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Student Number 87326001
Author Wei-Kuo Wei(魏維國)
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Department Graduate Institute of Environmental Engineering
Year 1999
Semester 2
Degree Master
Type of Document Master's Thesis
Language zh-TW.Big5 Chinese
Title 污水處理廠操作最佳化之研究
Date of Defense 2000-08-10
Page Count 113
Keyword
  • 操作最佳化
  • 污水處理廠
  • 管理資訊系統
  • 質量平衡
  • Abstract 對高度不確定性與動態複雜的工業區廢水處理系統而言,健全廢水處理系統營運管理的體制,提高工作效率,及提昇污水處理廠之管理、操作、維護、及水質檢測的績效與品質,使符合經濟效益及效率的目標,為一重要工作,因此本研究以發展與建立「廢水管理資訊系統」來達到上述之目標。
    本研究以觀音工業區污水處理廠為研究對象,建立「廢水管理資訊系統」在此系統中,更強化其決策支援的功能,則在其系統下發展廢水處理系統的「操作最佳化模式」,以獲得在最低整體營運成本的目標下,各處理單元及程序的操作控制參數值,作為廢水處理系統操作控制策略的決策參考。
    也針對廢水處理系統的「質量平衡」分析作一電腦化之試算表,作為評估廢水處理系統實際處理成效、校核加藥量與污泥產生量的工具﹔在發展操作最佳化過程中,亦可作為修正處理單元及程序操作控制參數或處理流程的參考依據。
    研究結果顯示,廢水管理資訊系統的建立在實廠的應用上可以有效的大量的資料與資訊管理工作予於簡化,並可以方便的提供資料的查詢與分析之運用,提高廢水管理系統的管理效益與效率﹔質量平衡計算試算表可以減少計算上之困難,可迅速提供各項所料與查核支用﹔而操作最佳化模式,確能提供一整廠之最佳控制參數值,使處理水質符合放流水標準,並能減低操作成本,進而使營運成本合理化。
    所以,利用廢水管理資訊系統可以達到整體輔助管理及決策的功能,作為後續推動廢水處理系統操作最佳化之基礎。
    Table of Content 第一章 前言 1
    1-1 研究緣起 ………………………………………………… 1
    1-2 研究目的 ………………………………………………… 3
    第二章 文獻回顧 4
    2-1 廢水管理系統之問題 …………………………… 4
    2-2 電腦應用於廢水管理系統 ………..……………… 5
    2-3 廢水處理系統之質量平衡計算模式 …………… 6
    2-4 廢水處理系統之操作最佳化模式 ……………… 7
    第三章 研究方法 9
    3-1 廢水管理資訊系統之發展、建置與運作 ……………… 10
    3-2 質量平衡計算模式之發展與建立 ……………………… 10
    3-3 操作最佳化模式之發展與建立 ………………………… 11
    第四章 廢水管理資訊系統 12
    4-1 需求分析 ………………………………………………… 12
    4-2 管理資訊系統之架構 …………………………………… 13
    4-3 管理資訊系統之資料庫架構 …………………………… 14
    4-4 系統功能架構 …………………………………………… 18
    4-4-1 廠外作業管理系統 ………………………………… 19
    4-4-2 廠內作業管理系統 ………………………………… 22
    4-4-3 報表製作 …………………………………………… 23
    4-5 系統操作簡介 …………………………………………… 24
    4-5-1 系統發展之環境 …………………………………… 24
    4-5-2 系統使用說明 ……………………………………… 25
    4-6 試用結果 ………………………………………………… 28
    第五章 質量平衡計算模式 31
    5-1 廢水處理系統之流程 …………………………………… 31
    5-2 各處理程序之數學模式 ………………………………… 32
    5-2-1 調和池 ……………………………………………… 32
    5-2-2 初沈池 ……………………………………………… 33
    5-2-3 曝氣池與二沉池 …………………………………… 35
    5-2-4 快混池、慢混池與三沉池 ………………………… 36
    5-2-5 快濾池 ……………………………………………… 37
    5-2-6 浮除濃縮池 ………………………………………… 38
    5-2-7 污泥脫水機 ………………………………………… 40
    5-3 去除率公式之建立 ……………………………………… 41
    5-3-1 初沉池之SS去除率公式 …………………………… 41
    5-3-2 初沉池之COD去除率公式 ………………………… 44
    5-3-3 生物處理之SS去除率公式 ………………………… 47
    5-3-4 生物處理之COD去除率公式 ……………………… 48
    5-3-5 化學處理程序之SS去除率公式 …………………… 50
    5-3-6化學處理程序之COD去除率公式 ………………… 51
    5-3-7 快濾池之SS去除率公式 …………………………… 52
