CN105836965A - 一种智能化污水处理专家系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能化污水处理专家系统，属于环境工程技术领域。本发明的专家系统含有数据存储装置和显示装置；显示装置中能够显示输入的数据和数据分析结果；其中显示装置能显示两个一级模块，分别为运行管理问题查询模块和出水水质超标原因推理模块；所述出水水质超标原因推理模块下设5个二级模块，分别为出水TN、出水NH3‑N、出水COD、出水SS、出水TP水质超标原因判断模块。本发明的专家系统将污水处理领域专家级别的经验和知识整合到同一个系统平台，为污水处理领域的技术人员提供了一种更为方便有效解决实际问题的途径，能够及时进行排查、提出有效解决方案，提高污水处理厂运行管理水平。

Description

一种智能化污水处理专家系统
技术领域
本发明涉及一种智能化污水处理专家系统，属于环境工程技术领域。
背景技术
自改革开放以来，我国的经济快速发展，人民生活质量日益提升，但同时环境却在持续的恶化，其中水污染形势仍十分严峻。至2014年12月，全国62座重点湖泊(水库)、423条主要河流的968个国控地表水监测断面监测数据显示，目前Ⅲ类(含)占63.1％，Ⅳ、Ⅴ和劣Ⅴ类水质断面仍占36.9％，主要污染指标为五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和氨氮(NH3-N)。未来随着我国人口数量的不断增加、城市化进程的继续推进和人民生活水平的进一步提高，生活污水排放量将继续增长，成为新增污水排放量的主要来源，故目前对于生活污水的处理量和处理效果的提升仍是我国水质改善工作的重点。
目前我国污水处理厂主要存在如下问题：(1)城镇污水处理厂普遍存在进水水质水量变化幅度大、无机悬浮固体含量高、碳氮比偏低、存在工业有毒有害污染物冲击的特征；(2)实际进水水质水量和设计值相差较大；(3)污水处理工艺设备不配套问题突出；(4)在运行过程出现问题时不能及时进行排查、提出有效解决方案，致使污水处理厂运行管理水平较低。实际上，现行一线技术管理人员中多数人缺乏丰富的污水处理实践经验，现有的文献书籍等也多以原理为主，缺少污水处理厂运行经验和能解决实际问题的直接方案或措施，从而使很多实际工作中的问题成为制约污水处理厂稳定达标的因素。
因此，有必要开发一种智能化污水处理专家系统，为污水处理厂运行管理问题提供解决方案，辅助提高污水处理厂运行管理水平，改善污水出水水质，提高污水处理厂运行效率、节约运行成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种智能化污水处理专家系统装置，含有数据存储装置和显示装置；显示装置是触摸屏显示装置，或者是外置遥控器或输入键盘的显示装置；所述显示装置中能够显示输入的数据和数据分析结果；其中显示装置能显示两个一级模块(一级目录)，分别为运行管理问题查询模块和出水水质超标原因推理模块；所述出水水质超标原因推理模块下设5个二级模块(二级目录)，分别为出水TN、出水NH3-N、出水COD、出水SS、出水TP水质超标原因判断模块。
在本发明的一种实施方式中，所述运行管理问题查询模块下设有污水处理、污泥处理、沼气处理净化与处置利用、臭气处理、电气及自动控制和化验检测这6个二级模块(二级目录)。
在本发明的一种实施方式中，当需要对运行管理问题进行查询时，选择显示装置上一级目录中的“运行管理问题查询模块”，显示装置上的显示即跳转至这6个二级目录，进一步选择二级目录中的某一具体目录，即可进入三级目录。
在本发明的一种实施方式中，所述污水处理模块，包括格栅、泵房、沉砂池、初沉池、生物反应池、二沉池、化学除磷、消毒设施与设备、供气系统和深度处理这10个三级模块(三级目录，下同)；所述污泥处理模块，包括污泥泵房、稳定均质池、污泥浓缩、厌氧消化池、污泥脱水、污泥料仓、污泥干化、污泥发酵、污泥焚烧这9个三级模块；所述沼气处理净化与处置利用模块，包括沼气脱硫、沼气柜、沼气发电机、沼气锅炉和沼气燃烧器这5个三级模块；所述臭气处理模块，包括臭气收集与运输、化学除臭、生物除臭、离子除臭、植物液除臭和活性炭吸附除臭这6个三级模块；所述电气及自动控制模块，包括电气和自动化控制这2个三级模块；所述化验检测模块，包括污水分析检测、污泥分析、气体分析、微生物检测和在线检测这5个三级模块。
