CN113023881A - 一种基于mabr工艺的曝气量与内回流量优化控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统及方法，系统包括在线监测系统、MABR曝气系统、好氧池曝气系统、内回流系统、外回流系统、剩余污泥排放系统、曝气PLC控制系统以及内回流PLC控制系统。在缺氧池和好氧池之间增加MABR池，采用MABR的特殊膜曝气工艺，实现溶解氧和污染物在生物膜上的异向传质，提升氧气利用效率，实现同步硝化反硝化反应，降低曝气能耗；由于MABR池能够对氮进行部分和极限去除，进而可以缩短好氧池曝气时间或关闭好氧池曝气，进而节省曝气能耗；由于MABR的同步硝化反硝化作用，能够降低硝酸盐氮的内回流量，进一步降低内回流产生的能耗；通过对缺氧池、MABR池和好氧池的联合控制，能够为污水厂降低电耗，节省运行费用。

Description

一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理技术与节能降耗控制领域，具体涉及一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统及方法。MABR英文名称为Membrane Aerated BiofilmReactor，即膜曝气生物膜反应器。
背景技术
随着污水资源化利用的趋势，污水处理厂的出水水质标准不断提高。污水处理厂以投入高能耗与高物耗的方式来换取出水水质的达标。采用悬浮填料构建活性污泥-生物膜复合系统是目前污水处理厂进行提标改造的主流技术路线之一。其通过外部曝气实现悬浮填料的流化，溶解氧和污染物向悬浮填料上形成的生物膜进行同向传质。而MABR则采用无泡曝气的方式进行异向传质，即氧气从膜的空气侧透过膜后，扩散到污水侧，并在污水侧发生硝化反应，形成硝化微生物膜层。由于外部混合液处于缺氧状态，反硝化细菌能够利用硝酸盐和污水中的碳源进行反硝化反应，从而实现同步硝化与反硝化过程。MABR工艺的氧气依靠自由扩散，直接被生物膜的硝化微生物层利用，能够降低能耗并提升氧气利用效率。又因MABR工艺的同步硝化与反硝化反应在好氧池的上游进行，可以降低或省去硝化液内回流量。MABR是具有前景的污水厂升级改造工艺之一，并且具有降低能耗的优势。因此，如何对MABR池和好氧池的曝气量以及生化池的内回流量进行联合优化控制，也是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统及方法。针对污水处理厂通过高能耗、高物耗投入满足出水总氮达标目的的问题，在A/A/O工艺的缺氧池和好氧池之间耦合MABR工艺，以提升氧利用率及脱氮效能，从而降低曝气能耗及内回流量。本发明通过在线监测仪表采集数据，采用数据模拟计算分析的方法，建立MABR优化曝气、好氧池按需曝气及内回流优化流量的逻辑控制，实现能耗的减量化和工艺运行的最优化。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其特征在于，包括在线监测系统、MABR曝气系统、好氧池曝气系统、内回流系统、外回流系统、剩余污泥排放系统、曝气PLC控制系统以及内回流PLC控制系统。
进一步地，在线监测系统包括流量测量仪、COD分析仪、NH4-N分析仪、NO3-N分析仪、溶解氧测量仪、温度测量仪、pH测量仪、MLSS分析仪、总氮分析仪。其中，缺氧池的进水端设置有NO3-N分析仪，缺氧池的出水端设置有流量测量仪、COD分析仪和NH4-N分析仪；MABR池中段设置有温度测量仪、pH测量仪、MLSS分析仪和溶解氧测量仪，MABR池末端设置有NO3-N分析仪、MABR出水流量测量仪、出水COD分析仪和出水NH4-N分析仪；好氧池的中段设置有温度测量仪、pH测量仪、MLSS分析仪和溶解氧测量仪，好氧池的出水段设置有COD分析仪和总氮分析仪；内回流系统设置内回流流量计；剩余污泥排放系统设置剩余污泥流量计、剩余污泥MLSS分析仪。流量测量仪、COD分析仪、NH4-N分析仪、NO3-N分析仪、溶解氧测量仪、温度测量仪、pH测量仪、MLSS分析仪、总氮分析仪均通过电气分别与曝气PLC和内回流控制PLC连接。
