專(zhuān)利名稱(chēng)：雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法及其裝置。
背景技術(shù)：
經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)，如今許多地區(qū)遭受不同程度水環(huán)境污染的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮。 而水環(huán)境的污染又主要表現(xiàn)為水體的富營(yíng)養(yǎng)化，因此，由氮、磷過(guò)量排放引發(fā)的水體富營(yíng)養(yǎng)化已成為相關(guān)人士最為關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一，如何有效去除污水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素也早已提上政府日程。雖然采用物理、化學(xué)、生物以及彼此相結(jié)合的方法均能夠得到較好的除磷效果，但電解、吸附等物理方法，常因其成本過(guò)高，技術(shù)復(fù)雜而無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用?；瘜W(xué)試劑則會(huì)引起二次污染，且污泥產(chǎn)量大，運(yùn)行費(fèi)用高。兼顧經(jīng)濟(jì)效益和除磷效果的前提下，人們對(duì)于生物除磷工藝投入了更多的研究熱情。反硝化除磷理論的提出，開(kāi)辟了污水生物處理的新領(lǐng)域和新思路，使得生物脫氮和生物除磷有機(jī)結(jié)合，打破了因碳源不足而引起氮磷脫除無(wú)法達(dá)標(biāo)的僵局，為污水處理政策的強(qiáng)制執(zhí)行和不斷推進(jìn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。反硝化除磷工藝依賴(lài)于一類(lèi)厭氧/ 缺氧交替運(yùn)行條件下馴化而成的微生物——反硝化聚磷菌(Denitrifying phosphorus removing bacteria, DPB)，它能在厭氧階段將污水中的大量有機(jī)物轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)碳源 PHAboly-ii-hydroxyalkanoates，聚羥基脂肪酸酯)；而在缺氧階段，它又能利用硝酸鹽作為電子受體，在水解PHA的同時(shí)過(guò)量吸磷?？梢?jiàn)，反硝化除磷技術(shù)就是基于這類(lèi)微生物特殊的生理特性，很好地將反硝化和除磷過(guò)程合二為一，達(dá)到同步脫氮除磷的目的。在反硝化除磷技術(shù)占據(jù)污水生物脫氮除磷主導(dǎo)的同時(shí)，也存在著許多筮待解決的問(wèn)題(1、A2N反硝化除磷脫氮工藝的影響因素分析[J]工業(yè)用水與廢水，2006。2、反硝化除磷理論及運(yùn)用現(xiàn)狀[J].水處理技術(shù)，2008)①進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸不足，不能滿(mǎn)足同步脫氮除磷的要求時(shí)，仍需補(bǔ)充投加外碳源；②因缺氧階段水力停留時(shí)間不夠，造成的反硝化反應(yīng)不完全，將直接影響系統(tǒng)的脫氮效率；③保證足夠的曝氣量以使硝化階段的氨氮完全硝化的同時(shí)，很難避免因曝氣過(guò)量引起的超高運(yùn)行費(fèi)用；④城市污水的水質(zhì)水量隨時(shí)間變化很大，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，固定不變的系統(tǒng)運(yùn)行模式不能保證氮磷去除的100%達(dá)標(biāo)。加之，城市污水處理廠(chǎng)的排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，目前急需解決污水處理系統(tǒng)運(yùn)行能耗高、出水水質(zhì)不穩(wěn)定、工藝的自動(dòng)在線(xiàn)控制等問(wèn)題。模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。模糊控制將監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，控制水處理工藝的輔助設(shè)備，從而優(yōu)化水處理各反應(yīng)階段的藥劑投加量和水力停留時(shí)間。因此模糊控制能夠解決上述存在的問(wèn)題，而且可以提高工人工作的針對(duì)性，在工程中的應(yīng)用日益廣泛與深入。但由于城市污水水質(zhì)水量波動(dòng)較大，處理達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)不同，模糊控制在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用仍處于探索狀態(tài)。同時(shí)，相關(guān)軟件的開(kāi)發(fā)和推廣運(yùn)用也受到了很大的限制，有待于今后繼續(xù)研究探索。
