CN114560561B - Mbr工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制系统和方法，属于污水处理设备技术领域，控制柜集成脱氮加药控制模块、除磷加药控制模块和膜污染控制模块。其中，膜污染控制模块控制膜池排泥量，维持膜池污泥浓度稳定，同时将实时信号反馈至脱氮和除磷加药控制模块，用于修正计算碳源和除磷药剂的加药量。本发明加药控制模块实现深度脱氮除磷，考虑了MBR工艺污泥性质差异和反应动力学等影响，同时膜污染控制模块可有效预防膜污染，两者有效结合，共同实现了出水氮、磷控制稳定达标，节能降耗，膜污染预警及时，膜工艺运行稳定。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理设备技术领域，具体涉及一种MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制系统和方法。
背景技术
大多数污水处理厂需要投加碳源和除磷药剂来保证出水氮、磷达标，目前污水厂运行主要靠人工经验投加，一是运行调控繁琐，出水水质容易受进水负荷波动而无法稳定达标。二是过量加药现象严重，经济成本较高，不利于水厂的可持续生产。智能加药系统相继开发以代替人工，实现自动加药，不仅稳定水质也可以节省药量。智能加药系统由软件模型和硬件设备组成。硬件包括控制设备、监测仪表和加药设备。如PLC控制柜、加药泵、进出水量、水质监测仪表，生化池在线DO、MLSS及硝氮、磷酸盐仪表，现有报导的智能加药自控系统的硬件配置情况基本类似。软件模型为自控系统的核心，用于加药量精确计算，在实现水质稳定中发挥重要作用。污水生物处理存在影响因素多变，非线性、滞后性强、因地而异等特点，模型要更好的适应生物反应特征，计算更加精确的加药量来应对进水负荷变化，从而实现出水水质稳定，降耗显著的效果。
目前污水处理过程的模拟计算与控制模型使用的ASM系列模型，存在如下问题：一是模型在国内水厂适应性不理想，主要由水质和污泥性质的差异造成，二是模型使用不方便，主要因为模型的参数多，调试周期长，维护要求和成本高。三是现有大多数控制模型应用场景局限在传统的AAO、UCT等工艺，出水总氮、总磷执行标准宽松，出水浓度控制值较高。
MBR工艺(即污水处理工艺)具有污泥龄较长，系统的污泥浓度高，进水负荷相比较低等特点，污泥性质与传统工艺存在不同。污泥具有较强的内源反硝化作用，因此在碳源加药时需考虑内源脱氮的影响。同时，在MBR工艺实现深度脱氮(TN≤1mg/L)，低底物浓度下反硝化速率受到较大影响，软件模型需考虑反应动力学影响。长污泥龄也会对化学除磷药剂利用效率造成影响，并存在化学污泥磷的释放等问题，模型需结合实际工程数据校正优化。另外，膜污染控制是MBR工艺运行的关键，加药会提高系统的污泥浓度，加快膜污染，影响膜系统正常运行。过高的污泥浓度同时会影响药剂利用效率，从而影响智能加药模型调控，因此脱氮除磷智能加药模块需要与膜污染控制模块较好耦合，控制相对稳定的污泥浓度，保障水质的同时使工艺系统运行更加稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化程度高，适用性和稳定性强，可实现MBR工艺深度脱氮除磷，水质稳定达标，药耗节省明显，同时可预防膜污染，膜系统运行稳定，实现污水厂提质增效的MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制系统和方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一方面，本发明提供一种MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制系统，包括依次设置的厌氧池、前缺氧池、好氧池、后缺氧池、膜池的工艺系统，智能控制系统含脱氮加药智能控制模块、除磷加药智能控制模块和膜污染控制模块；
