申请日2016.04.29
公开(公告)日2016.08.10
IPC分类号C02F9/14; C02F11/00; C02F11/12; C02F11/04; C02F11/18; B01D53/75; B01D53/84; B01D53/78
摘要
本发明公开了一种智能化污水处理专家系统，属于环境工程技术领域。本发明的专家系统含有数据存储装置和显示装置;显示装置中能够显示输入的数据和数据分析结果;其中显示装置能显示两个一级模块，分别为运行管理问题查询模块和出水水质超标原因推理模块;所述出水水质超标原因推理模块下设5个二级模块，分别为出水TN、出水NH3‑N、出水COD、出水SS、出水TP水质超标原因判断模块。本发明的专家系统将污水处理领域专家级别的经验和知识整合到同一个系统平台，为污水处理领域的技术人员提供了一种更为方便有效解决实际问题的途径，能够及时进行排查、提出有效解决方案，提高污水处理厂运行管理水平。
权利要求书
1.一种智能化污水处理专家系统装置，含有数据存储装置和显示装置;显示装置是触摸屏显示装置，或者是外置遥控器或输入键盘的显示装置;所述显示装置中能够显示输入的数据和数据分析结果;其中显示装置能显示两个一级模块，分别为运行管理问题查询模块和出水水质超标原因推理模块;所述出水水质超标原因推理模块下设5个二级模块，分别为出水TN、出水NH3-N、出水COD、出水SS、出水TP水质超标原因判断模块。
2.根据权利要求1所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水TN水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测出水TN各成分得到进水不可氨化有机氮含量、出水硝态氮含量和/或出水NH3-N含量;
(1)当出水NH3-N含量大于2mg/L时检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量，若不正常则进行相应调整，若池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常再进行小试模拟曝气实验确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题再进行相应调整;
(2)当出水硝态氮含量大于11mg/L时检测缺氧池末端硝态氮含量，若出水硝态氮远大于缺氧段硝态氮则加大内回流，若两者相近则调整温度、缺氧池DO和/或进水BOD5/TN值;
(3)当进水可不氨化有机氮含量大于2mg/L时排查上游排污企业。
3.根据权利要求1或2所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水NH3-N水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量：
(i)若池内温度低于12℃，则加大曝气、减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则投加药剂调整pH;
(iii)若进水氨氮含量高于设计值的1.5倍则减少进水量或排查上游排污企业;
(iv)当池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常，需要进行一个小试模拟曝气实验，来确定出水氨氮超标的具体原因，确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题，然后再进行相应调整。
4.根据权利要求1-3任一所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水COD水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测进水水质中Cl-含量、出水SS和/或出水BOD5浓度;按以下步骤进行：
(a)检测进水水质中Cl-含量，若大于1000mg/L则投加掩蔽剂消除Cl-干扰，否则执行步骤(b);
(b)检测SS含量：如果出水SS不超标则执行步骤(3);如果出水SS超标则先过滤出水、再检测COD，若再次检测的COD不超标则解决SS超标问题，若再次检测的COD超标则执行步骤(c);
(c)进水水质中Cl-含量和SS均正常，检测出水BOD5浓度;若BOD5浓度大于5mg/L则采取措施提高系统生化性差，若BOD5浓度不大于5mg/L则采取措施使溶解性不可降解COD低于40mg/L。
5.根据权利要求1-4任一所述的专家系统装置，其特征在于，所述出水SS水质超标原因判断模块，基于以下方法：