    5-3-8 快濾池之COD去除率公式 ………………………… 54
    5-3-9 整體處理系統之SS去除率模式….….………… 55
    5-3-10 整體處理系統之COD去除率模式 ……………………… 56
    5-4 質量平衡計算程式 ……………………………………… 57
    5-4-1 程式簡介 …………………………………………… 57
    5-4-2 資料輸入之設計 …………………………………… 58
    5-4-3 質量平衡執行流程說明 …………………………… 63
    第六章 操作最佳化模式 65
    6-1 廢水管理系統之營運成本分析 ………………………… 65
    6-2 成本函數之建立 ………………………………………… 65
    6-3 各處理程序之控制變數與決策變數選取 ……………… 67
    6-4 操作最佳化模式 ………………………………………… 69
    6-4-1 目標函數 …………………………………………… 69
    6-4-2 限制式 ……………………………………………… 70
    6-5 操作最佳化輔助決策程式 ……………………………… 75
    6-5-1程式簡介 ……………………………………………… 75
    6-5-2資料輸入設計 ………………………………………… 76
    6-5-3 程式執行流程說明 ………………………………… 76
    6-6 案例研究 ………………………………………………… 78
    6-6-1 案例簡介 …………………………………………… 78
    6-6-2 案例資料說明 …………………………………… 79
    6-6-3 案例研究 …………………………………………… 80
    6-7 案例研究之結果與討論 ………………………………… 81
    第七章 結論與建議 …………………………………… 82
    7-1 結論 …………………………………………………… 82
    7-2 建議 ………………………………………………… 82
    參考文獻 ……………………………………………………… 84
    附錄 A 廢水管理資訊系統之作業流程圖
    附錄B 以類神經網路建立各處理單元及程序之去除率模式
    附錄C 質量平衡計算模式
    表目錄
    目次 頁次
    表4-1 廢水資訊系統之管理工作項目 ……………………. 18
    表4-2 廢水管理資訊系統之報表項目 ………………… 24
    表5-1 初沉池SS去除率模式(1)之係數 …………………. 42
    表5-2 初沉池SS去除率模式(2)之係數 …………………… 42
    表5-3 初沉池SS去除率模式(3)之係數 ……………………. 42
    表5-4 初沉池COD去除率模式(1)之係數 ………………… 45
    表5-5 初沉池COD去除率模式(2)之係數 …………………. 45
    表5-6 初沉池COD去除率模式(3)之係數 ………………… 45
    表5-7 生物處理SS去除率模式之係數…………………. 48
    表5-8 生物處理COD去除率模式之係數…………………… 49
    表5-9 化學處理SS去除率模式之係數………………….. 50
    表5-10 化學處理COD去除率模式之係數……………….. 52
    表5-11 快濾池SS去除率模式之係數……………………. 53
    表5-12 快濾池COD去除率模式之係數…………………… 54
    表5-13 整廠之SS去除率模式之係數 …………………….. 55
    表5-14 整廠之SS去除率模式之係數 ………………….. 56
    表6-1 決策變數與控制變數一覽表 ……………………. 69
    表6-2 案例之操作參數限制式範圍 ……………………. 79
    表6-3 案例之計算參數值…………………………………. 79
    表6-4 案例之機械設備資料 ……………………………. 80
    表6-5 案例之成本資料 …………………………………. 80
    表6-6 案例結果(實際情形) ……………………………… 81
    表6-7 案例結果(執行操作最佳化模式) ………………… 81
    圖目錄
    目次 頁次
    圖3-1 研究流程 ………………………………………………… 9
    圖4-1 廢水管理資訊系統架構圖 ……………………………… 14
    圖4-2 廢水管理資訊系統資料庫架構圖 ……………………… 15
    圖4-3 系統功能架構圖 ………………………………………… 19
    圖4-4 工廠作業功能圖 ………………………………………… 20
    圖4-5 取樣作業功能圖 ………………………………………… 20
    圖4-6 水質檢驗作業功能圖 …………………………………… 21
    圖4-7 前處理作業功能圖 ……………………………………… 22
    圖4-8 污水廠操作作業功能圖 ………………………………… 23
    圖4-9 污水廠維護作業功能圖 ………………………………… 24
    圖4-10 廢水管理資訊系統之系統進入畫面 ………………… 25
    圖4-11 廢水管理資訊系統之系統主功能選單 ……………… 26
    圖4-12 廢水管理資訊系統之廠外管理作業功能選單 ……… 26
    圖4-13 廢水管理資訊系統之廠內管理作業功能選單 ……… 27
    圖4-14 工廠作業之功能選單 ………………………………… 27
    圖4-15 工廠基本資料管理作業 ……………………………… 27
