CN116216913B - Mbbr脉冲式曝气控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术，公开了MBBR脉冲式曝气控制方法和系统，其方法包括，对于MBBR池在非人工控制的方式下进行曝气执行单元的切换；通过溶解氧浓度点位数据的平均值确定风机控制系统风机导叶动作；风机控制系统风机导叶的决策动作的确定，通过风机控制系统风机导叶的风压确定风机控制系统风机导叶的决策动作；MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整，通过对MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整从而进行脉冲式曝气控制。本发明有效利用了污水的流动方向，以脉冲式助推增加填料的动能，使得填料在出水口附近发生更激烈的碰撞，从而冲散堆积的填料，还通过曝气单元切换时间的随机性来使得填料更难以进入稳定状态。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术，尤其涉及了MBBR脉冲式曝气控制方法和系统。
背景技术
生化处理是大多数传统污水处理工艺的核心，我国大多数市政污水处理场都采用生化处理技术处理城市居民的生活污水。
近年来，随着排放标准的提升，污水处理过程中能源和碳源的消耗量也增加了。当前我国污水处理厂在污水处理过程中消耗的能源较大，特别是在曝气等生化处理阶段存在着较大的能耗。由于污水处理厂存在着能源消耗大及运行成本高的问题，这对城市污水处理厂的建设和发展起到了较大的阻碍作用。
移动床生物膜反应器：是一种高效的污水处理技术，它利用生物膜的过滤作用来净化废水。
MBBR系统由两个主要部分组成：生物膜和反应器。生物膜是由膜元件和膜支撑层组成的，膜元件由微纤维滤膜或膜孔组成，膜支撑层是由织物或其他材料制成的，膜元件和膜支撑层之间形成了一个微小的空隙，称为膜隙。膜隙内的水流动，在膜隙内的污物被分离出来。而悬浮填料是一种活性生物载体，其表面便于各种微生物附着从而形成生物膜。
发明内容
本发明针对现有技术中悬浮填料容易在池面形成大面积堆积，然后覆盖池面导致好氧池的溶解氧浓度降低，有机物和氨氮转化效率低的问题，提供了MBBR脉冲式曝气控制方法和系统。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
MBBR脉冲式曝气控制方法，包括多个MBBR池，风机控制系统和脉冲式曝气系统，其方法包括：
MBBR池数据库的构建，对MBBR池内的参数进行数据库的构建；MBBR池内的参数包括风机控制系统的状态点位数据，脉冲式曝气系统MBBR池控制状态点位数据及溶解氧浓度点位数据，风机控制系统风机运行状态点位数据、MBBR池曝气单元阀门的状态点位数据；
MBBR池控制方式的切换，对MBBR池的控制方式通过人工控制切换为非人工控制；
曝气执行单元的切换，对于MBBR池在非人工控制的方式下进行曝气执行单元的切换；
风机控制系统风机导叶的调整，通过溶解氧浓度点位数据的平均值确定风机控制系统风机导叶动作；
其中，n为算法控制池的个数，[DOmin,DOmax]为MBBR池DO的需求控制范围，DO的需求控制范围为5-10mg/L,则DOmin为5mg/L,DOmax为10mg/L,Kp表示比例系数；
风机控制系统风机导叶的决策动作的确定，通过风机控制系统风机导叶的风压确定风机控制系统风机导叶的决策动作；
MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整，通过对MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整从而进行脉冲式曝气控制。
作为优选，对于曝气执行单元的切换完成后，还包括曝气执行单元切换时间的确定，通过随机审查取值区间在[a,b]内服从均匀分布的一个时间t，t秒之后执行下一次切换动作，t服从的概率分布为：
作为优选，曝气执行单元的切换包括：从MBBR池数据库读取当前时间点MBBR池控制标志位数组P，遍历MBBR池控制标志位数组P，假设遍历到MBBR池编号为i，且该MBBR池处于算法控制状态，则将循环矩阵的第i行第0列对应的曝气单元打开，将第i行最后一列对应的曝气单元关闭，遍历结束之后，并将循环矩阵C乘以循环位移矩阵。
作为优选，MBBR池控制方式的切换，从MBBR池数据库读取当前时间点T和上一个时间点T-1，MBBR池控制标志位数组P，然后遍历MBBR池控制标志位数组P，对T和T-1两个时刻的MBBR池控制标志位数组P，如果MBBR池控制标志位数组P元素值由False变为True，则表示MBBR池控制标志位数组P元素对应的MBBR池由非人工控制状态转为人工控制状态，则先关闭所有曝气单元，然后把常开曝气单元打开。
