《给排水工程仪表与控制》第二版 思考题与习题答案

第一章

1.自动控制系统的作用是什么？与人工控制系统有什么共同点？有什么差别？ 2．自动控制系统有哪些基本组成部分?各部分的作用是什么？

答：一个自动控制系统只要由以下基本见构成：①整定文件：也称给定文件，给出了被控量应取的值②测量元件：检测被控量的大小③比较文件：用来得到给定值与被控量之间的误差④放大元件：用来将误差信号放大，用以驱动执行机构⑤执行元件：用来执行控制命令，推动被控对象⑥校正元件：用来改善系统的动静性能⑦能源元件：用来提供控制系统所需的能量。

3．自动控制系统由哪些形式？

答：(1)闭环控制;(2)开环控制；(3)复合控制。 4．方块图和传递函数有什么作用？

答：方块图和传递函数是自动化理论的重要基础。通过方块图可以直接看出各环节的联系，及环节对信号的传递过程；而传递函数可以用来描述环节或自动控制系统的特性，将输入----输出关系一目了然表示出来。

5. .分析各种典型环节的动态特性极其特点。

①比例环节也称放大环节，特点是当输入信号变化时输出信号会同时以一定的比例复现输入信号的变化。传递函数：G（s）=k（k为放大系数），Y（s）=KX（s）,y(t)=kx(t)。②一阶环节也称一阶惯性环节，当输入信号做阶跃变化后，输出信号立刻以最大速度开始变化，曲线斜率最大，而后变化速度开始放慢，并越来越慢，最后达到一个新的稳定状态。传递函数：G(s)=k/Ts+1,X(s)=A/S(xu=A)。③积分环节：只要有输入信号存在，输出信号就一直等速的增加或减小，随着时间而积累变化。传递函数：G（s）=k/b*s Y(s)=kX(s)/TiS y(t)=k/Ti ∫x(t)dt。

④微分环节：微分作用的输出变化与微分相同和输入信号的变化速度成比例而与输入信号大小无关，即输入信号变化速度愈快，微分时间越长，微分环节输出信号也愈大。传递函数：G(s)=Td*S，Y(s)=Td*S*X(s)，y(t)=Td*dx(t)/dt。⑤纯滞后环节：当输入信号产生一个阶跃变化时，他的输出信号即不是立刻反应输入信号的变化，也不是慢慢的反应，而是要经过一段纯滞后时间以后才等量的复现输入信号的变化。传递函数：G(s)=e﹣zs，Y（s）=e﹣zs*X(s) y(t)=x(t-τ)。

6．评价自动控制系统的过渡过程有哪些基本指标？

答：评价自动控制系统的过渡过程基本指标有：(1)最大偏差A；(2)过渡时间ts;(3)余差C；(4)衰减比；(5))振荡周期Tp. 7.有哪些常用控制方式？

答：常用控制方式有：(1)位式控制；(2)比例控制；(3)比例积分控制；(4)比例积分微分控制。 9．逻辑代数有哪些基本运算？有哪些基本性质？

答：逻辑代数基本运算有：(1)单变量运算:‘非’’函数，‘是’’函数；(2)双变量(多变量)运算：‘与’’函数，‘或’’函数。 基本性质为：置换律、结合律。 14．智能控制系统的基本功能和特点是什么？

答：智能控制系统的基本功能是：(1)容错性；(2)多模态性；(3)全局性；(4) 混合模型和混合计算；(5)学习和联想记忆能力；(6)动态自适应性；(7)组织协调能力。特点：

第二章

1、检测仪器有哪些基本部分组成？各有什么作用？

答：检测仪器的基本组成部分有传感器、变换器、显示器以及连接它们的传输通道。 传感器的作用：感受到被检测参数的变化，直接从对象中提取被检测参数的信息，并转换成一相应的输出信号。变换机的作用：将传感器的输出信号进行远距离传送、放大、线性变化货转

变成统一的信号，供给显示器等。显示器的作用：想观察者显示被检测数值的大小。传输通道的作用：连接仪表的各个环节，给各环节的输入和输出提供通道。 2、检测仪表的性能指标是什么？简述重要性能指标。

答：仪表的性能指标是评价仪表性能的好坏、质量优劣的重要依据，它也是正确选择和使用仪表，以达准确检测之目的所必须的具备和了解的知识。详见P71-77。 3、水质自动监测站点如何选择？

答：在主要污染部分的上游设对照子站，监测本区域污染前的水质状况；在主要污染部分设立污染监测子站，监测本地区货城市对河流的污染程度，并追踪污染情况的变化；在主要污染区的下游，设立水质自净情况监测子站，检查水的自净情况以及带给下游的污染物程度。详见P108-109

4、PH测量的基本方法和原理是什么？

答：PH测量的基本方法：电极电位法。原理是：PH计其主体是一个精密电位计，将电极插在被测溶液中，组成一个电化学原电池，通过测量原电池的电动势并直接用pH值表示出来。酸度计种类繁多，但其结构均由电极系统和高阻抗的电子管或晶体管直流毫伏计两部分组成。电极与待测溶液组成原电池，以毫伏计测量电极间的电位差，电位差经放大电路放大后，由电流表或数码管显示。

5、溶解氧测量的基本方法和原理是什么？

答：碘量法：在水中加入硫酸锰和碱性碘化钾，水中的溶解氧将二价的锰氧化成四价锰，并生成氢氧化物沉淀。加酸后，沉淀溶解，四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘。以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘，可计算出溶解氧含量。 高锰酸钾法：用高锰酸钾氧化亚铁离子，消除干扰，过量的高锰酸钾用草酸钠溶液除去，生成的高价铁离子用氟化钾掩蔽。

