大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法及存储介质与流程

1.本发明涉及膜生物反应器清洗技术领域，具体涉及一种大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法。


背景技术：

2.膜生物反应器是膜分离技术和生物反应器相结合的新型生活污水处理技术，彻底分离了水力停留时间和污泥停留时间，增加了生物反应器中活性污泥的浓度，从而强化了对生活污水中的有机物的生物降解。
3.然而在实际运行过程中，膜污染是不可避免的，膜污染造成的高能耗、高成本问题是mbr被广泛应用的难点，为了减缓mbr膜污染，多采用曝气方式清扫膜表面，因而造成了膜生物反应器能耗占比高(部分能耗占比超过污水厂能耗的40％)，此外由于大型膜生物反应器群放置在同一个膜池内，由于膜池体积较大，膜池内不同区域内膜受污染程度不同，采用单一全局的曝气策略，极易造成部分区域曝气过量、部分区域曝气欠量，造成膜污染分布不均，而膜污染清洗时，主要是根据是否达到提前设定的极限膜压差来作为膜池内所有膜清洗依据，未能考虑不同膜污染程度的膜清洗需求，且大型膜池膜轮转清洗时间多达2～3个月，在此期间，膜池产水量不仅会明显下降，无法进行高效处理污水，同时不同廊道膜池在等待清洗过程中，若清洗顺序不当，将造成部分原本膜生物反应器堵塞超过阈值，极易对膜反应器造成不可逆的污染，影响膜使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明提出的一种大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法，可至少解决上述技术问题之一。
5.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
6.一种大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法，基于大型膜生物反应器群分区曝气节能系统，该系统用来实现大型膜池内分区的动态曝气，包括进水渠道、配水渠道、膜池、回流区、清洗区及控制中心，所述进水渠道与前端aao处理区相连，进水渠道与配水渠道直接相连，配水渠道与膜池通过底部设置闸门相连，膜池采用廊道分仓结构，根据产水需求，划分为若干廊道，廊道之间采用墙体相隔，形成独立处理单元；膜池末端与回流区通过顶部的回流孔与回流区相连，回流区内污水通过水泵泵送汇流至前端aao处理区；
7.所述廊道内均匀分布膜生物反应器单元，各膜生物反应器单元内的集水干管与廊道集水总管相连，各廊道集水总管与出水总管相连，对外产水；
8.所述膜生物反应器单元内的集水干管与廊道集水总管连接，所述各廊道集水总管末端安装有产水泵，产水泵前安装有流量计和压力传感器；产水泵与产水总管相连；
9.各廊道集水总管上设置有反洗管，反洗管上装有三通电磁阀门，三通电磁阀门一端与通过反冲洗水泵与出水池相连，另一端通过反冲洗加药泵与维护性清洗池相连；
10.压力传感器、产水泵、反冲洗水泵、流量计、阀门这些元器件通过有线连接至控制
中心；
11.其中，控制中心包括检测模块和控制模块；
12.所述检测模块用于检测各廊道跨膜压差和产水量；
13.所述控制模块包括控制mbr膜产水、控制反冲洗及控制mbr膜污染维护清洗；
14.所述mbr膜产水及反冲洗，采用固定规则，具体为各个廊道产水9min，停歇1min，2小时反洗1次1min；
15.则对应的控制mbr膜污染维护清洗步骤包括：
16.设廊道的跨膜压差δp
a,b,c,t
及产水量q
a,b,c,t
，采样间隔为1min；a表示维护性清洗次数，b表示第a次维护性清洗后反冲洗已完成次数，c表示第a次维护性清洗第b次反冲洗后已产水停歇次数；
17.s1、计算初始或维护性清洗完成后跨膜压差9min均值，用以后续评估修复性清洗的效果：
[0018][0019]
s2、计算第c次和第c+1次停水间歇之间的跨膜压差均值：
[0020][0021]
s3、计算第b次和第b+1次反洗之间的跨膜压差均值：
[0022][0023]
s4、维护性清洗最短间隔设置为2天，因此至少需进行24次反冲洗，产生{f(x),f(x+2)
……
f(x+48)}，x＝0,2,4,6，
……
，基于该系列数据，t为某次维护性清洗的具体时间；令t＝2b(h)，采用指数形式通过最小二乘法构建第a次到第a+1次维护性清洗之间的跨膜压差时间函数：