所述前缺氧池和后缺氧池连通脱氮加药智能控制模块，碳源加药控制点设置在前缺氧池和后缺氧池；所述好氧池连通除磷加药智能控制模块，除磷加药控制点设置在好氧池；所述膜池连通膜污染控制模块；
所述脱氮加药智能控制模块、所述除磷加药智能控制模块模块和所述的膜污染控制模块均集成在控制柜；其中，所述膜污染控制模块控制膜池排泥量，膜池污泥浓度信号实时反馈给控制柜，所述控制柜中的脱氮加药模块和所述除磷加药模块根据膜池污泥浓度信号进行计算修正分别向工艺系统中加入碳源和除磷药剂的含量，从而控制出水中氮元素的含量和磷元素的含量。
可选的，所述控制柜连接环境参数监测采集模块，包括前馈控制仪表组、反馈控制仪表组和膜污染控制仪表组；所述前馈控制仪表组用于监测进水流量数据、进水总氮含量数据、进水总磷含量数据和进水COD含量数据；所述反馈控制仪表组用于监测好氧池在线溶解氧数据、在线污泥浓度数据、后缺氧池在线硝氮数据、产水总氮含量数据、产水磷酸盐含量数据；所述膜污染控制仪表组用于监测膜池产水压力数据、膜池在线污泥浓度数据、水温度数据、膜产水流量数据和吹扫风量数据。
第二方面，本发明提供一种基于如上所述的MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制系统的MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制方法，将膜池中产水压力数据、膜池MLSS数据、水温度数据、产水流量数据和吹扫风量数据发送给控制柜，在控制柜膜污染控制模块进行建模，当膜池污泥浓度≥10g/L、连续24h平均膜产水压力变化量＞4kPa时，或连续72h膜产水压力变化量大于7kPa时，膜污染控制模块控制排泥，维持膜池污泥浓度为8～16g/L，膜池污泥浓度信号实时反馈给控制柜，所述脱氮加药模块和所述除磷加药模块计算修正加药量。
可选的，所述的脱氮加药智能控制模块接收前馈仪表组和反馈仪表组和膜污染控制模块反馈的信号进行药量计算，向前缺氧池和后缺氧池中加碳源，控制出水TN≤1mg/L。
可选的，所述的除磷加药智能控制模块接收前馈仪表组和反馈仪表组和膜污染控制模块反馈的信号进行药量计算，向好氧池中添加除磷药剂，控制出水TP≤0.2mg/L。
可选的，控制出水TN≤1mg/L，碳源加药点设置在前缺氧池、后缺氧池，模型自动计算并分配加药量，计算方法如下：
其中，η表示膜池MLSS修正系数；Ct表示模块计算碳源加药浓度；X1表示好氧池的污泥浓度；β表示碳源投加系数；Ni表示进水总氮浓度；Nset表示出水总氮控制设定值；Di表示进水COD浓度；a表示有机物可生化系数；b表示污水碳源去除碳氮比；X1表示好氧池MLSS；r表示膜池与好氧池回流比；h表示后缺氧池停留时间；k表示污泥VSS/SS比例；λ表示溶解氧修正系数；μe表示污泥内源反硝化负荷；CDO表示好氧池溶解氧浓度；NT表示当前周期硝氮采样值；NT-1表示前一个周期硝氮采样值；NT-2表示前两个周期硝氮采样值；Ne表示硝氮设定值；μmax表示缺氧池硝氮最大去除速率；t表示采样时间，两个相邻周期的间隔时间；τ表示修正系数，当相邻两周期差值乘积(NT-1-NT-2)*(NT-NT-1)<0时，τ取-1；当乘积大于0时，τ取1，乘积等于0时，τ取0。