作为优选，风机控制系统风机导叶的决策动作的确定，当风压高于Pmax时，将所有导叶的开度下调，则
式中，P表示当前风机风压。
作为优选，风机控制系统风机动作调整通过程序配置进行约束。
为了解决上述技术问题，本申请还提供了MBBR脉冲式曝气控制系统，包括多个MBBR池，风机控制系统和脉冲式曝气系统，其特征在于，通过MBBR脉冲式曝气控制方法实现的系统，还包括：
MBBR池数据库的构建模块，对MBBR池内的参数进行数据库的构建；MBBR池内的参数包括风机控制系统的状态点位数据，脉冲式曝气系统曝气单元的控制状态点位数据及溶解氧浓度点位数据，风机控制系统风机运行状态点位数据、MBBR池曝气单元阀门的状态点位数据；
MBBR池控制方式的切换模块，对MBBR池的控制方式通过人工控制切换为非人工控制；
曝气执行单元的切换模块，对于MBBR池在非人工控制的方式下进行曝气执行单元的切换；
风机控制系统风机导叶的调整模块，通过溶解氧浓度点位数据的平均值确定风机控制系统风机导叶动作；
风机控制系统风机导叶的决策动作的确定模块，通过风机控制系统风机导叶的风压确定风机控制系统风机导叶的决策动作；
MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整模块，通过对MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整从而进行脉冲式曝气控制。
为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如MBBR脉冲式曝气控制方法的步骤。
为了解决上述技术问题，本申请还提供了一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现MBBR脉冲式曝气控制方法的步骤。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明为MBBR池的曝气工艺段控制算法，通过对好氧池池底等间隔分布的曝气单元的开关进行特定的逻辑控制，使MBBR填料产生较好的流动性，不仅能有效减少MBBR填料在池面以及出水口堆积，解决了因为池面被覆盖导致的好氧池溶解氧浓度降低的问题，而且使得活性污泥均匀分布在整个池体当中，更好的利用好氧池容积，使得有机物降解和氨氮转化效率更高；
本发明有效利用了污水的流动方向，以脉冲式助推增加填料的动能，使得填料在出水口附近发生更激烈的碰撞，从而冲散堆积的填料。
本发明除常开曝气单元以外的曝气单元执行时间长度具有随机性，使得填料更难进入堆积稳态。
本发明将距离出水口最近的曝气单元设置为常开模式，有效缓解出水口堆积问题。
附图说明
图1是本发明污水处理工艺控制原理图。
图2本发明的流程图；
图3是本发明的DO波形图；
图4是本发明MBBR池未采用脉冲式曝气控制照片；
图5是本发明MBBR池采用脉冲式曝气控制照片。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
对于MBBR脉冲式控制系统，其自动控制中的一种服务器，专门负责接受来自设备的信号输入、执行简单的自动控制程序(所谓简单，指的是不具有人工智能的复杂程序)、以及将自动控制程序的指令输出转变成指令信号发送给控制设备。一般为PLC或DCS这两类。移动生物膜反应器工艺中使用的控制设备，例如曝气单元阀门。控制设备的控制变量，用于描述表示相应设备的状态变量，如曝气单元阀门的开关，泵的频率等。曝气池的控制标志位：用于描述相应曝气池是否处于人工控制状态。由曝气主管和多列互相平行的曝气支管，支管与主管连通，然后每条支管都有一个电控阀门来控制，当电控阀门开时，则这条支管开始曝气，这些支管也被称为曝气单元。
MBBR脉冲式曝气控制方法，包括多个MBBR池，风机控制系统和脉冲式曝气系统，其方法包括：
MBBR池数据库的构建，对MBBR池内的参数进行数据库的构建；MBBR池内的参数包括风机控制系统的状态点位数据，脉冲式曝气系统MBBR池控制状态点位数据及溶解氧浓度点位数据，风机控制系统风机运行状态点位数据、MBBR池曝气单元阀门的状态点位数据；
初始化矩阵和数组状态，将处于相同池子的曝气单元阀门的开关控制量按相应曝气单元离出水口的距离，由远到近从0开始编号(距离出水口最近的常开曝气单元不列入编号)，把不同曝气池的编号结果放入循环矩阵C中不同行，矩阵C有m行n列；其中，m表示池子的数量，n表示每个池子中曝气单元的数量，从而建立起循环矩阵当中的元素与曝气单元阀门开关控制量的一一对应关系。将曝气池的控制标志位编号，并放入一维数组P，该数组元素个数为曝气池的数量