进一步地，MABR曝气系统包括MABR曝气工艺鼓风机、MABR曝气鼓风机流量计、MABR曝气鼓风机自动控制阀门、MABR曝气工艺管路、MABR生物膜擦洗鼓风机、擦洗鼓风机流量计、擦洗鼓风机自动控制阀门、擦洗气管路、MABR搅拌鼓风机、搅拌鼓风机自动控制阀门和搅拌气管路。
进一步地，好氧池曝气系统包括好氧池曝气鼓风机、鼓风机流量计、自动控制阀门和曝气管路。
进一步地，内回流系统包括内回流泵、内回流流量计和内回流管路。
进一步地，外回流系统包括外回流泵、外回流管路。
进一步地，剩余污泥排放系统包括剩余污泥泵、剩余污泥流量计、剩余污泥MLSS分析仪和剩余污泥排放管路。
进一步地，MABR曝气控制系统中，缺氧池进水在线监测系统、MABR池在线监测系统、剩余污泥在线监测系统均与曝气PLC控制系统连接，MABR曝气管路上布置有MABR曝气工艺风机、流量计和自动控制阀，MABR曝气工艺风机、流量计、自动控制阀均与曝气PLC控制系统连接。
进一步地，好氧池曝气控制系统中，MABR池末端出水在线监测系统、好氧池在线监测系统均与曝气PLC控制系统连接，好氧池曝气管路上布置有好氧池曝气风机、流量计和自动控制阀，好氧池曝气风机、流量计、自动控制阀均与曝气PLC控制系统连接。
进一步地，内回流量控制系统中，缺氧池在线监测系统、MABR池末端在线监测系统、好氧池在线监测系统、内回流在线监测系统均与内回流PLC控制系统连接，内回流管路上布置内回流泵及流量计，内回流泵与流量计均与内回流PLC控制系统连接。
进一步地，所述的鼓风机均选用变频式鼓风机，并配有变频器；所述的内回流泵、剩余污泥泵选用变频泵，并配有变频器。
本发明还提供一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制方法，其特征在于：
1.MABR曝气量优化控制方法
采用缺氧池出水流量测量仪、缺氧池出水COD分析仪、缺氧池出水NH4-N分析仪、MABR池MLSS分析仪、缺氧池进水NO3-N分析仪、剩余污泥流量计、剩余污泥MLSS分析仪的在线监测数据进行计算作为前馈参数，根据MABR曝气需氧量预测模型，利用神经网络算法，计算MABR池需氧量。由于MABR工艺生物膜能够进行同步硝化反硝化，其需氧量计算公式如下：
Figure BDA0002977648630000031
Figure BDA0002977648630000032
Figure BDA0002977648630000033
式(1)中，OM为MABR池的理论需氧量，mg O2/d；QA为缺氧池出水端流量，L/d；SCOD为缺氧池出水COD浓度，mg COD/L；1-fcYc为生物膜上异养菌生长的耗氧量：fc为COD浓度与生物膜VSS的比值，mgCOD/mgVSS，Yc为产率系数；
Figure BDA0002977648630000034
为异养菌的内源呼吸需氧量：fH为异养菌不可生物降解组分，mg COD/mg COD；bH为异养菌内源消耗速率，d-1，θ为悬浮污泥与生物膜的总固体停留时间；每氧化1mgNH4-N需要4.57mgO2，Na为缺氧池出水NH4-N浓度，mgNH4-N/L；每反硝化1mgNO3-N回收2.86mgO2，NNit为缺氧池进水NO3-N浓度，mg NO3-N/L。
式(1)中的悬浮污泥与生物膜的总固体停留时间θ在式(2)中进行计算。其中，SMLSS为MABR池的悬浮污泥浓度，mg/L；V为MABR池容积，m3；ASSA为MABR膜的比表面积，m3/m3；F为膜在池内的填充比，％；Bbf为单位面积的生物膜量，g/m2；QWAS为剩余污泥流量，L/d；SWAS为生物污泥浓度，mg/L。
式(3)中，OMABR为MABR的实际需氧量；Dbf为氧气在生物膜内的扩散系数，m2/d；α为氧气在MABR生物膜中的穿透程度；DCOD为底物COD在生物膜内的扩散系数，m2/d；β为底物COD在生物膜内穿透程度；Da为底物氨氮在生物膜内的扩散系数，m2/d；γ为底物氨氮在MABR生物膜内的穿透程度。
