[發明專利]膜生物反應器系統的動態控制

無效

• 申請號: 200680036746.1
• 申請日: 2006-10-06
• 公開（公告）號: CN101277905A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 查富芳;劉文軍;M·庫茲瑪;E·J·喬丹
• 申請（專利權）人: 西門子水技術公司
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30;C02F9/14;B01D61/22;C02F11/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 黨建華

技術領域

本發明涉及膜生物反應器系統，并且更具體地說，涉及用于這樣的系統的操作的動態控制的方法。

背景技術

膜生物反應器(MBR)系統具有優于傳統的活性淤泥系統的多個優點，如很小的印痕、較好的處理水質量及沒有污泥膨脹。然而，這樣的系統的確具有多個問題，如把氧供給到具有高混合液濃度的生物反應器的高能量消耗、難以處理大的流入液的流量變化及低生物除磷能力。

MBR是始終達不到穩定狀態的動態系統。動態因素包括：

·流入液和混合液溫度的全年季節變化。

·流入液流量的日、周及季節變化。

·污染物濃度的日、周及季節變化。

·在清洗之前和之后的膜滲透性。

發明內容

本發明尋求通過提供控制算法克服以上問題的至少一些，該控制算法尋求動態地優化MBR系統的操作參數，以便減小能量消耗、以成本有效的方式處理流入液的流量變化及提高生物除磷能力。

根據一個方面，本發明提供一種控制膜生物反應器系統的操作參數的方法，該方法包括如下步驟：

a)基于在提供給膜生物反應器系統的流入液的參數值與系統最佳性能測量參數之間的關系，確定控制算法；和

b)使用確定的控制算法控制膜生物反應器系統的一個或多個操作參數。

優選地，流入液的參數包括如下的一個或多個：流入液的溫度、進入系統的流入液的流量及流入液的有機負荷量。

優選地，最佳性能參數包括如下的一個或多個：污泥停留時間或污泥齡(SRT)、混合液懸浮固體濃度(MLSS)、溶解氧(DO)、食物與微生物比(F/M)、硝化速率和除磷速率。

優先地，膜生物反應器的操作參數包括到系統的充氣氣流和混合液循環速率。

本發明也包括用來完成控制方法的設備。

附圖說明

現在參照附圖僅舉例描述本發明的優選實施例，在附圖中：

圖1表示在一年期間上用于典型膜生物反應器系統的流入水溫度、有氧SRT及氧供給成本變化的曲線圖；

圖2表示α因素相對于使用注入器和微細氣泡充氣的混合液懸浮固體的曲線圖；

圖3表示對于典型膜生物反應器系統在一年期間上的MLSS、膜循環比及循環泵送成本的曲線圖；

圖4a和4b分別表示在夏季和冬季操作的膜生物反應器系統的示意圖，其中在冬季月份切斷生物除磷；及

圖5a和5b分別表示在夏季和冬季操作的膜生物反應器系統的另一個實施例的示意圖，其中在冬季月份切斷生物除磷。

具體實施方式

大多數生物反應速率對于水溫非常敏感。例如，硝化細菌的特定生長率可描述成

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

其中A是溫度校正系數。一般地講，在10℃處的硝化速率只是在20℃處的一半或更小。

流入水溫和混合液溫度按季節變化。在北美洲、歐洲及亞洲的北部，在冬天里的流入溫度可能非常冷，因而當計算混合液濃度、SRT及膜生物反應器的體積時，緩慢的硝化速率通常成為決定性因素。

盡管包括機械設備和生物反應器容積的膜生物反應器系統典型地基于最壞情形設計，但本發明尋求提供一種優化操作參數的動態控制系統，以減小操作成本和改進流出液質量。

在典型膜生物反應器系統中，假定流入液生物化學耗氧(BOD)＝200mg/l、總凱氏氮(Total?Kjeldahl?Nitrogen(TKN))＝45mg/l及總懸浮固體(TSS)＝150mg/l，將在10℃到27℃之間的季節流入液溫度變化的影響表示在圖1中。

為了完全硝化流入液，把操作參數設置在混合液懸浮固體(MLSS)＝10,000mg/l、有氧固體停留時間(SRT_OX)＝14天及有氧水停留時間(HRT_OX)＝6.1小時。在確定膜生物反應器的容積之后，平均水停留時間(HRT_OX)不變。然而，使用生物模型，控制算法基于流入液溫度計算優化的有氧SRT_OX和MLSS濃度。在這個例子中，用于控制算法的支配公式如下：

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

其中

Q：廢水流入流量