MBBR池控制方式的切换，对MBBR池的控制方式通过人工控制切换为非人工控制；
曝气执行单元的切换，对于MBBR池在非人工控制的方式下进行曝气执行单元的切换；
风机控制系统风机导叶的调整，通过溶解氧浓度点位数据的平均值确定风机控制系统风机导叶动作；
其中，n为算法控制池的个数，[DOmin,DOmax]为MBBR池DO的需求控制范围，如DO的需求控制范围是5-10mg/L,则DOmin＝5,DOmax＝10,Kp为比例换算系数；图3中，当前时间段的对DO的浓度需求为6-9mg/L,则DOmin为6mg/L，DOmax为9mg/L，最近一段时间的实际运行情况如图3所示。
风机控制系统风机导叶的决策动作的确定，通过风机控制系统风机导叶的风压确定风机控制系统风机导叶的决策动作；
MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整，通过对MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整从而进行脉冲式曝气控制。
对于曝气执行单元的切换完成后，还包括曝气执行单元切换时间的确定，通过随机审查取值区间在[a,b]内服从均匀分布的一个时间t，其中a为60，b为2400，t秒之后执行下一次切换动作，t服从的概率分布为：
曝气执行单元的切换包括：从MBBR池数据库读取当前时间点MBBR池控制标志位数组P，遍历MBBR池控制标志位数组P，假设遍历到MBBR池编号为i，且该MBBR池处于算法控制状态，则将循环矩阵的第i行第0列对应的曝气单元打开，将第i行最后一列对应的曝气单元关闭，遍历结束之后，并将循环矩阵C乘以循环位移矩阵。
其中，I为n-2行与n-2列的单位矩阵，0为包含n-2个元素的零向量；
n为步骤一中爆气单元池子个数；
假设曝气单元的个数为4个，n＝4，则进行如下运算，为下一次循环的曝气单元的切换做准备：
MBBR池控制方式的切换，从MBBR池数据库读取当前时间点T和上一个时间点T-1，MBBR池控制标志位数组P，然后遍历MBBR池控制标志位数组P，对T和T-1两个时刻的MBBR池控制标志位数组P，如果MBBR池控制标志位数组P元素值由False变为True，则表示MBBR池控制标志位数组P元素对应的MBBR池由非人工控制状态转为人工控制状态，则先关闭所有曝气单元，然后把常开曝气单元打开。
风机控制系统风机导叶的决策动作的确定，当风压高于Pmax时，将所有导叶的开度下调，则
式中P表示当前风机风压。
以不同的时间间隔来决定阀门动作和风机调整动作，比如可以通过设置步骤4中的a,b的值来确定阀门的切换时间，而通过风机调整步骤5和6则可以设置另一个不同的时间间隔来执行一次。
在图4中没有采用脉冲式曝气控制的MBBR池；通过该图片可以看出，水面存在堆积填料；图5为采用本发明设计的脉冲式曝气控制的MBBR池，该脉冲式曝气控制的MBBR池表面没有堆积填料。
实施例2
在实施例1基础上风机控制系统风机动作调整通过程序配置进行约束。如风机每次动作幅度不能超过5°、风机开度在20°到85°之间，同时运行的多个风机的导叶开度设定值保持一致等具体设备运行条件。
实施例3
在上述实施例基础上，本实施例MBBR脉冲式曝气控制系统，包括多个MBBR池，风机控制系统和脉冲式曝气系统，其特征在于，通过MBBR脉冲式曝气控制方法实现的系统，还包括：
MBBR池数据库的构建模块，对MBBR池内的参数进行数据库的构建；MBBR池内的参数包括风机控制系统的状态点位数据，脉冲式曝气系统MBBR池控制状态点位数据及溶解氧浓度点位数据，风机控制系统风机运行状态点位数据、MBBR池曝气单元阀门的状态点位数据；
MBBR池控制方式的切换模块，对MBBR池的控制方式通过人工控制切换为非人工控制；
曝气执行单元的切换模块，对于MBBR池在非人工控制的方式下进行曝气执行单元的切换；
风机控制系统风机导叶的调整模块，通过溶解氧浓度点位数据的平均值确定风机控制系统风机导叶动作；
风机控制系统风机导叶的决策动作的确定模块，通过风机控制系统风机导叶的风压确定风机控制系统风机导叶的决策动作；
MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整模块，通过对MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整从而进行脉冲式曝气控制。
实施例4
在实施例1及实施例2基础上，本实施例为一种计算机可读存储介质，其所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如MBBR脉冲式曝气控制方法的步骤。
