專利名稱:活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種污水處理技術(shù),具體的說(shuō)是一種活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥 膨脹預(yù)測(cè)方法
背景技術(shù):
隨著城市化進(jìn)程的不斷加快和工業(yè)的飛速發(fā)展,我國(guó)城市污水和工業(yè)污水的排放 量逐年增加,水污染防治形勢(shì)異常嚴(yán)峻。污水處理廠作為水污染防治體系的核心,扮演著十 分重要的角色。減少污水處理廠異常工況特別是嚴(yán)重異常工況的發(fā)生,保證其可靠穩(wěn)定的 運(yùn)行,對(duì)資源可持續(xù)利用以及環(huán)境保護(hù)都有著重要意義。污泥膨脹是活性污泥工藝污水處理廠面臨的最嚴(yán)重異常工況之一,被稱為“活性 污泥工藝的癌癥”?;钚晕勰喙に囀悄壳皯?yīng)用最為廣泛的污水處理工藝,我國(guó)約96 %的城市 污水處理廠和大部分的工業(yè)污水處理廠均采用活性污泥工藝,該工藝通過(guò)微生物(活性污 泥)氧化分解污水中的有機(jī)物,從而使污水得到凈化。該工藝自問(wèn)世以來(lái),污泥膨脹就一直 是制約其發(fā)展的最大難題,嚴(yán)重影響著污水處理廠的正常運(yùn)行。污泥膨脹危害嚴(yán)重且發(fā)生頻繁,由此每年造成的損失是驚人的。污泥膨脹一旦發(fā) 生,將直接導(dǎo)致污泥沉降性能迅速惡化,污水固液分離效果差,污泥易隨出水流失,嚴(yán)重影 響出水水質(zhì),從而破壞污水處理工藝的正常運(yùn)行。圖l(a)、l(b)給出了某城市污水處理廠正常狀態(tài)與污泥膨脹時(shí)的活性污泥對(duì)比 情況。污泥膨脹主要是由絲狀菌的過(guò)度繁殖引起的,其基本特征是污泥沉淀性能惡化,具體 表現(xiàn)為絲狀菌數(shù)量多、污泥結(jié)構(gòu)松散不密實(shí)、泡沫多。污泥膨脹有三個(gè)顯著特點(diǎn)(1)發(fā)生率極高。歐洲各國(guó)約有50%,美國(guó)約有60%的污水處理廠每年都發(fā)生污 泥膨脹,我國(guó)情況更加嚴(yán)重,幾乎所有的污水處理廠都存在不同程度的污泥膨脹問(wèn)題。(2)發(fā)生普遍。在各種類型的活性污泥工藝如A/0工藝、SBR工藝以及氧化溝等工 藝中都存在污泥膨脹問(wèn)題。(3)危害嚴(yán)重,難于控制。污泥膨脹發(fā)生一般只要2-3天,而恢復(fù)正常卻要3倍泥 齡以上的時(shí)間(10-30天),它不僅使污泥流失,出水超標(biāo),而且還大大降低處理能力,甚至 導(dǎo)致整個(gè)工藝過(guò)程的失敗。我國(guó)污水處理行業(yè)有著自己的國(guó)情和特點(diǎn),使得國(guó)內(nèi)污水處理廠污泥膨脹的現(xiàn)象 更加嚴(yán)重。這些特點(diǎn)主要包括(1)國(guó)內(nèi)城市管網(wǎng)建設(shè)大都采用雨污合流制,入水成分比較復(fù)雜,入水負(fù)荷波動(dòng)頻 繁且波動(dòng)幅度大;(2)部分企業(yè)經(jīng)常將不達(dá)標(biāo)的工業(yè)污水直接排放,這在一定程度上都增加了污泥 膨脹發(fā)生的可能性。(3)由于資金缺乏,國(guó)內(nèi)污水處理廠的儀表配置比較少,檢測(cè)能力比較弱,許多關(guān) 鍵水質(zhì)參數(shù)不能在線測(cè)量,加大了污泥膨脹的預(yù)測(cè)難度。
由于我國(guó)缺少對(duì)污泥膨脹的研究與實(shí)踐,所以污泥膨脹預(yù)測(cè)研究與應(yīng)用的需求尤 為迫切。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處,本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種反應(yīng) 迅速、行之有效的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明一種活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法包括以下步驟建立污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù);通過(guò)專家知識(shí)對(duì)關(guān)鍵離線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)當(dāng)前工況進(jìn)行簡(jiǎn)單分類;針對(duì)不同工況進(jìn)行相應(yīng)的處理。
所述建立污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)包括收集初始數(shù)據(jù)集通過(guò)自控系統(tǒng)記錄存儲(chǔ)的過(guò)程歷史數(shù)據(jù)獲得污泥膨脹征兆數(shù)據(jù) 庫(kù)的初始數(shù)據(jù)集,污泥膨脹已經(jīng)發(fā)生或即將發(fā)生前一段時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)集;確定數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)_污泥膨脹征兆屬性通過(guò)掌握的專家知識(shí)對(duì)污水處理過(guò)程數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析,其中能夠動(dòng)態(tài)反映污泥膨脹征兆信息的以下在線過(guò)程數(shù)據(jù)作為污泥膨脹征兆屬 性,包括可以反映了微生物的數(shù)量、監(jiān)測(cè)絲狀菌和非絲狀菌的數(shù)量和繁殖速度的污泥濃度; 表征出水水質(zhì)情況和處理效率,間接反映微生物的生長(zhǎng)狀態(tài)和污水凈化效率的出水化學(xué)需 氧量;污泥膨脹的誘發(fā)因素即溶解氧濃度、入水負(fù)荷比、入水流量、入水化學(xué)需氧量濃度和 PH值;影響微生物生長(zhǎng)速率的溫度。所述關(guān)鍵離線數(shù)據(jù)包括定性數(shù)據(jù)和定量化驗(yàn)數(shù)據(jù)中的污泥沉降指數(shù),其中定性數(shù) 據(jù)包括通過(guò)顯微鏡觀測(cè)到的絲狀菌數(shù)量的多或少、肉眼觀測(cè)到的污泥結(jié)構(gòu)松散或密實(shí)以及 泡沫數(shù)量的多或少。