叠氮化钠修正法：叠氮化钠在酸性条件下将亚硝酸根分解破坏。

膜电极法：氧敏感膜电极浸没在电解质溶液中的两个金属电极和氧选择性半透膜组成。氧半透膜只允许透过半透膜和其他气体，而几乎完全阻挡水和溶解性固体。透过膜的氧在阴极上还原，产生的扩散电流与水样中氧的浓度成正比，将浓度信号变成电信号，由电流计读出。 电导测定法：利用非导电元素或化合物与溶解氧反应产生能导电的离子，如氧化氮气与溶解氧生成硝酸根离子，增加电导率，即可求得溶解氧含量。 7、浊度测量的基本方法和原理是什么？

答：浊度测量的基本方法：透光测定法，散色光测定法，透射光和散射光比较测定法，表面散射光法。原理都是光电光度法。

8、生化需氧量测量的基本方法和原理是什么？

答：生化需氧量（BOD）测量的基本方法：五天培养法、检压法、库伦法、微生物电极法等。 五天培养法：水样经过稀释后，在（20±1℃）条件下培养5天，求出培养前后水样中溶解氧含量，二者的差值记为BOD5。如果水样的五日生化需氧量未超过7mg/L，则不必进行稀释，可直接测定。

检压法：将水样置于装有一个以CO2吸收剂小池的密闭培养瓶中，当水样中的有机物被微生物氧化分解时，消耗的溶解氧则由气体管中的氧气补充，产生的CO2又被吸收池中的吸收剂吸收，结果导致密闭系统的压力降低，用压力计测出的压力降低值来求出水样中的BOD值，在实际测量中，先用葡萄糖—谷氨酸标准溶液校正压力计，即可从压力计中直接读出水样的BOD值。

9、化学需氧量（COD）测量的基本方法和原理是什么？

答：基本方法有：重铬酸钾法，碱性高锰酸钾法，酸性高锰酸钾法

重铬酸钾法：水在酸性溶液中加热回流2h，一定量的重铬酸钾氧化水中的还原物质，过量

的重铬酸钾以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。

酸性高锰酸钾法：水样在酸性条件下，加入高锰酸钾溶液，使水中有机物被氧化，剩余的高锰酸钾以草酸回滴，然后根据实际消耗的高猛酸钾计算出化学耗氧量。

碱性高锰酸钾法：在碱性溶液中，高锰酸钾氧化水中的还原性物质，酸化后，加入过量的草酸钠溶液，再用高锰酸钾溶液滴定至微红色。 10、紫外（UV）吸收测量的基本方法和原理是什么？

答：测定方法：分光光度法，原理：选一定波长的光照射被测物质溶液，测其吸光度，再依据吸光度计算出被测组份的含量。

11．流量测量仪表有哪些类型?在给水排水工程中常用的有哪些？

答：1.节流流量计，2.容积流量计，3.面积流量计，4.叶轮流量计，5.电磁流量计，6.超声波流量计，7.量热式流量计，8.毕托管，9.层流流量计，10.动压流量计，11.质量流量计，12.流体震动流量计，13.激光多普勒流量计。在给水排水常用的有压差流量计，超声流量计，浮子流量计，明渠流量计，电磁流量计。

12.超声波流量计的基本原理是什么？超声波流量计有什么特点？

答：原理：超声波流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，以测量体积流量的的仪表。 特点：超声流量计可作非接触测量。夹装式换能器超声流量计可无需停流截管安装，只要在即设管道外部安装换能器即可。这是超声流量计在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性测量，适用于管网流动状况评估测定超声波流量计为无流动阻挠测量，无额外压力损失。超声波流量计适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关。对于大型管道带来方便，在无法实现实流试验的情况下是优先考虑的选择方案。超声流量计可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。

14．可编程控制器的基本组成？

答：硬件组成：1.中央处理单元，2.存储器，3.输入输出单元，4.通信接口，5.智能接口模块，6.编程装置，7.电源，8.其他外部设备。软件组成：系统程序和用户程序。 15．PLC控制系统与电器控制系统比较有什么特点？

答：1.可靠性高抗干扰能力强，2.编程简单实用方便，3.功能完善通用性强，4.设计安装简单维护方便，5.体积小重量轻能耗低。 16．PLC的性能指标是什么?有哪些发展趋势？ 答：PLC的性能指标：1.存储容量，2.I/O点数，3.扫描速度，4.指令的功能与数量，5.内部元件的种类与数量，6.特殊功能单元，7.课扩展能力。发展趋势：1.向高速度、大容量方向发展，2.向超大型、超小型两个方向发展，3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力，4.增强外部故障的检测与处理能力，5.编程语言多样化。

17．给水排水工程自动化常用的执行设备有哪些类？各有什么作用？ 答：各种泵与各种阀门。泵取水排水，阀门控制流量

18．往复泵与离心泵的工作特性、调节特性有什么差别？各有什么特点?

答：（1）往复泵的瞬时流量取决于活塞面积与活塞瞬时运动速度之积，由于活塞运动瞬时速度的不断变化，使得它的流量不均匀，但是在一段时间内输送的液体量却是固定的，仅取决于活塞面积、冲程和往复频率。往复泵可用旁路阀调节流量，泵的送液量不变，只是让部分被压出的液体返回贮池，使主管中的流量发生变化。流量调节也可以采用改变电机转速，从而改变柱塞往复运行速度的方式或冲程长度，即调节行程百分比的方式进行。这两种方式都易于实现自动化控制。（2）离心泵：对应不同的转速，有不同的水泵特性曲线，各种转速下的水泵特性曲线组成一个特性曲线族；在不同转速的水泵特性曲线之间，存在效率相等的相似工况点，将这些等效率点连成线，则构成等效率曲线及等效率曲线族 19．离心泵的阀门调节与变速调节有那些差别？

答：变速调节改变水泵的特性曲线，阀门调节则是改变管路特性曲线。变速调节是一种节能的调节方式，阀门调节时一种耗能的调节方式。 20．调节阀与电磁阀的作用是各是什么？ 答：在各类阀门中，电磁阀起对管路的通断控制作用，相当于管路开关；调节阀起流量的调节作用，改变调节阀的开启度就可以改变通过的流量。

