Ścieki są jednym z wielu rodzajów zanieczyszczeń produkowanych przez człowieka. Zagadnienia związane z procesami ich oczyszczania zainspirowały przygotowanie niniejszej monografii. Zaproponowano w niej nowoczesne struktury i algorytmy sterowania oraz optymalizacji.
W zakresie sterowania w praktyce eksploatacyjnej większości oczyszczalni ścieków stosuje się w dalszym ciągu proste algorytmy sterowania stężeniem tlenu oparte na regułach lub regulatorach typu PI ze stałymi wartościami nastaw. Ze względu na złożoność problemu sterowania i różne punkty pracy są one niewystarczające. Wynika to z faktu, że zapotrzebowanie na tlen, a tym samym na ilość powietrza dostarczanego przez instalację napowietrzającą, jest zmienne w czasie.
Obecnie na świecie trwają intensywne prace badawcze nad strukturami i algorytmami sterowania pozwalającymi na wyznaczanie i realizację optymalnej pod względem kosztów i jakości oczyszczania ścieków trajektorii stężenia tlenu. Wpisuje się w nie niniejsza monografia, w której zaprojektowano nadrzędny system wyznaczający zadaną trajektorię stężenia tlenu. Dodatkowo, w celu podniesienia efektywności oczyszczania ścieków przy jednoczesnej redukcji kosztów napowietrzania ścieków w pracy zaproponowano dwa zaawansowane systemy sterowania stężeniem tlenu.
W dalszej części pracy system sterowania związany ze stężeniem tlenu rozbudowano o dodatkowe procesy biologiczne mające znaczący wpływ na efektywność oczyszczania ścieków, optymalizację pracy reaktora SBR i obniżenie kosztów operacyjnych. Zaproponowano metody rozwiązania trudnego, nieliniowego, niewypukłego i hybrydowego – ze względu na postać zmiennych decyzyjnych – zadania optymalizacji.
Na koniec zaproponowano nową sprzętowo-programową strukturę systemu sterowania biologiczną oczyszczalnią ścieków w Swarzewie, z wykorzystaniem nowoczesnych środowisk programistycznych i obecnie stosowanego sprzętu cyfrowego.
Spis treści:
Wykaz oznaczeń i skrótów
1. Wstęp
1.1. Wprowadzenie
1.2. Przegląd stanu wiedzy
1.3. Struktura monografii
2.Charakterystyka systemu sterowania
2.1. Informacje ogólne
2.1.2. Rodzaje oczyszczalni ścieków
2.1.2. Podstawowe procesy w oczyszczalni ścieków
2.1.3. Napowietrzenie ścieków
2.2. Oczyszczalnia ścieków w Swarzewie
2.3. Instalacja napowietrzająca w Swarzewie
2.4. Sterowanie w oczyszczalni ścieków w Swarzewie – stan aktualny
3. Modelowanie matematyczne systemu sterowania
3.1. Reaktor SBR
3.2. Instalacja napowietrzająca
3.2.1. Model ogólny
3.2.2. Model szczegółowy – wariant A
3.2.3. Model szczegółowy – wariant B
4. Algorytm sterowania stężeniem tlenu
4.1. Projektowanie systemu sterowania
4.2. Badania symulacyjne i analiza wyników
5. Algorytmy sterowania stężeniem tlenu i wyznaczania trajektorii zadanej stężenia tlenu
5.1. Adaptacyjny układ sterowania z nadrzędnym regulatorem regułowym
5.1.1. Projektowanie systemu sterowania
5.1.2. Badania symulacyjne i analiza wyników
5.2. Adaptacyjny układ sterowania z nadrzędnym regulatorem heurystycznym
5.2.1. Projektowanie systemu sterowania
5.2.2. Badania symulacyjne i analiza wyników
6. Optymalizacja pracy reaktora SBR
6.1. Sformułowanie zadania optymalizacji
6.1.1. Zmienne decyzyjne
6.1.2. Ograniczenia
6.1.3. Funkcja kryterialna
6.2. Niedeterministyczne metody optymalizacji
6.2.1. Zmienne decyzyjne
6.1.2. Ograniczenia
6.1.3. Funkcja kryterialna
6.2. Niedeterministyczne metody optymalizacji
6.2.1. Algorytmy ewolucyjne
6.2.2. Algorytmy symulowanego wyżarzania
6.3. Deterministyczne metody optymalizacji
6.3.1. Metoda gradientowa
6.3.2. Metoda Direct
6.3.3. Metoda podziału i ograniczeń
6.4. Wyniki optymalizacji
6.4.1. Przegląd zupełny
6.4.2. Algorytmy ewolucyjne
6.4.3. Algorytmy symulowanego wyżarzania
6.4.4. Metoda gradientowa
6.4.5. Metoda Direct
6.4.6. Metoda podziału i ograniczeń
6.4.7. Analiza porównawcza
6.5. Optymalizacja pracy oczyszczalni ścieków w Swarzewie
7. Implementacja sprzętowo – programowa
7.1. Ogólna struktura
7.2. Charakterystyka warstw systemu sterowania
7.3. Warstwowy system sterowania w oczyszczalni ścieków
7.4. Analiza stanu obecnego
7.5. Propozycja modernizacji
Zakończenie
Bibliografia
Streszczenie w języku polskim
Streszczenie w języku angielskim
