì)胞水平上給出了活性污泥污水處理過程的動力學(xué)的直觀解釋，具有豐富的微觀內(nèi)涵。

4、 (3)總結(jié)分析兩種模型的共同特征和區(qū)別，歸納出該細(xì)胞自動機(jī)建模方法的優(yōu)勢，提出將其推廣應(yīng)用到污水生物處理中，有利于污水處理過程的運行管理、工藝設(shè)計、簡單控制和建模仿真； (4)采用LabVIEW軟件平臺開發(fā)了活性污泥法污水處理過程仿真軟件，嵌入了曝氣池的細(xì)胞自動機(jī)模型，并初步實現(xiàn)了其他相關(guān)污水處理流程。 本文的研究對我國污水處理過程的模型發(fā)展和仿真技術(shù)的開發(fā)有一定借鑒意義，但由于條件和時間限制，尚有許多方面有待