用于带有膜生物反应器的污水处理厂的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于基于膜生物反应器的污水处理厂的先进控制系统。所公开的控制系统包括膜生物反应器(MBR)系统，以及基于微处理器的控制器，所述控制器接收对应于选定的所测得MBR参数的信号，并计算或估计一个或多个MBR计算参数，所述参数包括膜传导率(FXC)和/或摄氧速率(OUR)。所述基于微处理器的控制器将一个或多个计算出或估计出的MBR参数与规定的设定点或期望的范围进行比较，并且管控在MBR系统中的一个或多个泵和阀，以调整MBR系统中的清洗循环、在MBR系统中的MBR流、或者至与其对应的生物池的流入物流。
【专利说明】用于带有膜生物反应器的污水处理厂的控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于带有膜生物反应器(MBR)系统的污水处理厂的控制策略，并且更具体地，涉及用于污水处理厂中MBR系统的先进废水处理控制策略，其使用摄氧速率、膜传导率或其他计算出的MBR参数来控制MBR系统的运行。
【背景技术】
[0002]膜生物反应器结合了用于处理废水的膜过滤技术和活性污物生物降解处理。在典型的膜生物反应器系统中，浸没式膜或外部膜被用于过滤来自生物反应器的活性污物流，以生产高质量流出物，如例如在美国专利号7，879，229和8，114，293中大体上描述的。
[0003]在污水处理系统中使用的MBR系统被典型地设计成或尺寸制成输送所意指的渗透物输出或流出物。在浸没式膜生物反应器系统中，膜过滤器被浸没在开放的罐中，该罐含有待过滤的废水污物流。过滤是通过在真空下拉拽水通过膜来实现的。跨膜压力或跨过膜的压力差导致了水渗透通过膜壁。已过滤的水或渗透物被典型地转移至下游的箱、储集器或接收流。取决于MBR系统设计，未通过膜壁的悬浮固体和其他材料被回收或排出用于进一步的处理。通过在膜过滤器之下或靠近膜过滤器的底部输送空气或气泡流，空气冲洗被典型地用于清洗浸没式膜的表面。上升的空气或气泡冲洗了膜表面来减少污染并维持所期望的或所意指的渗透速率。
[0004]MBR系统的渗透物输出常基于许多因素变化，这些因素包括:例如，流入物体积上的改变、流入物特性以及其他外部因素，诸如一天中的时间和季节或天气状态。为了实现所意指的渗透物输出，控制MBR系统的常规手段是控制跨膜压力。为了控制跨膜压力，用于浸没式MBR系统的多种现有控制系统控制了真空压力以及施加到浸没式膜的表面上的空气冲洗工艺的强度和/或频率。由于空气冲洗工艺常在周期性或间歇性基础上进行，调整膜清洗的频率涉及到改变空气冲洗工艺的时间或脉冲。在另一方面，调整空气冲洗工艺的强度涉及到使曝气速率(以每平方米的膜面积的空气体积来体现)增大，或者调整空气冲洗的持续时间。然而，注意到的是需要能量来提供此空气冲洗，这使MBR系统的整体能量消耗和运行成本显著地提高。
[0005]在欧洲专利公开EP2314368中公开了一种MBR控制系统的一个示例。此现有技术的MBR控制系统通常控制在多种膜的清洗工艺/体系和被称为渗透体系的基础膜运行工艺之间的循环。该现有技术的MBR控制系统使用所测得或计算出的处理信息，并且尤其使用MBR系统的“串联阻抗”参数来优化一个或多个工艺运行参数，并且改善MBR系统的性能或者降低MBR系统的运行成本。除了渗透通量之外，在该现有技术的MBR控制系统中被调整的其他受控运行参数都是基于膜清洗的参数，包括:(a)曝气频率因素；(b)曝气流量；(c)反洗流量/持续时间；(d)弛缓持续时间；(e)渗透持续时间；或(f)化学清洗频率。
[0006]尽管此现有技术的控制系统在控制膜的清洗工艺方面是有效的，但其很少对在MBR系统内或整个废水处理工艺中的流进行控制或优化。因此，所需要的是一种先进控制系统，其部分地基于膜性能特性，诸如薄膜导电率连同其他计算出的MBR参数，和/或基于在曝气(aeration)池中的摄氧速率或其他生物系统参数来可靠地且自动地控制在污水处理厂内的MBR系统的性能。
【发明内容】
[0007]本发明可被概括地特征化为用于基于MBR的废水处理厂的先进控制系统，其包括:(i)膜生物反应器(MBR)系统；(ii) 一个或多个基于微处理器的控制器，其接收对应于选定的测得的MBR参数的信号并且计算一个或多个的MBR计算参数，包括在上游生物池中的摄氧速率(OUR)、或膜传导率(F5ffi);并且(iii)，其中，(多个)基于微处理器的控制器将一个或多个计算出的MBR参数与规定的设定点或期望的范围进行比较，并且响应于其来管控在MBR系统中的所述一个或多个泵和所述一个或多个阀，以调整MBR测得的参数。