目前，已公開(kāi)的活性污泥工藝在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控類(lèi)專(zhuān)利(1、缺氧/好氧生物脫氮工藝運(yùn)行優(yōu)化控制系統(tǒng)及其在線(xiàn)控制方法[專(zhuān)利CN1837092]。2006-09-27公開(kāi)。2、A/0工藝短程硝化反硝化污水處理控制系統(tǒng)及其在線(xiàn)控制方法[專(zhuān)利CN1837091]，2006-09-27 公開(kāi)。3、A/0生物脫氮反應(yīng)器、硝化過(guò)程的調(diào)節(jié)方法及其在線(xiàn)模糊控制裝置、方法[專(zhuān)利 CN1778714]，2006-05-31公開(kāi))，主要解決了脫氮工藝中的硝化和反硝化問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中同步脫氮除磷所需外碳源投加量的問(wèn)題；因缺氧階段水力停留時(shí)間不夠，造成反硝化反應(yīng)不完全的問(wèn)題；保證氨氮完全硝化，同時(shí)盡可能節(jié)省曝氣量的問(wèn)題；進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題；本發(fā)明的目的是提供一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于上述雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，該方法包括以下步驟(1)檢測(cè)各階段生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的0RP、D0和PH變化率，以及與厭氧放磷、缺氧反硝化吸磷以及好氧硝化反應(yīng)之間的定量關(guān)系；(2)根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，確定厭氧階段投加碳源的ORP模糊控制范圍、好氧硝化階段曝氣時(shí)間的PH模糊控制范圍以及缺氧攪拌時(shí)間的pH模糊控制范圍；(3)經(jīng)過(guò)控制量偏差的計(jì)算和模糊化計(jì)算，與現(xiàn)有模糊控制規(guī)則比較，采用 Mamdani模糊推算法進(jìn)行模糊控制推理，得到模糊控制變量，由厭氧階段ORP動(dòng)態(tài)變化規(guī)律控制碳源投加量，由好氧硝化過(guò)程的DO濃度動(dòng)態(tài)推測(cè)進(jìn)水氨氮濃度，從而控制好氧硝化曝氣時(shí)間；同時(shí)結(jié)合厭氧/缺氧階段PH和ORP曲線(xiàn)類(lèi)型動(dòng)態(tài)控制各階段水力停留時(shí)間。所述的步驟(1)中的定量關(guān)系包括厭氧階段pH、ORP曲線(xiàn)類(lèi)型和厭氧釋磷反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；缺氧階段pH、0RP曲線(xiàn)類(lèi)型和反硝化吸磷反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；后曝氣結(jié)束時(shí)ORP值和出水水質(zhì)的關(guān)系；好氧硝化階段PH曲線(xiàn)類(lèi)型和硝化反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；以及好氧硝化階段 DO濃度和氨氮負(fù)荷間的關(guān)系。所述的步驟(2)中的厭氧階段投加碳源的ORP模糊控制是當(dāng)ORP的一階倒數(shù)由負(fù)轉(zhuǎn)為正，且此時(shí)ORP > -120mV時(shí)開(kāi)始投加碳源，直到ORP值下降至_140mV _160mV的范圍時(shí)，停止投加碳源；停止投加碳源后IOmin停止攪拌；厭氧運(yùn)行至1. 5h仍未接到投加碳源指示的情況下，即刻(1. 5h時(shí))停止攪拌。所述的步驟(2)中的好氧硝化階段曝氣時(shí)間的pH模糊控制是當(dāng)堿度充足時(shí)，pH的一階倒數(shù)由負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎龝r(shí)，推斷硝化終止，停止曝氣。所述的步驟⑵中的缺氧攪拌時(shí)間的pH模糊控制是當(dāng)pH的一階倒數(shù)由正轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)，且同時(shí)滿(mǎn)足缺氧已運(yùn)行時(shí)間t > 0. 5h時(shí)，推斷反硝化完全，停止攪拌。本發(fā)明還提供了一種用于上述雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的裝置，該裝置包括反應(yīng)系統(tǒng)、檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)；檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)位于反應(yīng)系統(tǒng)中，信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)輸出接口與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括進(jìn)水管、厭氧/缺氧反應(yīng)池、好氧生物膜硝化反應(yīng)池、出水管、排水管、上清液回流管、排泥管；進(jìn)水管連接厭氧/缺氧反應(yīng)池，厭氧/缺氧反應(yīng)池與好氧生物膜硝化反應(yīng)池之間通過(guò)排水管和上清液回流管相連，在厭氧/缺氧反應(yīng)池上安裝出水管和排泥管，構(gòu)成反應(yīng)系統(tǒng)。