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第1篇 水质监测仪器及水处理工程用仪器设备第1章 检测技术基本知识1

1.1 水处理过程中的监测仪器1

1.2 检测仪器性能与技术指标2

1.3 检测仪器的分类4

1.4 检测仪表的组成5

1.5 常用检测仪器的原理6

1.5.1 电磁法6

1.5.2 光学法9

1.5.3 微波法16

1.5.4 超声法17

第2章 在线式水质监测仪器19

2.1 引言19

2.1.1 概述19

2.1.2 在线水质分析仪器的发展20

2.1.3 在线水质分析仪器在水处理工业中的应用20

2.2 在线式水质常规参数检测仪21

2.2.1 pH检测仪21

2.2.2 ORP检测仪42

2.2.3 电导率检测仪46

2.2.4 在线式溶解氧检测仪53

2.2.5 浊度／悬浮物浓度检测仪64

2.2.6 多参数水质分析仪86

2.3 在线式水质分析仪91

2.3.1 化学需氧量在线分析仪91

2.3.2 生化需氧量在线分析仪105

2.3.3 总有机碳在线分析仪110

2.3.4 氨氮在线分析仪117

2.3.5 硝酸盐氮／亚硝酸盐氮在线分析仪131

2.3.6 总氮在线分析仪133

2.3.7 总磷在线分析仪137

2.3.8 磷酸盐在线分析仪141

2.3.9 钠离子在线分析仪147

2.3.10 在线硅分析仪151

2.3.11 六价铬在线分析仪154

2.3.12 离子在线分析仪158

2.3.13 余氯／总氯在线分析仪和二氧化氯在线分析仪168

2.3.14 联氨在线分析仪180

2.3.15 碱度在线分析仪183

2.3.16 电极法臭氧在线分析仪190

2.3.17 硬度在线分析仪193

2.3.18 水中油在线分析仪201

2.3.19 水质自动采样器207

2.4 水质自动监测站210

2.4.1 水质自动监测站的组成210

2.4.2 水质自动监测站建设的技术要求212

2.4.3 方案设计213

2.4.4 数据采集-处理-控制-显示-通讯系统218

第3章 水处理工程专用仪器和设备220

3.1 水处理工程专用仪器220

3.1.1 液位（水位）测量仪表220

3.1.2 流速／流量测量仪表224

3.1.3 流动电流检测器242

3.1.4 污泥界面仪244

3.1.5 污染指数SDI测试仪248

3.1.6 荧光示踪剂浓度监测仪250

3.1.7 沉降速度-上清液浊度检测器251

3.2 执行机构252

3.2.1 计量泵252

3.2.2 蠕动泵257

第2篇 自动控制系统及其在水处理典型工艺中的应用第4章 自动控制系统基本知识259

4.1 概述259

4.2 基本知识260

4.2.1 自动控制系统的组成260

4.2.2 反馈控制系统的分类263

4.2.3 反馈控制系统性能评价264

4.2.4 微分方程264

4.2.5 传递函数264

4.2.6 频率特性265

4.2.7 单位阶跃响应269

4.3 稳定性270

4.3.1 定义270

4.3.2 判定方法270

4.3.3 稳定性判据271

4.3. 4 稳定余量273

4.3.5 稳态偏差274

4.4 动态品质分析276

4.4.1 品质指标276

4.4.2 分析方法277

4.5 系统的校正280

4.5.1 串联校正280

4.5.2 局部反馈校正282

第5章 自动控制系统284

5.1 概述284

5.2 自动控制系统的分类285

5.3 自动控制系统的品质评价286

5.3.1 静态特性与动态特性286

5.3.2 自动控制系统的过渡过程和品质指标288

5.4 控制对象的数学模型290

5.4.1 静态（或稳态）数学模型290

5.4.2 动态数学模型291

5.4.3 软测量技术及软测量模型296

5.5 控制器的控制规律300

5.5.1 开关式控制300

5.5.2 比例（P）控制300

5.5.3 积分（I）作用和比例＋称分（PI）控制302

5.5.4 微分（D）作用和比例＋徽分（PD）控制302

5.5.5 比例＋积分＋微分（PID）控制304

5.5.6 离散比例积分微分控制304

5.6 控制器参数的经验整定305

5.6.1 PID控制系统动态品质评价305

5.6.2 PID控制器参数整定305

5.7 PID性能改善307

5.7.1 概述307

5.7.2 自整定或自调谐308

5.8 常规控制系统309

5.8.1 简单控制系统309

5.8.2 复杂控制系统310

5.9 先进控制320

5.9.1 概述320

5.9.2 预测控制321

5.9.3 推断控制323

5.9.4 双重控制325

5.9.5 解耦控制326

5.9.6 自适应控制328

5.9.7 滞后补偿控制330

5.9.8 智能控制332

