優(yōu)化的cast生活污水污泥減量化控制系統(tǒng)及工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制系統(tǒng)及工作方法，通過(guò)主控計(jì)算機(jī)與控制設(shè)備的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了CAST系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)生活污水處理過(guò)程中的污泥減量化目標(biāo)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)不僅可以處理污泥濃度上升時(shí)的參數(shù)設(shè)置，也可以處理當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)污泥減量時(shí)的參數(shù)設(shè)置，保證反應(yīng)池內(nèi)的污泥量與污泥濃度處在一個(gè)平衡穩(wěn)定的水平。
【專利說(shuō)明】?jī)?yōu)化的CAST生活污水污泥減量化控制系統(tǒng)及工作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生活污水污泥減量化處理領(lǐng)域，尤其涉及一種CAST控制系統(tǒng)及其工 作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 活性污泥法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外使用最多的一種污水處理技術(shù)，常規(guī)活性污泥工藝除了 氮和磷的去除不易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)外，另一個(gè)主要的缺點(diǎn)是剩余污泥產(chǎn)量大。在污水生物處 理過(guò)程中所產(chǎn)生的大量剩余活性污泥的處理處置，需要經(jīng)分離、穩(wěn)定、脫水、消化、及轉(zhuǎn)運(yùn)填 埋或焚燒處置等步驟，因此需要消耗大量的基建投資費(fèi)用和高昂的運(yùn)行管理費(fèi)用；污泥從 處理到最終處置，所需費(fèi)用約為污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的40 % (烘干Γ65 % (焚燒)。另外 污泥的最終處置常采用填埋、填海或農(nóng)業(yè)堆肥。但隨著可用土地的減少，以及公眾健康影響 的考慮，以及農(nóng)業(yè)應(yīng)用的限制等，污泥的最終處置越來(lái)越困難，并且處置不當(dāng)很可能對(duì)生態(tài) 環(huán)境造成二次污染，因此研究有效實(shí)用的污泥減量化技術(shù)與控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。
[0003] CAST工藝是循環(huán)式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，又稱為周期循環(huán)活性污泥工藝 CASS (Cyclic Activated Sludge System)。整個(gè)工藝在一個(gè)反應(yīng)器中完成，工藝按"進(jìn)水一 出水"、"曝氣一非曝氣"順序進(jìn)行，屬于序批式活性污泥工藝。CAST工藝每一周期由進(jìn)水一 曝氣一沉淀一撇水一閑置五個(gè)階段組成，并不斷重復(fù)。循環(huán)開(kāi)始時(shí)，由于充水，池中的水位 由最低水位開(kāi)始上升，反應(yīng)池同時(shí)進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)階段；在曝氣階段，反應(yīng)池始終處于好氧狀 態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入沉淀階段，反應(yīng)池逐漸由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)，同時(shí)活性污泥進(jìn)行絮凝 沉淀；沉淀完成后，由移動(dòng)式撇水堰排出上清液，同時(shí)水位下降至所設(shè)定的最低水位，完成 一個(gè)周期。整體系統(tǒng)的厭氧、好氧、缺氧狀態(tài)的循環(huán)反復(fù)可以保證有機(jī)物的降解、以及生物 除磷脫氮的實(shí)現(xiàn)。為保證反應(yīng)池中合適的污泥濃度，需根據(jù)產(chǎn)生的污泥濃度排除剩余污泥， 排泥通常在沉淀階段結(jié)束后進(jìn)行。
[0004] 現(xiàn)今CAST工藝在水處理及污泥處理過(guò)程中仍然存在一定的缺陷和問(wèn)題，如運(yùn)行 過(guò)程中參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化控制、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等仍需進(jìn)一步探索，另外還存在可能的污泥 膨脹，或者由于污泥齡較長(zhǎng)、排泥量減少導(dǎo)致的除磷能力下降等問(wèn)題。雖然通常情況下CAST 反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率系數(shù)在0. l~〇. 2kgB0D5Akg MLSS ·(!)，相對(duì)小于其它污水處理工藝，但污 泥處置仍是其亟待解決的主要問(wèn)題之一。
