申請日2016.04.29

　　公開(公告)日2016.08.10

　　IPC分類號C02F9/14; C02F11/00; C02F11/12; C02F11/04; C02F11/18; B01D53/75; B01D53/84; B01D53/78

　　摘要

　　本發明公開了一種智能化污水處理專家系統，屬于環境工程技術領域。本發明的專家系統含有數據存儲裝置和顯示裝置;顯示裝置中能夠顯示輸入的數據和數據分析結果;其中顯示裝置能顯示兩個一級模塊，分別為運行管理問題查詢模塊和出水水質超標原因推理模塊;所述出水水質超標原因推理模塊下設5個二級模塊，分別為出水TN、出水NH3‑N、出水COD、出水SS、出水TP水質超標原因判斷模塊。本發明的專家系統將污水處理領域專家級別的經驗和知識整合到同一個系統平臺，為污水處理領域的技術人員提供了一種更為方便有效解決實際問題的途徑，能夠及時進行排查、提出有效解決方案，提高污水處理廠運行管理水平。

　　權利要求書

　　1.一種智能化污水處理專家系統裝置，含有數據存儲裝置和顯示裝置;顯示裝置是觸摸屏顯示裝置，或者是外置遙控器或輸入鍵盤的顯示裝置;所述顯示裝置中能夠顯示輸入的數據和數據分析結果;其中顯示裝置能顯示兩個一級模塊，分別為運行管理問題查詢模塊和出水水質超標原因推理模塊;所述出水水質超標原因推理模塊下設5個二級模塊，分別為出水TN、出水NH3-N、出水COD、出水SS、出水TP水質超標原因判斷模塊。

　　2.根據權利要求1所述的專家系統裝置，其特征在于，所述出水TN水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：檢測出水TN各成分得到進水不可氨化有機氮含量、出水硝態氮含量和/或出水NH3-N含量;

　　(1)當出水NH3-N含量大于2mg/L時檢測池內溫度、好氧池pH和/或進水氨氮含量，若不正常則進行相應調整，若池內溫度、好氧池pH、進水氨氮含量都正常再進行小試模擬曝氣實驗確定是好氧池DO問題、活性污泥問題還是進水問題再進行相應調整;

　　(2)當出水硝態氮含量大于11mg/L時檢測缺氧池末端硝態氮含量，若出水硝態氮遠大于缺氧段硝態氮則加大內回流，若兩者相近則調整溫度、缺氧池DO和/或進水BOD5/TN值;

　　(3)當進水可不氨化有機氮含量大于2mg/L時排查上游排污企業。

　　3.根據權利要求1或2所述的專家系統裝置，其特征在于，所述出水NH3-N水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：檢測池內溫度、好氧池pH和/或進水氨氮含量：

　　(i)若池內溫度低于12℃，則加大曝氣、減少排泥或加大外回流比;

　　(ii)若好氧池pH小于6.8或大于8.5則投加藥劑調整pH;

　　(iii)若進水氨氮含量高于設計值的1.5倍則減少進水量或排查上游排污企業;

　　(iv)當池內溫度、好氧池pH、進水氨氮含量都正常，需要進行一個小試模擬曝氣實驗，來確定出水氨氮超標的具體原因，確定是好氧池DO問題、活性污泥問題還是進水問題，然后再進行相應調整。

　　4.根據權利要求1-3任一所述的專家系統裝置，其特征在于，所述出水COD水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：先檢測進水水質中Cl-含量、出水SS和/或出水BOD5濃度;按以下步驟進行：

　　(a)檢測進水水質中Cl-含量，若大于1000mg/L則投加掩蔽劑消除Cl-干擾，否則執行步驟(b);

　　(b)檢測SS含量：如果出水SS不超標則執行步驟(3);如果出水SS超標則先過濾出水、再檢測COD，若再次檢測的COD不超標則解決SS超標問題，若再次檢測的COD超標則執行步驟(c);