所述的檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一 ORP傳感器、第二 ORP傳感器、第一 pH傳感器、第二 PH傳感器、第一 DO傳感器、第二 DO傳感器、第一 ORP測(cè)定儀、第二 ORP測(cè)定儀、第一 PH測(cè)定儀、第二 pH測(cè)定儀、第一 DO測(cè)定儀、第二 DO測(cè)定儀、計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入接口、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口 ；第一 ORP傳感器與第一 ORP測(cè)定儀、第二 ORP傳感器與第二 ORP測(cè)定儀、第一 pH傳感器與第一 pH測(cè)定儀、第二 pH傳感器與第二 pH測(cè)定儀、第一 DO傳感器與第一 DO測(cè)定儀、第二 DO傳感器與第二 DO測(cè)定儀之間均通過(guò)傳感器自帶導(dǎo)線(xiàn)相連， 第一 ORP測(cè)定儀、第二 ORP測(cè)定儀、第一 pH測(cè)定儀、第二 pH測(cè)定儀、第一 DO測(cè)定儀和第二 DO測(cè)定儀通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)的機(jī)箱相連，并通過(guò)內(nèi)部導(dǎo)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入接口連接，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口安裝于計(jì)算機(jī)上，構(gòu)成檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)。所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括進(jìn)水繼電器、碳源投加繼電器、攪拌電機(jī)繼電器、排水繼電器、第一曝氣繼電器、第二曝氣繼電器、回流泵繼電器、出水繼電器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口、進(jìn)水閥門(mén)、碳源投加計(jì)量泵、攪拌器、排水閥門(mén)、第一曝氣泵、第二曝氣泵、回流泵、出水閥門(mén)；進(jìn)水繼電器、碳源投加繼電器、攪拌電機(jī)繼電器、排水繼電器、第一曝氣繼電器、第二曝氣繼電器、回流泵繼電器和出水繼電器均通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口連接，經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口用導(dǎo)線(xiàn)與進(jìn)水閥門(mén)、碳源投加計(jì)量泵、攪拌器、排水閥門(mén)、第一曝氣泵、第二曝氣泵、回流泵和出水閥門(mén)相連，構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所述的檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)中的第一 ORP傳感器、第一 pH傳感器和第一 DO傳感器放置在厭氧/缺氧反應(yīng)池中，第二 ORP傳感器、第二 pH傳感器和第二 DO傳感器放置在好氧生物膜硝化反應(yīng)池中。所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的進(jìn)水繼電器、碳源投加繼電器、攪拌電機(jī)繼電器、排水繼電器、第一曝氣繼電器、第二曝氣繼電器、回流泵繼電器和出水繼電器均通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口相連。所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的進(jìn)水閥門(mén)安裝在進(jìn)水管上，碳源投加計(jì)量泵、攪拌器和第一曝氣泵安裝在厭氧/缺氧反應(yīng)池上，排水閥門(mén)安裝在排水管上，第二曝氣泵安裝在好氧生物膜硝化反應(yīng)池上，回流泵安裝在上清液回流管上，出水閥門(mén)安裝在出水管上。具體工作原理在實(shí)施例1中作詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1.本發(fā)明可根據(jù)不同的進(jìn)水水質(zhì)優(yōu)化外碳源投加量，優(yōu)化調(diào)控厭氧階段的碳源投加量，從而調(diào)節(jié)進(jìn)水C0D/N值在最佳范圍，保證同步脫氮除磷所需碳源的同時(shí)，避免因過(guò)量投加外碳源造成的藥劑浪費(fèi)和成本倍增。2.本發(fā)明采用實(shí)時(shí)控制裝置和方法，可實(shí)時(shí)掌握缺氧階段硝酸鹽的反硝化進(jìn)程， 根據(jù)原水中TN含量的變化實(shí)時(shí)控制缺氧水力停留時(shí)間，使反硝化完全，同時(shí)解決了當(dāng)前污水處理工藝出水TN較難達(dá)標(biāo)的難題。3.本發(fā)明的雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，可實(shí)時(shí)反饋好氧硝化階段DO和pH變化曲線(xiàn)，通過(guò)特征點(diǎn)控制合適的曝氣量和曝氣時(shí)間，保證氨氮完全硝化的同時(shí)，避免因曝氣過(guò)量引起的超高運(yùn)行費(fèi)用。