在本发明的一种实施方式中，所述出水TN水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测出水TN各成分得到进水不可氨化有机氮含量、出水硝态氮含量和/或出水NH3-N含量；
(1)当出水NH3-N含量大于2mg/L时检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量，若不正常则进行相应调整，若池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常再进行小试模拟曝气实验确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题再进行相应调整；
(2)当出水硝态氮含量大于11mg/L时检测缺氧池末端硝态氮含量，若出水硝态氮浓度大于缺氧段末端硝态氮浓度(比如，差值达到4mg/L以上)则加大内回流，若两者相近(比如差值小于4mg/L)则调整温度、缺氧池DO和/或进水BOD5/TN值；
(3)当进水可不氨化有机氮含量大于2mg/L时排查上游排污企业。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)，池内温度低于12℃时加大曝气、减少排泥或加大外回流比；好氧池pH小于6.8或大于8.5时投加药剂调整pH；进水氨氮浓度高于设计值的1.5倍时减少进水量或排查上游排污企业。
在本发明的一种实施方式中，所述设计值是指该污水处理厂氨氮设计值，或者月平均进水氨氮浓度。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)的模拟曝气实验，若确定是好氧池DO问题则进行加大好氧池曝气量或适当减少进水，若确定是进水问题则进行排查上游排污企业排放水质、调整进水水质；若确定是活性污泥问题(是指MLVSS过低，即夏季时MLVSS小于750mg/L、冬季时MLVSS小于1500mg/L)，投加碳源提高BOD5浓度或者延长泥龄。
在本发明的一种实施方式中，所述出水NH3-N水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量：
(i)若池内温度低于12℃，则加大曝气、减少排泥或加大外回流比；
(ii)若好氧池pH小于6.8或大于8.5则投加药剂调整pH；
(iii)若进水氨氮含量高于设计值的1.5倍则减少进水量或排查上游排污企业；
(iv)当池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常，需要进行一个小试模拟曝气实验，来确定出水氨氮超标的具体原因，确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题，然后再进行相应调整。
在本发明的一种实施方式中，所述(iv)的模拟曝气实验，若确定是好氧池DO问题则进行加大好氧池曝气量或适当减少进水，若确定是进水问题则进行排查上游排污企业排放水质、调整进水水质；若确定是活性污泥问题，投加碳源提高BOD5浓度或者延长泥龄。
在本发明的一种实施方式中，所述模拟曝气实验具体流程为：设置四组静态实验，各自装有氨氮超标厂及对比厂(出水氨氮达标厂)的污泥和进水，按照一定比例混合(尽可能的模拟两个污水处理厂好氧池的泥水混合状态)，维持DO＝3-5mg/L，连续曝气8h以上，每隔一段时间取样测氨氮浓度；其中四组静态实验具体为：A组为对比厂污泥+对比厂进水、B组为氨氮超标厂污泥+氨氮超标厂进水、C组为氨氮超标厂污泥+对比厂进水、D组为对比厂污泥+氨氮超标厂进水。
在本发明的一种实施方式中，出水COD超标原因判断模块，基于以下方法：先检测进水水质中Cl-含量、出水SS(出水中悬浮固体物浓度)和/或出水BOD5浓度；按以下步骤进行：
(a)检测进水水质中Cl-含量，若大于1000mg/L则投加掩蔽剂消除Cl-干扰，否则执行步骤(b)；
(b)检测SS含量：如果出水SS不超标则执行步骤(3)；如果出水SS超标(大于10mg/L)则先过滤出水、再检测COD，若再次检测的COD不超标则解决SS超标问题，若再次检测的COD超标则执行步骤(c)；