(I)当出水SS大于10mg/L且不超过30mg/L时，检查深度处理设备并相应解决设备故障，比如滤布滤池、转盘过滤装置、连续流砂过滤装置、反硝化滤池、微滤装置;
(II)当出水SS大于30mg/L时，检查深度处理前系统并相应解决故障，比如检查刮(吸)泥机和排泥泵并进行相应维修、进水负荷过高时调整配水设备、生化池MLSS过高时减小外回流比、或者是在好氧池末端DO小于1.0mg/L时加大曝气量。
6.根据权利要求1-5任一所述的专家系统装置，其特征在于，出水TP水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测出水SS浓度、出水PO43-浓度和/或出水有机磷浓度;按以下步骤进行：
(A)检测出水SS浓度，超标则解决SS超标问题，否则进行步骤(B);
(B)检测出水PO43-浓度，若大于0.35mg/L则采用强化生化除磷或者强化化学除磷的方法使出水PO43-浓度将至0.35mg/L以下;否则进行下一步;
(C)检测出水有机磷浓度，大于0.15mg/L则排查上游排污企业。
7.根据权利要求3所述的专家系统装置，其特征在于，所述(iv)的模拟曝气实验，若确定是好氧池DO问题则进行加大好氧池曝气量或适当减少进水，若确定是进水问题则进行排查上游排污企业排放水质、调整进水水质;若确定是活性污泥问题，添加碳源提高进行BOD5或者延长泥龄。
8.根据权利要求4所述的专家系统装置，其特征在于，所述(c)的提高系统生化性差是指对池内温度、pH、好氧池DO和/或MLVSS进行测定，并进行相应调整;当池内温度低于12℃时适度加大曝气、减少排泥或者加大外回流比;pH小于6.0或大于8.0时投加药剂调整pH;好氧池DO小于1.5mg/L时加大曝气量;MLVSS过低时，若进水BOD5低则添加碳源，若泥龄小于10d则延长泥龄(比如减少排泥量或者适当增加外回流)。
9.根据权利要求1所述的专家系统装置，其特征在于，所述所述运行管理问题查询模块下设有污水处理、污泥处理、沼气处理净化与处置利用、臭气处理、电气及自动控制和化验检测这6个二级模块。
10.权利要求1-9任一所述智能化专家系统在污水处理方面的应用。
说明书
一种智能化污水处理专家系统
技术领域
本发明涉及一种智能化污水处理专家系统，属于环境工程技术领域。
背景技术
自改革开放以来，我国的经济快速发展，人民生活质量日益提升，但同时环境却在持续的恶化，其中水污染形势仍十分严峻。至2014年12月，全国62座重点湖泊(水库)、423条主要河流的968个国控地表水监测断面监测数据显示，目前Ⅲ类(含)占63.1%，Ⅳ、Ⅴ和劣Ⅴ类水质断面仍占36.9%，主要污染指标为五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和氨氮(NH3-N)。未来随着我国人口数量的不断增加、城市化进程的继续推进和人民生活水平的进一步提高，生活污水排放量将继续增长，成为新增污水排放量的主要来源，故目前对于生活污水的处理量和处理效果的提升仍是我国水质改善工作的重点。
目前我国污水处理厂主要存在如下问题：(1)城镇污水处理厂普遍存在进水水质水量变化幅度大、无机悬浮固体含量高、碳氮比偏低、存在工业有毒有害污染物冲击的特征;(2)实际进水水质水量和设计值相差较大;(3)污水处理工艺设备不配套问题突出;(4)在运行过程出现问题时不能及时进行排查、提出有效解决方案，致使污水处理厂运行管理水平较低。实际上，现行一线技术管理人员中多数人缺乏丰富的污水处理实践经验，现有的文献书籍等也多以原理为主，缺少污水处理厂运行经验和能解决实际问题的直接方案或措施，从而使很多实际工作中的问题成为制约污水处理厂稳定达标的因素。
因此，有必要开发一种智能化污水处理专家系统，为污水处理厂运行管理问题提供解决方案，辅助提高污水处理厂运行管理水平，改善污水出水水质，提高污水处理厂运行效率、节约运行成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种智能化污水处理专家系统装置，含有数据存储装置和显示装置;显示装置是触摸屏显示装置，或者是外置遥控器或输入键盘的显示装置;所述显示装置中能够显示输入的数据和数据分析结果;其中显示装置能显示两个一级模块(一级目录)，分别为运行管理问题查询模块和出水水质超标原因推理模块;所述出水水质超标原因推理模块下设5个二级模块(二级目录)，分别为出水TN、出水NH3-N、出水COD、出水SS、出水TP水质超标原因判断模块。
在本发明的一种实施方式中，所述运行管理问题查询模块下设有污水处理、污泥处理、沼气处理净化与处置利用、臭气处理、电气及自动控制和化验检测这6个二级模块(二级目录)。