[0008]MBR系统优选地包括多根MBR管、一个或多个膜模块、用于移动废水通过MBR管或罐的一个或多个泵、用于控制通过MBR管或罐的流的一个或多个阀、以及多个传感器，所述多个传感器适于测量或确定一个或多个规定的MBR测得参数，这些参数选自于由流入膜的流的温度、进入膜的流的流动速率、离开膜的污物流的流动速率、离开膜的渗透物流的流动速率、进入膜的流的压力、离开膜的流的压力、离开膜的渗透物流的压力所组成的组。在外部膜或交叉流膜(如，加压式MBR)的情况下，通过膜管的大体积流体流提供了需要用来使膜保持为不沾染固体的能量。在浸没式膜或低压膜的情况下，除了上述参数之外，还有与使膜保持为不沾染固体的其他手段相关联的措施，如冲洗空气流、泵送的流体流或机械混合装置。
[0009]同样地，本发明还被特征化为一种用于基于MBR的废水处理厂的先进控制系统，其包括:(i)曝气池；(ii)MBR系统，其包括:多个MBR管、一个或多个膜模块、用于使废水移动通过MBR管的一个或多个泵、用于控制通过MBR管的流的一个或多个阀；以及(iii) 一个或多个基于微处理器的控制器，其接收来自与曝气池相关联包括溶解氧(DO)探头的多个传感器的信号，并且计算或估计在曝气池中的摄氧速率(OUR)。(多个)基于微处理器的控制器将OUR与期望的范围进行比较，并且做出合适的控制动作，如例如，响应于其来控制MBR系统中的一个或多个泵以及所述一个或多个阀，以调整MBR流和MBR系统的相关联性倉泛。
[0010]最后，本发明也可被特征化为一种用于废水处理厂的先进控制系统，其包括:膜生物反应器(MBR)系统，其包括多个膜模块或单元、用于控制通过膜模块或单元的废水流的一个或多个泵和阀、以及用于测量一个或多个MBR测得参数的多个传感器；以及一个或多个基于微处理器的控制器，其:(i)接收对应于来自所述多个传感器所测得MBR参数的信号；(ii)计算膜传导率(Fxc)将计算出的膜传导率(Fxc)与规定的设定点进行比较；并且(iv)当膜传导率下降低于最小设定点时，启动膜清洗循环。所测得的参数包括:流入膜模块或单元的流的温度、进入膜模块或单元的流的流动速率、离开膜模块或单元的污物流的流动速率、离开膜模块或单元的渗透物流的流动速率、进入膜模块或单元的流的压力、离开膜模块或单元的流的压力、离开膜模块或单元的渗透物流的压力。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]从结合以下这些图所展示的下文的更详细描述，本发明的以上及其他的方面、特征和优势将会更显而易见，在图中:
图1是用适于采用或使用本控制系统地外部膜生物反应器(eMBR)系统进行废水处理操作的示意图；以及
图2是用适于采用或使用本控制系统的浸没式膜生物反应器(iMBR)系统进行废水处理操作的示意图。
【具体实施方式】
[0012]污水处理厂参数和测量抟术
转到图1，示出了在具有外部膜生物反应器(eMBR)系统的废水处理厂内的生物系统的高等级示意图。图1示出了活性污物工艺的简化图，该活性污物工艺采用了将废水供应到曝气或生物池30中的平衡罐20、将高纯度氧(HPO)或空气喷射到曝气池中的曝气系统33、以及膜生物反应器(MBR)系统40，该膜生物反应器(MBR)系统40包括多个膜模块42、MBR泵44、MBR吸入管46和循环管48。图示的系统包括流入物流32，流入物流32被引导至平衡罐20并且随后被引导至生物池30。在生物池30中的废水的一部分被分流为经由MBR泵44至膜模块42的MBR流45。离开MBR系统40的污物流49被循环回到生物池30，而离开MBR系统40的渗透物流46代表了已处理的流出物。在图1中还示出的是基于MBR的废水处理系统参数，它们在所图示系统内的选定的位置处测得并且在本控制系统(未示出)中使用。在表格I中提供了这些参数以及优选的感测或测量装置的描述。