(c)进水水质中Cl-含量和SS均正常，检测出水BOD5浓度；若BOD5浓度大于5mg/L则采取措施提高系统生化性差，若BOD5浓度不大于5mg/L则采取措施使溶解性不可降解COD低于40mg/L。
在本发明的一种实施方式中，所述(c)的提高系统生化性差是指对池内温度、pH、好氧池DO和/或MLVSS进行测定，并进行相应调整。当池内温度低于12℃时适度加大曝气、减少排泥或者加大外回流比；pH小于6.0或大于8.0时投加药剂调整pH；好氧池DO小于1.5mg/L时加大曝气量；MLVSS过低时，若进水BOD5低则投加碳源，若泥龄小于10d则延长泥龄(比如减少排泥量或者适当增加外回流)。
在本发明的一种实施方式中，所述(c)的使溶解性不可降解COD低于40mg/L，是通过排查上游排污企业或者采用物理、化学等方法去除溶解性不可降解COD，比如采用投加活性炭、臭氧氧化等方法。
在本发明的一种实施方式中，出水SS水质超标原因判断模块，基于以下方法：
(I)当出水SS大于10mg/L且不超过30mg/L时，检查深度处理设备并相应解决设备故障，比如滤布滤池、转盘过滤装置、连续流砂过滤装置、反硝化滤池、微滤装置；
(II)当出水SS大于30mg/L时，检查深度处理前系统并相应解决故障，比如检查刮(吸)泥机和排泥泵并进行相应维修、进水负荷过高(比如，高于设计值的50％以上)时调整配水设备、生化池MLSS过高(比如，浓度高于5000mg/L)时减小外回流比、或者是在好氧池末端DO小于1.0mg/L时加大曝气量。
在本发明的一种实施方式中，出水TP水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测出水SS浓度、出水PO4 3-浓度和/或出水有机磷浓度；按以下步骤进行：
(A)检测出水SS浓度，超标则解决SS超标问题，否则进行步骤(B)；
(B)检测出水PO4 3-浓度，若大于0.35mg/L则采用强化生化除磷或者强化化学除磷的方法使出水PO4 3-浓度将至0.35mg/L以下；否则进行下一步；
(C)检测出水有机磷浓度，大于0.15mg/L则排查上游排污企业。
在本发明的一种实施方式中，所述(B)中强化生物除磷，是先检测pH、厌氧池DO、进水BOD5/TP值和/或排泥情况，根据检测结果进行相应调整。若pH小于6.5则投加药剂调整pH；若厌氧池DO大于0.1mg/L，则增加进水，或者减少外回流以适当降低好氧池末端DO；若进水BOD5/TP值不超过20，则外加碳源；若排泥不及时则加大排泥。
在本发明的一种实施方式中，所述(B)中强化化学除磷，可以是强化药剂的有效成分、保持足够的反应时间、增加药剂添加量或者调整适宜药剂反应的pH。
本发明的智能化专家系统适用于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准对于出水TN、NH3-N、COD、SS和TP浓度的要求。
本发明还要求保护所述智能化专家系统在污水处理方面的应用，包括用于各种污水处理工艺的污水处理厂，比如SBR、A2O、氧化沟和MBR。
在本发明的一种实施方式中，所述污水处理厂出水水质执行一级A标准。
本发明的有益效果：
(1)本发明以互联网和智能化为技术支撑平台，将污水处理领域专家级别的经验和知识整合到同一个系统平台，使得全国各地的污水处理厂运行管理人员都可以得到经过优化筛选的污水处理问题诊断方式及运行参数支持，为污水处理领域的技术人员提供了一种更为方便有效解决实际问题的途径；
(2)本发明的智能化专家系统是根据各水质指标污染物的去除原理及大量的工程经验得到的，为污水处理厂运行管理和出水超标问题提供了一种全面可靠的处理方法，通过本发明的方法，可以明确是污水处理过程中的哪一部分出现了问题，从而有针对性地对问题进行解决，使出水指标恢复正常；
(3)采用本发明的智能化专家系统，对几十个污水处理厂的出水水质超标问题进行了诊断和优化运行，适合各种污水处理工艺(比如SBR、A2O、氧化沟和MBR)的污水处理厂问题解决。且本发明智能化专家系统，准确性非常高，能够快速找到运行管理和出水水质超标的问题所在，并有效解决污水处理厂的问题；本发明的智能化专家系统，能够及时进行排查、提出有效解决方案，提高污水处理厂运行管理水平。
附图说明