可选的，考虑到反应动力学影响，当时，模块控制仅在后缺氧池加药；反之，模块控制在前缺氧池、后缺氧池均加药，前缺氧池的加药量为Ct-C1，后缺氧池的加药量为C1；其中，C1表示后缺氧池上限加药浓度；vmax表示基质充足下碳源最大反硝化速率；KN表示氮的半饱和常数；V1表示后缺氧池池容；Q表示产水量。
可选的，当X2＜9，η取值0.8～0.95；9≤X2<11，η取值0.96～1.1；11≤X2<13，η取值1.11～1.2；13≤X2<15，η取值1.21～1.35；X2≥15，η取值1.5；X2表示膜池的污泥浓度。
可选的，所述的除磷加药智能控制模块控制出水TP≤0.2mg/L，加药点位于好氧池，计算方法如下：
其中，Wt表示除磷药剂加药浓度；α表示进水总磷去除化学除磷摩尔比，取值2～7，当Pi＞5时，α取2～3，当Pi＝2～5时，α取3～5；当Pi＜2时，α取5～7；γ表示出水总磷对应除磷药剂投加系数，取值20～50，当出水磷PT＝0～0.1时，γ取41～50，当出水磷PT＝0.11～0.2时，γ取20～40；m表示除磷药剂中Fe、Al元素的摩尔质量；σ表示微生物同化占比；μr表示污泥释磷速率；Pset表示出水总磷控制设定浓度；M表示药剂中Fe、Al盐的有效含量；PT表示当前周期磷酸盐采样值；PT-1表示前一个周期磷酸盐采样值；PT-2表示前两个周期磷酸盐采样值；τ表示修正系数，当相邻两周期差值乘积(PT-1-PT-2)*(PT-PT-1)<0时，τ取-1；当乘积大于0时，τ取1；当乘积等于0时，当乘积等于0时，τ取0。
可选的，膜池MLSS修正系数η：当X2＜9时，η取值0.8～1；9≤X2<11时，η取值1～1.1；11≤X2<13时，η取值1.11～1.3；13≤X2<15时，η取值1.31～1.4，X2≥15时，η取值1.5。
本发明有益效果：实现深度脱氮除磷，考虑了污泥性质差异和反应动力学等影响，同时对膜污染有针对性防控措施，实现加药量精确计算与膜污染预防的有效结合，具备极限水质控制效果稳定，膜污染预警及时，节能降耗效果。模型使用方便，调试周期短，调试时间一般1～2周，期间不影响水厂正常生产。出水稳定，实际出水TN处于0～1mg/L波动，实际出水TP处于0.1～0.2mg/L波动，水质达标率100％。可完全自动化运行，节省人力，另外相比人工手动运行，可节省碳源和除磷药剂量约20％～30％。将智能加药模块和与膜污染控制模块相耦合，保障水质达标同时减缓膜污染。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的MBR工艺深度脱氮除磷加药与膜污染智能控制系统结构示意图。
图2为本发明实施例所述的尾水处理运行数据及运行控制效果示意图。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种MBR工艺脱氮除磷加药与膜污染耦合控制系统，包括依次设置的厌氧池、前缺氧池、好氧池、后缺氧池、膜池的工艺系统；
智能控制系统含脱氮加药智能控制模块，除磷加药智能控制模块和膜污染控制模块，所述前缺氧池和后缺氧池连通脱氮加药智能控制模块，碳源加药控制点设置在前缺氧池和后缺氧池；所述好氧池连通有除磷加药智能控制模块，除磷加药控制点设置在好氧池；所述膜池连通有膜污染控制模块；
所述脱氮加药模块和所述除磷加药模块和所述的膜污染控制模块均集成在控制柜；其中，所述膜污染控制模块控制膜池排泥量，膜池污泥浓度信号实时反馈给控制柜，所述控制柜中的脱氮加药模块和所述除磷加药模块根据膜池污泥浓度信号进行计算修正分别向工艺系统中加入碳源和除磷药剂的含量，控制出水中氮元素的含量和磷元素的含量。