21．调节阀有哪些常见类型？何为调节阀的理想特性与工作特性？

答：按阀体与流通介质的关系可将调节阀分为直通式和隔膜式，按阀门控制信号的种类可分为气动与电动调节阀。在阀前后压差恒定时得到的流量特性称为理想流量特性，在实际应用中，阀前后的压差即在调节阀上的压力降都是随流量变化的，此时的流量特性就是工作流量特性。

第三章

1. 对水泵及管理系统调节的意义是什么？

答：管道系统是给水排水工程的重要组成部分，水泵更是极为常见的给水排水设备。以给水工程为例，输配水管网担负着输送、分配水的任务，它的造价占给水系统总造价的主要部分;管道系统往往是由水泵加压供水的有压系统，与水泵及水泵站的关系密切，它的运行费用在给水系统运行费用构成中占第一位。采取技术措施，合理地调节水泵、管道系统工况，保证用户的用水要求，并最大限度地节约能耗、降低费用，是十分重要而有意义的工作。 2. 水泵工况调节有哪些类型？

答：（1）通过水泵出水口管路上的阀门来改变管路特性，实现水泵工况点的调节; （2）改变水泵的转速,从而改变水泵的特性曲线，实现水泵工况点的调节。 3.双位控制系统的优缺点有哪些？

答：优点：高效节能； 延长设备使用寿命；功能齐全。缺点：精度低 ，水压波动较大。 4.水泵的调速术有那些？常用的有那些？

答：（1）串级调速；（2）液力耦合器调速；（3）变频调速。常用的是变频调速。 5.变频调速的原理与特点是什么？

答：原理：它通过改变水泵工作电源频率的方式改变水泵的转速。 特点：调节精度高；可以实现水泵的“软启动”。 6.何为水泵的“软启动”？

答：水泵从低频电源开始运转，即由低速下逐渐升速，直至达到预定工况，而不是按照常规一启动就迅速达到额定转速。

7.恒压给水系统的压力控制点有哪些设置方式，各有什么特点？

答：方式设置：（1）将控制点设在最不利点处，直接按最不利点水压进行工况调节；（2）将控制点设于水泵出口，按该点的水压进行工况调节，间接地保证最不利点的水压稳定。 特点：扬程浪费，工程管理方便

8.气压给水系统中，气压罐的安装位置对系统的工作特性有什么影响？ 9.污水泵站组合运行有什么意义？

答：在污水提升泵站中，使用微机控制变速与定速水泵组合运行，可以保持进水位的稳定，降低能耗，提高自动化程度。

10.给水监控与调度系统的基本功能与常见组成方式是什么？

答：基本功能：（1）集中监控与控制；（2）预测咨询系统；（3）设备管理与运转台账；（4）管路台账；（5）管网计算与工况分析。

组成方式：自主控制子系统、管网事故处理子系统、设备管理子系统、预测子系统等。 11.自动控制系统可以采取哪些抗干扰措施？

答：（1）供电电源；（2）信号传输；(3)所有I/O信号（开关量信号）均经光电隔离设施；（4）配电箱、工作台等电气设备外壳均接保护地，计算机系统采用一点接地、系统浮空措施，控

制共模干扰；（5）计算机系统的稳压电源具有过压、欠压和过流保护能力；前置机掉电，数据能持续保存24h，系统掉电数据存贮时间<10min；（6）软件设计按工艺条件划分模块，并有数据纠错、虑错和改错技术。

第四章

1 混凝控制的目的与意义是什么？

目的：是水中的混浊物质聚结形成具有一定力度及表面特性的絮凝体，为沉淀或过滤去除创造良好的条件。

意义：在保证效果的前提下，节约混凝剂消耗，是降低净水成本的重要措施，经济意义十分重大。

2 混凝控制技术有哪些类型？

经典目测法 烧杯试验法 模拟滤池法 数学模型法 胶体电荷控制法 3 数学模型混凝控制技术的特点是什么？数学模型是如何建立的？

数学模型法是以若干原水水质，水量参数为变量，建立其与投药量之间的相关函数，即数学模型，计算机系统自动采集参数数据，并按此模型自动控制投药。

数学模型的建立包括两方面的内容：一，模型参数的选取，这往往要综合多年的生产经验、混凝试验、数学统计检验以及参数的可测性等因素确定；二，模型中各项系数的确定，，这可以根据多年的运行资料，有统计分析确定，也可以对长期烧杯实验的结果进行统计分析确定，然后再生产上加以修正。

4流动电流混凝控制技术的特点是什么？其基本组成是什么？ 特点：单因子控制 小滞后系统 中间参数控制 基本组成：检测，控制，执行三大部分 5 流动电流的基本原理和检测原理是什么？流动电流参数有哪些基本特性？ 基本原理：指在外力作用下，液体相对于固体表面流动而产生的电场的现象。

检测原理：1966年，GERDES发明了活塞式“流动电流检测器”，可以用于检测水样中胶体粒子的荷电特性。检测器由检测水样的传感器和检测信号的放大处理器两部分构成。传感器主要由圆形检测室、活塞和环形电极组成，活塞和检测室内壁之间的缝隙构成一个环形毛细空间。当活塞在电机驱动下作往复运动时，水样中的微粒附着在“环形毛细管”壁上形成一个微粒“膜”，水流的运动带动微粒“膜”扩散层中反离子运动，从而在“环形毛细管”的表面产生交变电流，此电流由检测室两端的环形电极收集并经放大处理后输出。 基本特性: 表征水中胶体杂质表面电荷特性。 6 透光率脉动的产生与检测仪的原理是什么？

如果悬浮液是连续流动的，并且每次被检测的体积相同，则在该体积内的颗粒数目由于同样原因也随机变化，且遵循泊松分布。在连续式浊度仪中，样品体积内颗粒数目的随机变化会导致浊度的脉动。