[0005] 目前國(guó)內(nèi)常規(guī)的CAST工藝采用傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)，如圖1所示，通過(guò)主控計(jì)算 機(jī)下達(dá)指令到各個(gè)執(zhí)行部件上的控制設(shè)備，控制設(shè)備將主控計(jì)算機(jī)的控制指令轉(zhuǎn)換為當(dāng)前 執(zhí)行設(shè)備的操作指令，控制執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行操作。同時(shí)控制設(shè)備采集附近的傳感器所獲取的 數(shù)據(jù)，匯總后傳輸?shù)街骺赜?jì)算機(jī)上。主控計(jì)算機(jī)根據(jù)采集所得的數(shù)據(jù)，在設(shè)定好的數(shù)學(xué)模型 下進(jìn)行計(jì)算，獲得下一組操作命令。這種控制方式優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，缺點(diǎn)是 控制不是很靈活，無(wú)法適用于異?，F(xiàn)象。而且經(jīng)典CAST工藝中，污泥濃度是隨著水處理過(guò) 程而不斷上升的，因此沒(méi)有做污泥濃度降低方面的控制研究，因此其PID控制系統(tǒng)無(wú)法處 理污泥濃度下降的情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制 系統(tǒng)，通過(guò)進(jìn)行各工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)生活污水處理污泥減量化，且進(jìn)一步提升CAST工藝 的自動(dòng)化水平，提高CAST控制的效果，并實(shí)現(xiàn)污泥減量時(shí)的自動(dòng)控制。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控 制系統(tǒng)，包括通過(guò)管道依次連接的進(jìn)水槽、反應(yīng)池和出水槽，所述反應(yīng)池包括生物選擇區(qū)和 主反應(yīng)區(qū)，所述控制系統(tǒng)還包括：傳感器，所述傳感器包括水位傳感器、溫度計(jì)和流量計(jì)； 執(zhí)行設(shè)備，所述執(zhí)行設(shè)備包括管道控制閥、曝氣器、攪拌器和潷水器；控制設(shè)備，所述控制設(shè) 備與傳感器和執(zhí)行設(shè)備電連接，所述執(zhí)行設(shè)備與所述控制設(shè)備為一一對(duì)應(yīng)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 板，所述控制設(shè)備與所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行通信連接；主控計(jì)算機(jī)，所述神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)控制板與所述主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接；離線訓(xùn)練控制計(jì)算機(jī)，與所述主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行 通信連接。
[0008] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)的體積比為1:5~1:7。
[0009] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述管道控制閥設(shè)置于與所述反應(yīng)池相連的管道 上，用于控制管道的開(kāi)閉；所述流量計(jì)設(shè)置于所述管道控制閥上，用于監(jiān)測(cè)管道流量；所述 攪拌器設(shè)置于所述反應(yīng)池的內(nèi)部，所述潷水器設(shè)置于所述反應(yīng)池內(nèi)靠近出水槽的一端；所 述曝氣器設(shè)置于所述反應(yīng)池的外部并通過(guò)管道與反應(yīng)池連接，向反應(yīng)池中輸入空氣；所述 水位傳感器和溫度計(jì)設(shè)置于反應(yīng)池內(nèi)液面下方。
[0010] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述控制系統(tǒng)還包括污泥池，與所述反應(yīng)池通過(guò)管 道連接，所述污泥池與反應(yīng)池之間設(shè)置污泥回流泵；所述進(jìn)水槽與所述反應(yīng)池之間設(shè)置污 水提升泵。
[0011] 進(jìn)水槽中的污水通過(guò)污水提升泵進(jìn)入生物選擇區(qū)，主反應(yīng)區(qū)的污泥進(jìn)入污泥池， 然后部分污泥經(jīng)污泥回流泵回流至生物選擇區(qū)與污水進(jìn)行混合，同時(shí)利用攪拌器進(jìn)行緩速 攪拌，一方面有利于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)并提高污泥活性，抑制污泥膨脹；另一方面，活性污 泥通過(guò)快速的吸附吸收，可提高對(duì)易降解有機(jī)物的去除效率，縮短反應(yīng)時(shí)間，加速反應(yīng)進(jìn) 程。