[0013]转到图2，示出了采用浸没式膜生物反应器(iMBR)系统的废水处理厂的另一个高等级示意图。图2示出了由平衡罐20接收的流入物，并且将废水供应到曝气池30中，该曝气池30可选地附接到曝气系统33上，以将高纯度氧(HPO)或空气注射入曝气池或生物池中。浸没式膜生物反应器(iMBR)系统50包括浸没式膜罐52、用于混合或搅动膜罐52的装置、iMBR再循环泵54、iMBR进气管56和循环管58。流入物流32a、32b被引导至平衡罐20，并且随后被引导至生物池30。在生物池30中的废水的一部分被分流为iMBR流55，该iMBR流55经由iMBR再循环泵54抵达膜罐52，一个或多个iMBR单元(如，膜单元)在该膜罐52处浸入。离开iMBR罐52的污物流59被循环回到生物池30，而经由渗透物泵51从iMBR罐52拉出的渗透物流56代表了已处理的流出物。同样示出的是基于MBR的废水处理系统的参数，这些参数在所图示系统内的选定的位置处测得并在本控制系统(未示出)中使用。在表格I中提供了这些参数的描述以及优选的感测或测量装置。
[0014]
【权利要求】
1.一种用于污水处理厂的先进控制系统，其包括: 膜生物反应器(MBR)系统，其包括多个膜模块或单元、用于控制通过所述膜模块或单元的废水流的一个或多个泵和阀、以及用于测量一个或多个MBR测得参数的多个传感器，所述参数选自于由流入所述膜模块或单元的流的温度、进入所述膜模块或单元的流的流动速率、离开所述膜模块或单元的污物流的流动速率、离开所述膜模块或单元的渗透物流的流动速率、进入所述膜模块或单元的流的压力、离开所述膜模块或单元的流的压力、离开所述膜模块或单元的渗透物流的压力所组成的组； 一个或多个基于微处理器的控制器，其:(i)接收对应于来自所述多个传感器所测得MBR参数的信号；(ii)计算一个或多个MBR计算参数，这些参数包括在上游生物池中的摄氧速率(OUR)、或膜传导率(Fxe) ；(iii)将一个或多个计算出的MBR参数与规定的设定点或期望的范围进行比较；并且(iv)将控制信号发送到所述一个或多个泵或者到一个或多个阀，以调整通过MBR系统的流、或者调整至与其对应的上游生物池的流入物流。
2.一种用于污水处理厂的先进控制系统，其包括: 膜生物反应器(MBR)系统，其包括多个膜模块或单元、用于控制通过所述膜模块或单元的废水流的一个或多个泵和阀、以及用于测量一个或多个MBR测得参数的多个传感器，所述参数选自于由流入所述膜模块或单元的流的温度、进入所述膜模块或单元的流的流动速率、离开所述膜模块或单元的污物流的流动速率、离开所述膜模块或单元的渗透物流的流动速率、进入所述膜模块或单元的流的压力、离开所述膜模块或单元的流的压力、离开所述膜模块或单元的渗透物流的压力所组成的组； 一个或多个基于微处理器的控制器，其:(i)接收对应于来自所述多个传感器所测得MBR参数的信号；(ii)计算膜传导率(Fx。)将计算出的膜传导率(F5ffi)与规定的设定点进行比较；并且(iv)当膜传导率下降低于最小设定点时，启动膜清洗循环。
3.一种用于污水处理厂的先进控制系统，其包括: 曝气或生物池； 膜生物反应器(MBR)系统，其包括一个或多个膜模块、用于控制通过所述膜模块的废水流的一个或多个泵和阀；以及 一个或多个基于微处理器的控制器，其:(i)接收来自多个传感器的信号，所述多个传感器与曝气池相关联包括溶解氧(DO)探头；(ii)计算或估计在所述曝气池中的摄氧速率(OUR)将OUR与规定的设定点或期望的范围进行比较；并且(iv)将控制信号发送到MBR系统内的所述一个或多个泵或阀，以调整通过所述膜模块的废水流、或者调整至与其对应的所述曝气或生物池的流入物流。
4.根据权利要求1-3所述的先进控制系统，其中，所述MBR系统是外部或交叉流MBR系统。
5.根据权利要求1-3所述的先进控制系统，其中，所述MBR系统是浸入式或低压MBR系统。
6.根据权利要求1-3所述的先进控制系统，其中，所述基于微处理器的控制器还产生信号，该信号在所述一个或多个计算出的MBR参数、所述膜传导率(Fx。)、或OUR在所述规定的设定点或范围之外时，激活警报以通知污水处理厂操作者。
7.根据权利要求2或3所述的先进控制系统，其中，所述OUR使用以下参数中的一个或多个来进行估计或计算:溶解氧水平、作为时间的函数的溶解氧中的改变、空气/氧气的流量、曝气池容积、质量传输系数、以及可氧化污染物的测量。
8.根据权利要求7所述的先进控制系统，其中，所述OUR使用下列公式来进行估计或计算:
【文档编号】C02F3/00GK103619761SQ201280028997
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2011年6月13日
【发明者】R.A.诺瓦克, M.德格拉西亚, A.乌鲁蒂科埃基, A.拉里, J.F.比林哈姆 申请人:普莱克斯技术有限公司