图1：本发明的专家系统的显示装置显示界面示意图；
图2：出水水质超标原因推理模块的二级模块在显示装置上的显示界面图；
图3：TN超标原因判断图；
图4：NH3-N超标原因判断图；
图5：COD超标原因判断图；
图6：SS超标原因判断图；
图7：TP超标原因判断图；
图8：TP超标原因分析的数据输入界面1；
图9：TP超标原因分析的数据输入界面2；
图10：TP超标原因分析的数据输入界面3；
图11：实施例2的污水处理厂工艺流程图；
图12：实施例3的污水处理厂工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-7所示，本发明的智能化污水处理专家系统装置，含有数据存储装置和显示装置；显示装置是触摸屏显示装置，或者是外置遥控器或输入键盘的显示装置；所述显示装置中能够显示输入的数据和数据分析结果；其中显示装置能显示两个一级模块(即一级目录)，分别为运行管理问题查询模块和出水水质超标原因推理模块；所述运行管理问题查询模块下设有污水处理、污泥处理、沼气处理净化与处置利用、臭气处理、电气及自动控制和化验检测这6个二级模块((即二级目录))；所述出水水质超标原因推理模块下设5个二级模块，分别为出水TN、出水NH3-N、出水COD、出水SS、出水TP水质超标原因判断模块。
如图3所示，所述出水TN水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测出水TN各成分得到进水不可氨化有机氮含量、出水硝态氮含量和/或出水NH3-N含量；
(1)当出水NH3-N含量大于2mg/L时检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量，若不正常则进行相应调整，若池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常再进行小试模拟曝气实验确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题再进行相应调整；
(2)当出水硝态氮含量大于11mg/L时检测缺氧池末端硝态氮含量，若出水硝态氮远大于缺氧段末端硝态氮(比如差值达到4mg/L以上)则加大内回流，若两者相近(比如差值小于2mg/L)则调整温度、缺氧池DO和/或进水BOD5/TN值；
(3)当进水可不氨化有机氮含量大于2mg/L时排查上游排污企业。
如图4所示，所述出水NH3-N水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量：
(i)若池内温度低于12℃，则加大曝气、减少排泥或加大外回流比。温度是微生物生长的重要限制性因子，在一定的温度范围内，升高温度有利于微生物的生长繁殖。温度会显著影响活性污泥系统硝化菌的活性。
(ii)若好氧池pH小于6.8或大于8.5则投加药剂调整pH。pH也是氨氮硝化的限制性因素之一，pH影响硝化速率主要是由于pH的改变会导致硝化菌细胞膜电位的改变，影响细胞代谢酶的活性。pH异常时可通过投加一定量的酸或碱进行中和。
(iii)若进水氨氮含量高于设计值的1.5倍则减少进水量或排查上游排污企业。
(iv)当池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常，需要进行一个小试模拟曝气实验，来确定出水氨氮超标的具体原因，确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题，然后再进行相应调整。
其中，模拟曝气实验具体流程为：
四组静态实验，各自装有氨氮超标厂(出水氨氮浓度大于2mg/L)及对比厂(出水氨氮达标厂，出水氨氮浓度小于2mg/L)的污泥和进水，按照一定比例混合(尽可能的模拟两个污水处理厂好氧池的泥水混合状态)，维持DO＝3-5mg/L，连续曝气8h以上，前两个小时每隔10min取样测氨氮浓度，之后每隔15min取上清液测氨氮浓度，最后分析得出氨氮超标原因。四组静态实验具体为：
A组：对比厂污泥+对比厂进水
B组：氨氮超标厂污泥+氨氮超标厂进水
C组：氨氮超标厂污泥+对比厂进水
D组：对比厂污泥+氨氮超标厂进水
实验结果分析：
A组：对比实验，预期实验结果为出水氨氮达标。出问题则为操作问题，重新进行。