具体的，所述控制柜连接环境参数监测采集模块，包括前馈控制仪表组、反馈控制仪表组和膜污染控制仪表组；所述前馈控制仪表组用于监测进水流量数据、进水总氮含量数据、进水总磷含量数据和进水COD含量数据；所述反馈控制仪表组用于监测好氧池在线溶解氧数据、在线污泥浓度数据、后缺氧池在线硝氮数据、产水总氮含量数据、产水磷酸盐含量数据；所述膜污染控制仪表组用于监测膜池产水压力数据、膜池在线污泥浓度数据、水温度数据、膜产水流量数据和吹扫风量数据。
本实施例中，基于如上所述的MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制系统的MBR工艺脱氮除磷加药耦合膜污染智能控制方法，将膜池中产水压力数据、膜池MLSS数据、水温度数据、产水流量数据和吹扫风量数据发送给控制柜，在控制柜膜污染控制模块进行建模，当膜池污泥浓度≥10g/L、连续24h平均膜产水压力变化量＞4kPa时，或连续72h膜产水压力变化量大于7kPa时，膜污染控制模块控制排泥，维持膜池污泥浓度为8～16g/L，膜池污泥浓度信号实时反馈给控制柜，所述脱氮加药模块和所述除磷加药模块计算修正加药量。
具体的，所述的脱氮加药智能控制模块接收前馈仪表组和反馈仪表组和膜污染控制模块反馈的信号进行药量计算，向前缺氧池和后缺氧池中加碳源，控制出水TN≤1mg/L。
所述的除磷加药智能控制模块接收前馈仪表组和反馈仪表组和膜污染控制模块反馈的信号进行药量计算，向好氧池中添加除磷药剂，控制出水TP≤0.2mg/L。
其中，控制出水TN≤1mg/L，碳源加药点设置在前缺氧池、后缺氧池，模型自动计算并分配加药量，计算方法如下：
其中，η表示膜池MLSS修正系数；Ct表示模块计算碳源加药浓度；X1表示好氧池的污泥浓度；β表示碳源投加系数；Ni表示进水总氮浓度；Nset表示出水总氮控制设定值；Di表示进水COD浓度；a表示有机物可生化系数；b表示污水碳源去除碳氮比；X1表示好氧池MLSS；r表示膜池与好氧池回流比；h表示后缺氧池停留时间；k表示污泥VSS/SS比例；λ表示溶解氧修正系数；μe表示污泥内源反硝化负荷；CDO表示好氧池溶解氧浓度；NT表示当前周期硝氮采样值；NT-1表示前一个周期硝氮采样值；NT-2表示前两个周期硝氮采样值；Ne表示硝氮设定值；μmax表示缺氧池硝氮最大去除速率；t表示采样时间，两个相邻周期的间隔时间；τ表示修正系数，当相邻两周期差值乘积(NT-1-NT-2)*(NT-NT-1)<0时，τ取-1；当乘积大于0时，τ取1，乘积等于0时，τ取0。
本实施例中，考虑到反应动力学影响，当时，模块控制仅在后缺氧池加药；反之，模块控制在前缺氧池、后缺氧池均加药，前缺氧池的加药量为Ct-C1，后缺氧池的加药量为C1；其中，C1表示后缺氧池上限加药浓度；vmax表示基质充足下碳源最大反硝化速率；KN表示氮的半饱和常数；V1表示后缺氧池池容；Q表示产水量。
其中，当X2＜9，η取值0.8～0.95；9≤X2<11，η取值0.96～1.1；11≤X2<13，η取值1.11～1.2；13≤X2<15，η取值1.21～1.35；X2≥15，η取值1.5；X2表示膜池的污泥浓度。
所述的除磷加药智能控制模块控制出水TP≤0.2mg/L，加药点位于好氧池，计算方法如下：
