專利名稱：膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制專家系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的交叉領(lǐng)域，涉及到膜生物反 應(yīng)器和智能控制系統(tǒng)，特別涉及到專家系統(tǒng)應(yīng)用于膜生物反應(yīng)器的膜污染優(yōu)化 控制方法。
背景技術(shù)：
膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor MBR)是將膜技術(shù)應(yīng)用于污水處理的 一項(xiàng)新興技術(shù)，在膜生物反應(yīng)器中，可在緊湊的空間內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)微生物對(duì)污染 物質(zhì)的降解和膜對(duì)污染物質(zhì)的分離，而降解與分離之間又存在著協(xié)同作用，與 傳統(tǒng)污水處理工藝相比，具有出水水質(zhì)好、設(shè)備占地面積小、污泥濃度高、剩 余污泥產(chǎn)量低、便于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的污水處理和 中水回用技術(shù)之一。
隨著MBR技術(shù)水平的提高和膜材料價(jià)格的不斷降低，MBR技術(shù)的應(yīng)用越 來(lái)越廣，但在工程應(yīng)用中，運(yùn)行成本較高仍是阻礙MBR工藝進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。 膜污染導(dǎo)致MBR高能耗，并決定MBR的產(chǎn)水量、膜的清洗頻率及更換頻率， 被認(rèn)為是影響MBR工藝經(jīng)濟(jì)性的重要原因。因此，對(duì)于MBR工藝，要降低工 藝運(yùn)行成本并獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行效果，必須研究膜污染機(jī)理及其控制方法。
一體式膜生物反應(yīng)器中膜污染機(jī)理紛繁復(fù)雜，其影響因子主要來(lái)自三個(gè)方 面膜的性質(zhì)、操作條件和活性污泥混合液的性質(zhì)。而膜生物反應(yīng)器中膜污染 物質(zhì)的來(lái)源就是活性污泥混合液，混合液的性質(zhì)對(duì)膜污染的影響更為復(fù)雜。膜污染因子及膜污染控制研究是國(guó)內(nèi)外環(huán)境工程領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，發(fā)表文章數(shù)量逐 年大幅增加，但研究結(jié)果僅為少數(shù)科研人員掌握，無(wú)法用于操控工藝的實(shí)際運(yùn) 行。
智能控制在各種非穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)工程系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛與深入。采用自 動(dòng)控制技術(shù)，可以根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果，隨時(shí)調(diào)整各設(shè)備及工藝過(guò)程參數(shù)，可使設(shè) 備狀態(tài)優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，節(jié)約能耗；改善勞動(dòng)條件，節(jié)約人力，提高廢水處理 工藝的技術(shù)管理水平，因此，智能控制系統(tǒng)在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用前景極為 廣闊。專家系統(tǒng)是一種智能化的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能夠利用人類專家的知識(shí)和 解決問(wèn)題的方法來(lái)處理某領(lǐng)域的問(wèn)題，是智能控制的一個(gè)重要分支。專家系統(tǒng) 在污水處理廠的自動(dòng)控制和預(yù)測(cè)控制、工藝流程選擇以及故障診斷等多方面已 經(jīng)得到應(yīng)用，為膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制專家系統(tǒng)的工程化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一套實(shí)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制的 智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以處理生活污水的不同工況下的膜生物反應(yīng)器活性污泥 混合液中膜污染因子對(duì)膜污染影響的權(quán)重與方向?yàn)橐罁?jù)，建立膜生物反應(yīng)器工 藝參數(shù)調(diào)控規(guī)則，通過(guò)構(gòu)建膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)膜 生物反應(yīng)器膜污染惡化的預(yù)測(cè)及專家診斷，并完成自動(dòng)調(diào)控功能，從而實(shí)現(xiàn)膜 污染速率的有效延緩，降低膜生物反應(yīng)器工藝的運(yùn)行成本和操作難度。膜污染 的有效控制可使膜生物反應(yīng)器工藝更適應(yīng)于國(guó)情，促進(jìn)節(jié)水事業(yè)的發(fā)展。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述的能夠延緩膜生物反應(yīng)器膜污染的優(yōu)化控制專家系統(tǒng)技術(shù) 方案是