所述通過(guò)專家知識(shí)對(duì)關(guān)鍵離線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)當(dāng)前工況進(jìn)行簡(jiǎn)單分類包括以下 幾類按照污泥膨脹發(fā)生可能性的大小將當(dāng)前工況分為無(wú)污泥膨脹可能、很可能污泥 膨脹和不確定三類,其中無(wú)污泥膨脹可能是指污泥沉降指數(shù)小于100mg/L、污泥結(jié)構(gòu)密實(shí)或 者絲狀菌數(shù)量少并且泡沫數(shù)量少;很可能污泥膨脹是指污泥沉降指數(shù)大于130mg/L、污泥 結(jié)構(gòu)松散或者絲狀菌數(shù)量多并且泡沫數(shù)量多;不確定是指無(wú)污泥膨脹可能和很可能污泥膨 脹以外的工況。所述針對(duì)不同工況進(jìn)行相應(yīng)的處理包括(a)當(dāng)前工況為“很可能污泥膨脹”時(shí),轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)模塊,當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)未記錄相似 的征兆信息時(shí),將當(dāng)前的污泥膨脹征兆信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù);(b)當(dāng)前工況為“無(wú)污泥膨脹可能”時(shí),預(yù)測(cè)4-6小時(shí)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)明顯的污泥膨脹 征兆;(c)當(dāng)前工況為“不確定”時(shí),對(duì)污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行征兆匹配和檢索,判斷是 否有污泥膨脹發(fā)生可能。所述數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)包括當(dāng)出現(xiàn)“很可能污泥膨脹”工況時(shí),計(jì)算當(dāng)前污泥膨脹征兆 相似度,判斷污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)中是否已記錄當(dāng)前的污泥膨脹征兆,采用最近相鄰定義相似度函數(shù),用來(lái)表征污泥膨脹征兆的相似程度。所述相似度函數(shù)為
權(quán)利要求
一種活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于包括以下步驟建立污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù);通過(guò)專家知識(shí)對(duì)關(guān)鍵離線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)當(dāng)前工況進(jìn)行簡(jiǎn)單分類;針對(duì)不同工況進(jìn)行相應(yīng)的處理。
2.按權(quán)利要求1所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 所述建立污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)包括收集初始數(shù)據(jù)集通過(guò)自控系統(tǒng)記錄存儲(chǔ)的過(guò)程歷史數(shù)據(jù)獲得污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)的 初始數(shù)據(jù)集,污泥膨脹已經(jīng)發(fā)生或即將發(fā)生前一段時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)集;確定數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)_污泥膨脹征兆屬性通過(guò)掌握的專家知識(shí)對(duì)污水處理過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析,其中能夠動(dòng)態(tài)反映污泥膨脹征兆信息的以下在線過(guò)程數(shù)據(jù)作為污泥膨脹征兆屬性, 包括可以反映了微生物的數(shù)量、監(jiān)測(cè)絲狀菌和非絲狀菌的數(shù)量和繁殖速度的污泥濃度;表 征出水水質(zhì)情況和處理效率,間接反映微生物的生長(zhǎng)狀態(tài)和污水凈化效率的出水化學(xué)需氧 量;污泥膨脹的誘發(fā)因素即溶解氧濃度、入水負(fù)荷比、入水流量、入水化學(xué)需氧量濃度和PH 值;影響微生物生長(zhǎng)速率的溫度。
3.按權(quán)利要求1所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 所述關(guān)鍵離線數(shù)據(jù)包括定性數(shù)據(jù)和定量化驗(yàn)數(shù)據(jù)中的污泥沉降指數(shù),其中定性數(shù)據(jù)包括通 過(guò)顯微鏡觀測(cè)到的絲狀菌數(shù)量的多或少、肉眼觀測(cè)到的污泥結(jié)構(gòu)松散或密實(shí)以及泡沫數(shù)量 的多或少。
4.按權(quán)利要求1所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 所述通過(guò)專家知識(shí)對(duì)關(guān)鍵離線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)當(dāng)前工況進(jìn)行簡(jiǎn)單分類包括以下幾類按照污泥膨脹發(fā)生可能性的大小將當(dāng)前工況分為無(wú)污泥膨脹可能、很可能污泥膨脹 和不確定三類,其中無(wú)污泥膨脹可能是指污泥沉降指數(shù)小于100mg/L、污泥結(jié)構(gòu)密實(shí)或者絲 狀菌數(shù)量少并且泡沫數(shù)量少;很可能污泥膨脹是指污泥沉降指數(shù)大于130mg/L、污泥結(jié)構(gòu) 松散或者絲狀菌數(shù)量多并且泡沫數(shù)量多;不確定是指無(wú)污泥膨脹可能和很可能污泥膨脹以 外的工況。