4.本發(fā)明不同于常規(guī)工藝固定不變的系統(tǒng)運(yùn)行模式，全程自動(dòng)的在線(xiàn)控制裝置大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為系統(tǒng)功能菌群提供最優(yōu)的生長(zhǎng)環(huán)境；此外，在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法有利于滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的城市污水處理廠(chǎng)排放標(biāo)準(zhǔn)，使在進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)較大的情況下出水排放100%達(dá)標(biāo)。5.本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水處理工程中，特別適用于污水處理廠(chǎng)中原有SBR工藝的改造和升級(jí)。


圖1為雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行工序的示意圖。圖2為本發(fā)明一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控裝置的示意圖。進(jìn)水管11、厭氧/缺氧反應(yīng)池12、好氧生物膜硝化反應(yīng)池13、出水管14、排水管 15、上清液回流管16、排泥管17、第一 ORP傳感器21、第二 ORP傳感器22、第一 pH傳感器23、 第二 pH傳感器24、第一 DO傳感器25、第二 DO傳感器26、第一 ORP測(cè)定儀27、第二 ORP測(cè)定儀28、第一 pH測(cè)定儀29、第二 pH測(cè)定儀210、第一 DO測(cè)定儀211、第二 DO測(cè)定儀212、計(jì)算機(jī)213、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入接口 214、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口 215、進(jìn)水繼電器31、碳源投加繼電器32、攪拌電機(jī)繼電器33、排水繼電器34、第一曝氣繼電器35、第二曝氣繼電器 36、回流泵繼電器37、出水繼電器38、執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口 39、進(jìn)水閥門(mén)310、碳源投加計(jì)量泵311、 攪拌器312、排水閥門(mén)313、第一曝氣泵314、第二曝氣泵315、回流泵316、出水閥門(mén)317。圖3為CEORP和EORP的隸屬函數(shù)圖形。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1雙污泥反硝化除磷工藝的運(yùn)行工序如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)控制， 順次重復(fù)進(jìn)水、厭氧攪拌、沉淀、排水、硝化曝氣、沉淀、回流、缺氧攪拌、后曝氣、沉淀、排水、 閑置十二個(gè)工序。首先進(jìn)水至厭氧/缺氧反應(yīng)池，活性污泥進(jìn)行厭氧釋磷反應(yīng)，經(jīng)沉淀后上清液依靠重力流排水至好氧生物膜硝化反應(yīng)池。一段時(shí)間的好氧硝化曝氣反應(yīng)和快速沉淀后，消化液經(jīng)回流泵打回厭氧/缺氧反應(yīng)池，進(jìn)入缺氧和后續(xù)好氧曝氣階段。在每個(gè)周期結(jié)束之前由排泥管排放剩余的活性污泥，沉淀、排水，最后進(jìn)入閑置期等待下個(gè)周期的開(kāi)始。具體實(shí)時(shí)控制嚴(yán)格按照本發(fā)明一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的步驟進(jìn)行。一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，在線(xiàn)調(diào)控工藝厭氧階段的碳源投加量、好氧硝化階段曝氣時(shí)間和缺氧水力停留時(shí)間，以?xún)?yōu)化雙污泥反硝化除磷工藝的脫氮除磷效果。該方法包括以下步驟(1)檢測(cè)各階段生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的0RP、D0和pH變化率，以及與厭氧放磷、缺氧反硝化吸磷以及好氧硝化反應(yīng)之間的定量關(guān)系；定量關(guān)系包括厭氧階段pH、ORP曲線(xiàn)類(lèi)型和厭氧釋磷反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；缺氧階段PH、ORP曲線(xiàn)類(lèi)型和反硝化吸磷反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系； 后曝氣結(jié)束時(shí)ORP值和出水水質(zhì)的關(guān)系；好氧硝化階段pH曲線(xiàn)類(lèi)型和硝化反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；以及好氧硝化階段DO濃度和氨氮負(fù)荷間的關(guān)系。