　　(c)進水水質中Cl-含量和SS均正常，檢測出水BOD5濃度;若BOD5濃度大于5mg/L則采取措施提高系統生化性差，若BOD5濃度不大于5mg/L則采取措施使溶解性不可降解COD低于40mg/L。

　　5.根據權利要求1-4任一所述的專家系統裝置，其特征在于，所述出水SS水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：

　　(I)當出水SS大于10mg/L且不超過30mg/L時，檢查深度處理設備并相應解決設備故障，比如濾布濾池、轉盤過濾裝置、連續流砂過濾裝置、反硝化濾池、微濾裝置;

　　(II)當出水SS大于30mg/L時，檢查深度處理前系統并相應解決故障，比如檢查刮(吸)泥機和排泥泵并進行相應維修、進水負荷過高時調整配水設備、生化池MLSS過高時減小外回流比、或者是在好氧池末端DO小于1.0mg/L時加大曝氣量。

　　6.根據權利要求1-5任一所述的專家系統裝置，其特征在于，出水TP水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：先檢測出水SS濃度、出水PO43-濃度和/或出水有機磷濃度;按以下步驟進行：

　　(A)檢測出水SS濃度，超標則解決SS超標問題，否則進行步驟(B);

　　(B)檢測出水PO43-濃度，若大于0.35mg/L則采用強化生化除磷或者強化化學除磷的方法使出水PO43-濃度將至0.35mg/L以下;否則進行下一步;

　　(C)檢測出水有機磷濃度，大于0.15mg/L則排查上游排污企業。

　　7.根據權利要求3所述的專家系統裝置，其特征在于，所述(iv)的模擬曝氣實驗，若確定是好氧池DO問題則進行加大好氧池曝氣量或適當減少進水，若確定是進水問題則進行排查上游排污企業排放水質、調整進水水質;若確定是活性污泥問題，添加碳源提高進行BOD5或者延長泥齡。

　　8.根據權利要求4所述的專家系統裝置，其特征在于，所述(c)的提高系統生化性差是指對池內溫度、pH、好氧池DO和/或MLVSS進行測定，并進行相應調整;當池內溫度低于12℃時適度加大曝氣、減少排泥或者加大外回流比;pH小于6.0或大于8.0時投加藥劑調整pH;好氧池DO小于1.5mg/L時加大曝氣量;MLVSS過低時，若進水BOD5低則添加碳源，若泥齡小于10d則延長泥齡(比如減少排泥量或者適當增加外回流)。

　　9.根據權利要求1所述的專家系統裝置，其特征在于，所述所述運行管理問題查詢模塊下設有污水處理、污泥處理、沼氣處理凈化與處置利用、臭氣處理、電氣及自動控制和化驗檢測這6個二級模塊。

　　10.權利要求1-9任一所述智能化專家系統在污水處理方面的應用。

　　說明書

　　一種智能化污水處理專家系統

　　技術領域

　　本發明涉及一種智能化污水處理專家系統，屬于環境工程技術領域。

　　背景技術

　　自改革開放以來，我國的經濟快速發展，人民生活質量日益提升，但同時環境卻在持續的惡化，其中水污染形勢仍十分嚴峻。至2014年12月，全國62座重點湖泊(水庫)、423條主要河流的968個國控地表水監測斷面監測數據顯示，目前Ⅲ類(含)占63.1%，Ⅳ、Ⅴ和劣Ⅴ類水質斷面仍占36.9%，主要污染指標為五日生化需氧量(BOD5)、化學需氧量(COD)、總磷(TP)和氨氮(NH3-N)。未來隨著我國人口數量的不斷增加、城市化進程的繼續推進和人民生活水平的進一步提高，生活污水排放量將繼續增長，成為新增污水排放量的主要來源，故目前對于生活污水的處理量和處理效果的提升仍是我國水質改善工作的重點。