进一步地，采用MABR池内温度测量仪、pH测量仪的在线监测数据作为过程参数，对OMABR进行调整和修正。
进一步地，由于MABR池是活性污泥-生物膜复合系统，同时为了达到同步硝化反硝化的目的，MABR外部悬浮污泥的溶解氧浓度控制在0.1mg/L以下，以维持生物膜外部的缺氧环境。因此，采用MABR池溶解氧测量仪在线监测数据作为反馈数据，对OMABR进行反馈调节。
进一步地，根据调整后的OMABR，通过曝气PLC控制系统，调节MABR曝气工艺鼓风机的频率和曝气自动控制阀的开度，实现MABR池同步硝化反硝化的功能，同时维持MABR生物膜外侧的缺氧环境，即溶解氧浓度控制在低于0.1mg/L。
2.MABR池与好氧池曝气量联合优化控制方法
由于MABR具有同步硝化反硝化的性能，其能够对COD和NH4-N进行了部分去除或极限去除。当MABR去除了部分COD和NH4-N时，好氧池仍需按污染物浓度进行按需供氧；当MABR对COD和NH4-N进行了极限去除时，好氧池则不需要再进行曝气，进而降低好氧池曝气能耗。因此，本发明中根据MABR池对污染物的去除效果，对好氧池采用按需曝气的方式进行控制。
根据污水处理厂的NH4-N出水水质标准X mg/L，确定好氧池的是否继续曝气。当MABR池出水NH4-N浓度≤X mg/L时，好氧池停止曝气；当MABR池出水NH4-N浓度≥X mg/L时，好氧池启动按需曝气控制。
采用MABR池出水流量测量仪、MABR池出水COD分析仪、MABR池出水NH4-N分析仪的在线监测数据作为好氧池曝气量计算的前馈参数，计算公式如下：
Figure BDA0002977648630000051
Figure BDA0002977648630000052
式(4)中，Ooxic为好氧池的需氧量，mg O2/d；QM为MABR池出水流量，L/d；SMCOD为MABR池出水COD浓度，mg COD/L；1-fcsYcs为好氧池活性污泥异养菌生长的耗氧量：fcs为MABR池出水COD浓度与好氧池活性污泥VSS的比值，mgCOD/mgVSS，Ycs为产率系数；
Figure BDA0002977648630000053
为异养菌的内源呼吸需氧量：fH为异养菌不可生物降解组分，mg COD/mg COD；bH为异养菌内源消耗速率，d-1，θS为活性污泥的固体停留时间；NAM为MABR池出水NH4-N浓度，mg NH4-N/L。好氧池活性污泥的固体停留时间θS在式(5)中计算，其中，Vb为生化池体积，L。
进一步地，采用好氧池中段温度测量仪、pH测量仪、MLSS分析仪、溶解氧测量仪的在线监测数据作为过程参数，对Ooxic进行修正。
进一步地，采用好氧池出水COD分析仪和总氮分析仪的在线监测数据作为反馈参数，对Ooxic进行调整。
进一步地，根据调整后的Ooxic，通过曝气PLC控制系统调节好氧池曝气鼓风机的启停和频率以及好氧池曝气管路上自动控制阀的开度。其中，好氧池的溶解氧浓度控制在2mg/L以下。
3.内回流量优化控制方法
由于MABR池能够发生反硝化反应，去除部分或全部NO3-N，进而可以降低内回流量或省去内回流，降低内回流所产生的能耗。
采用MABR池出水NH4-N分析仪和NO3-N分析仪的在线监测数据作为判定依据，当MABR池出水NH4-N浓度≤X mg/L且NO3-N浓度接近0mg/L时，表明MABR池的同步硝化反硝化作用能够对TN进行极限去除，此时内回流系统关闭。
当不满足以上条件时，采用缺氧池进水NO3-N分析仪、MABR池出水NO3-N分析仪的在线监测数据作为前馈参数，利用神经网络算法计算最优内回流比，计算公式如下：
Figure BDA0002977648630000061
Figure BDA0002977648630000062
Figure BDA0002977648630000063
Figure BDA0002977648630000064