实施例5
在实施例1及实施例2基础上，本实施例为一种电子设备，其包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现MBBR脉冲式曝气控制方法的步骤。
Claims (7)
1.MBBR脉冲式曝气控制方法，包括多个MBBR池，风机控制系统和脉冲式曝气系统，所述方法包括：
MBBR池数据库的构建，对MBBR池的系统参数进行数据库的构建；MBBR池内的参数包括，脉冲式曝气系统MBBR池控制状态点位数据及溶解氧浓度点位数据，风机控制系统风机运行状态点位数据、MBBR池曝气单元阀门的状态点位数据；
MBBR池控制方式的切换，对MBBR池的控制方式通过人工控制切换为非人工控制；
曝气执行单元的切换，对于MBBR池在非人工控制的方式下进行曝气执行单元的切换；曝气执行单元的切换包括：从MBBR池数据库读取当前时间点MBBR池控制标志位数组P，遍历MBBR池控制标志位数组P，假设遍历到MBBR池编号为i，且该MBBR池处于算法控制状态，则将循环矩阵的第i行第0列对应的曝气单元打开，将第i行最后一列对应的曝气单元关闭，遍历结束之后，并将循环矩阵C乘以循环位移矩阵；
风机控制系统风机导叶的调整，通过溶解氧浓度点位数据的平均值确定风机控制系统风机导叶动作，动作的开合度为θ1；
其中，n为算法控制池的个数，[DOmin,DOmax]为MBBR池DO的需求控制范围，DO的需求控制范围为5-10mg/L,则DOmin为5mg/L,DOmax为10mg/L,Kp表示比例系数；
风机控制系统风机导叶的决策动作的确定，通过风机控制系统风机导叶的风压确定风机控制系统风机导叶的决策动作；
MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整，通过对MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整从而进行脉冲式曝气控制；对于曝气执行单元的切换完成后，还包括曝气执行单元切换时间的确定，通过随机生成取值区间在[a,b]内服从均匀分布的一个时间t，t秒之后执行下一次切换动作，t服从的概率分布如下。
2.根据权利要求1所述的MBBR脉冲式曝气控制方法，其特征在于，MBBR池控制方式的切换，从MBBR池数据库读取当前时间点T和上一个时间点T-1的MBBR池控制标志位数组P，然后遍历MBBR池控制标志位数组P，对T和T-1两个时刻的MBBR池控制标志位数组P进行比较，如果MBBR池控制标志位数组P元素值由False变为True，则表示MBBR池控制标志位数组P元素对应的MBBR池由非人工控制状态转为人工控制状态，则先关闭所有曝气单元，然后把常开曝气单元打开。
3.根据权利要求1所述的MBBR脉冲式曝气控制方法，其特征在于，风机控制系统风机导叶的决策动作的确定，当风压高于Pmax时，将所有导叶的开度下调，则
式中P表示当前风机风压。
4.根据权利要求1所述的MBBR脉冲式曝气控制方法，其特征在于，风机控制系统风机动作调整通过程序配置进行约束。
5.MBBR脉冲式曝气控制系统，包括多个MBBR池，风机控制系统和脉冲式曝气系统，其特征在于，通过权利要求1-4任一所述的MBBR脉冲式曝气控制方法实现的系统，还包括：
MBBR池数据库的构建模块，对MBBR池内的参数进行数据库的构建；MBBR池内的参数包括，脉冲式曝气系统曝气单元的控制状态点位数据及溶解氧浓度点位数据，风机控制系统风机运行状态点位数据、MBBR池曝气单元阀门的状态点位数据；
MBBR池控制方式的切换模块，对MBBR池的控制方式通过人工控制切换为非人工控制；
曝气执行单元的切换模块，对于MBBR池在非人工控制的方式下进行曝气执行单元的切换；
风机控制系统风机导叶的调整模块，通过溶解氧浓度点位数据的平均值确定风机控制系统风机导叶动作；
风机控制系统风机导叶的决策动作的确定模块，通过风机控制系统风机导叶的风压确定风机控制系统风机导叶的决策动作；
MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整模块，通过对MBBR池曝气单元阀门动作调整及风机控制系统风机动作调整从而进行脉冲式曝气控制。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的MBBR脉冲式曝气控制方法的步骤。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的MBBR脉冲式曝气控制方法的步骤。
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