(2)根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，找出厭氧階段投加碳源的ORP模糊控制范圍、好氧硝化階段曝氣時(shí)間的PH模糊控制范圍以及缺氧攪拌時(shí)間的pH模糊控制范圍；厭氧階段投加碳源的ORP模糊控制是當(dāng)ORP的一階倒數(shù)由負(fù)轉(zhuǎn)為正，且此時(shí)ORP > -120mV時(shí)開(kāi)始投加碳源， 直到ORP值下降至-140mV -160mV的范圍時(shí)，停止投加碳源；停止投加碳源后IOmin停止攪拌；厭氧運(yùn)行至1. 5h仍未接到投加碳源指示的情況下，即刻(1. 5h時(shí))停止攪拌；好氧硝化階段曝氣時(shí)間的PH模糊控制是當(dāng)堿度充足時(shí)，pH的一階倒數(shù)由負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎龝r(shí)，推斷硝化終止，停止曝氣；缺氧攪拌時(shí)間的PH模糊控制是當(dāng)pH的一階倒數(shù)由正轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)，且同時(shí)滿(mǎn)足缺氧已運(yùn)行時(shí)間t > 0. 5h時(shí)，推斷反硝化完全，停止攪拌；(3)經(jīng)過(guò)控制量偏差的計(jì)算和模糊化計(jì)算，與現(xiàn)有模糊控制規(guī)則比較，采用 Mamdani模糊推算法進(jìn)行模糊控制推理，得到模糊控制變量，由厭氧階段ORP動(dòng)態(tài)變化規(guī)律控制碳源投加量，由好氧硝化過(guò)程的DO濃度動(dòng)態(tài)推測(cè)進(jìn)水氨氮濃度，從而控制好氧硝化曝氣時(shí)間；同時(shí)結(jié)合厭氧/缺氧階段PH和ORP曲線(xiàn)類(lèi)型來(lái)動(dòng)態(tài)控制各階段水力停留時(shí)間。試驗(yàn)裝置有效容積為7. 0L,進(jìn)水采用實(shí)驗(yàn)室配水，通過(guò)調(diào)節(jié)配水中COD、Ρ043__Ρ和 NH4+-N的濃度模擬實(shí)際生活污水水質(zhì)波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明在進(jìn)水COD、Ρ043_-Ρ和NH4+-N的濃度分別在 176-407mg/L、4. 87-14. 99mg/L 和 43. 85-46. 14mg/L 之間波動(dòng)時(shí)，COD、PO廣-P 和 NH/-N的平均去除率分別為91 %、98%和96%，均可達(dá)到國(guó)家城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物一級(jí)A 排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)。碳源投加的模糊控制反硝化除磷工藝厭氧階段ORP曲線(xiàn)呈下降趨勢(shì)，只有當(dāng)碳源不足消耗殆盡時(shí)，ORP曲線(xiàn)由下降轉(zhuǎn)為上升。這一變化特點(diǎn)可用模糊語(yǔ)言變量加以描述， 作為開(kāi)始投加碳源的信號(hào)。因此采用ORP的倒數(shù)dORP/dt和ORP的絕對(duì)量作為模糊控制器的輸入變量，分別用CEraip和Eraip表示。CEoep和Eokp的模糊集均為{PS，PM, PB}，論域?yàn)閧_4，_3，_2，-1,0} 0而對(duì)輸出變量隊(duì)(即碳源投加量)而言，只有兩種選擇一種是維持原狀，繼續(xù)等待指令，用0表示 ’另一種是立即開(kāi)始投加碳源，用1表示。模糊化方法如表1，表2，表3所示。CEraip和Eraip的隸屬函數(shù)如圖3所示。表 1CXorp-4-3-2-10CEorp (mV/min)-co10-10—5-5—1-1-0Q +oo
表 2
Xorp-4-3-2-10Eqrp (mV)-co16 0-160—1 40-140—1 20-120— 80-80-+00表 3
8
權(quán)利要求
1.一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)檢測(cè)各階段生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的0RP、D0和PH變化率，以及與厭氧放磷、缺氧反硝化吸磷以及好氧硝化反應(yīng)之間的定量關(guān)系；(2)根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，確定厭氧階段投加碳源的ORP模糊控制范圍、好氧硝化階段曝氣時(shí)間的PH模糊控制范圍以及缺氧攪拌時(shí)間的pH模糊控制范圍；(3)經(jīng)過(guò)控制量偏差的計(jì)算和模糊化計(jì)算，與現(xiàn)有模糊控制規(guī)則比較，采用Mamdani模糊推算法進(jìn)行模糊控制推理，得到模糊控制變量，由厭氧階段ORP動(dòng)態(tài)變化規(guī)律控制碳源投加量，由好氧硝化過(guò)程的DO濃度動(dòng)態(tài)推測(cè)進(jìn)水氨氮濃度，從而控制好氧硝化曝氣時(shí)間； 