本智能控制系統(tǒng)由五部分組成，即知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、解釋機(jī)和 人機(jī)界面。知識(shí)庫(kù)用于存放膜污染控制的診斷知識(shí)和調(diào)控規(guī)則規(guī)則；數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)在線監(jiān)測(cè)儀表獲取的原始信息和診斷過(guò)程中產(chǎn)生的中間信息，為專家系 統(tǒng)的推理和解釋提供數(shù)據(jù)；推理機(jī)根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的診斷 知識(shí)，完成知識(shí)的推理求解過(guò)程；解釋機(jī)將診斷結(jié)果按一定規(guī)則解釋，使用戶 了解推理過(guò)程及所運(yùn)用的知識(shí)和數(shù)據(jù)；人機(jī)界面用于專家系統(tǒng)和外界之間的信 息交換。
知識(shí)庫(kù)中所存放膜污染控制的診斷知識(shí)和調(diào)控規(guī)則規(guī)則設(shè)定如下 1.當(dāng)監(jiān)測(cè)到膜生物反應(yīng)器內(nèi)混合液污泥濃度(MLSS)超過(guò)10g/L時(shí)，立即 自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵進(jìn)行排泥，直到污泥負(fù)荷(F/M)升高至0.35 kgCOD/kgMLSS，d，
自動(dòng)關(guān)閉排泥泵。
式1體現(xiàn)了污泥負(fù)荷與混合液污泥濃度的相關(guān)計(jì)算關(guān)系。式中C。為進(jìn)水 COD濃度，mg/L; X為活性污泥濃度，g/L; Q為進(jìn)水流量，m3/h; V為MBR 反應(yīng)器體積，m3。
2. 當(dāng)監(jiān)測(cè)到污泥負(fù)荷連續(xù)4h小于0.3 kgCOD/kgMLSS'd，或在24h內(nèi)污泥 負(fù)荷有5次小于0.3kgCOD/kgMLSS，d時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵進(jìn)行排泥，直到污泥 負(fù)荷升高至0.35 kgCOD/kgMLSS*d，自動(dòng)關(guān)閉排泥泵。
3. 當(dāng)監(jiān)測(cè)到溶解氧濃度(DO)小于2mg/L時(shí)，增大曝氣量，每次增量 △q=10%QT，式中Aq曝氣強(qiáng)度增量，r為氣水比。
4. 膜生物反應(yīng)器膜絲間錯(cuò)流速率(CFV)控制在0.3-0.5m/s范圍內(nèi)。當(dāng)監(jiān) 測(cè)到錯(cuò)流速率連續(xù)4h小于0.3m/s，或在24h之內(nèi)錯(cuò)流速率有5次小于0.3m/s， 自動(dòng)調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度，每次變量為Aq-10MQ-r。
5. 當(dāng)操作壓力(TMP)升高至大于0.045MPa時(shí)，關(guān)閉出水抽吸泵和進(jìn)水 提升泵，打開(kāi)反沖洗泵沖洗30min，關(guān)閉反沖洗泵后打開(kāi)進(jìn)水提升泵和出水抽吸泵。
膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制專家系統(tǒng)對(duì)在線監(jiān)測(cè)儀表獲取的原始信息進(jìn)
行初始信息處理，計(jì)算各參數(shù)的隸屬度；然后以知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則進(jìn)行匹配，采 用基于CLIPS的不確定性推理技術(shù)計(jì)算結(jié)論的可信度，按照可信度的大小列出 故障原因，并得到運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)膜生物反應(yīng)器膜污染惡化 的預(yù)測(cè)及專家診斷，并完成自動(dòng)調(diào)控功能。專家系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)能力，成功應(yīng) 用的案例通過(guò)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)擴(kuò)充規(guī)則庫(kù)。
本發(fā)明的效果和益處在于根據(jù)反應(yīng)器中活性污泥混合液性質(zhì)的變化進(jìn)行推 理和預(yù)測(cè)，自動(dòng)調(diào)整工藝參數(shù)，有效減緩膜污染速率、延長(zhǎng)膜組件壽命、減少 化學(xué)藥劑用量，可在大幅度降低運(yùn)行成本的同時(shí)進(jìn)一步促進(jìn)膜生物反應(yīng)器這項(xiàng) 高效處理工藝的更廣泛應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。 實(shí)施例
采用膜生物反應(yīng)器工藝針對(duì)某一酒店廢水進(jìn)行處理，處理廢水水量為 60m3/d， COD濃度為300-500mg/L，采用本智能控制系統(tǒng)對(duì)膜生物反應(yīng)器進(jìn)行 自動(dòng)調(diào)控。
通過(guò)在線監(jiān)測(cè)儀表自動(dòng)采集信息。當(dāng)混合液污泥濃度超過(guò)10g/L時(shí)，專家系 統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵進(jìn)行排泥，直到污泥負(fù)荷升高至為0.35kgCOD/kgMLSS，d，自 動(dòng)關(guān)閉排泥泵。當(dāng)監(jiān)測(cè)到污泥負(fù)荷連續(xù)4h小于0.3kgCOD/kgMLSS'd，或在24h 之內(nèi)污泥負(fù)荷有5次小于0.3kgCOD/kgMLSS，d時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵進(jìn)行排泥， 直到污泥負(fù)荷升高至為0.35kgCOD/kgMLSS'd，自動(dòng)關(guān)閉排泥泵。當(dāng)監(jiān)測(cè)到溶解氧濃度小于2mg/L時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)增大曝氣量，每次增量Aq-10。