B组：氨氮不超标，则说明好氧池DO低是导致出水氨氮超标的原因，解决措施为加大好氧池曝气量或适当减少进水。
C组：氨氮不超标，且D组实验结果为氨氮超标，即氨氮超标厂的污泥可以降解达标厂的进水且达标厂的污泥无法降解超标厂的进水，则说明是氨氮超标厂进水水质问题导致出水氨氮超标，解决措施为排查上游排污企业排放污水的水质，找到问题污水的源头，监督排污企业废水处理达到接管标准。
D组：氨氮不超标，且B组实验或C组实验出现氨氮超标现象，即氨氮达标厂的污泥可以降解氨氮超标厂的进水，且出现氨氮超标厂的污泥无法降解超标厂的进水或达标厂进水的情况，则说明目前超标厂进水中没有有毒有害物质，氨氮超标的原因是该厂活性污泥无法降解进水中的氨氮，主要原因包括两个方面：生化系统MLVSS浓度过低(即夏季时MLVSS小于750mg/L、冬季时MLVSS小于1500mg/L)和污泥中毒。MLVSS浓度过低的原因主要有两个方面：进水中碳源过少(BOD5浓度较低，比如小于100mg/L)和泥龄较短(比如小于10d)。可以采取适当投加碳源、减少排泥量或者适当增加外回流的解决措施。
如图5所示，所述出水COD水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测进水水质中Cl-含量、出水SS(出水中悬浮固体物浓度)和/或出水BOD5浓度；按以下步骤进行：
(a)检测进水水质中Cl-含量，若大于1000mg/L则投加掩蔽剂消除Cl-干扰，否则执行步骤(b)；
(b)检测SS含量：如果出水SS不超标则执行步骤(3)；如果出水SS超标(大于10mg/L)则先过滤出水、再检测COD，若再次检测的COD不超标则解决SS超标问题，若再次检测的COD超标则执行步骤(c)；
(c)进水水质中Cl-含量和SS均正常，检测出水BOD5浓度；若BOD5浓度大于5mg/L则采取措施提高系统生化性差，若BOD5浓度不大于5mg/L则采取措施使溶解性不可降解COD低于40mg/L。
提高系统生化性差是指对池内温度、pH、好氧池DO和/或MLVSS进行测定，并进行相应调整。当池内温度低于12℃时适度加大曝气、减少排泥或者加大外回流比；pH小于6.0或大于8.0时投加药剂调整pH；好氧池DO小于1.5mg/L时加大曝气量；MLVSS过低(即夏季时MLVSS小于750mg/L、冬季时MLVSS小于1500mg/L)时，若进水BOD5低(比如小于100mg/L)则添加碳源，若泥龄小于10d则延长泥龄(比如减少排泥量或者适当增加外回流)。使溶解性不可降解COD低于40mg/L，是通过排查上游排污企业或者采用物理、化学等方法去除溶解性不可降解COD，比如采用投加活性炭、臭氧氧化等方法。
如图6所示，所述出水SS水质超标原因判断模块，基于以下方法：
(I)当出水SS大于10mg/L且不超过30mg/L时，检查深度处理设备并相应解决设备故障，比如滤布滤池、转盘过滤装置、连续流砂过滤装置、反硝化滤池、微滤装置；
(II)当出水SS大于30mg/L时，检查深度处理前系统并相应解决故障，比如检查刮(吸)泥机和排泥泵并进行相应维修、进水负荷过高(比如超过设计值的50％)时调整配水设备、生化池MLSS过高(比如浓度高于5000mg/L)时减小外回流比、或者是在好氧池末端DO小于1.0mg/L时加大曝气量。
如图7所示，所述出水TP水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测出水SS浓度、出水PO4 3-浓度和/或出水有机磷浓度；按以下步骤进行：
(A)检测出水SS浓度，超标则解决SS超标问题，否则进行步骤(B)；
(B)检测出水PO4 3-浓度，若大于0.35mg/L则采用强化生化除磷或者强化化学除磷的方法使出水PO4 3-浓度将至0.35mg/L以下；否则进行下一步；
(C)检测出水有机磷浓度，大于0.15mg/L则排查上游排污企业。
所述强化生物除磷，是先检测pH、厌氧池DO、进水BOD5/TP值和/或排泥情况，根据检测结果进行相应调整。若pH小于6.5则投加药剂调整pH；若厌氧池DO大于0.1mg/L，则增加进水，或者减少外回流以适当降低好氧池末端DO；若进水BOD5/TP值不超过20，则外加碳源；若排泥不及时则加大排泥。所述强化化学除磷，可以是强化药剂的有效成分、保持足够的反应时间、增加药剂添加量或者调整适宜药剂反应的pH。