　　目前我國污水處理廠主要存在如下問題：(1)城鎮污水處理廠普遍存在進水水質水量變化幅度大、無機懸浮固體含量高、碳氮比偏低、存在工業有毒有害污染物沖擊的特征;(2)實際進水水質水量和設計值相差較大;(3)污水處理工藝設備不配套問題突出;(4)在運行過程出現問題時不能及時進行排查、提出有效解決方案，致使污水處理廠運行管理水平較低。實際上，現行一線技術管理人員中多數人缺乏豐富的污水處理實踐經驗，現有的文獻書籍等也多以原理為主，缺少污水處理廠運行經驗和能解決實際問題的直接方案或措施，從而使很多實際工作中的問題成為制約污水處理廠穩定達標的因素。

　　因此，有必要開發一種智能化污水處理專家系統，為污水處理廠運行管理問題提供解決方案，輔助提高污水處理廠運行管理水平，改善污水出水水質，提高污水處理廠運行效率、節約運行成本。

　　發明內容

　　為了解決上述問題，本發明提供了一種智能化污水處理專家系統裝置，含有數據存儲裝置和顯示裝置;顯示裝置是觸摸屏顯示裝置，或者是外置遙控器或輸入鍵盤的顯示裝置;所述顯示裝置中能夠顯示輸入的數據和數據分析結果;其中顯示裝置能顯示兩個一級模塊(一級目錄)，分別為運行管理問題查詢模塊和出水水質超標原因推理模塊;所述出水水質超標原因推理模塊下設5個二級模塊(二級目錄)，分別為出水TN、出水NH3-N、出水COD、出水SS、出水TP水質超標原因判斷模塊。

　　在本發明的一種實施方式中，所述運行管理問題查詢模塊下設有污水處理、污泥處理、沼氣處理凈化與處置利用、臭氣處理、電氣及自動控制和化驗檢測這6個二級模塊(二級目錄)。

　　在本發明的一種實施方式中，當需要對運行管理問題進行查詢時，選擇顯示裝置上一級目錄中的“運行管理問題查詢模塊”，顯示裝置上的顯示即跳轉至這6個二級目錄，進一步選擇二級目錄中的某一具體目錄，即可進入三級目錄。

　　在本發明的一種實施方式中，所述污水處理模塊，包括格柵、泵房、沉砂池、初沉池、生物反應池、二沉池、化學除磷、消毒設施與設備、供氣系統和深度處理這10個三級模塊(三級目錄，下同);所述污泥處理模塊，包括污泥泵房、穩定均質池、污泥濃縮、厭氧消化池、污泥脫水、污泥料倉、污泥干化、污泥發酵、污泥焚燒這9個三級模塊;所述沼氣處理凈化與處置利用模塊，包括沼氣脫硫、沼氣柜、沼氣發電機、沼氣鍋爐和沼氣燃燒器這5個三級模塊;所述臭氣處理模塊，包括臭氣收集與運輸、化學除臭、生物除臭、離子除臭、植物液除臭和活性炭吸附除臭這6個三級模塊;所述電氣及自動控制模塊，包括電氣和自動化控制這2個三級模塊;所述化驗檢測模塊，包括污水分析檢測、污泥分析、氣體分析、微生物檢測和在線檢測這5個三級模塊。

　　在本發明的一種實施方式中，所述出水TN水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：檢測出水TN各成分得到進水不可氨化有機氮含量、出水硝態氮含量和/或出水NH3-N含量;

　　(1)當出水NH3-N含量大于2mg/L時檢測池內溫度、好氧池pH和/或進水氨氮含量，若不正常則進行相應調整，若池內溫度、好氧池pH、進水氨氮含量都正常再進行小試模擬曝氣實驗確定是好氧池DO問題、活性污泥問題還是進水問題再進行相應調整;

　　(2)當出水硝態氮含量大于11mg/L時檢測缺氧池末端硝態氮含量，若出水硝態氮濃度大于缺氧段末端硝態氮濃度(比如，差值達到4mg/L以上)則加大內回流，若兩者相近(比如差值小于4mg/L)則調整溫度、缺氧池DO和/或進水BOD5/TN值;

