[发明专利]用于带有膜生物反应器的污水处理厂的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于带有膜生物反应器(MBR)系统的污水处理厂的控制策略，并且更具体地，涉及用于污水处理厂中MBR系统的先进废水处理控制策略，其使用摄氧速率、膜传导率或其他计算出的MBR参数来控制MBR系统的运行。

背景技术

膜生物反应器结合了用于处理废水的膜过滤技术和活性污物生物降解处理。在典型的膜生物反应器系统中，浸没式膜或外部膜被用于过滤来自生物反应器的活性污物流，以生产高质量流出物，如例如在美国专利号7,879,229和8,114,293中大体上描述的。

在污水处理系统中使用的MBR系统被典型地设计成或尺寸制成输送所意指的渗透物输出或流出物。在浸没式膜生物反应器系统中，膜过滤器被浸没在开放的罐中，该罐含有待过滤的废水污物流。过滤是通过在真空下拉拽水通过膜来实现的。跨膜压力或跨过膜的压力差导致了水渗透通过膜壁。已过滤的水或渗透物被典型地转移至下游的箱、储集器或接收流。取决于MBR系统设计，未通过膜壁的悬浮固体和其他材料被回收或排出用于进一步的处理。通过在膜过滤器之下或靠近膜过滤器的底部输送空气或气泡流，空气冲洗被典型地用于清洗浸没式膜的表面。上升的空气或气泡冲洗了膜表面来减少污染并维持所期望的或所意指的渗透速率。

MBR系统的渗透物输出常基于许多因素变化，这些因素包括：例如，流入物体积上的改变、流入物特性以及其他外部因素，诸如一天中的时间和季节或天气状态。为了实现所意指的渗透物输出，控制MBR系统的常规手段是控制跨膜压力。为了控制跨膜压力，用于浸没式MBR系统的多种现有控制系统控制了真空压力以及施加到浸没式膜的表面上的空气冲洗工艺的强度和/或频率。由于空气冲洗工艺常在周期性或间歇性基础上进行，调整膜清洗的频率涉及到改变空气冲洗工艺的时间或脉冲。在另一方面，调整空气冲洗工艺的强度涉及到使曝气速率(以每平方米的膜面积的空气体积来体现)增大，或者调整空气冲洗的持续时间。然而，注意到的是需要能量来提供此空气冲洗，这使MBR系统的整体能量消耗和运行成本显著地提高。

在欧洲专利公开EP2314368中公开了一种MBR控制系统的一个示例。此现有技术的MBR控制系统通常控制在多种膜的清洗工艺/体系和被称为渗透体系的基础膜运行工艺之间的循环。该现有技术的MBR控制系统使用所测得或计算出的处理信息，并且尤其使用MBR系统的“串联阻抗”参数来优化一个或多个工艺运行参数，并且改善MBR系统的性能或者降低MBR系统的运行成本。除了渗透通量之外，在该现有技术的MBR控制系统中被调整的其他受控运行参数都是基于膜清洗的参数，包括：(a)曝气频率因素；(b)曝气流量；(c)反洗流量/持续时间；(d)弛缓持续时间；(e)渗透持续时间；或(f)化学清洗频率。

尽管此现有技术的控制系统在控制膜的清洗工艺方面是有效的，但其很少对在MBR系统内或整个废水处理工艺中的流进行控制或优化。因此，所需要的是一种先进控制系统，其部分地基于膜性能特性，诸如薄膜导电率连同其他计算出的MBR参数，和/或基于在曝气(aeration)池中的摄氧速率或其他生物系统参数来可靠地且自动地控制在污水处理厂内的MBR系统的性能。

发明内容

本发明可被概括地特征化为用于基于MBR的废水处理厂的先进控制系统，其包括：(i)膜生物反应器(MBR)系统；(ii)一个或多个基于微处理器的控制器，其接收对应于选定的测得的MBR参数的信号并且计算一个或多个的MBR计算参数，包括在上游生物池中的摄氧速率(OUR)、或膜传导率(F_XC)；并且(iii)，其中，(多个)基于微处理器的控制器将一个或多个计算出的MBR参数与规定的设定点或期望的范围进行比较，并且响应于其来管控在MBR系统中的所述一个或多个泵和所述一个或多个阀，以调整MBR测得的参数。

MBR系统优选地包括多根MBR管、一个或多个膜模块、用于移动废水通过MBR管或罐的一个或多个泵、用于控制通过MBR管或罐的流的一个或多个阀、以及多个传感器，所述多个传感器适于测量或确定一个或多个规定的MBR测得参数，这些参数选自于由流入膜的流的温度、进入膜的流的流动速率、离开膜的污物流的流动速率、离开膜的渗透物流的流动速率、进入膜的流的压力、离开膜的流的压力、离开膜的渗透物流的压力所组成的组。在外部膜或交叉流膜(如，加压式MBR)的情况下，通过膜管的大体积流体流提供了需要用来使膜保持为不沾染固体的能量。在浸没式膜或低压膜的情况下，除了上述参数之外，还有与使膜保持为不沾染固体的其他手段相关联的措施，如冲洗空气流、泵送的流体流或机械混合装置。