Qr＝aQA (10)
式(6)中，a为最优回流比，其中A、B、C的计算公式如式(7)、(8)、(9)所示。式(7)中，Oa为内回流的溶解氧浓度，mgO2/L。式(8)中，NM为MABR池出水NO3-N浓度，mgNO3-N/L；NA为缺氧池进水NO3-N浓度，mgNO3-N/L；DM为MABR池反硝化能力，mgN/L；DA为缺氧池池反硝化能力，mgN/L；Os为外回流的溶解氧浓度，mgO2/L；s为外回流比。式(10)中，Qr为内回流量，L/d；QA为缺氧池出水端流量，L/d。
进一步地，根据好氧池MLSS分析仪的在线监测数据作为过程参数，同时采用好氧池末端总氮分析仪的在线监测数据作为反馈参数，对Qr进行修正和调整。
进一步地，根据调整后的Qr，通过内回流PLC控制系统调节内回流管路上变频泵及变频器，实现内回流量的优化。
与现有技术相比，本发明的优势在于：(1)在缺氧池和好氧池之间增加MABR池，采用MABR的特殊膜曝气工艺，实现溶解氧和污染物在生物膜上的异向传质，提升氧气利用效率，实现同步硝化反硝化反应，进而降低曝气能耗；(2)由于MABR池能够对氮进行部分和极限去除，进而可以缩短好氧池曝气时间或关闭好氧池曝气，进而节省曝气能耗；(3)由于MABR的同步硝化反硝化作用，能够降低硝酸盐氮的内回流量，进一步降低内回流产生的能耗；(4)通过对缺氧池、MABR池和好氧池的联合控制，能够为污水厂降低电耗费用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统示意图。
图1中：1.曝气PLC、2.MABR曝气工艺鼓风机、3.MABR曝气鼓风机流量计、4.MABR曝气鼓风机自动控制阀门、5.MABR曝气工艺管路、6.MABR生物膜擦洗鼓风机、7.擦洗鼓风机流量计、8.擦洗鼓风机自动控制阀门、9.擦洗空气管路、10.MABR搅拌鼓风机、11.搅拌鼓风机自动控制阀门、12.搅拌空气管路、13.好氧池曝气鼓风机、14.好氧池鼓风机流量计、15.好氧池鼓风机自动控制阀门、16.好氧池曝气管路、17.内回流PLC、18.内回流泵、19.内回流流量计、20.内回流管路、21.外回流泵、22.外回流管路、23.流量测量仪、24、COD分析仪、25.NH4-N分析仪、26.NO3-N测量仪、27.溶解氧测量仪、28.温度测量仪、29.pH测量仪、30.MLSS分析仪、31.总氮分析仪、32.剩余污泥泵、33.剩余污泥流量计、34.剩余污泥排放管路。
具体实施方式
下文将结合说明书附图和实施例详细说明本发明的实施方案。
本实施例提供一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统及方法，所应用的工艺运行情况如下：某城镇污水处理厂生化池采用厌氧池-缺氧池-MABR池-好氧池的工艺，出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级标准A标准。
如图1所示，一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池顺次连接；缺氧池和好氧池之间增加MABR池；MABR池上设置有在线监测系统，在线监测系统包括缺氧池的进水端设置有NO3-N分析仪(26)，缺氧池的出水端设置有流量测量仪(23)、COD分析仪(24)和NH4-N分析仪(25)；MABR池的中段设置有温度测量仪(28)、pH测量仪(29)、MLSS分析仪(30)、溶解氧测量仪(27)，MABR池的末端设置有NO3-N分析仪(26)、出水流量测量仪(23)、出水COD分析仪(24)、出水NH4-N分析仪(25)；好氧池的中段设置有温度测量仪(28)、pH测量仪(29)、MLSS分析仪(30)、溶解氧测量仪(27)，好氧池末端出水段处设置有COD分析仪(24)和总氮分析仪(31)。