5.按權(quán)利要求1所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 所述針對(duì)不同工況進(jìn)行相應(yīng)的處理包括(a)當(dāng)前工況為“很可能污泥膨脹”時(shí),轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)模塊,當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)未記錄相似的征 兆信息時(shí),將當(dāng)前的污泥膨脹征兆信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù);(b)當(dāng)前工況為“無(wú)污泥膨脹可能”時(shí),預(yù)測(cè)4-6小時(shí)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)明顯的污泥膨脹征兆;(c)當(dāng)前工況為“不確定”時(shí),對(duì)污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行征兆匹配和檢索,判斷是否有 污泥膨脹發(fā)生可能。
6.按權(quán)利要求5所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 所述數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)包括當(dāng)出現(xiàn)“很可能污泥膨脹”工況時(shí),計(jì)算當(dāng)前污泥膨脹征兆相似度, 判斷污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)中是否已記錄當(dāng)前的污泥膨脹征兆,采用最近相鄰定義相似度函 數(shù),用來(lái)表征污泥膨脹征兆的相似程度。
7.按權(quán)利要求6所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 所述相似度函數(shù)為
8.按權(quán)利要求6所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 判斷污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)中是否已記錄當(dāng)前的污泥膨脹征兆采用以下步驟當(dāng)當(dāng)前當(dāng)前污泥膨脹征兆與污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的最大相似度大于等于相似度 函數(shù)閾值即SIMmax ^ thread時(shí),說(shuō)明污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)中已儲(chǔ)存了與當(dāng)前征兆相似的信 息,不需要再存儲(chǔ)當(dāng)前征兆;當(dāng)當(dāng)前當(dāng)前污泥膨脹征兆與污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的最大相似度小于相似度函數(shù) 閾值即SIMmax < thread時(shí),說(shuō)明征兆數(shù)據(jù)庫(kù)中未儲(chǔ)存與當(dāng)前征兆相似的信息,將當(dāng)前征兆 信息增加到征兆數(shù)據(jù)庫(kù)中。
9.按權(quán)利要求5所述的活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,其特征在于 當(dāng)前工況為“不確定”時(shí),對(duì)污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行征兆匹配和檢索,判斷是否有污泥膨 脹發(fā)生可能包括以下步驟當(dāng)出現(xiàn)“不確定”工況時(shí),采用最近相鄰策略進(jìn)行征兆的匹配和檢索,當(dāng)前征兆R(shí)與征 兆數(shù)據(jù)庫(kù)第i條征兆R(shí)i的距離為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活性污泥工藝污水處理過(guò)程污泥膨脹預(yù)測(cè)方法,包括建立污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù);通過(guò)專家知識(shí)對(duì)關(guān)鍵離線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,對(duì)當(dāng)前工況進(jìn)行簡(jiǎn)單分類;針對(duì)不同工況進(jìn)行相應(yīng)的處理;所述建立污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)包括收集初始數(shù)據(jù)集通過(guò)自控系統(tǒng)記錄存儲(chǔ)的過(guò)程歷史數(shù)據(jù)獲得污泥膨脹征兆數(shù)據(jù)庫(kù)的初始數(shù)據(jù)集;確定數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)-污泥膨脹征兆屬性通過(guò)掌握的專家知識(shí)對(duì)污水處理過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,能夠動(dòng)態(tài)反映污泥膨脹征兆信息的在線過(guò)程數(shù)據(jù)作為污泥膨脹征兆屬性。本發(fā)明方法結(jié)合專家知識(shí)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法,綜合分析定性與定量數(shù)據(jù),離線與在線數(shù)據(jù),準(zhǔn)確預(yù)測(cè)污泥膨脹,減少污泥膨脹發(fā)生頻率,保證污水處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,降低系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。
文檔編號(hào)C02F3/28GK101993146SQ200910013440
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者于廣平, 滕琳琳, 王景揚(yáng), 苑明哲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所