以出水TN水质超标原因判断为简例，对智能化污水处理专家系统进行简要说明。在图1的一级目录中选择出水水质超标原因推理(即出水水质超标原因推理模块)，进入图2的二级目录列表，选择“总氮(TN)超标判断”，然后进入数据输入界面(图8)，输入出水TN浓度，然后界面跳转至图9，显示“出水总氮超标，分析出水总氮(TN)成分；若出水氨氮(NH3-N)浓度>2mg/L，请输入1；若出水硝态氮浓度>12mg/L，请输入2；否则请输入3”，如果进一步输入数据1，则跳转至图10。TN超标原因分析的其他判断路径或后续判断路径均与该过程类似。
实施例2：本发明的专家系统在出水COD超标的污水处理厂的应用
该污水处理厂地处华东地区，设计处理水量为4万m3/d，进水中生活污水与工业废水所占的比例分别为60％和40％，涉及到的工业类型主要包括：造纸、电子、化工及制造业。综合考虑该地区的污水水质特征，设计主要进水水质和主要控制出水水质指标如表1、表2所示。设计的工艺流程如图11所示。
表1 设计进水水质
表2 主要控制出水水质指标
生化单元工艺设计参数：污泥泥龄为15d；混合液污泥浓度为3.5g/L；污泥负荷为0.071kgBOD5/(kgMLSS·d)；好氧混合液回流为100～200％；污泥回流比为50～100％。
有效总池容为25920m3，总水力停留时间为15.6h。其中厌氧段池容为2592m3，水力停留时间为1.5h；缺氧段池容为7776m3，水力停留时间为4.7h；好氧段池容为15552m3，水力停留时间为9.4h。二沉池容积为4985m3，水力停留时间为3h。
2013年1月-2月，出现出水COD超标现象。经检测进水水质中Cl-含量大于1000mg/L，应用本发明的专家系统进行分析可知是Cl-干扰导致的超标，按照专家系统的提示投加掩蔽剂消除Cl-干扰后出水COD恢复正常。2014年4月，又出现出水COD超标现象。经检测SS超标。按照专家系统的提示，将出水过滤，再次检测COD发现COD达标，专家系统提示是SS超标导致的COD超标，进一步检测和提示发现是进水负荷过高导致的SS超标，因此采取解决SS的超标问题的措施。解决SS的超标问题后，出水COD恢复正常，满足一级A标准。
此外，在上述处理过程中，发明人发现，如果采用加大曝气、添加碳源、延长泥龄等措施，都无法有效解决上述出现的出水COD超标的问题。这也进一步说明，采用本发明的专家系统能够快速、准确地找到出水COD超标的根源并根据提示可以采取相应的有效措施来解决这一问题。
实施例3：本发明的专家系统在出水TP超标的污水处理厂的应用
某污水处理厂位于江苏省太湖流域，处理规模为3.0万m3/d，出水水质执行一级A标准。生物处理工艺采用A2O+MBR工艺。其具体工艺流程如图12所示。
该污水处理厂工艺运行状况良好，出水水质COD、BOD5、TN、NH3-N和SS均能够稳定达标。2014.01-2015.06该污水处理厂进水TP浓度在3-15mg/L之间，平均值在3mg/L左右，波动较大。出水TP浓度在0-1.4mg/L之间，平均值约为0.16mg/L，约有13％概率超过一级A标准要求的0.5mg/L。
应用本发明的专家系统对该厂TP超标问题进行逐步推理分析，以期得出有效解决措施。
第一步是对导致出水TP超标的物质组成成分分析，可能导致出水TP超标的物质成分包括SS、PO4 3--P和有机磷。故在水质超标智能推理系统输入“出水总磷浓度超标”，系统提示“出水总磷(TP)浓度超标，若出水SS浓度>10mg/L，请输入1；否则请输入2”。由该厂历史数据可知该厂SS稳定低于10mg/L，故不是由于SS高引起TP超标，选择“否”。
系统推理界面显示“出水SS不超标，分析总磷(TP)成分，若出水磷酸盐(PO4 3--P)过高，大于0.35mg/L”，经过对多家污水处理厂历史数据调研分析，确定0.35mg/L为PO4 3--P浓度的临界值，该厂出水TP超标期间监测出水中PO4 3--P均大于0.35mg/L，故系统认为该厂出水超标主要是出水PO4 3--P高引起，非有机磷含量过高。引起出水TP超标的成分确定是后续强化措施推理的基础。