一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其上设置有MABR曝气系统，MABR曝气系统包括MABR曝气工艺鼓风机(2)、鼓风机流量计(3)、鼓风机自动控制阀门(4)和曝气工艺管路(5)。鼓风机流量计(3)、鼓风机自动控制阀门(4)安装在曝气工艺管路(5)上，MABR曝气工艺鼓风机(2)设置在曝气工艺管路(5)上并与曝气PLC控制系统(1)通过电气连接。
一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其上设置有好氧池曝气系统，好氧池曝气系统包括好氧池曝气鼓风机(13)、鼓风机流量计(14)、鼓风机自动控制阀门(15)、曝气工艺管路(16)。鼓风机流量计(14)、鼓风机自动控制阀门(15)安装在曝气工艺管路(16)上，好氧池曝气鼓风机(13)设置在曝气工艺管路(16)上并与曝气PLC控制系统(1)通过电气连接。
一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其上设置有内回流系统，内回流系统包括内回流泵(18)、内回流流量计(19)和内回流管路(20)。内回流泵(18)和内回流流量计(19)设置在内回流管路(20)上并与内回流PLC控制系统(17)通过电气连接；内回流流量计(19)用以记录内回流流量。
一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其上设置有剩余污泥排放系统，剩余污泥排放系统包括剩余污泥泵(32)、剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)和剩余污泥排放管路(34)。剩余污泥泵(32)、剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)设置在剩余污泥排放管路(34)上，剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)与曝气PLC控制系统(1)通过电气连接。
一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其上设置有污泥外回流系统，污泥外回流系统包括外回流泵(21)和外回流管路(22)。外回流泵(21)设置在外回流管路(22)上，外回流管路从沉淀池底部至厌氧池的前端。
曝气PLC控制系统(1)还与MABR生物膜擦洗鼓风机(6)连接，MABR生物膜擦洗鼓风机(6)通过擦洗鼓风机流量计(7)、擦洗鼓风机自动控制阀门(8)、擦洗空气管路(9)与MABR池连接。
曝气PLC控制系统(1)还与MABR搅拌鼓风机(10)连接，MABR搅拌鼓风机(10)通过搅拌鼓风机自动控制阀门(11)、搅拌空气管路(12)与MABR池连接。
基于MABR池和好氧池的曝气需氧量和缺氧池的内回流量优化模型，利用神经网络算法，采用缺氧池出水流量测量仪(23)、缺氧池出水COD分析仪(24)、缺氧池出水NH4-N分析仪(25)、MABR池MLSS分析仪(30)、缺氧池进水NO3-N分析仪(26)、剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)的在线监测数据作为前馈参数，传输至曝气PLC控制系统(1)数据处理单元进行解析，得到MABR池需氧量OMABR；再根据MABR池温度测量仪(28)、pH测量仪(29)的在线监测数据作为过程参数，MABR池溶解氧测量仪(27)在线监测数据作为反馈参数，传输至曝气PLC控制系统(1)数据处理单元，对MABR池的最优需氧量OMABR进行修正。
基于MABR池和好氧池的曝气需氧量和缺氧池的内回流量优化模型，利用神经网络算法，采用MABR池出水流量测量仪(23)、COD分析仪(24)、NH4-N分析仪(25)的在线监测数据作为好氧池曝气量计算的前馈参数，传输至曝气PLC控制系统(1)数据处理单元进行解析，得到好氧池需氧量Ooxic；再根据好氧池中段温度测量仪(28)、pH测量仪(29)、MLSS分析仪(30)、溶解氧测量仪(27)的在线监测数据作为过程参数，好氧池出水COD分析仪(24)和总氮分析仪(31)的在线监测数据作为反馈参数，对好氧池的最优需氧量Ooxic进行修正。