其中，Wt表示除磷药剂加药浓度；α表示进水总磷去除化学除磷摩尔比，取值2～7，当Pi＞5时，α取2～3，当Pi＝2～5时，α取3～5；当Pi＜2时，α取5～7；γ表示出水总磷对应除磷药剂投加系数，取值20～50，当出水磷PT＝0～0.1时，γ取41～50，当出水磷PT＝0.11～0.2时，γ取20～40；m表示除磷药剂中Fe、Al元素的摩尔质量；σ表示微生物同化占比；μr表示污泥释磷速率；Pset表示出水总磷控制设定浓度；M表示药剂中Fe、Al盐的有效含量；PT表示当前周期磷酸盐采样值；PT-1表示前一个周期磷酸盐采样值；PT-2表示前两个周期磷酸盐采样值；τ表示修正系数，当相邻两周期差值乘积(PT-1-PT-2)*(PT-PT-1)<0时，τ取-1；当乘积大于0时，τ取1；当乘积等于0时，当乘积等于0时，τ取0。
其中，膜池MLSS修正系数η：当X2＜9时，η取值0.8～1；9≤X2<11时，η取值1～1.1；11≤X2<13时，η取值1.11～1.3；13≤X2<15时，η取值1.31～1.4，X2≥15时，η取值1.5。
在具体的应用实例中，进水中的有机氮和氨氮进入好氧池后，被硝化细菌氧化成硝态氮，一部分进入后缺氧池，另一部分随回流进入前缺氧池，碳源加药管道设置在前、后缺氧池的前端，反硝化细菌利用碳源将系统中的硝氮还原为氮气，实现氮的去除。碳源加药浓度计算方法为：
设置相关参数，如膜池MLSS取10g/L，DO浓度取2mg/L，η为0.95，取碳源投加系数β为6，取DO修正系数λ为1.5，出水总氮设定浓度Nset为1mg/L，等。
假设进水总氮浓度Ni为40mg/L，污水碳源去除总氮20mg/L，计算Ct＝105.6＞80mg/L，模块进行两点分配，前缺氧池加药浓度为25.6mg/L，后缺氧池加药浓度为80mg/L。当进水总氮浓度Ni为35mg/L，计算Ct＝78.6＜80mg/L，加药点仅在后缺氧池投加。
若进水总氮浓度Ni为35mg/L，取膜池回流至好氧池的流量比例r为5，后缺氧池硝氮设定值Ne为0.5mg/L，μmax取1.6mg/L·h，计算Ct为78.6mg/L，Ct值传输到设备输出模块，转化成加药泵的工作频率，并实现精确投加。每隔t＝0.5h(可设定)重新对Ct值进行计算修正，当t＝0.5h时刻，后缺氧池硝氮采样值NT为0.7mg/L，前一个周期硝氮采样值NT-1为0.6mg/L，前两个周期硝氮采样值NT-2为0.4mg/L，相邻两周期差值乘积大于0，τ取1。计算得到ΔCt等于9.45mg/L，即本周期修正后加药量Ct值为88.05mg/L。
假设膜污染控制模块自动控制排泥，膜池污泥浓度降至低于9g/L，信号反馈至智能加药控制模块，η更新为0.95。同理，当t＝1h时刻，NT＝0.6mg/L，则NT-1和NT-2分别为0.7mg/L和0.6mg/L，相邻两周期差值乘积小于0，τ取-1，修正后药量为87.6mg/L，依次循环计算。
实际中试处理尾水运行数据，智能加药系统运行控制效果，如图2所示。
进水总氮为9～14mg/L之间波动，出水总氮设定控制值为1mg/L，后缺氧池硝氮设定值0.5mg/L，加药浓度由前馈和反馈模型计算实时调整，硝氮介于0.5mg/L上下平缓波动，偏差为0.2mg/L。出水TN介于0.2～0.8mg/L之间波动，水质达标率为100％。
进水中的总磷进入生化系统后，在好氧池加入PAC与磷反应产生沉淀，使磷从水体中去除，之后沉淀物随污泥排出系统外，PAC的加药浓度计算方法为：
设定程序参数，如膜池MLSS取10g/L，η取为1.1，取化学除磷摩尔比α为5，γ取值为40，PAC中铝的有效含量M为16％。t＝0h时刻进水总磷Pi为2mg/L，出水总磷设定值Pset为0.07mg/L，计算PAC的投加浓度Wt为69.3mg/L。加药设备接收Wt值并进一步转化成加药泵的输出信号，实现精确投加。