当悬浮液连续流过时，光束内的真实颗粒数将在平均颗粒数V的周围随机变化，透射光强度也产生相应的脉动。对于很小的样品体积，因为颗粒数量的变化，有可能得到明显的透射光强度脉动。

7 高浊度水混凝控制有哪些技术？各有什么特点？

泥沙颗粒比表面积法 所用仪器设备比较复杂，检测时间长，难于实现在线自动控制。 数学模型法 需要大量实验数据，通过数理统计方法求出，另外计算公式也属于经验公式，控制起来会有偏差。

透光脉动絮凝检测技术的应用 可以利用透光脉动絮凝检测装置检测其絮凝情况并控制投药量，从而成为新的高浊度水絮凝控制方法。 8 絮体影像混凝投药控制技术有什么特点？

沉淀水浊度与原水混凝后形成的絮凝体特征和沉淀情况有关，絮体形成得越好，沉淀越充分，沉淀水浊度越低。絮体粒径增加时，体积质量相应减小。

絮体的大小、形状可以反映在絮体图像上，通过分析絮体的图像，可以得到一个与沉淀水浊度相关性很好的参量

9 对比分析现有混凝投药控制技术各有什么优缺点？

经验目测法正在各种先进的技术所取代，烧杯实验法也不适于工业过程的连续控制二只宜作为实验室评价的一种手段。模拟滤池法是适用于一些特定场合的有一定发展前途的方法。数学模型法是投药控制技术上的一个重要进展，能迅速响应原水水质及水量参数的变化，滞后小，但可靠性差。流动电流法则以检测的连续性而独具特色，加之其系统的简单性与应用的灵活性、可靠性等特点，在国内外已获成功的应用，为混凝投药控制技术的发展展现了光明的前景

10 混凝投药智能复合控制技术特点是什么？

水处理加药过程控制的最终目标，是通过对原水水质水量参数的分析，在线实时改变药剂的投加量，使出水满足各项水质指标，即通过不同的控制方法或控制算法，建立起怨谁参数与投药量之间的关系。由于絮凝过程是一个复杂的物理、化学过程，其复杂性不仅仅表现在高维性上，更多的则是表现在系统信息的模糊性、不确定性 、偶然性和不完全性上，目前还很难通过对其化学反应机理的研究，准确地建立过程的数学模型。人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统等正是解决难以建立精确数学模型的控制问题的最为有力的工具，将其应用于非线性混凝投药控制系统的动态建模和辨识可不受非线性类型的限制。 11 沉淀池控制主要有哪些内容？

沉淀池的运行控制主要是，主要是沉淀池的排泥的控制。 12沉淀池排泥控制有哪些方法？ 按池底积泥集聚程度控制 按沉淀池的进水浊度、出水浊度，建立积泥量数学模型，计算积泥量达到一定程度后自动排泥，并决定排泥历时 根据生产运行经验，确定合理的排泥周期、排泥历时，进行定时排泥 。 13滤池控制的基本内容是什么？

滤池的自动控制基本上包括过滤、反冲洗两个方面，其中以反冲洗为主，由于各种滤池的构造、原理、反冲洗方式等不同，控制内容与方法也有差别。

14滤池反冲洗的开始与结束各有哪些控制参数？如何应用这些参数实施控制？ 开始：率后水浊度监控 滤池水头损失监控 定时控制 结束：反冲洗浊度监控 定时控制

上述滤池反冲洗的开始与结束的控制方式可以交叉组合应用，也可以将几种方式共同应用，当其中的条件之一达到时，即应当开始或结束反冲洗。另外，控制系统还应具有随时人工指令强制反冲洗的功能。

反冲洗进行的方式有采用各种滤池连续顺序进行的，也有采用各格滤池分别按各自的条件控制、独立进行反冲洗的。一般在生产上不允许多格滤池连续顺序进行的，在控制系统上应当采取相应的限制措施。 15 氯气的投加控制系统如何组成？有哪些控制形式？

根据负压投加的原理，真空加氯系统由气液分离器、真空调节器、加氯机、取样泵、与氯分析仪、水射器、楼率检测仪等组成。

流量比例前馈控制 余氯反馈控制 复合循环控制 其他控制方式 16供水企业监视控制和数据采集系统的总体结构是什么？

城市自来水SCADA系统可划分为5个组成部分：公司控制中心、水厂分控中心、管网测压站、管网加压站和水源井监控站

第五章

1、为什么要进行污水处理厂水质水量的检测？

在污水处理场中，为了能使处理系统的运行安全可靠，获得合格的处理水，或者运行中出现故障处理水质恶化中，能采取有效措施；还包括遵照有关法规对处理厂排出物的检测与记录，以及为了在扩建与改造时提供有用的资料和统计值等。

2、污水处理厂的常规检测项目有哪些？这些检测项目对污水处理厂的运行和控制有何意

义？

常规检测项目：（1）流量与其他有关量：○1各处理设施的进水流量○2沉砂池的水位○3沉砂量、筛渣量○4初次沉淀池的排泥量○5供气量，气水比，单位曝气池容积的供气量○6回流污泥量，回流比○7剩余污泥量○8浓缩污泥量○9消化气产量、循环气量⑩投药量（混凝剂等）、投药率○11滤饼或脱水污泥重量○12其他杂用水量○13各种设施与设备的耗电量○14燃料用量（重油、消化气等）○15焚烧的灰分量

（2）污水与污泥的质 ：水温、pH值、ss、 vss 、DO、BOD、COD、有机氮、总磷、污水沉降比等指标 意义：

3、取样位置对检测结果有何影响？举例说明。

沉砂池：了解进入污水处理厂污染物总量的最重要场所，取水应避开返回废水，为了避开大块的漂浮物，应当从水面以下50cm处取样并迅速移至试样瓶；

初次沉淀入口池：进口浓度高，其浓度变化受其他处理设施排水泵的运行时间的影响很大，应当增加取样次数；

初次沉淀出口：沉淀后污水能较好的混合，可以说曝气池入口是最好的取样位置； 曝气池内：不同位置的水样检测值大不相同，应当依次从其进口至出口几个位置取样。鼓风曝气时，在扩散器上释放气泡的位置附近取样；机械搅拌时，在稍微远离搅拌叶片处取样； 回流污泥泵：短时间浓度可能变化很大，应短时间内取样；