基于MABR池和好氧池的曝气需氧量和缺氧池的内回流量优化模型，利用神经网络算法，采用缺氧池进水NO3-N分析仪(20)、MABR池出水NO3-N分析仪(20)的在线监测数据作为前馈参数传输至曝气PLC控制系统(1)数据处理单元进行解析，得到内回流量Qr；根据好氧池MLSS分析仪(30)的在线监测数据作为过程参数，同时采用好氧池末端总氮分析仪(31)的在线监测数据作为反馈参数，对最优内回流量Qr进行修正和调整。
由曝气PLC控制系统(1)和碳源投加PLC控制系统(17)收集水质信息分析，经过半年的曝气量和内回流量优化控制及运行实施，其出水COD浓度稳定在10mg/L以下，出水总氮浓度范围9.05mg/L～11.53mg/L，出水氨氮浓度稳定在0.4mg/L以下，吨水电耗节省约10％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池顺次连接；缺氧池和好氧池之间增加MABR池；MABR池上设置有在线监测系统；其特征在于：基于MABR工艺的生化处理系统上设置有在线监测系统，在线监测系统包括缺氧池的进水端设置有NO3-N分析仪(26)，缺氧池的出水端设置有流量测量仪(23)、COD分析仪(24)和NH4-N分析仪(25)；MABR池的中段设置有温度测量仪(28)、pH测量仪(29)、MLSS分析仪(30)、溶解氧测量仪(27)，MABR池的末端设置有NO3-N分析仪(26)、出水流量测量仪(23)、出水COD分析仪(24)、出水NH4-N分析仪(25)；好氧池的中段设置有温度测量仪(28)、pH测量仪(29)、MLSS分析仪(30)、溶解氧测量仪(27)，好氧池的末端出水段处设置有COD分析仪(24)和总氮分析仪(31)；
MABR池上设置有MABR曝气系统，MABR曝气系统包括MABR曝气工艺鼓风机(2)、鼓风机流量计(3)、鼓风机自动控制阀门(4)和曝气工艺管路(5)；鼓风机流量计(3)、鼓风机自动控制阀门(4)安装在曝气工艺管路(5)上，MABR曝气工艺鼓风机(2)设置在曝气工艺管路(5)上并与曝气PLC控制系统(1)通过电气连接；
好氧池上设置有好氧池曝气系统，好氧池曝气系统包括好氧池曝气鼓风机(13)、鼓风机流量计(14)、鼓风机自动控制阀门(15)、曝气工艺管路(16)；鼓风机流量计(14)、鼓风机自动控制阀门(15)安装在曝气工艺管路(16)上，好氧池曝气鼓风机(13)设置在曝气工艺管路(16)上并与曝气PLC控制系统(1)通过电气连接；
基于MABR工艺的生化池上设置有内回流系统，内回流系统包括内回流泵(18)、内回流流量计(19)和内回流管路(20)；内回流泵(18)和内回流流量计(19)设置在内回流管路(20)上并与内回流PLC控制系统(17)通过电气连接；内回流流量计(19)用以记录内回流流量；
基于MABR工艺的生化池上设置有剩余污泥排放系统，剩余污泥排放系统包括剩余污泥泵(32)、剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)和剩余污泥排放管路(34)；剩余污泥泵(32)、剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)设置在剩余污泥排放管路(34)上，剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)与曝气PLC控制系统(1)通过电气连接。
基于MABR工艺的生化池上设置有污泥外回流系统，污泥外回流系统包括外回流泵(21)和外回流管路(22)。外回流泵(21)设置在外回流管路(22)上，外回流管路从沉淀池底部至厌氧池的前端。