[0012] 本發(fā)明同時(shí)提供一種基于上述優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制系統(tǒng)的 工作方法，包括以下步驟： 1)進(jìn)水階段：進(jìn)水槽中的污水通過(guò)污水提升泵進(jìn)入生物選擇區(qū)，主反應(yīng)區(qū)的污泥進(jìn)入 污泥池，然后部分污泥經(jīng)污泥回流泵回流至生物選擇區(qū)與污水進(jìn)行混合，同時(shí)利用攪拌器 進(jìn)行緩速攪拌，所述污泥回流比為7-9% ;進(jìn)水0. 5h后開(kāi)始曝氣，曝氣強(qiáng)度為2500m3 ΑΓ3500 m3 /h。
[0013] 2)曝氣階段：對(duì)進(jìn)入到主反應(yīng)區(qū)的污水繼續(xù)進(jìn)行l(wèi)~2h的曝氣，曝氣強(qiáng)度為 2500m 3 /1Γ3500 m3 /h，本階段主反應(yīng)區(qū)的氧化還原電位為-15(Γ+1 OOmv，溶解氧濃度為 1. 0?3. Omg/L ; 3)沉降潷水與閑置階段：靜置沉淀，泥水分離，將上清液通過(guò)主反應(yīng)區(qū)末端的潷水器 排出池外，部分剩余污泥進(jìn)入污泥池并通過(guò)污泥回流泵回到生物選擇區(qū)。
[0014] 本工藝進(jìn)行優(yōu)化控制后的流程：在傳統(tǒng)的CAST工藝流程控制基礎(chǔ)上，為達(dá)到污泥 減量的效果，我們主要對(duì)污水處理過(guò)程中的各項(xiàng)控制參數(shù)進(jìn)行整體優(yōu)化。所要控制的參數(shù) 有曝氣強(qiáng)度、曝氣時(shí)間、溶解氧DO、氧化還原電位ORP、污泥濃度MLSS、污泥齡SRT。單池反 應(yīng)周期為4~6h，其中進(jìn)水和曝氣共2~3h，沉淀lh，潷水和排泥共l~2h，但不設(shè)置閑置階段。
[0015] 進(jìn)水階段，按下啟動(dòng)按鈕，開(kāi)始進(jìn)水，進(jìn)水時(shí)間控制在〇.5~lh，保證較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)水， 能夠使系統(tǒng)中的污泥產(chǎn)率降低。此過(guò)程污水與回流污泥（回流比7-9%)在生物選擇區(qū)進(jìn)行 攪拌混合。曝氣階段：當(dāng)進(jìn)水〇.5h后，啟動(dòng)曝氣器，對(duì)主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行曝氣。實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)將 氧化還原電位（0RP)控制在-15(T+100mV，從而調(diào)節(jié)曝氣強(qiáng)度為250(T3500m 3/h，曝氣1?2h， 控制溶解氧（DO)濃度在1~2. 5mg/L，以有利于同步硝化反硝化以及磷的好氧吸收，確保脫 氮除磷效率。主反應(yīng)區(qū)的污泥濃度MLSS控制在350(T4500mg/L，并通過(guò)控制污泥濃度和排 泥的時(shí)間去調(diào)整污泥齡SRT，在本工藝中，為取得良好的污泥減量效果，重點(diǎn)對(duì)污泥齡SRT 和污泥回流比進(jìn)行調(diào)控，經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SRT控制在30?60 d，污泥回流比控制在7-9%時(shí) 能夠顯著降低污泥凈產(chǎn)率系數(shù)，達(dá)到有效降低污泥產(chǎn)量的目的。本工藝中，在主反應(yīng)區(qū)通過(guò) 對(duì)各項(xiàng)條件的綜合控制，能夠優(yōu)化培養(yǎng)基質(zhì)利用率高，增值速度低的微生物群落，從而促進(jìn) 污泥減量。沉降用時(shí)lh，沉降結(jié)束后開(kāi)始排泥，清水通過(guò)潷水器排出池外，潷水、排泥和閑置 (lOmin)共用時(shí)1?2h。
[0016] 所述離線訓(xùn)練控制計(jì)算機(jī)是獨(dú)立于主控計(jì)算機(jī)的計(jì)算與存儲(chǔ)設(shè)備。各個(gè)環(huán)節(jié)上多 路傳感器信號(hào)通過(guò)控制設(shè)備和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板上傳到主控計(jì)算機(jī)后，由主控計(jì)算機(jī)批量發(fā) 送到離線訓(xùn)練計(jì)算機(jī)上。在離線訓(xùn)練控制計(jì)算機(jī)上做深度的大數(shù)據(jù)計(jì)算，對(duì)當(dāng)前各個(gè)控制 設(shè)備上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整計(jì)算完成后，再批量將這些新參數(shù)通過(guò)主控計(jì)算機(jī) 一次性下發(fā)到各個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板中。本發(fā)明的這種設(shè)計(jì)，能夠有效解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練計(jì) 算時(shí)間長(zhǎng)的實(shí)際工程問(wèn)題，不會(huì)因?yàn)橛?xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而拖垮主控計(jì)算機(jī)。