　　(3)當進水可不氨化有機氮含量大于2mg/L時排查上游排污企業。

　　在本發明的一種實施方式中，所述步驟(1)，池內溫度低于12℃時加大曝氣、減少排泥或加大外回流比;好氧池pH小于6.8或大于8.5時投加藥劑調整pH;進水氨氮濃度高于設計值的1.5倍時減少進水量或排查上游排污企業。

　　在本發明的一種實施方式中，所述設計值是指該污水處理廠氨氮設計值，或者月平均進水氨氮濃度。

　　在本發明的一種實施方式中，所述步驟(1)的模擬曝氣實驗，若確定是好氧池DO問題則進行加大好氧池曝氣量或適當減少進水，若確定是進水問題則進行排查上游排污企業排放水質、調整進水水質;若確定是活性污泥問題(是指MLVSS過低，即夏季時MLVSS小于750mg/L、冬季時MLVSS小于1500mg/L)，投加碳源提高BOD5濃度或者延長泥齡。

　　在本發明的一種實施方式中，所述出水NH3-N水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：檢測池內溫度、好氧池pH和/或進水氨氮含量：

　　(i)若池內溫度低于12℃，則加大曝氣、減少排泥或加大外回流比;

　　(ii)若好氧池pH小于6.8或大于8.5則投加藥劑調整pH;

　　(iii)若進水氨氮含量高于設計值的1.5倍則減少進水量或排查上游排污企業;

　　(iv)當池內溫度、好氧池pH、進水氨氮含量都正常，需要進行一個小試模擬曝氣實驗，來確定出水氨氮超標的具體原因，確定是好氧池DO問題、活性污泥問題還是進水問題，然后再進行相應調整。

　　在本發明的一種實施方式中，所述(iv)的模擬曝氣實驗，若確定是好氧池DO問題則進行加大好氧池曝氣量或適當減少進水，若確定是進水問題則進行排查上游排污企業排放水質、調整進水水質;若確定是活性污泥問題，投加碳源提高BOD5濃度或者延長泥齡。

　　在本發明的一種實施方式中，所述模擬曝氣實驗具體流程為：設置四組靜態實驗，各自裝有氨氮超標廠及對比廠(出水氨氮達標廠)的污泥和進水，按照一定比例混合(盡可能的模擬兩個污水處理廠好氧池的泥水混合狀態)，維持DO=3-5mg/L，連續曝氣8h以上，每隔一段時間取樣測氨氮濃度;其中四組靜態實驗具體為：A組為對比廠污泥+對比廠進水、B組為氨氮超標廠污泥+氨氮超標廠進水、C組為氨氮超標廠污泥+對比廠進水、D組為對比廠污泥+氨氮超標廠進水。

　　在本發明的一種實施方式中，出水COD超標原因判斷模塊，基于以下方法：先檢測進水水質中Cl-含量、出水SS(出水中懸浮固體物濃度)和/或出水BOD5濃度;按以下步驟進行：

　　(a)檢測進水水質中Cl-含量，若大于1000mg/L則投加掩蔽劑消除Cl-干擾，否則執行步驟(b);

　　(b)檢測SS含量：如果出水SS不超標則執行步驟(3);如果出水SS超標(大于10mg/L)則先過濾出水、再檢測COD，若再次檢測的COD不超標則解決SS超標問題，若再次檢測的COD超標則執行步驟(c);

　　(c)進水水質中Cl-含量和SS均正常，檢測出水BOD5濃度;若BOD5濃度大于5mg/L則采取措施提高系統生化性差，若BOD5濃度不大于5mg/L則采取措施使溶解性不可降解COD低于40mg/L。

　　在本發明的一種實施方式中，所述(c)的提高系統生化性差是指對池內溫度、pH、好氧池DO和/或MLVSS進行測定，并進行相應調整。當池內溫度低于12℃時適度加大曝氣、減少排泥或者加大外回流比;pH小于6.0或大于8.0時投加藥劑調整pH;好氧池DO小于1.5mg/L時加大曝氣量;MLVSS過低時，若進水BOD5低則投加碳源，若泥齡小于10d則延長泥齡(比如減少排泥量或者適當增加外回流)。

