[发明专利]一种用于泥膜复合污水处理工艺的曝气和碳源投加优化控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于泥膜复合污水处理工艺的曝气和碳源投加优化控制系统及方法，本发明主要应用于连续流市政污水处理工艺，控制系统包括：在线监测系统、曝气系统及曝气PLC控制系统、碳源投加系统及碳源投加PLC控制系统。通过采集生化池进水在线监测数据作为前馈参数、生化池沿程在线监测数据作为过程参数、生化池末端在线监测数据作为反馈参数，利用神经网络算法，得到减量化和最优化的曝气和碳源投加控制策略。该系统和方法适用于不同进水负荷条件下，尤其是低进水负荷条件下，实现降低曝气能耗和外加碳源药耗，同时保障COD、TN和NH₄‑N的出水达标。本发明适用于各种规模的污水处理厂及升级改造后的污水处理厂；该方法节能降耗效果和降低碳源投加效果明显，可依据水厂自控条件，通过小幅的改造即获得较大的节能降耗和减少碳源投加量收益。

技术领域

本发明属于污水处理技术和节能降耗控制领域，具体涉及一种用于泥膜复合污水处理工艺的曝气和碳源投加优化控制方法。

背景技术

污水处理厂是消除城镇黑臭水体的关键一环。随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A标准的普及，以及城镇污水处理由规模增长向提质增效的全面转变，其也面临着运行能耗和投加药耗的增加。

向好氧池投加悬浮填料是较为常用的污水处理厂升级改造方式之一。微生物可附着于填料上形成生物膜，与悬浮活性污泥一起，构成泥膜复合污水处理工艺。悬浮填料可为硝化细菌提供更适宜的生长条件，使其富集在生物膜上，起到延长污泥龄的作用，解决冬季活性污泥中硝化细菌增殖速率慢、活性低的问题。因此，泥膜复合污水生物处理系统能够缩短好氧池硝化反应时间，进而缩短好氧池曝气时间。如果采取一成不变的曝气策略，将会增加和延长不必要的曝气量和曝气时间，同时过量曝气会消耗回流硝化液中的COD，造成反硝化过程碳源不足，进而需额外增加碳源投加量以保证出水TN达标，提高了药剂投加成本。针对这些问题，亟需根据实际水质条件和运行参数，对泥膜复合污水处理工艺的曝气策略和碳源投加策略进行优化控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于泥膜复合污水处理工艺的曝气和碳源投加优化控制系统及方法。针对污水处理厂曝气能耗高、投加碳源成本高且增加污水处理厂碳足迹的问题，采用数据模拟分析与工艺参数评估相结合的方法，建立从“按需曝气控制”到“碳源投加减量化控制”的控制系统，旨在优化污水生物处理工艺的曝气系统和碳源投加系统，实现曝气和碳源投加的减量化和最优化。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种用于泥膜复合污水处理工艺的曝气和碳源投加优化控制系统，其特征在于包括在线监测系统、曝气系统、曝气PLC控制系统、碳源投加系统以及碳源投加PLC控制系统。

在线监测系统包括温度测量仪、pH测量仪、流量测量仪、MLSS分析仪、DO测量仪、ORP测量仪、COD分析仪、NH₄-N分析仪、NO₃-N分析仪、TKN分析仪和TN分析仪。其中，生化池进水端布置进水流量测量仪、COD分析仪、NH₄-N分析仪和TKN分析仪；缺氧池前端布置内回流流量测量仪、ORP测量仪、DO测量仪、COD分析仪和NO₃-N分析仪；好氧池前、中、末段布置DO测量仪、COD分析仪、NH₄-N分析仪和NO₃-N分析仪，好氧池中段布置温度测量仪、pH测量仪和MLSS分析仪，好氧池末端布置TN分析仪和NH₄-N分析仪。在线监测系统的仪表均通过电气与曝气PLC和碳源投加PLC控制系统连接。

曝气控制系统中，进水、缺氧池、好氧池在线监测系统与曝气PLC控制系统连接，曝气自动控制阀布置于曝气管路末端，鼓风机和曝气自动控制阀与曝气PLC控制系统连接，鼓风机与曝气管路连接。

碳源投加控制系统中，进水、缺氧池、好氧池在线监测系统与碳源投加PLC控制系统连接，碳源投加泵和流量计与碳源投加PLC控制系统连接，同时碳源投加泵和流量计与加药管路连接。