[0017] 控制系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板是附加在各個(gè)端點(diǎn)的控制設(shè)備上的。所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控 制板可以接受主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令與數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，獲得 當(dāng)前設(shè)備的控制指令，再控制控制閥、曝氣器、攪拌器、漥水器等執(zhí)行設(shè)備的核心參數(shù)(如工 作時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、流量參數(shù)等)。這種獨(dú)立計(jì)算的分布式控制，使得各個(gè)控制設(shè)備具有一定 的局部自我優(yōu)化與適應(yīng)能力。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板可以根據(jù)主控計(jì)算機(jī)的指令，升級(jí)自己 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算參數(shù)，通過(guò)不斷調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)自我優(yōu)化。
[0018] 所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板優(yōu)選為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板，實(shí)現(xiàn)對(duì)于一些關(guān)鍵參數(shù)的預(yù)測(cè) 模型控制（Model Precision Control，即MPC模式)。主要過(guò)程是，在CAST設(shè)備調(diào)整階段， 網(wǎng)絡(luò)控制板與既有的傳感器系統(tǒng)以及控制設(shè)備相互連接，以時(shí)間序列方式記錄系統(tǒng)的輸入 輸出參數(shù)和人工調(diào)試的參數(shù)變更過(guò)程，并將所有數(shù)據(jù)上傳到主控制服務(wù)器中。在主控制服 務(wù)器中建立一個(gè)基于3層7個(gè)中心節(jié)點(diǎn)的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用所采集的數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn) 行離線訓(xùn)練，使得該模型具有對(duì)于當(dāng)前輸入與（N+1)分鐘輸出參數(shù)的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)關(guān)系的預(yù)測(cè) 計(jì)算能力。在整個(gè)CAST系統(tǒng)調(diào)試完成后，將訓(xùn)練好的RBF模型轉(zhuǎn)換為快速計(jì)算代碼，下發(fā) 到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制板中。在正常運(yùn)行過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)控制板將從當(dāng)前輸入?yún)?shù)中快速計(jì)算得出 (N+1)分鐘后預(yù)測(cè)輸出參數(shù)的情況，并將該數(shù)據(jù)反饋給主控計(jì)算機(jī)。如該預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)在（N+1) 分鐘后與實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差在設(shè)定范圍內(nèi)，則仍采用當(dāng)前的控制模式。如預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù) 據(jù)的誤差超出范圍，則由主控計(jì)算機(jī)從既有控制規(guī)則庫(kù)中調(diào)整控制方案，并自動(dòng)向控制人 員提出預(yù)警，請(qǐng)求人工干預(yù)。采用MPC模式，能夠更好地提升整個(gè)CAST系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性， 避免控制系統(tǒng)在非預(yù)測(cè)環(huán)境改變時(shí)發(fā)生偏離現(xiàn)象，同時(shí)能夠?yàn)檫\(yùn)行過(guò)程提供更有效地在線 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集，為控制方案的優(yōu)化提供必備的條件。