    圖4-16 工廠水量管理作業 …………………………………… 27
    圖4-17 取樣作業之選單畫面 ………………………………… 28
    圖4-18取樣作業之選單畫面 ………….…………………… 28
    圖4-19 水質檢驗記錄之選單畫面 ………………………… 28
    圖5-1 質量平衡之廢水處理流程圖 …………………………… 31
    圖5-2 調和池之質量平衡圖 …………………………………… 32
    圖5-3 初沉池之質量平衡圖 …………………………………… 34
    圖5-4 曝氣池與二沉池之質量平衡圖 ………………………… 35
    圖5-5 快混池、慢混池與三沉池之質量平衡圖 ……………… 36
    圖5-6 快濾池之質量平衡圖 ………………………………… 37
    圖5-7 浮除濃縮池之質量平衡圖 ……………………………… 39
    圖5-8 污泥脫水機之質量平衡圖 ……………………………… 40
    圖5-9 初沉池SS去除率模式(1)之預測值與實際值之比較 …… 42
    圖5-10 初沉池SS去除率模式(2)之預測值與實際值之比較 … 43
    圖5-11 初沉池SS去除率模式(3)之預測值與實際值之比較 … 43
    圖5-12 初沉池之進流SS與進流COD比較 ………………….. 44
    圖5-13初沉池之出流SS與出流COD比較 …………………… 44
    圖5-14 初沉池COD去除率模式之預測值與實際值之比較 … 46-47
    圖5-15 生物處理SS去除率模式之預測值與實際值之比較 … 48
    圖5-16 生物處理程序COD去除率模式之預測值與實際值之比較 49
    圖5-17 化學處理程序SS去除率模式之預測值與實際值之比較. 51
    圖5-18 化學處理程序COD去除率模式之預測值與實際值之比較 52
    圖5-19 快濾池SS去除率模式之預測值與實際值之比較 …… 53
    圖5-20快濾池COD去除率模式之預測值與實際值之比較 …. 55
    圖5-21 整體處理系統SS去除率模式之預測值與實際值之比較 56
    圖5-22 整體處理系統COD去除率模式之預測值與實際值之比較 57
    圖5-23 質量平衡與最佳化模式之試算表畫面 ……………… 58
    圖5-24 基本資料輸入---進流水 ……………………………… 58
    圖5-25 基本資料輸入---初沉池 ……………………………… 59
    圖5-26 基本資料輸入---曝氣池 ……………………………… 59
    圖5-27 基本資料輸入---二沉池 ……………………………… 60
    圖5-28 基本資料輸入---快混池 ……………………………… 60
    圖5-29 基本資料輸入---慢混池 ……………………………… 61
    圖5-30 基本資料輸入---三沉池 ……………………………… 61
    圖5-31基本資料輸入---快濾池 ………………………………… 62
    圖5-32 基本資料輸入---浮除濃縮池 ………………………… 62
    圖5-33 基本資料輸入---污泥脫水機 ………………………… 63
    圖5-34 質量平衡執行前之詢問表單 ………………………… 63
    圖5-35 質量平衡之計算結果顯示畫面 ……………………… 64
    圖6-1 最佳化模式執行前之詢問表單 ………………………… 76
    圖6-2 最佳化模式之結果畫面(有一合適解) ………………… 77
    圖6-3 最佳化模式之結果畫面(無合適解) …………………… 77
    圖6-4 規劃求解後,最佳控制策略結果畫面 ………………… 77
    Reference Metcalf & Eddy (1991), “Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse,” Third Edition.
    Qasim, S. R. (1985), “Wastewater Treatment Plants: Planning, Design, and Operation”, Holt, Rinehart and Winston.
    Manning, A. (1984), “Management trainingas a troubleshooting tool,” J. WPCF, Vol.55, No.8, pp.1051-1060.
    Mohler, D. C. (1986), “Using Computers for Process Control at Large Treatment Plants,” Computerization in the Water and Wastewater Fields, pp.53-66.
    Philip, P. E. (1986), “Using Computers for Process Control at small Treatment Plants,” Computerization in the Water and Wastewater Fields, pp.45-52.
    Advisor
  • Shu-Liang Liaw(廖述良)
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    Date of Submission 2000-08-10

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