系统推理界面显示“出水磷酸盐(PO4 3--P)过高，强化生物除磷措施请输入1；强化化学除磷措施请输入2”。其中生物除磷措施主要从影响生物除磷效果的pH、厌氧段溶解氧浓度、进水碳源量和排泥情况这几个主要因素进行分析，化学除磷主要从化学除磷药剂有效成分、投加量、反应时间以及pH环境这几个主要因素进行分析。
(1)对于生物除磷，生物池pH值过低(如小于6)将会发生聚磷菌的自溶现象，从而造成无效释磷。另外，过高的pH值则不利于磷酸盐的释放。故pH值是污水处理厂能够快速监测的参数，将其作为第一个判断参数。该污水处理厂生物段pH值长期维持7.0-7.5之间，故pH值正常，排除其影响。由于在厌氧环境中，其他好氧异养菌群失去活性，而厌氧微生物可以对有机物进行酸化发酵并产生挥发性脂肪酸，PAO水解胞内聚磷酸盐获得能量，吸收污水中的挥发性脂肪酸，以PHA的形式存储在细胞内。但若有氧存在，厌氧微生物则无法产生挥发性脂肪酸，故良好的厌氧环境是PAO释磷的基础，据此将厌氧池DO浓度为分析。实测该污水处理厂厌氧池DO浓度约为0.2mg/L，故DO浓度为该厂可优化参数之一。推理系统提示“DO>0.1mg/L，a.增加进水；b.减小回流，适当降低回流溶解氧”。而目前该厂厌氧和缺氧段进水比例已经各为50％，考虑提升厌氧增加进水比例将会对缺氧脱氮效果产生影响，故不改变此参数。该厂设计从缺氧池末端回流100％至厌氧池，实际运行中缺氧池末端与好氧段直接相连，缺氧池回流口溶解氧在0.5mg/L以上，故考虑适当减小内回流量，控制缺氧末端溶解氧。
(2)对于化学除磷，首先对药剂有效成分进行分析。目前该厂使用的液体聚合氯化铝其中有效成分为三氧化二铝，购置要求三氧化二铝质量分数为10％，实际以10％含量计算药剂投加量，但实测结果表明该药剂中氧化铝质量分数仅为5.8％，远低于供货要求，也未达到《工业级聚氯化铝国家标准》。此外，化学除磷药剂的投加量对除磷效果有着重要影响，在一定范围内，磷酸盐的去除率随着药剂投加量的增加而升高。目前该厂pH约为7.0-7.5，已处于适宜范围。因此，可以考虑改进药剂种类和添加量。
根据专家系统的上述提醒，该厂综合考虑在2015年8月主要完成降低内回流比、控制缺氧池末端溶解氧、化学除磷药剂投加量优化等措施改造，改造和优化运行后，2015.09-2015.12期间TP去除率为95.65％，出水TP在0.01-0.33mg/L之间，无超标现象，出水平均值为0.13mg/L，能够稳定达到一级A标准要求的0.5mg/L。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种智能化污水处理专家系统装置，含有数据存储装置和显示装置；显示装置是触摸屏显示装置，或者是外置遥控器或输入键盘的显示装置；所述显示装置中能够显示输入的数据和数据分析结果；其中显示装置能显示两个一级模块，分别为运行管理问题查询模块和出水水质超标原因推理模块；所述出水水质超标原因推理模块下设5个二级模块，分别为出水TN、出水NH3-N、出水COD、出水SS、出水TP水质超标原因判断模块。
2.根据权利要求1所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水TN水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测出水TN各成分得到进水不可氨化有机氮含量、出水硝态氮含量和/或出水NH3-N含量；
(1)当出水NH3-N含量大于2mg/L时检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量，若不正常则进行相应调整，若池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常再进行小试模拟曝气实验确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题再进行相应调整；
(2)当出水硝态氮含量大于11mg/L时检测缺氧池末端硝态氮含量，若出水硝态氮远大于缺氧段硝态氮则加大内回流，若两者相近则调整温度、缺氧池DO和/或进水BOD5/TN值；
(3)当进水可不氨化有机氮含量大于2mg/L时排查上游排污企业。