[0019] 本發(fā)明的有益效果為： (1) 采用MPC控制模式，能夠更好地提升整個(gè)CAST系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，本控制系統(tǒng)不僅 可以處理污泥上升時(shí)的參數(shù)設(shè)置，也可以處理當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)污泥減量時(shí)的參數(shù)設(shè)置，保證反 應(yīng)池內(nèi)的污泥處在一個(gè)平衡穩(wěn)定的水平； (2) 主控計(jì)算機(jī)的指令由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算，形成一種分布式控制系統(tǒng)，且 通過(guò)離線訓(xùn)練控制計(jì)算機(jī)的設(shè)置，使得整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度顯著提高，并 可以通過(guò)傳感器和執(zhí)行設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)反應(yīng)池內(nèi)的狀況； (3) 同時(shí)工藝流程更加清晰、調(diào)控操作系統(tǒng)更加方便快捷，通過(guò)改進(jìn)CAST工藝以及操 作控制系統(tǒng)，大大提高了自動(dòng)化能力，使改進(jìn)后的裝置不僅在污水處理上水質(zhì)能夠達(dá)到出 水標(biāo)準(zhǔn)，而且更重要的是能夠使產(chǎn)生的剩余污泥量大大降低，降低了后續(xù)污泥處理處置的 費(fèi)用，而且不會(huì)造成由于剩余污泥減少所導(dǎo)致的出水氮磷含量超標(biāo)，具備同步污水處理水 質(zhì)達(dá)標(biāo)且氮磷含量達(dá)標(biāo)，有利于污水處理廠后期的提標(biāo)改造工作，更重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)污 泥減量化的目標(biāo)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為為現(xiàn)有技術(shù)中CAST工藝的控制系統(tǒng)模塊圖； 圖2本發(fā)明實(shí)施調(diào)控優(yōu)化所采用的CAST生活污水污泥減量化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施案例優(yōu)化的CAST生活污水污泥減量化控制系統(tǒng)的模塊圖。
[0021] 1-進(jìn)水槽，2-污水提升泵，3-反應(yīng)池，4-污泥池，5-曝氣器，6-出水槽，7-污泥回 流泵，8-攪拌器，9-潷水器。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)發(fā) 明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋發(fā)明，并不用于 限定發(fā)明。
[0023] 本發(fā)明是基于某污水處理廠采用CAST工藝處理生活污水所進(jìn)行的污泥減量化實(shí) 踐研究。如圖2所示，CAST控制系統(tǒng)包括通過(guò)管道依次連接的進(jìn)水槽1、反應(yīng)池3和出水槽 6。進(jìn)水槽1與反應(yīng)池3之間設(shè)置污水提升泵2。CAST反應(yīng)池分為A、B二個(gè)區(qū)域：A即為生 物選擇區(qū)，B為主反應(yīng)區(qū)，二個(gè)區(qū)域的體積比約為1:5~1:7,本實(shí)施例優(yōu)選為1:6。
[0024] 反應(yīng)池3內(nèi)設(shè)有傳感器，包括水位傳感器、溫度計(jì)和流量計(jì)。本控制系統(tǒng)還包括執(zhí) 行設(shè)備，包括管道控制閥、曝氣器5、攪拌器8和潷水器9。管道控制閥設(shè)置于與反應(yīng)池3相 連的管道上，用于控制管道的開(kāi)閉；流量計(jì)設(shè)置于管道控制閥上，用于監(jiān)測(cè)管道流量；攪拌 器8設(shè)置于反應(yīng)池3的內(nèi)部，潷水器9設(shè)置于反應(yīng)池3內(nèi)靠近出水槽6的一端。水位傳感 器和溫度計(jì)設(shè)置于反應(yīng)池3內(nèi)液面下方。
[0025] 控制系統(tǒng)還包括污泥池4,與反應(yīng)池3通過(guò)管道連接，污泥池4與反應(yīng)池3之間設(shè) 置污泥回流泵7。
[0026] 進(jìn)水槽1中的污水通過(guò)污水提升泵2進(jìn)入生物選擇區(qū)A，主反應(yīng)區(qū)B的污泥進(jìn)入污 泥池4,然后部分污泥經(jīng)污泥回流泵7回流至生物選擇區(qū)A與污水進(jìn)行混合，同時(shí)利用攪拌 器8進(jìn)行緩速攪拌，一方面有利于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)并提高污泥活性，抑制污泥膨脹；另一 方面，活性污泥通過(guò)快速的物化吸附過(guò)程，以達(dá)到提高菌群對(duì)易降解有機(jī)物的去除效率，縮 短反應(yīng)時(shí)間，加速反應(yīng)進(jìn)程。潷水器9的作用是在泥水分離后，將上清液通過(guò)潷水器9排出 反應(yīng)池3外。