每隔t＝1h(可设定)重新对Wt值进行计算修正，假设t＝1h时刻，采集当前周期磷酸盐PT为0.09mg/L，前一周期PT-1为0.07mg/L，前两个周期采集PT-2为0.08mg/L，相邻两周期差值乘积小于0，τ取-1。修正后药量为82.3mg/L。
假设膜污染控制模块控制排泥，膜池污泥浓度降至低于9g/L，将信号反馈至智能加药控制模块，η取值更新为0.95。t＝2h时刻，进水总磷Pi为1.5mg/L，PT为0.08mg/L，重新计算修正后药量为50.5mg/L，控制泵实时调整药量。
综上所述，本发明实施例所述的MBR工艺深度脱氮除磷加药与膜污染控制系统，可实现出水TN≤1mg/L，TP≤0.2mg/L，该系统包括脱氮除磷智能加药控制模块和膜污染控制模块。考虑微生物反应非线性、系统大时滞等特征，智能加药模块对ASM系列模型和传统的工业PID模型进行改良和修正，参考国内百座水厂海量的实践数据和调控经验，形成改良型前馈-反馈控制模型，使用更符合实际。膜污染控制模块将膜产水压力与污泥浓度等参数进行建模，可控制膜池污泥浓度，并反馈给智能加药模块辅助计算加药量。两者结合可保障水质稳定达标，并有效减缓膜污染。该系统相比传统人工加药可实现药耗降低20％～30％，水质控制达标率为100％，膜系统运行更稳定，有效实现污水厂提质增效，促进水厂运行智慧化和精细化。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种MBR工艺系统的脱氮除磷加药与膜污染耦合智能控制方法，所述MBR工艺系统，包括依次设置的厌氧池、前缺氧池、好氧池、后缺氧池和膜池，智能控制系统包括脱氮加药智能控制模块、除磷加药智能控制模块和膜污染控制模块；其特征在于，将膜池中产水压力数据、膜池MLSS数据、水温度数据、产水流量数据和吹扫风量数据发送给控制柜，在控制柜膜污染控制模块进行建模，当膜池污泥浓度≥10g/L、连续24h平均膜产水压力变化量＞4kPa时，或连续72h膜产水压力变化量大于7kPa时，膜污染控制模块控制排泥，维持膜池污泥浓度为8～16g/L，膜池污泥浓度信号实时反馈给控制柜，利用控制柜中的脱氮加药智能控制模块和除磷加药智能控制模块计算修正加药量；
所述的脱氮加药智能控制模块接收前馈仪表组和反馈仪表组和膜污染控制模块反馈的信号进行药量计算，向前缺氧池和后缺氧池中加碳源，控制出水TN≤1mg/L；
所述的除磷加药智能控制模块接收前馈仪表组和反馈仪表组和膜污染控制模块反馈的信号进行药量计算，向好氧池中添加除磷药剂，控制出水TP≤0.2mg/L；
控制出水TN≤1mg/L，碳源加药点设置在前缺氧池和后缺氧池，模型自动计算并分配加药量，计算方法如下：
其中，η1表示膜池MLSS修正系数一；Ct表示模块计算碳源加药浓度，单位为mg/L；X1表示好氧池的污泥浓度；β表示碳源投加系数，取6；Ni表示进水总氮浓度；Nset表示出水总氮控制设定值，单位为mg/L；Di表示进水COD浓度；a表示有机物可生化系数；b表示污水碳源去除碳氮比；r表示膜池与好氧池回流比；h表示后缺氧池停留时间；k表示污泥VSS/SS比例；λ表示溶解氧修正系数，取值为1.5；μe表示污泥内源反硝化负荷；CDO表示好氧池溶解氧浓度；NT表示当前周期硝氮采样值，单位为mg/L；NT-1表示前一个周期硝氮采样值，单位为mg/L；NT-2表示前两个周期硝氮采样值，单位为mg/L；Ne表示硝氮设定值，单位为mg/L；μmax表示缺氧池硝氮最大去除速率，单位为mg/L·h；t表示采样时间，两个相邻周期的间隔时间，单位为h；τ表示修正系数，当相邻两周期差值乘积(NT-1-NT-2)*(NT-NT-1)<0时，τ取-1；当乘积大于0时，τ取1，乘积等于0时，τ取0；在计算碳源加药浓度时，膜池MLSS修正系数一η1为：当X2＜9，η1取值0.8～0.95；9≤X2<11，η1取值0.96～1.1；11≤X2<13，η1取值1.11～1.2；13≤X2<15，η1取值1.21～1.35；X2≥15，η1取值1.5；X2表示膜池的污泥浓度，单位为g/L；
