[发明专利]膜生物反应器系统的动态控制

说明书

技术领域

本发明涉及膜生物反应器系统，并且更具体地说，涉及用于这样的系统的操作的动态控制的方法。

背景技术

膜生物反应器(MBR)系统具有优于传统的活性淤泥系统的多个优点，如很小的印痕、较好的处理水质量及没有污泥膨胀。然而，这样的系统的确具有多个问题，如把氧供给到具有高混合液浓度的生物反应器的高能量消耗、难以处理大的流入液的流量变化及低生物除磷能力。

MBR是始终达不到稳定状态的动态系统。动态因素包括：

·流入液和混合液温度的全年季节变化。

·流入液流量的日、周及季节变化。

·污染物浓度的日、周及季节变化。

·在清洗之前和之后的膜渗透性。

发明内容

本发明寻求通过提供控制算法克服以上问题的至少一些，该控制算法寻求动态地优化MBR系统的操作参数，以便减小能量消耗、以成本有效的方式处理流入液的流量变化及提高生物除磷能力。

根据一个方面，本发明提供一种控制膜生物反应器系统的操作参数的方法，该方法包括如下步骤：

a)基于在提供给膜生物反应器系统的流入液的参数值与系统最佳性能测量参数之间的关系，确定控制算法；和

b)使用确定的控制算法控制膜生物反应器系统的一个或多个操作参数。

优选地，流入液的参数包括如下的一个或多个：流入液的温度、进入系统的流入液的流量及流入液的有机负荷量。

优选地，最佳性能参数包括如下的一个或多个：污泥停留时间或污泥龄(SRT)、混合液悬浮固体浓度(MLSS)、溶解氧(DO)、食物与微生物比(F/M)、硝化速率和除磷速率。

优先地，膜生物反应器的操作参数包括到系统的充气气流和混合液循环速率。

本发明也包括用来完成控制方法的设备。

附图说明

现在参照附图仅举例描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1表示在一年期间上用于典型膜生物反应器系统的流入水温度、有氧SRT及氧供给成本变化的曲线图；

图2表示α因素相对于使用注入器和微细气泡充气的混合液悬浮固体的曲线图；

图3表示对于典型膜生物反应器系统在一年期间上的MLSS、膜循环比及循环泵送成本的曲线图；

图4a和4b分别表示在夏季和冬季操作的膜生物反应器系统的示意图，其中在冬季月份切断生物除磷；及

图5a和5b分别表示在夏季和冬季操作的膜生物反应器系统的另一个实施例的示意图，其中在冬季月份切断生物除磷。

具体实施方式

大多数生物反应速率对于水温非常敏感。例如，硝化细菌的特定生长率可描述成

μ＝μ_20CA^{temperature(温度)-20} …………………………………………(1)

其中A是温度校正系数。一般地讲，在10℃处的硝化速率只是在20℃处的一半或更小。

流入水温和混合液温度按季节变化。在北美洲、欧洲及亚洲的北部，在冬天里的流入温度可能非常冷，因而当计算混合液浓度、SRT及膜生物反应器的体积时，缓慢的硝化速率通常成为决定性因素。

尽管包括机械设备和生物反应器容积的膜生物反应器系统典型地基于最坏情形设计，但本发明寻求提供一种优化操作参数的动态控制系统，以减小操作成本和改进流出液质量。

在典型膜生物反应器系统中，假定流入液生物化学耗氧(BOD)＝200mg/l、总凯氏氮(Total Kjeldahl Nitrogen(TKN))＝45mg/l及总悬浮固体(TSS)＝150mg/l，将在10℃到27℃之间的季节流入液温度变化的影响表示在图1中。

为了完全硝化流入液，把操作参数设置在混合液悬浮固体(MLSS)＝10,000mg/l、有氧固体停留时间(SRT_OX)＝14天及有氧水停留时间(HRT_OX)＝6.1小时。在确定膜生物反应器的容积之后，平均水停留时间(HRT_OX)不变。然而，使用生物模型，控制算法基于流入液温度计算优化的有氧SRT_OX和MLSS浓度。在这个例子中，用于控制算法的支配公式如下：

有氧箱容积V_OX＝Q^*HRT_OX＝Q^*(S₀-S)/(U^*MLVSS) …………(2)

其中

Q：废水流入流量