[0027] 參見(jiàn)圖3,離線訓(xùn)練控制計(jì)算機(jī)是獨(dú)立于主控計(jì)算機(jī)的計(jì)算與存儲(chǔ)設(shè)備。各個(gè)環(huán)節(jié) 上多路傳感器信號(hào)通過(guò)控制設(shè)備和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板上傳到主控計(jì)算機(jī)后，由主控計(jì)算機(jī)批 量發(fā)送到離線訓(xùn)練計(jì)算機(jī)上。在離線訓(xùn)練控制計(jì)算機(jī)上做深度的大數(shù)據(jù)計(jì)算，對(duì)當(dāng)前各個(gè) 控制設(shè)備上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整計(jì)算完成后，再批量將這些新參數(shù)通過(guò)主控計(jì) 算機(jī)一次性下發(fā)到各個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板中。本發(fā)明的這種設(shè)計(jì)，能夠有效解決神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn) 練計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的實(shí)際工程問(wèn)題，不會(huì)因?yàn)橛?xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而拖垮主控計(jì)算機(jī)。
[0028] 控制系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板是附加在各個(gè)端點(diǎn)的控制設(shè)備上的。所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控 制板可以接受主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令與數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，獲得 當(dāng)前設(shè)備的控制指令，再控制控制閥、曝氣器、攪拌器、漥水器等執(zhí)行設(shè)備的核心參數(shù)(如工 作時(shí)間、曝氣強(qiáng)度、流量參數(shù)等)。這種獨(dú)立計(jì)算的分布式控制，使得各個(gè)控制設(shè)備具有一定 的局部自我優(yōu)化與適應(yīng)能力。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板可以根據(jù)主控計(jì)算機(jī)的指令，升級(jí)自己 的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算參數(shù)，通過(guò)不斷調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)自我優(yōu)化。
[0029] 下面以一具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明控制系統(tǒng)的工作過(guò)程：揚(yáng)中某污水處理廠，采 用運(yùn)行周期為4h的CAST工藝，本發(fā)明在其工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化控制關(guān)鍵參數(shù)，成功實(shí) 現(xiàn)了污泥減量，具體運(yùn)行方式如下：首先污水通過(guò)污水提升泵進(jìn)入CAST反應(yīng)池，該反應(yīng)池 長(zhǎng)寬高的尺寸為41m*17m*5m，容積為3485m 3,折流墻將其分為2個(gè)主體部分：生物選擇區(qū)和 主反應(yīng)區(qū)，2個(gè)區(qū)域的體積比為1:6。進(jìn)水流量為1000m3/h。
[0030] 首先污水通過(guò)提升泵進(jìn)入生物選擇區(qū)，回流比為8%的剩余污泥通過(guò)污泥回流泵 輸送到生物選擇區(qū)，并在攪拌器的作用下混勻。進(jìn)水0. 5h內(nèi)不進(jìn)行曝氣，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)池內(nèi) 的厭氧狀態(tài)，主要促進(jìn)厭氧釋磷和強(qiáng)化反硝化脫氮。進(jìn)水〇.5h后主反應(yīng)區(qū)開(kāi)始曝氣。通過(guò) 溶解氧測(cè)定儀測(cè)定溶解氧，濃度控制在1. (Γ3. Omg/L ;進(jìn)水共歷時(shí)lh。停止進(jìn)水后，在主反 應(yīng)區(qū)內(nèi)繼續(xù)曝氣，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)污水中氧化還原電位，調(diào)控曝氣強(qiáng)度在250(T3500m 3/h，曝 氣歷時(shí)1. 5h。主反應(yīng)區(qū)的曝氣分成2個(gè)階段：進(jìn)水曝氣和停止進(jìn)水后強(qiáng)化曝氣階段，2個(gè)階 段曝氣強(qiáng)度可以進(jìn)行微調(diào)。初期調(diào)控強(qiáng)化曝氣，以降低反應(yīng)器污泥產(chǎn)率，停止進(jìn)水后曝氣以 完成有機(jī)物降解、同時(shí)使主反應(yīng)區(qū)內(nèi)溶液處于好氧狀態(tài)活性污泥內(nèi)部可處于缺氧狀態(tài)，在 主反應(yīng)區(qū)中可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化、生物除磷和污泥減量的目的。