在本发明的一种实施方式中，当需要对运行管理问题进行查询时，选择显示装置上一级目录中的“运行管理问题查询模块”，显示装置上的显示即跳转至这6个二级目录，进一步选择二级目录中的某一具体目录，即可进入三级目录。
在本发明的一种实施方式中，所述污水处理模块，包括格栅、泵房、沉砂池、初沉池、生物反应池、二沉池、化学除磷、消毒设施与设备、供气系统和深度处理这10个三级模块(三级目录，下同);所述污泥处理模块，包括污泥泵房、稳定均质池、污泥浓缩、厌氧消化池、污泥脱水、污泥料仓、污泥干化、污泥发酵、污泥焚烧这9个三级模块;所述沼气处理净化与处置利用模块，包括沼气脱硫、沼气柜、沼气发电机、沼气锅炉和沼气燃烧器这5个三级模块;所述臭气处理模块，包括臭气收集与运输、化学除臭、生物除臭、离子除臭、植物液除臭和活性炭吸附除臭这6个三级模块;所述电气及自动控制模块，包括电气和自动化控制这2个三级模块;所述化验检测模块，包括污水分析检测、污泥分析、气体分析、微生物检测和在线检测这5个三级模块。
在本发明的一种实施方式中，所述出水TN水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测出水TN各成分得到进水不可氨化有机氮含量、出水硝态氮含量和/或出水NH3-N含量;
(1)当出水NH3-N含量大于2mg/L时检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量，若不正常则进行相应调整，若池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常再进行小试模拟曝气实验确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题再进行相应调整;
(2)当出水硝态氮含量大于11mg/L时检测缺氧池末端硝态氮含量，若出水硝态氮浓度大于缺氧段末端硝态氮浓度(比如，差值达到4mg/L以上)则加大内回流，若两者相近(比如差值小于4mg/L)则调整温度、缺氧池DO和/或进水BOD5/TN值;
(3)当进水可不氨化有机氮含量大于2mg/L时排查上游排污企业。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)，池内温度低于12℃时加大曝气、减少排泥或加大外回流比;好氧池pH小于6.8或大于8.5时投加药剂调整pH;进水氨氮浓度高于设计值的1.5倍时减少进水量或排查上游排污企业。
在本发明的一种实施方式中，所述设计值是指该污水处理厂氨氮设计值，或者月平均进水氨氮浓度。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)的模拟曝气实验，若确定是好氧池DO问题则进行加大好氧池曝气量或适当减少进水，若确定是进水问题则进行排查上游排污企业排放水质、调整进水水质;若确定是活性污泥问题(是指MLVSS过低，即夏季时MLVSS小于750mg/L、冬季时MLVSS小于1500mg/L)，投加碳源提高BOD5浓度或者延长泥龄。
在本发明的一种实施方式中，所述出水NH3-N水质超标原因判断模块，基于以下方法：检测池内温度、好氧池pH和/或进水氨氮含量：
(i)若池内温度低于12℃，则加大曝气、减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则投加药剂调整pH;
(iii)若进水氨氮含量高于设计值的1.5倍则减少进水量或排查上游排污企业;
(iv)当池内温度、好氧池pH、进水氨氮含量都正常，需要进行一个小试模拟曝气实验，来确定出水氨氮超标的具体原因，确定是好氧池DO问题、活性污泥问题还是进水问题，然后再进行相应调整。
在本发明的一种实施方式中，所述(iv)的模拟曝气实验，若确定是好氧池DO问题则进行加大好氧池曝气量或适当减少进水，若确定是进水问题则进行排查上游排污企业排放水质、调整进水水质;若确定是活性污泥问题，投加碳源提高BOD5浓度或者延长泥龄。
在本发明的一种实施方式中，所述模拟曝气实验具体流程为：设置四组静态实验，各自装有氨氮超标厂及对比厂(出水氨氮达标厂)的污泥和进水，按照一定比例混合(尽可能的模拟两个污水处理厂好氧池的泥水混合状态)，维持DO=3-5mg/L，连续曝气8h以上，每隔一段时间取样测氨氮浓度;其中四组静态实验具体为：A组为对比厂污泥+对比厂进水、B组为氨氮超标厂污泥+氨氮超标厂进水、C组为氨氮超标厂污泥+对比厂进水、D组为对比厂污泥+氨氮超标厂进水。
在本发明的一种实施方式中，出水COD超标原因判断模块，基于以下方法：先检测进水水质中Cl-含量、出水SS(出水中悬浮固体物浓度)和/或出水BOD5浓度;按以下步骤进行：