3.根据权利要求1或2所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水NH3-N水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量：
(i)若池内温度低于12℃，则加大曝气、减少排泥或加大外回流比；
(ii)若好氧池pH小于6.8或大于8.5则投加药剂调整pH；
(iii)若进水氨氮含量高于设计值的1.5倍则减少进水量或排查上游排污企业；
(iv)当池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常，需要进行一个小试模拟曝气实验，来确定出水氨氮超标的具体原因，确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题，然后再进行相应调整。
4.根据权利要求1-3任一所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水COD水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测进水水质中Cl-含量、出水SS和/或出水BOD5浓度；按以下步骤进行：
(a)检测进水水质中Cl-含量，若大于1000mg/L则投加掩蔽剂消除Cl-干扰，否则执行步骤(b)；
(b)检测SS含量：如果出水SS不超标则执行步骤(3)；如果出水SS超标则先过滤出水、再检测COD，若再次检测的COD不超标则解决SS超标问题，若再次检测的COD超标则执行步骤(c)；
(c)进水水质中Cl-含量和SS均正常，检测出水BOD5浓度；若BOD5浓度大于5mg/L则采取措施提高系统生化性差，若BOD5浓度不大于5mg/L则采取措施使溶解性不可降解COD低于40mg/L。
5.根据权利要求1-4任一所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水SS水质超标原因判断模块，基于以下方法：
(I)当出水SS大于10mg/L且不超过30mg/L时，检查深度处理设备并相应解决设备故障，比如滤布滤池、转盘过滤装置、连续流砂过滤装置、反硝化滤池、微滤装置；
(II)当出水SS大于30mg/L时，检查深度处理前系统并相应解决故障，比如检查刮(吸)泥机和排泥泵并进行相应维修、进水负荷过高时调整配水设备、生化池MLSS过高时减小外回流比、或者是在好氧池末端DO小于1.0mg/L时加大曝气量。
6.根据权利要求1-5任一所述的专家系统装置，其特征在于，出水TP水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测出水SS浓度、出水PO4 3-浓度和/或出水有机磷浓度；按以下步骤进行：
(A)检测出水SS浓度，超标则解决SS超标问题，否则进行步骤(B)；
(B)检测出水PO4 3-浓度，若大于0.35mg/L则采用强化生化除磷或者强化化学除磷的方法使出水PO4 3-浓度将至0.35mg/L以下；否则进行下一步；
(C)检测出水有机磷浓度，大于0.15mg/L则排查上游排污企业。
7.根据权利要求3所述的专家系统装置，其特征在于，所述(iv)的模拟曝气实验，若确定是好氧池DO问题则进行加大好氧池曝气量或适当减少进水，若确定是进水问题则进行排查上游排污企业排放水质、调整进水水质；若确定是活性污泥问题，添加碳源提高进行BOD5或者延长泥龄。
8.根据权利要求4所述的专家系统装置，其特征在于，所述(c)的提高系统生化性差是指对池内温度、pH、好氧池DO和/或MLVSS进行测定，并进行相应调整；当池内温度低于12℃时适度加大曝气、减少排泥或者加大外回流比；pH小于6.0或大于8.0时投加药剂调整pH；好氧池DO小于1.5mg/L时加大曝气量；MLVSS过低时，若进水BOD5低则添加碳源，若泥龄小于10d则延长泥龄(比如减少排泥量或者适当增加外回流)。
9.根据权利要求1所述的专家系统装置，其特征在于，所述所述运行管理问题查询模块下设有污水处理、污泥处理、沼气处理净化与处置利用、臭气处理、电气及自动控制和化验检测这6个二级模块。
10.权利要求1-9任一所述智能化专家系统在污水处理方面的应用。
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