[0031] 主反應(yīng)區(qū)的污泥濃度MLSS控制在350(T4500mg/L，合理控制排泥時(shí)間，可以有效 控制污泥齡SRT，為取得良好的污泥減量的效果，本工藝在調(diào)節(jié)上述各項(xiàng)參數(shù)的基礎(chǔ)上， 污泥回流比控制在8%左右時(shí)，可發(fā)現(xiàn)污泥增殖速度的明顯降低，當(dāng)MLSS控制在不低于 2000mg/L時(shí)，污泥齡可達(dá)到30-60d，甚至可以實(shí)現(xiàn)不排泥。同時(shí)通過(guò)以上各項(xiàng)參數(shù)的控制， 能夠在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)篩選出具有增長(zhǎng)速度慢、高效降解有機(jī)物特性的微生物種類，可以減少 污泥的產(chǎn)量，達(dá)到污泥減量的目的。主反應(yīng)區(qū)內(nèi)剩余污泥的回流采用較小的污泥回流比，控 制在8%左右。曝氣結(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)行沉降，lh后打開(kāi)潷水器進(jìn)行排水，潷水和排泥共用時(shí) lh，而后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。本工藝不設(shè)置閑置階段。
[0032] 各個(gè)環(huán)節(jié)上多路傳感器信號(hào)通過(guò)控制設(shè)備和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板上傳到主控計(jì)算機(jī) 后，由主控計(jì)算機(jī)批量發(fā)送到離線訓(xùn)練計(jì)算機(jī)上做深度的大數(shù)據(jù)計(jì)算，對(duì)當(dāng)前各個(gè)控制設(shè) 備上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；調(diào)整計(jì)算完成后，再批量將這些新參數(shù)通過(guò)主控計(jì)算機(jī)一 次性下發(fā)到各個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板中；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板接受主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令與數(shù) 據(jù)，實(shí)時(shí)地進(jìn)行獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，獲得當(dāng)前執(zhí)行設(shè)備的控制指令，然后通過(guò)控制設(shè)備對(duì) 執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
[0033] 以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。任何熟悉本領(lǐng)域 的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，未經(jīng)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制系統(tǒng)，包括通過(guò)管道依次連接的進(jìn) 水槽、反應(yīng)池和出水槽，所述反應(yīng)池包括生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，其特征在于，所述控制系 統(tǒng)還包括： 傳感器，所述傳感器包括水位傳感器、溫度計(jì)和流量計(jì)； 執(zhí)行設(shè)備，所述執(zhí)行設(shè)備包括管道控制閥、曝氣器、攪拌器和潷水器； 控制設(shè)備，所述控制設(shè)備與傳感器和執(zhí)行設(shè)備電連接，所述執(zhí)行設(shè)備與所述 控制設(shè)備為 對(duì)應(yīng)； 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板，所述控制設(shè)備與所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行通信連 接； 主控計(jì)算機(jī)，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板與所述主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接； 離線訓(xùn)練控制計(jì)算機(jī)，與所述主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述生物選擇區(qū)和主反應(yīng)區(qū)的體積比為1:5~1: 7。