同時(shí)結(jié)合厭氧/缺氧階段PH和ORP曲線(xiàn)類(lèi)型來(lái)動(dòng)態(tài)控制各階段水力停留時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于所述的步驟(1)中的定量關(guān)系包括厭氧階段PH、0RP曲線(xiàn)類(lèi)型和厭氧釋磷反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；缺氧階段pH、0RP曲線(xiàn)類(lèi)型和反硝化吸磷反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；后曝氣結(jié)束時(shí)ORP值和出水水質(zhì)的關(guān)系；好氧硝化階段PH曲線(xiàn)類(lèi)型和硝化反應(yīng)進(jìn)程的關(guān)系；以及好氧硝化階段DO濃度和氨氮負(fù)荷間的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于所述的步驟(2)中的厭氧階段投加碳源的ORP模糊控制是當(dāng)ORP的一階倒數(shù)由負(fù)轉(zhuǎn)為正，且此時(shí)ORP > -120mV時(shí)開(kāi)始投加碳源，直到ORP值下降至_140mV _160mV的范圍時(shí)， 停止投加碳源；停止投加碳源后IOmin停止攪拌；厭氧運(yùn)行至1. 5h仍未接到投加碳源指示的情況下，停止攪拌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于所述的步驟(2)中的好氧硝化階段曝氣時(shí)間的pH模糊控制是當(dāng)堿度充足時(shí)，pH的一階倒數(shù)由負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎龝r(shí)，停止曝氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法，其特征在于所述的步驟(2)中的缺氧攪拌時(shí)間的pH模糊控制是當(dāng)pH的一階倒數(shù)由正轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)，且同時(shí)滿(mǎn)足缺氧已運(yùn)行時(shí)間t > 0. 5h時(shí)，停止攪拌。
6.用于權(quán)利要求1至5任一所述的雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的裝置，其特征在于該裝置包括反應(yīng)系統(tǒng)、檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)；檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)位于反應(yīng)系統(tǒng)中，信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)輸出接口與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的裝置，其特征在于所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括進(jìn)水管(11)、厭氧/缺氧反應(yīng)池(12)、好氧生物膜硝化反應(yīng)池(13)、出水管(14)、排水管(15)、上清液回流管(16)、排泥管(17)；進(jìn)水管(11)連接厭氧/缺氧反應(yīng)池(12)，厭氧/缺氧反應(yīng)池(12)與好氧生物膜硝化反應(yīng)池(13)之間通過(guò)排水管(15)和上清液回流管(16)相連，在厭氧/缺氧反應(yīng)池(12)上安裝出水管(14) 和排泥管(17)，構(gòu)成反應(yīng)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的裝置，其特征在于所述的檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一 ORP傳感器(21)、第二 ORP傳感器 (22)、第一 pH傳感器(23)、第二 pH傳感器(24)、第一 DO傳感器(25)、第二 DO傳感器(26)、 第一 ORP測(cè)定儀(27)、第二 ORP測(cè)定儀(28)、第一 pH測(cè)定儀(29)、第二 pH測(cè)定儀(210)、第一 DO測(cè)定儀(211)、第二 DO測(cè)定儀(212)、計(jì)算機(jī)(213)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入接口(214)、 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口(215)；第一 ORP傳感器(21)與第一 ORP測(cè)定儀(27)、第二 ORP傳感器(22)與第二 ORP測(cè)定儀(28)、第一 pH傳感器(23)與第一 pH測(cè)定儀(29)、第二 pH傳感器(24)與第二 pH測(cè)定儀(210)、第一 DO傳感器(25)與第一 DO測(cè)定儀(211)、第二 DO傳感器(26)與第二 DO測(cè)定儀(212)之間均通過(guò)傳感器自帶導(dǎo)線(xiàn)相連，第一 ORP測(cè)定儀(27)、 第二 ORP測(cè)定儀(28)、第一 pH測(cè)定儀(29)、第二 pH測(cè)定儀(210)、第一 DO測(cè)定儀(211)和第二 