2.根据权利要求1所述的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其特征在于：曝气PLC控制系统(1)还与MABR生物膜擦洗鼓风机(6)连接，MABR生物膜擦洗鼓风机(6)通过擦洗鼓风机流量计(7)、擦洗鼓风机自动控制阀门(8)、擦洗空气管路(9)与MABR池连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其特征在于：曝气PLC控制系统(1)还与MABR搅拌鼓风机(10)连接，MABR搅拌鼓风机(10)通过搅拌鼓风机自动控制阀门(11)、搅拌空气管路(12)与MABR池连接。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其特征在于：MABR曝气工艺鼓风机(2)、MABR生物膜擦洗鼓风机(6)、MABR搅拌鼓风机(10)和好氧池曝气鼓风机(13)鼓风机均选用变频式鼓风机，并配有变频器。
5.根据权利要求1所述的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制系统，其特征在于：所述的内回流泵、剩余污泥泵选用变频泵，并配有变频器。
6.利用权利要求1所述系统进行的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制方法，其特征在于：
基于MABR池和好氧池的曝气需氧量和缺氧池的内回流量优化模型，利用神经网络算法，采用缺氧池出水流量测量仪(23)、缺氧池出水COD分析仪(24)、缺氧池出水NH4-N分析仪(25)、MABR池MLSS分析仪(30)、缺氧池进水NO3-N分析仪(26)、剩余污泥流量计(33)、剩余污泥MLSS分析仪(30)的在线监测数据作为前馈参数，传输至曝气PLC控制系统(1)数据处理单元进行解析，得到MABR池需氧量OMABR；再根据MABR池温度测量仪(28)、pH测量仪(29)的在线监测数据作为过程参数，MABR池DO测量仪(27)在线监测数据作为反馈参数，传输至曝气PLC控制系统(1)数据处理单元，对MABR池的最优需氧量OMABR进行修正。
7.根据权利要求6所述的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制方法，其特征在于：
MABR曝气量优化控制方法如下：
采用缺氧池出水流量测量仪、缺氧池出水COD分析仪、缺氧池出水NH4-N分析仪、MABR池MLSS分析仪、缺氧池进水NO3-N分析仪、剩余污泥流量计、剩余污泥MLSS分析仪的在线监测数据进行计算作为前馈参数，根据MABR曝气需氧量预测模型，利用神经网络算法，计算MABR池需氧量；由于MABR工艺生物膜能够进行同步硝化反硝化，其需氧量计算公式如下：
Figure FDA0002977648620000031
Figure FDA0002977648620000032
Figure FDA0002977648620000033
式(1)中，OM为MABR池的理论需氧量，mg O2/d；QA为缺氧池出水端流量，L/d；SCOD为缺氧池出水COD浓度，mg COD/L；1-fcYc为生物膜上异养菌生长的耗氧量：fc为COD浓度与生物膜VSS的比值，mgCOD/mgVSS，Yc为产率系数；
Figure FDA0002977648620000034
为异养菌的内源呼吸需氧量：fH为异养菌不可生物降解组分，mg COD/mg COD；bH为异养菌内源消耗速率，d-1，θ为悬浮污泥与生物膜的总固体停留时间；每氧化1mgNH4-N需要4.57mgO2，Na为缺氧池出水NH4-N浓度，mgNH4-N/L；每反硝化1mgNO3-N回收2.86mgO2，NNit为缺氧池进水NO3-N浓度，mg NO3-N/L；
式(1)中的悬浮污泥与生物膜的总固体停留时间θ在式(2)中进行计算；其中，SMLSS为MABR池的悬浮污泥浓度，mg/L；V为MABR池容积，m3；ASSA为MABR膜的比表面积，m3/m3；F为膜在池内的填充比，％；Bbf为单位面积的生物膜量，g/m2；QWAS为剩余污泥流量，L/d；SWAS为生物污泥浓度，mg/L；