5.10 其他类型控制模式335

5.10.1 无模型自适应控制技术335

5.10.2 通用模型控制341

5.10.3 内模控制341

5.10.4 模型差动极值调节系统343

第6章 水处理单元操作自动化347

6.1 概述347

6.2 pH控制351

6.2.1 概述351

6.2.2 工业废水中和处理过程pH模糊控制352

6.2.3 污水处理中和反应过程pH控制353

6.2.4 湿法烟气脱硫装置中的pH控制353

6.2.5 阴阳床再生污水pH控制356

6.2.6 乙烯装置急冷水pH先进控制357

6.2.7 油田污水处理pH模糊控制358

6.2.8 酸性工业废水中和处理pH控制360

6.2.9 工业废水电絮凝一体化装置pH控制362

6.3 ORP控制364

6.3.1 ORP控制SBR曝气风量364

6.3.2 泳池水处理自动加药364

6.3.3 含氰、铬电镀废水处理ORP控制365

6.4 电导率（电阻率）控制365

6.4.1 循环冷却水水质监测与浓缩倍数自动保持系统365

6.4.2 锅炉供水化学净化过程极值控制366

6.5 混凝投药控制技术及应用368

6.5.1 现有技术368

6.5.2 定量分析絮体形状及混凝剂加注量自动调节370

6.5.3 沉降速度-澄清液浊度检测器与絮凝剂优化投加系统372

6.5.4 絮凝剂投加量最佳控制373

6.6 溶解氧自动控制系统375

6.6.1 锅炉供水除氧剂自动投加与溶解氧控制系统375

6.6.2 曝气过程溶解氧自动控制系统375

6.7 循环冷却水自动加药系统382

6.7.1 概述382

6.7.2 空调循环冷却水系统平衡计算382

6.7.3 循环冷却水质测控技术要求383

6.7.4 循环冷却水系统现行水质测控方案比较384

6.7.5 中央空调循环冷却水水质测控成套设备384

6.7.6 工业循环冷却水水质测控系统386

6.8 次氯酸钠／二氧化氯自动加药及余氯控制386

6.8.1 次氯酸钠消毒387

6.8.2 二氧化氯消毒387

6.8.3 常用加药方式388

6.8.4 自动加药应用实例388

6.9 锅炉炉水协调磷酸盐-pH值控制392

6.9.1 工艺要求392

6.9.2 数学模型392

6.9.3 投加药剂原则393

6.9.4 自动加药方案393

6.10 多参数控制及先进控制394

6.10.1 废水处理工艺过程神经网络智能控制394

6.10.2 生物电极脱氮工艺模糊控制396

6.10.3 用化学法强化生物除磷的优化控制398

6.10.4 氨氮与硝酸盐氮控制400

6.10.5 由磷酸盐和总磷分析仪构成的优化控制系统405

6.10.6 污泥龄自动控制系统405

6.10.7 污泥回流控制407

6.10.8 分段曝气溶解氧控制408

6.10.9 碳源投加控制408

6.11 反渗透装置控制409

6.11.1 概述409

6.11.2 反渗透电控系统技术要求410

6.12 PLC、DCS、FCS、SCADA、WSN411

6.12.1 PLC、DCS、FCS411

6.12.2 SCADA413

6.12.3 现场总线在污水处理厂控制系统中的应用418

6.12.4 无线传感器网络的现状与趋势419

第3篇 工程应用423

第7章 污水处理工艺过程优化控制系统423

7.1 污水处理过程建模423

7.1.1 基于机理模型的出水水质指标423

7.1.2 基于软测量模型的出水水质指标429

7.1.3 入水水量及水质预测模型432

7.2 污水处理过程优化控制433

7.2.1 入水流量优化控制433

7.2.2 溶解氧浓度优化控制434

7.2.3 溶解氧仿人智能控制应用437

7.2.4 污泥浓度回路控制438

7.3 污水处理过程异常工况诊断439

7.3.1 污泥膨胀预测439

7.3.2 工业毒水诊断441

第8章 水工业仪表自动化技术发展趋势443

8.1 污水处理厂综合自动化系统443

8.1.1 城市污水处理厂存在的问题443

8.1.2 综合自动化系统的体系结构444

8.1.3 综合自动化系统功能描述444

8.2 无线技术在污水处理行业的应用447

8.2.1 污水处理厂有线通讯方式存在的问题447

8.2.2 无线技术在污水处理厂的应用448

8.2.3 无线技术在城市污水处理系统的应用451

8.3 污水处理过程故障诊断452

8.3.1 故障诊断技术应用的必要性452

8.3.2 故障诊断技术简介453

8.3.3 污水处理工艺流程故障诊断方法454

8.3.4 故障诊断专家系统455

8.4 智能仪表在污水处理厂的应用457

8.4.1 智能仪表的特点458

8.4.2 智能仪表的结构458

8.4.3 智能仪表的发展趋势459

8.4.4 智能仪表在污水处理厂的使用459

附录 部分在线式水质监测仪器461

参考文献504