DO測(cè)定儀(212)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)(213)的機(jī)箱相連，并通過(guò)內(nèi)部導(dǎo)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入接口(214)連接，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口(215)安裝于計(jì)算機(jī)(213)上，構(gòu)成檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的裝置，其特征在于所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括進(jìn)水繼電器(31)、碳源投加繼電器(32)、攪拌電機(jī)繼電器(33)、排水繼電器(34)、第一曝氣繼電器(35)、第二曝氣繼電器(36)、回流泵繼電器 (37)、出水繼電器(38)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口(39)、進(jìn)水閥門(mén)(310)、碳源投加計(jì)量泵(311)、攪拌器(312)、排水閥門(mén)(313)、第一曝氣泵(314)、第二曝氣泵(315)、回流泵(316)、出水閥門(mén) (317)；進(jìn)水繼電器(31)、碳源投加繼電器(32)、攪拌電機(jī)繼電器(33)、排水繼電器(34)、第一曝氣繼電器(35)、第二曝氣繼電器(36)、回流泵繼電器(37)和出水繼電器(38)均通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口(39)連接，經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口(39)用導(dǎo)線(xiàn)與進(jìn)水閥門(mén)(310)、碳源投加計(jì)量泵(311)、攪拌器(312)、排水閥門(mén)(313)、第一曝氣泵(314)、第二曝氣泵(315)、回流泵 (316)和出水閥門(mén)(317)相連，構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
10.權(quán)利要求6至9任一所述的用于雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法的裝置，其特征在于所述的檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)中的第一 ORP傳感器(21)、第一 pH傳感器(23)和第一 DO 傳感器(25)放置在厭氧/缺氧反應(yīng)池(12)中，第二 ORP傳感器(22)、第二 pH傳感器(24) 和第二 DO傳感器(26)放置在好氧生物膜硝化反應(yīng)池(13)中；所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的進(jìn)水繼電器(31)、碳源投加繼電器(32)、攪拌電機(jī)繼電器(33)、 排水繼電器(34)、第一曝氣繼電器(35)、第二曝氣繼電器(36)、回流泵繼電器(37)和出水繼電器(38)均通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出接口(215)相連；所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的進(jìn)水閥門(mén)(310)安裝在進(jìn)水管(11)上，碳源投加計(jì)量泵(311)、 攪拌器(312)和第一曝氣泵(314)安裝在厭氧/缺氧反應(yīng)池(12)上，排水閥門(mén)(313)安裝在排水管(15)上，第二曝氣泵(315)安裝在好氧生物膜硝化反應(yīng)池(13)上，回流泵(316) 安裝在上清液回流管(16)上，出水閥門(mén)(317)安裝在出水管(14)上。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種雙污泥反硝化除磷工藝運(yùn)行的在線(xiàn)優(yōu)化調(diào)控方法及其裝置。本發(fā)明的方法如下檢測(cè)各階段生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的ORP、DO和pH變化率，以及與厭氧放磷、缺氧反硝化吸磷以及好氧硝化反應(yīng)之間的定量關(guān)系；根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果，確定厭氧階段投加碳源的ORP模糊控制范圍、好氧硝化階段曝氣時(shí)間的pH模糊控制范圍以及缺氧攪拌時(shí)間的pH模糊控制范圍；經(jīng)過(guò)控制量偏差的計(jì)算和模糊化計(jì)算，與現(xiàn)有模糊控制規(guī)則比較，采用Mamdani模糊推算法進(jìn)行模糊控制推理，得到模糊控制變量，由厭氧階段ORP動(dòng)態(tài)變化規(guī)律控制碳源投加量，由好氧硝化過(guò)程的DO濃度動(dòng)態(tài)推測(cè)進(jìn)水氨氮濃度，從而控制好氧硝化曝氣時(shí)間；同時(shí)結(jié)合厭氧/缺氧階段pH和ORP曲線(xiàn)類(lèi)型來(lái)動(dòng)態(tài)控制各階段水力停留時(shí)間。
文檔編號(hào)C02F11/02GK102503062SQ20111037692
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者任中佳, 劉山虎, 王亞宜, 耿軍軍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)