二次沉淀池出口或排放口：每个二次沉淀池出水ss浓度不同，在汇集各池出水渠道或排放口钱计量槽取样；

4、仪表设备的安装位置取决于哪些因素？你认为本书图5.2和图5.3给出污水和污泥处理系统的典型的仪表安装示意图中的仪表安装在将来还应当如何改进和完善？

检测方法和检测设备的质量和可靠性，还要考虑湿度、腐蚀气体、可燃性气体、振动等周围

环境，传送距离，产生误差的可能性等影响因素，海英注意不同检测设备对环境条件与场所的特殊要求，以及检测设备与控制设备的接口对检测场所的要求等。

5 、在选择仪表类型与检测方法时，应综合考虑那些因素与条件？当有些因素相互矛盾时，应如何考虑？

答：应考虑因素与条件：（1）检测的目的 （2）检测的环境条件 （3）检测精度、重现性与响应性 （4）维护管理性 （5）检测对象的特殊性 （6）各种信号的特征 （7）检测范围 当有些因素相互矛盾时，应：根据仪表设备的设计安装的基本原则与注意事项，来选择最合适的检测方法必要的最小限度的仪表设备，使之既能满足工艺设计与自动控制提出的检测要求，又尽可能降低建设与运行费用。

6、你认为表5.3和表5.4给出的不同处理设施的的各种检测项目中，哪些是必需的？哪些不是绝对必需的？ 答：表5.3中

必需的：（1）量的检测中：各处设施的进水流量；初次沉淀池的排泥量；曝气池的供气量，气水比，单位曝气池容积的供气量；回流污泥量，回流比；剩余污泥量；浓缩污泥量；污泥消化池的消化气产量、循环气量（即搅拌用气量）；各种设施与设备的耗电量。（2）质的检测中：水温；pH值；消化池内的温度；DO；COD；混合液污泥浓度（MLSS）；污泥沉降比（SV）。其余的为不是绝对必需的。 表5.4中 必需的：？

7流量的检测在污水处理厂的管理中有何重要意义？在各种流量计中，选择最适宜的流量计应当综合考虑哪些因素？

答：意义：流量是污水处理行业生产过程中常用的过程控制参数，时污水处理行业一个重要的生产技术指标。应考虑因素：检测设备与检测方法是否得当，对检测精度、可靠性与经济性都有不可忽视的影响。检测方法应当与其检测目的、设备的使用条件以及安装位置的环境相适应，并便于维护管理。首先，检测方法应因其检测对象不同而异，因检测仪表的传感器

大都安装在现场，所以要对其腐蚀、温度、天气、悬浮物的附着和沉积，以及其他因素等外部条件予以充分注意。

8.简述巴氏计量槽的工作原理，为什么在污水处理厂的最终出水管渠中经常采用巴氏计量槽来计量其总处理水量？

答：巴氏计量槽的工作原理是有收缩喉道的明渠，根据水渠推算其流量。因为他具有水头损失小，由SS造成堵塞的可能性小，运行管理简单，费用不昂贵

9.在污泥浓度的检测方式中，光学式检测仪和超声波式检测仪的各自工作原理是什么？在使用中分别应注意哪些事项？

答：光学式检测仪又分为投射光式、散射光式、和投射光式，投射光式检测仪将装有式样的测定管夹在对置的一对光源和受光器中间，照射在试样上的光被SS吸收并散射，到达受光器的透射量发生衰减。根据受光器得到的透光亮与SS浓度的相关关系检测MLSS。散射光式检测仪从光源发射到试样的光因SS存在而形成散射，根据受光器接收的散射光量与SS浓度的相关关系，检测MLSS浓度。透光散射光式检测仪根据受光器得到的透光量与SS浓度的相关关系来检测MLSS浓度。 在

使

用

光

学

式

检

测

仪

时

应

注

意

以

下

事

项： 1.免由于检视窗口的污染引起的检测误差，应当定期清洗。

2.了避免由于来自上方直射日光等强光的射入引起的误差，检测仪的传感部分常常放置在水面以下30~50cm处。

3.于MLSS检测仪是根据光学原理测定MLSS浓度，当被检测的混合液颜色变化影响透光率变化时，宜使用受其影响较小的透光散射光式检测仪。

4.对MLSS检测仪进行校正时，将MLSS的手分析值和MLSS检测仪的测定值进行比较，

并作成相关关系的曲线图，用来校正检测仪。手分析某一被检测试样后，依次稀释该试样，并求出与MLSS检测仪测定值之间的相关关系，来校正MLSS检测仪。

超声波式检测仪的工作原理是将一对超声波发射器与接收器相对安装在测定管两侧，超声波在传播时被污泥中的固形物吸收和分散而发生衰减，其衰减量与污泥浓度称正比，通过测定超声波的衰减量来检测污泥浓度。 使用超声波式检测仪应注意的事项如下：

1.气泡将异常地增大超声波的衰减量而引起检测误差。若气泡较多时，应当采用带有加压消泡装置的检测仪，消泡后再检测。另外，也要注意由于污泥的腐败或搅拌后空气卷入污泥中，使消泡困难，难于去除气泡对检测值影响的情况。

2.有加压消泡装置时，应定期检查加压机构和空气压缩机，排出空气罐中的水。 3.由于季节变化而引起污泥颗粒形状的变化，或者由于污泥混合后不均质的情况，应用正常的污泥检测结果来校正。