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述管道控制閥設(shè)置于與所述反應(yīng)池相連的管道上，所述流量計(jì)設(shè)置于所述管道控制 閥上，所述攪拌器設(shè)置于所述反應(yīng)池的內(nèi)部，所述潷水器設(shè)置于所述反應(yīng)池內(nèi)靠近出水槽 的一端，所述曝氣器設(shè)置于所述反應(yīng)池的外部并通過(guò)管道與反應(yīng)池連接，所述水位傳感器 和溫度計(jì)設(shè)置于反應(yīng)池內(nèi)液面下方。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述控制系統(tǒng)還包括污泥池，與所述反應(yīng)池通過(guò)管道連接，所述污泥池與反應(yīng)池之間設(shè) 置污泥回流泵；所述進(jìn)水槽與所述反應(yīng)池之間設(shè)置污水提升泵。
5. -種基于權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的優(yōu)化的CAST生活污水污泥減量化控制系統(tǒng) 的工作方法，其特征在于，包括以下步驟： 進(jìn)水階段：進(jìn)水槽中的污水通過(guò)污水提升泵進(jìn)入生物選擇區(qū)，主反應(yīng)區(qū)的污泥進(jìn)入污 泥池，然后部分污泥經(jīng)污泥回流泵回流至生物選擇區(qū)與污水進(jìn)行混合，同時(shí)利用攪拌器進(jìn) 行緩速攪拌，所述污泥回流比為7-9% ; 曝氣階段：隨后污水進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行l(wèi)~2h的曝氣，曝氣強(qiáng)度為2500m3/tT3500 m3/ h,本階段主反應(yīng)區(qū)的氧化還原電位為_(kāi)15(Tl00mv，溶解氧濃度為1. (Γ3. Omg/L ; 沉降潷水階段：靜置沉淀，泥水分離，將上清液通過(guò)主反應(yīng)區(qū)末端的潷水器排出池外， 部分剩余污泥進(jìn)入污泥池并通過(guò)污泥回流泵回到生物選擇區(qū)。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量控制系統(tǒng)的工作方法， 其特征在于，在生物選擇區(qū)的進(jìn)水停留時(shí)間為0. 5~1. Oh。
7. 如權(quán)利要求6所述的基于優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量控制系統(tǒng)的工作方法， 其特征在于，所述控制系統(tǒng)的污泥濃度為350(T4500mg/L。
8. 如權(quán)利要求7所述的基于優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量控制系統(tǒng)的工作方法， 其特征在于，在保證如權(quán)利7所述污泥濃度條件下，所述反應(yīng)池中的污泥齡控制在30-60 d〇
9. 如權(quán)利要求8所述的基于優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量化控制系統(tǒng)的工作方 法，其特征在于，所述反應(yīng)池的單池循環(huán)周期為4~6h，其中進(jìn)水和曝氣共2~3h，沉淀lh，潷 水和排泥共f 2h。
10.如權(quán)利要求5所述的基于優(yōu)化的CAST生活污水處理污泥減量控制系統(tǒng)的工作方 法，其特征在于，各個(gè)環(huán)節(jié)上多路傳感器信號(hào)通過(guò)控制設(shè)備和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板上傳到主控 計(jì)算機(jī)后，由主控計(jì)算機(jī)批量發(fā)送到離線訓(xùn)練計(jì)算機(jī)上做深度的大數(shù)據(jù)計(jì)算，對(duì)當(dāng)前各個(gè) 控制設(shè)備上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；調(diào)整計(jì)算完成后，再批量將這些新參數(shù)通過(guò)主控計(jì) 算機(jī)一次性下發(fā)到各個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板中；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制板接受主控計(jì)算機(jī)發(fā)送的命 令與數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地進(jìn)行獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，獲得當(dāng)前執(zhí)行設(shè)備的控制指令，然后通過(guò)控制 設(shè)備對(duì)執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
【文檔編號(hào)】G05D9/12GK104111666SQ201410273763
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】余冉, 李傳揚(yáng), 蘇文強(qiáng), 楊安康 申請(qǐng)人:楊安康, 蘇文強(qiáng), 余冉