式(3)中，OMABR为MABR的实际需氧量；Dbf为氧气在生物膜内的扩散系数，m2/d；α为氧气在MABR生物膜中的穿透程度；DCOD为底物COD在生物膜内的扩散系数，m2/d；β为底物COD在生物膜内穿透程度；Da为底物氨氮在生物膜内的扩散系数，m2/d；γ为底物氨氮在MABR生物膜内的穿透程度。
8.根据权利要求6所述的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制方法，其特征在于：
MABR池与好氧池曝气量联合优化控制方法如下：
由于MABR具有同步硝化反硝化的性能，其能够对COD和NH4-N进行了部分去除或极限去除；当MABR去除了部分COD和NH4-N时，好氧池仍需按污染物浓度进行按需供氧；当MABR对COD和NH4-N进行了极限去除时，好氧池则不需要再进行曝气，进而降低好氧池曝气能耗；
根据污水处理厂的NH4-N出水水质标准X mg/L，确定好氧池的是否继续曝气；当MABR池出水NH4-N浓度≤X mg/L时，好氧池停止曝气；当MABR池出水NH4-N浓度≥X mg/L时，好氧池启动按需曝气控制；
采用MABR池出水流量测量仪、MABR池出水COD分析仪、MABR池出水NH4-N分析仪的在线监测数据作为好氧池曝气量计算的前馈参数，计算公式如下：
Figure FDA0002977648620000041
Figure FDA0002977648620000042
式(4)中，Ooxic为好氧池的需氧量，mg O2/d；QM为MABR池出水流量，L/d；SMCOD为MABR池出水COD浓度，mg COD/L；1-fcsYcs为好氧池活性污泥异养菌生长的耗氧量：fcs为MABR池出水COD浓度与好氧池活性污泥VSS的比值，mgCOD/mgVSS，Ycs为产率系数；
Figure FDA0002977648620000043
为异养菌的内源呼吸需氧量：fH为异养菌不可生物降解组分，mg COD/mg COD；bH为异养菌内源消耗速率，d-1，θS为活性污泥的固体停留时间；NAM为MABR池出水NH4-N浓度，mg NH4-N/L；好氧池活性污泥的固体停留时间θS在式(5)中计算，其中，Vb为生化池体积，L。
9.根据权利要求6所述的一种基于MABR工艺的曝气量与内回流量优化控制方法，其特征在于：
内回流量优化控制方法如下，
由于MABR池能够发生反硝化反应，去除部分或全部NO3-N，进而可以降低内回流量或省去内回流，降低内回流所产生的能耗；
采用MABR池出水NH4-N分析仪和NO3-N分析仪的在线监测数据作为判定依据，当MABR池出水NH4-N浓度≤X mg/L且NO3-N浓度接近0mg/L时，表明MABR池的同步硝化反硝化作用能够对TN进行极限去除，此时内回流系统关闭；
当不满足以上条件时，采用缺氧池进水NO3-N分析仪、MABR池出水NO3-N分析仪的在线监测数据作为前馈参数，利用神经网络算法计算最优内回流比，计算公式如下：
Figure FDA0002977648620000051
Figure FDA0002977648620000052
Figure FDA0002977648620000053
Figure FDA0002977648620000054
Qr＝aQA (10)
式(6)中，a为最优回流比，其中A、B、C的计算公式如式(7)、(8)、(9)所示；式(7)中，Oa为内回流的溶解氧浓度，mgO2/L；式(8)中，NM为MABR池出水NO3-N浓度，mgNO3-N/L；NA为缺氧池进水NO3-N浓度，mgNO3-N/L；DM为MABR池反硝化能力，mgN/L；DA为缺氧池池反硝化能力，mgN/L；Os为外回流的溶解氧浓度，mgO2/L；s为外回流比；式(10)中，Qr为内回流量，L/d；QA为缺氧池出水端流量，L/d。
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