　　在本發明的一種實施方式中，所述(c)的使溶解性不可降解COD低于40mg/L，是通過排查上游排污企業或者采用物理、化學等方法去除溶解性不可降解COD，比如采用投加活性炭、臭氧氧化等方法。

　　在本發明的一種實施方式中，出水SS水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：

　　(I)當出水SS大于10mg/L且不超過30mg/L時，檢查深度處理設備并相應解決設備故障，比如濾布濾池、轉盤過濾裝置、連續流砂過濾裝置、反硝化濾池、微濾裝置;

　　(II)當出水SS大于30mg/L時，檢查深度處理前系統并相應解決故障，比如檢查刮(吸)泥機和排泥泵并進行相應維修、進水負荷過高(比如，高于設計值的50%以上)時調整配水設備、生化池MLSS過高(比如，濃度高于5000mg/L)時減小外回流比、或者是在好氧池末端DO小于1.0mg/L時加大曝氣量。

　　在本發明的一種實施方式中，出水TP水質超標原因判斷模塊，基于以下方法：先檢測出水SS濃度、出水PO43-濃度和/或出水有機磷濃度;按以下步驟進行：

　　(A)檢測出水SS濃度，超標則解決SS超標問題，否則進行步驟(B);

　　(B)檢測出水PO43-濃度，若大于0.35mg/L則采用強化生化除磷或者強化化學除磷的方法使出水PO43-濃度將至0.35mg/L以下;否則進行下一步;

　　(C)檢測出水有機磷濃度，大于0.15mg/L則排查上游排污企業。

　　在本發明的一種實施方式中，所述(B)中強化生物除磷，是先檢測pH、厭氧池DO、進水BOD5/TP值和/或排泥情況，根據檢測結果進行相應調整。若pH小于6.5則投加藥劑調整pH;若厭氧池DO大于0.1mg/L，則增加進水，或者減少外回流以適當降低好氧池末端DO;若進水BOD5/TP值不超過20，則外加碳源;若排泥不及時則加大排泥。

　　在本發明的一種實施方式中，所述(B)中強化化學除磷，可以是強化藥劑的有效成分、保持足夠的反應時間、增加藥劑添加量或者調整適宜藥劑反應的pH。

　　本發明的智能化專家系統適用于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中一級A標準對于出水TN、NH3-N、COD、SS和TP濃度的要求。

　　本發明還要求保護所述智能化專家系統在污水處理方面的應用，包括用于各種污水處理工藝的污水處理廠，比如SBR、A2O、氧化溝和MBR。

　　在本發明的一種實施方式中，所述污水處理廠出水水質執行一級A標準。

　　本發明的有益效果：

　　(1)本發明以互聯網和智能化為技術支撐平臺，將污水處理領域專家級別的經驗和知識整合到同一個系統平臺，使得全國各地的污水處理廠運行管理人員都可以得到經過優化篩選的污水處理問題診斷方式及運行參數支持，為污水處理領域的技術人員提供了一種更為方便有效解決實際問題的途徑;

　　(2)本發明的智能化專家系統是根據各水質指標污染物的去除原理及大量的工程經驗得到的，為污水處理廠運行管理和出水超標問題提供了一種全面可靠的處理方法，通過本發明的方法，可以明確是污水處理過程中的哪一部分出現了問題，從而有針對性地對問題進行解決，使出水指標恢復正常;

　　(3)采用本發明的智能化專家系統，對幾十個污水處理廠的出水水質超標問題進行了診斷和優化運行，適合各種污水處理工藝(比如SBR、A2O、氧化溝和MBR)的污水處理廠問題解決。且本發明智能化專家系統，準確性非常高，能夠快速找到運行管理和出水水質超標的問題所在，并有效解決污水處理廠的問題;本發明的智能化專家系統，能夠及時進行排查、提出有效解決方案，提高污水處理廠運行管理水平。