/。QT;提 升后等待20min再次監(jiān)測(cè)，如果D0仍然小于2mg/L則再次進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)監(jiān)測(cè) 到錯(cuò)流速率連續(xù)4h小于0.3m/s，或在24h之內(nèi)錯(cuò)流速率有5次小于0.3m/s時(shí)， 專家系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)增大曝氣量，每次增量AcrlOMQT。當(dāng)監(jiān)測(cè)到操作壓 力升高至大于0.045MPa時(shí)，專家系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉出水抽吸泵和進(jìn)水提升泵，打開(kāi) 反沖洗泵反洗30min，關(guān)閉反沖洗泵后打開(kāi)進(jìn)水提升泵和出水抽吸泵。
權(quán)利要求
1.一種膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制專家系統(tǒng)，由五部分組成知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、解釋機(jī)和人機(jī)界面；知識(shí)庫(kù)用于存放膜污染控制的診斷知識(shí)和調(diào)控規(guī)則規(guī)則；數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)在線監(jiān)測(cè)儀表獲取的原始信息和診斷過(guò)程中產(chǎn)生的中間信息，為專家系統(tǒng)的推理和解釋提供數(shù)據(jù)；推理機(jī)根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的診斷知識(shí)，完成知識(shí)的推理求解過(guò)程；解釋機(jī)將診斷結(jié)果按一定規(guī)則解釋，使用戶了解推理過(guò)程及所運(yùn)用的知識(shí)和數(shù)據(jù)；人機(jī)界面用于專家系統(tǒng)和外界之間的信息交換；其中知識(shí)庫(kù)中所存放膜污染控制的診斷知識(shí)和調(diào)控規(guī)則規(guī)則特征為a)監(jiān)測(cè)到膜生物反應(yīng)器內(nèi)混合液污泥濃度超過(guò)10g/L時(shí)，立即自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵進(jìn)行排泥，直到污泥負(fù)荷升高至0.35kgCOD/kgMLSS·d，自動(dòng)關(guān)閉排泥泵；b)當(dāng)監(jiān)測(cè)到污泥負(fù)荷連續(xù)4h小于0.3kgCOD/kgMLSS·d，或在24h內(nèi)污泥負(fù)荷有5次小于0.3kgCOD/kgMLSS·d時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵進(jìn)行排泥，直到污泥負(fù)荷升高至0.35kgCOD/kgMLSS·d，自動(dòng)關(guān)閉排泥泵；c)當(dāng)監(jiān)測(cè)到溶解氧濃度小于2mg/L時(shí)，增大曝氣量，每次增量Δq＝10％Q·r；d)膜生物反應(yīng)器膜絲間錯(cuò)流速率控制在0.3-0.5m/s范圍內(nèi)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到錯(cuò)流速率連續(xù)4h小于0.3m/s，或在24h之內(nèi)錯(cuò)流速率有5次小于0.3m/s，自動(dòng)調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度，每次變量為Δq＝10％Q·r；e)當(dāng)操作壓力升高至大于0.045MPa時(shí)，關(guān)閉出水抽吸泵和進(jìn)水提升泵，打開(kāi)反沖洗泵沖洗30min，關(guān)閉反沖洗泵后打開(kāi)進(jìn)水提升泵和出水抽吸泵。
全文摘要
膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制專家系統(tǒng)，屬于環(huán)境工程技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的交叉領(lǐng)域。其特征是以處理生活污水不同工況下的膜生物反應(yīng)器活性污泥混合液中膜污染因子對(duì)膜污染影響的權(quán)重與方向?yàn)橐罁?jù)，建立膜生物反應(yīng)器工藝參數(shù)調(diào)控規(guī)則，構(gòu)建膜生物反應(yīng)器膜污染優(yōu)化控制專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)膜生物反應(yīng)器膜污染惡化的預(yù)測(cè)及專家診斷，并完成自動(dòng)調(diào)控功能，從而實(shí)現(xiàn)膜污染速率的有效延緩。系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)能力，成功調(diào)控案例通過(guò)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)擴(kuò)充規(guī)則庫(kù)。本發(fā)明的效果和益處在于能夠有效延長(zhǎng)膜組件壽命、減少化學(xué)藥劑用量，降低運(yùn)行成本；膜污染的有效控制可使膜生物反應(yīng)器工藝更適應(yīng)于國(guó)情，促進(jìn)節(jié)水事業(yè)的發(fā)展。
文檔編號(hào)C02F3/12GK101609309SQ200910012528
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月11日
發(fā)明者劉鵬宵, 張捍民, 楊鳳林, 陳志奎, 瑩 陶 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)