4.加压消泡装置时，由于其检测是按更换污泥——加压——检测的程序进行，每检测一次约需要5min左右，因此，当泵是间歇运行时，如果随着泵的启动开始检测的话，能够顺利地更换需要检测的污泥。

10.简述COD自动检测仪，UV计，TOC自动检测仪和TOD自动检测仪的工作原理。 答：COD自动检测仪是将指定的检测步骤自动化了的仪器，每隔1~2h间歇自动检测，根据氧化分解的条件有酸性法检测仪和碱性法检测仪。

UV计利用溶解性有机物吸收紫外线范围波长光的特性，将水样连续送进测定瓶，用紫外线照射，然后根据其吸光度来检测其污染程度。

TOC 自动检测仪工作原理是在水样中加酸，用氮气吹脱水中的无机碳，然后在高温与催化剂存在的条件下，使水样通过含有一定氧浓度的载流气体进行燃烧，用非分散型红外线分析仪检测气体燃烧炉中的CO2浓度，据此求出水样中有机碳浓度。

TOD自动检测仪的原理是将水样和含有一定量氧的载流气体一样，送入高温加热后的催化剂填充燃烧管中，使水样中的有机物氧化分解，然后测定消耗的氧量。

11、呼吸仪可以测定活性污泥的呼吸速率，呼吸速率是单位时间单位体积的微生物所消耗的溶解氧的量。呼吸速率反映了活性污泥最重要的两个生化过程：微生物的生长和底物的消耗。呼吸仪也可成为BOD监测仪，但不要与BOD5相混淆，因为呼吸仪是在几分钟内使用适应废水性质的微生物来测定其所消耗的溶解氧的量。

12．简述上述几种有机物自动检测仪的主要特点和TOD自动检测仪的工作原理。

13．为什么要在检测过程中进行信号的变换？简述电气式变换器的工作原理和信号接收器的功能及组成？

进行信号变换器是为了把传感器输出的流量，液位、浓度与温度等检测值，转变成电信号、空气压力、或油压信号（第一次转换）达到对于指示、记录、调节等都方便的标准，保持原样再转换成其他信号（第二次转换）14、简述ICA技术的运行目标、ICA技术发展的限制因素和促进性因素.

控制目标有：（1）维持污水厂连续运行（2）满足排放标准（3）降低运行费用 （4）实现污水处理厂的综合运行，通过耦合几个过程来降低污水处理厂的干扰，工艺的综合运行将使得最优化利用反应器体积和系统总体优化成为可能。

限制因素有：（1）行业和国家立法较差或要求放松 （2）不完善的教育——培训——理解体系（3）对污水处理工业缺乏信赖和接受度（4）风险投资者或组织机构之间缺乏合作（5）缺乏应用ICA技术带来的经济利益的认识（6）测量工具不可靠、不稳定（7）污水处理厂设计存在限制性因素，排水收集系统不完善（8）ICA技术缺乏一定的透明度（9）缺乏软件和仪器的行业规范。

促进因素有：（1）逐渐严格的污水排放标准（2）对降低污泥产量的要求（3）经济的驱动

力（4）降低能量消耗和（或）增加能量产出的要求（5）污水处理厂逐渐复杂化的要求 （6）新处理思想的出现（节约用地、污水回用）；（7）新型、高科技技术的出现（如计算机、传感器、通讯技术和网络）

第六章

1． 绘图并简要说明污水处理厂的常用监视控制方式及各自特点。

答：①个别监视操作方式：在对主要设备和处理过程进行直接监视的同时，一般又在现场进行操作的方式②集中监视个别操作方式：这种控制方式由于具有能够在中央控制室监视整个处理系统运行状态的功能。③集中监视个控制（别操）方式：建立一个对设施整体进行监视及操作的中央监视室，进行集中监视控制④分区监视分散控制方式：将有关设施分成几个系统，或者分成子系统，分别建立分区监视室，进行集中监视和操作方式。⑤集中监视分散控制方式：在中央监视室一个地方集中进行，分散进行布置的方式⑥集中管理式分区监视分散控制方式：这一种方式增加能够指挥设施总体运行的总管理功能的方式。在这种方式的分区监视室的集中监视室的控制动能只在中央的总管理功能不能实现时作为备用监视控制系统考虑，平时不进行监视

2、在选择污水处理监视控制方式时，应当考虑哪些因素与条件，这些因素对其选择有何影响？

答：（1）处理厂的规模

小型水厂可采用分别监视操作方式、集中监视分别操作方式、集中监视控制（操作）方式；中型处理厂可采用集中监视控制（操作）方式、分区监视分散控制方式、集中监视分散控制方式；大型处理厂可采用分区监视分散控制方式、集中监视分散控制方式、集中管理式分区监视分散控制方式。 （2）处理厂的工艺布置

即使设施规模相同，由于污水处理厂所处地形不同，建筑物的布置也会有各种形态，监视控

制方式也要随之改变。正常建筑物为综合式，在这样的综合楼内有管理主楼、沉砂池和泵站及污泥处理间等，仅水处理设施用地分开，或者距离中央控制室较远。根据这种特性考虑监视控制的频率和紧急性，以采用集中监视分散控制方式为宜。如果处理设施整体被道路或河流分隔，以及因狭长地带而使管理主楼、沉砂池和泵站或污泥处理间相距很远时，宜采用分区监视分散控制方式。 （3）工艺流程

即使处理能力相同，但由于水处理方式（标准活性污泥法、生物转盘、氧化沟等），污泥处理方式（直接脱水、污泥消化、污泥焚烧、对废处理等），同一设施系列的划分方法，有无沼气发电、脱臭、排热利用设备等各种不同情况，设施的复杂程度也有差别，因此，在选择监视控制方式时，应全面考虑上述情况。 （4）扩建可能性