(a)检测进水水质中Cl-含量，若大于1000mg/L则投加掩蔽剂消除Cl-干扰，否则执行步骤(b);
(b)检测SS含量：如果出水SS不超标则执行步骤(3);如果出水SS超标(大于10mg/L)则先过滤出水、再检测COD，若再次检测的COD不超标则解决SS超标问题，若再次检测的COD超标则执行步骤(c);
(c)进水水质中Cl-含量和SS均正常，检测出水BOD5浓度;若BOD5浓度大于5mg/L则采取措施提高系统生化性差，若BOD5浓度不大于5mg/L则采取措施使溶解性不可降解COD低于40mg/L。
在本发明的一种实施方式中，所述(c)的提高系统生化性差是指对池内温度、pH、好氧池DO和/或MLVSS进行测定，并进行相应调整。当池内温度低于12℃时适度加大曝气、减少排泥或者加大外回流比;pH小于6.0或大于8.0时投加药剂调整pH;好氧池DO小于1.5mg/L时加大曝气量;MLVSS过低时，若进水BOD5低则投加碳源，若泥龄小于10d则延长泥龄(比如减少排泥量或者适当增加外回流)。
在本发明的一种实施方式中，所述(c)的使溶解性不可降解COD低于40mg/L，是通过排查上游排污企业或者采用物理、化学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。
在本发明的一种实施方式中，出水SS水质超标原因判断模块，基于以下方法：
(I)当出水SS大于10mg/L且不超过30mg/L时，检查深度处理设备并相应解决设备故障，比如滤布滤池、转盘过滤装置、连续流砂过滤装置、反硝化滤池、微滤装置;
(II)当出水SS大于30mg/L时，检查深度处理前系统并相应解决故障，比如检查刮(吸)泥机和排泥泵并进行相应维修、进水负荷过高(比如，高于设计值的50%以上)时调整配水设备、生化池MLSS过高(比如，浓度高于5000mg/L)时减小外回流比、或者是在好氧池末端DO小于1.0mg/L时加大曝气量。
在本发明的一种实施方式中，出水TP水质超标原因判断模块，基于以下方法：先检测出水SS浓度、出水PO43-浓度和/或出水有机磷浓度;按以下步骤进行：
(A)检测出水SS浓度，超标则解决SS超标问题，否则进行步骤(B);
(B)检测出水PO43-浓度，若大于0.35mg/L则采用强化生化除磷或者强化化学除磷的方法使出水PO43-浓度将至0.35mg/L以下;否则进行下一步;
(C)检测出水有机磷浓度，大于0.15mg/L则排查上游排污企业。
在本发明的一种实施方式中，所述(B)中强化生物除磷，是先检测pH、厌氧池DO、进水BOD5/TP值和/或排泥情况，根据检测结果进行相应调整。若pH小于6.5则投加药剂调整pH;若厌氧池DO大于0.1mg/L，则增加进水，或者减少外回流以适当降低好氧池末端DO;若进水BOD5/TP值不超过20，则外加碳源;若排泥不及时则加大排泥。
在本发明的一种实施方式中，所述(B)中强化化学除磷，可以是强化药剂的有效成分、保持足够的反应时间、增加药剂添加量或者调整适宜药剂反应的pH。
本发明的智能化专家系统适用于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准对于出水TN、NH3-N、COD、SS和TP浓度的要求。
本发明还要求保护所述智能化专家系统在污水处理方面的应用，包括用于各种污水处理工艺的污水处理厂，比如SBR、A2O、氧化沟和MBR。
在本发明的一种实施方式中，所述污水处理厂出水水质执行一级A标准。
本发明的有益效果：
(1)本发明以互联网和智能化为技术支撑平台，将污水处理领域专家级别的经验和知识整合到同一个系统平台，使得全国各地的污水处理厂运行管理人员都可以得到经过优化筛选的污水处理问题诊断方式及运行参数支持，为污水处理领域的技术人员提供了一种更为方便有效解决实际问题的途径;
(2)本发明的智能化专家系统是根据各水质指标污染物的去除原理及大量的工程经验得到的，为污水处理厂运行管理和出水超标问题提供了一种全面可靠的处理方法，通过本发明的方法，可以明确是污水处理过程中的哪一部分出现了问题，从而有针对性地对问题进行解决，使出水指标恢复正常;
(3)采用本发明的智能化专家系统，对几十个污水处理厂的出水水质超标问题进行了诊断和优化运行，适合各种污水处理工艺(比如SBR、A2O、氧化沟和MBR)的污水处理厂问题解决。且本发明智能化专家系统，准确性非常高，能够快速找到运行管理和出水水质超标的问题所在，并有效解决污水处理厂的问题;本发明的智能化专家系统，能够及时进行排查、提出有效解决方案，提高污水处理厂运行管理水平。