所述的除磷加药智能控制模块控制出水TP≤0.2mg/L，加药点位于好氧池，计算方法如下：
其中，η2表示膜池MLSS修正系数二；Wt表示除磷药剂加药浓度，单位为mg/L；α表示进水总磷去除化学除磷摩尔比，取值2～7，当Pi＞5时，α取2～3，当Pi＝2～5时，α取3～5；当Pi＜2时，α取5～7；γ表示出水总磷对应除磷药剂投加系数，取值20～50，当出水磷PT＝0～0.1时，γ取41～50，当出水磷PT＝0.11～0.2时，γ取20～40；m表示除磷药剂中Fe、Al元素的摩尔质量；σ表示微生物同化占比；μr表示污泥释磷速率；Pset表示出水总磷控制设定浓度，单位为mg/L；M表示药剂中Fe、Al盐的有效含量；PT表示当前周期磷酸盐采样值，单位为mg/L；PT-1表示前一个周期磷酸盐采样值，单位为mg/L；PT-2表示前两个周期磷酸盐采样值，单位为mg/L；τ表示修正系数，当相邻两周期差值乘积(PT-1-PT-2)*(PT-PT-1)<0时，τ取-1；当乘积大于0时，τ取1；当乘积等于0时，τ取0；在计算除磷药剂的加药浓度时，膜池MLSS修正系数二η2为：当X2＜9时，η2取值0.8～1；9≤X2<11时，η2取值1～1.1；11≤X2<13时，η2取值1.11～1.3；13≤X2<15时，η2取值1.31～1.4，X2≥15时，η2取值1.5。
2.根据权利要求1所述的MBR工艺系统的脱氮除磷加药与膜污染耦合智能控制方法，其特征在于，所述前缺氧池和后缺氧池连通脱氮加药智能控制模块，碳源加药控制点设置在前缺氧池和后缺氧池；所述好氧池连通除磷加药智能控制模块，除磷加药控制点设置在好氧池；所述膜池连通膜污染控制模块；
所述脱氮加药智能控制模块、所述除磷加药智能控制模块和所述的膜污染控制模块均集成在控制柜；其中，所述膜污染控制模块控制膜池排泥量，膜池污泥浓度信号实时反馈给控制柜，所述控制柜中的脱氮加药智能控制模块和所述除磷加药智能控制模块根据膜池污泥浓度信号进行计算修正分别向工艺系统中加入碳源和除磷药剂的含量，从而控制出水中氮元素的含量和磷元素的含量。
3.根据权利要求2所述的MBR工艺系统的脱氮除磷加药与膜污染耦合智能控制方法，其特征在于，所述控制柜连接环境参数监测采集模块，包括前馈控制仪表组、反馈控制仪表组和膜污染控制仪表组；所述前馈控制仪表组用于监测进水流量数据、进水总氮含量数据、进水总磷含量数据和进水COD含量数据；所述反馈控制仪表组用于监测好氧池在线溶解氧数据、在线污泥浓度数据、后缺氧池在线硝氮数据、产水总氮含量数据、产水磷酸盐含量数据；所述膜污染控制仪表组用于监测膜池产水压力数据、膜池在线污泥浓度数据、水温度数据、膜产水流量数据和吹扫风量数据。
4.根据权利要求1所述的MBR工艺系统的脱氮除磷加药与膜污染耦合智能控制方法，其特征在于，考虑到反应动力学影响，当时，模块控制在后缺氧池加药；反之，模块控制在前缺氧池和后缺氧池均加药，前缺氧池的加药量为Ct-C1，后缺氧池的加药量为C1；其中，C1表示后缺氧池上限加药浓度；vmax表示基质充足下碳源最大反硝化速率；KN表示氮的半饱和常数；V1表示后缺氧池池容；Q表示产水量。
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