处理厂按设计一次完成施工的情况不多，往往是根据流入污水量的增加，分阶段施工。这时，应当尽可能避免已建好的设施停止运行。迫不得已停止时，也要采用短时间内可能切换的监视控制方式。随着仪表技术的发展，应当使用容易变更控制方式、采用信息处理系统等相适应的方式。为此，希望采用因功能的追加和修正带来的影响少的、监视控制功能的分区分散 化的方式。在运转开始初期流入污水量少的状态持续时间很长时，以及第一期的处理设施规模很小或简易处理设施的情况下，可考虑不进行集中监视，暂时采用个别监视操作方式。 （5）管理体制

对于小型污水处理厂，宜采用夜间无人运转或平时无人运转的远距离监视的方式。当委托其他单位或部门管理污泥处理设施、污泥焚烧设备或堆肥设施时，一般采用分区监视分散控制方式。 （6）经济因素

在选择监视控制方式时，应当采用建设和维护管理费用低的方式。这时，以减少建设费为主要目的，或者在维护管理中节省资源和能源，或者为了省力，根据不同目的选用不同的监视控制方式。为降低建设费，大型污水处理厂通常采用集中监视分散控制方式。与数据方式的

组合是有必要的。因此，在重视经济性选用监视控制方式时，要充分明确其目的，认真研究后再选用合适的监视控制方式。

3. 选择污水处理厂监视控制项目时，为什么除了首先考虑处理厂的规模、管理体制、节省 人力和自动化程度等因素之外，还要从可靠性和经济性等方面予以充分的注意？ 答： 4. 简述监视操作盘的类型和各自特点。

答:1.单面框架式 是具有台式操作盘和单面垂直屏式监视盘两种功能的仪表盘。由于上面垂直部分高度增大，可使整体尺寸缩小。特别适合因安装场地紧张需要小型盘的情况。 2.双面框架式 是具有台式操作盘和单面屏式监视盘两种功能的仪表盘。监视室内的配线均作为室内配线处理

3.附带有crt显示的控制台 当集中监视的项目太多，不能用图解盘系统进行充分监视时，可用crt显示进行监视。因在crt显示的1个画面中的项目受到限制，所以把所有的设备按系统，分区，功能进行分类显示。根据操作员或自动信号显示需要的图像。因此，为了日常监视和crt的备用，通常与简易图解盘或小型图解盘组合使用。

5、简述三种最基本的控制方式，以及这些 方式组合与发展而成的模糊控制、神经控制和专家控制的基本思想和各自特点。

答：三种控制的基本方式分别为 顺序控制，反馈控制，前馈控制

模糊控制 是以模糊集合论，模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。在控制投加混凝剂量和控制泵的运行台数等实际运行中，都有应用模糊控制的实例。 神经控制 它是基于人类的神经网络的控制，也称神经网络控制，它能模拟人的思考方式来思考，

学习和判断的一种控制方式。基于神经网络的智能模拟用于控制，是实现智能控制的一种重要形式。 专家系统 它是应用以专家的知识和经验为基础的专家系统的控制方式。可以

认为，专家系统是一个具有大量专门知识和经验的程序系统。它应用于人工智能技术，根据一个或多个人类专家提供的特殊领域知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家做决策的过程来解决那些需要专家才能解决的复杂问题。简言之，专家系统是一种计算机程序，它能以专家的水平完成专门的而一般又是困难的专业任务，包括控制问题。

7. 绘图并说明污水处理厂的计算机控制系统，简要说明计算机控制系统的基本组成、特点和控制过程。

答：计算机控制系统是由硬件和软件组成，硬件包括主机，通用外部设备，接口与输入输出通道。软件包括各种系统软件和应用软件。

特点：1.出入计算机的信号均为二进制数字信号，因此需要d/a和ad ad和da 两个转换过程将对系统的静态和动态性能产生影响。这是计算机控制系统碰到的一个特殊问题。2. 控制信号通过软件加工处理，充分利用了计算机的运算，逻辑判断和记忆功能，因而改变控制算法只要改编程序而不必改动硬件电路

控制过程 1实时数据采集，即对被控制量的瞬时值进行检测和输入、2实施决策：对实时的设定值和被控制的数量进行已定的控制规律运算，决定下一步的控制过程 3 实时控制：根据决策，适时的对执行机构发出控制信号

8、 简述按功能分类的四种计算机控制系统—操作指导控制系统 、直接数字控制系统、计算机监督控制系统的和分布式控制系统的结构、工作原理和特点。 答： 一．操作指导控制系统 1.结构：见课本图6.4

2.工作原理：在计算机的指挥下，定期地对生产过程中的参数作巡回检测，并对其进行处理、分析、记录及参数越限警报等。

3.特点：计算机不直接参与过程控制，而是有操作人员（或别的控制装置）根据测量结果改变设定值或进行必要的操作。计算机的结果可以帮助、指导人的操作。 二．直接数字

控制系统 1.结构：见课本图6.5

2.工作原理：就是用一台计算机对多个被控制参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按已确定的控制规律（例如PID规律或直接数字控制方法）进行控制计算，然后输出到执行机构对被控制对象进行控制，是被控制参数稳定在设定值上3.特点：与DPS相比有以下几个特点。

a）、计算机参与了直接控制，系统经计算及构成了闭环，而DPS中是通过人工或别的装置来控制，计算机与对象为形成闭环。 b）设定值是预先设定好后送给或存入计算机内的，控制过程中不变化。 三．计算机监督控制系统 1.结构：见课本图6.6和6.7 2.工作原理：在计算机监督系统中，不断检测被控制对象的参数，计算机根据给定的工艺数据、管理命令和控制规律，计算出最优设定值送给模拟调节器或DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作情况。

3.特点：SCC系统较DDC系统更接近被控制过程变化的实际情况，它不仅可以进行设定值控制，同时还可以进行顺序控制、最优控制与自适应控制等。但是，由于被控制过程的复杂性，其数学模型的建立比较困难，所以，如果此时根据数学模型计算最有设定值，很难实现SCC系统。 四.分布式控制系统 1结构;见课本图6.8

2.工作原理：是以微型计算机为主的连接结构，主要考虑信息的存取方法、传输延迟时间、信息吞吐量、网络扩展的灵活性、可靠性与投资等因素。 3特点：a）分散性。 b）集中性。 c）有通讯功能。

9、在进行污水处理厂计算机系统的规划和设计时，应当综合考虑哪些因素？为什么？为此基础上如何考虑选择具体的设备。

答：1.应充分考虑处理厂规模与总体规划、平面布置、工艺特点、管理体制、操作人员的技术水平、投资、监视控制方式、投资与分期建设设施等各方面的情况。 2.见课本337页

10、在污水泵站自动控制的设计与运行，分别应注意哪些问题?

11、在什么条件与情况下，宜采用污水泵站的远距离监视控制，在其检查与维护时应注意哪些问题？

答：一般在污水泵站与污水处理厂的设置地点不同时，宜采用污水泵站的远距离的监视控制，在检查和维护时应注意一下事项：

在拔出或插入印刷电路板时，应切断电源，使其电压为零后再进行。 无论集成电路印刷版的导电部分是否有电，都不准用手去触摸。在焊接电路板时，不仅要把需要焊接的印刷版电路板拔下，还应当将其他的有关联的印刷电路板拔下。

为了防止输入输出端的错误和其他短路现象，测定时必须使用专用的适配器。 因为运转中有时会出现误动作，因此不要接测定器。

由于电泳等波动，IC易于损坏，不要用电铃或其他蜂鸣器等检查IC电路的配线。 12、你认为在本书中介绍的排水泵站计算机控制与管理系统的应用实例中，还存在什么问题，应当如何改进和加以改善？

答：存在的问题：1：该微机控制与管理系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表、阀门的功能和精度目前还很不完善，在实际应用中达不到预期的效果，误差很大；2：仪器设备的维护难度大；3：限于经费没有配套的交流调速设备。改进与完善：提高仪器设备的测量精度和质量，降低维护费用，进行我国自主研发设计制造自动化控制系统。

13、说明曝气池、DO浓度、消化液回流量、污泥回流量、污泥排放量、外碳源投加量和分段进水等控制变量对硝化反应、反硝化反应、生物除磷、COD去除、微生物种群和污泥沉淀性以及运行费用的影响。

14、简要说明厌氧消化过程的控制目标、主要控制变量和如何对系统进行优化？ 15、比较SBR法设定时间控制和实时控制的不同，说明实现SBR法实时控制的意义和如

何实现SBR法实时控制？

16、简要说明生物除磷的主要影响因素以及如何实现生物除磷工艺的优化？

17.绘图说明初次沉淀池排泥的自动控制策略，这种控制策略有什么好处？ 图见385页右下角 。这种自动控制方式更先进，可靠性更好，它既能避免污泥积累过多引起的堵塞问题，又能防止排除的污泥浓度过低及含水率高等问题；尤其对于污水量很大且难于选择排泥周期的初次沉淀池，更能显示其优越性。

18、比较曝气池供氧量控制中几种控制方法的优缺点，再比较两种定DO浓度的优缺点？ 19.在几种不同的回流污泥量控制方式中，哪一种方式最容易实现，哪一种方式能使出水水质的波动最小，哪一种或几种方法难于完全实现？

答：定回流污泥量控制最容易实现，定MLSS浓度控制能使出水水质的波动最小，与进水量成比例控制、定F/M控制难于完全实现。

20.简述几种污泥排放量控制系统策略的基本思想，排泥控制对出水水质和供气量控制有何影响？为什么？答：有以下几种控制策略： 1）定污泥排放量控制根据计算或经验每日都排放一定量的污泥，在操作是每日可排放一次或数次，以至于可以连续排放，排放时应当用MLSS浓度监测仪和流量计来计量。 2）间歇定时排泥控制每隔一定的时间t排放污泥一次，使曝气池中的MLSS至某一设定的最小浓度为止其中两次排泥的间隔时间t为一常数。 3）定污泥龄控制通过连续控制排泥量维持污泥龄不变的控制方法。 4）随即排泥控制根据进水水质水量的变化情况及出水质量的要求，通过随进地排放污泥有目的控制MLSS浓度的非定量非定时的一种排泥控制方法。 污泥排放控制直接影响到出水水质以及供气量的控制。因为污泥排放是二次沉淀池的主要控制因素，直接决定二次沉淀池的运行状态，而二次沉淀池的运行状态直接关系到处理水的质量，其中它的运行状态如何与曝气池控制密切相关，从而影响到供气量的控制。

21、简述污泥浓缩池的几种控制方法，比较其优缺点。 答：1）用计时器控制排泥泵的启动和停止。

2）用计时器和预置计数器控制每日排出一定量的浓缩污泥。

3） 用计时器控制排泥泵的启动，用污泥浓度计检测污泥浓度降低至某一设定浓度时停泵。 4）用计时器控制泵的启动，用污泥浓度计、流量计和预置计数器控制每次都排出一定量的固形物时停泵。

大型污水处理厂常采用控制方法（1），小型污水处理一般采用控制方法（2），用污泥浓度检测仪的控制方法(3)和（4）。

22．简述厌氧消化池自动控制的基本思想，除此之外，消化池的控制还受哪些因素的影响？ 答:1）污泥投配与排出的控制: 一般用水位计、流量计与顺序控制器的系统，对向消化池投加生污泥、向二级消化池头配熟污泥、排出上清液和排出消化后的熟污泥等，都采用定容积流量控制。

2）搅拌控制: 分为机械搅拌方式与消化气搅拌方式

3）温度控制: 有热交换式和蒸汽直接加热式.有硝化池内的温度、污泥的投配和搅拌以及HRT、SRT、氧化还原电位、Ph值及酸碱度、温度、厌氧活性污泥、废水成分、负荷率与发酵状态、解除状态和营养元素等。