[0024]
f(t)＝tmp
a,t
＝αe
βt
[0025]
α及β为拟合参数；t可以定义为某次维护性清洗的具体时间；
[0026]
s5、分别计算出各个廊道跨膜压差时间函数f1(t)、f2(t)
……fu
(t)，u表示廊道数量；
[0027]
s6、单个廊道mbr膜全部完成维护性清洗所需时间为δt，当t≥48h，每隔2h，按照下述方法计算：
[0028]
1)计算膜污染预测矩阵
[0029][0030]
其中，d
ij
＝fi(t+(j-1)δt)；
[0031]dij
为膜污染值，i表示第i个廊道；j表示该廊道第j个时刻；
[0032]
2)设定维护性清洗启动阈值为f
max
，计算每个廊道的状态矩阵：
[0033][0034]
其中，e
ij
为膜污染因子；
[0035]
3)计算各廊道长周期污染因子ej：j＝1,2,
……
u；ej表示为第j廊道膜污染时间综合因子；
[0036]
4)计算决策判断因子lj：lj＝
j-；
[0037]
lj为定位启动判断因子；
[0038]
5)按以下情况进行分析：
[0039]
若lj均小于0，则当前t时刻进行反冲洗即可，不进行维护性清洗；
[0040]
若lj存在q个数即q1至q
qq
为从小到大，大于等于0，则当前t时刻应立即启动维护性清洗，清洗优先顺序为：
[0041]
所在的廊道应优先进行维护性清洗；
[0042]
s7、当明确廊道清洗完成后，按照s1到s6依次判定廊道清洗顺序。
[0043]
进一步地，还包括清洗时，采用先酸洗后碱洗方式，酸洗采用500～1000mg/l柠檬酸，时长为30一次完成一个廊道维护性清洗。
[0044]
另一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。
[0045]
由上述技术方案可知，本发明的大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法具有以下有益效果：
[0046]
考虑大型膜生物反应器群系统中清洗周期长的问题，本发明采用了动态维护性清洗顺序，采用“9min产水-1min停歇”产水策略，解决了传统“8min产水-2min停歇”产水策略产水量低的问题，同时通过清洗算法设计，有效克服了“9min产水-1min停歇”产水策略存在的多廊道同时堵塞清洗停产问题，维护性清洗时有效避免出现清洗过程中其余廊道达到清洗下限要求，最大限度避免了固定周期固定顺序开展维护性清洗带来的大型膜池不同廊道不同mbr膜存在的膜污染严重超量清洗及膜污染不足造成的清洗药剂浪费的问题。同时大幅减少膜超压运行时间，提高了膜整体使用寿命。
附图说明
[0047]
图1是本发明的实施例的系统布置示意图；
[0048]
图2是本发明的实施例的每个廊道的系统布置示意图。
具体实施方式
[0049]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0050]
如图1所示，本实施例所述的大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法，基于
所述大型膜生物反应器群分区曝气节能系统，该系统主要用来实现大型膜池内分区动态曝气作用；包括进水渠道、配水渠道、膜池、回流区、清洗区及控制中心。
[0051]
其中：进水渠道与前端aao处理区相连，考虑到面积节约，设置在两侧，污水通过底部设置的过流孔流入进水渠道。进水渠道与配水渠道直接相连，配水渠道与膜池通过底部设置闸门相连，膜池采用廊道分仓结构，根据产水需求，划分为若干廊道，廊道之间采用墙体相隔，形成独立处理单元。膜池末端与回流区通过顶部的回流孔与回流区相连，回流区内污水通过水泵泵送汇流至前端aao处理区，其中阀门、闸门及泵等元件器控制通过控制中心实现。
[0052]
所述清洗区主要是用于膜池清洗使用，设置冲洗池、酸洗池、碱洗池、防冲洗池及备用膜组器。备用膜组器为膜池内膜组器单元清洗时，用以替换膜组器运行，避免膜清洗时出现长时间减产情况。
[0053]
如图2所示，所述廊道内均匀分布膜生物反应器单元，各膜生物反应器单元内的集水干管与廊道集水总管相连，各廊道集水总管与出水总管相连，对外产水。
[0054]
所述膜生物反应器单元内的集水干管与产水总管通过法兰连接，所述各廊道积水干管末端安装有产水泵，产水泵前安装有压力计及产水阀门。所述膜生物反应器单元底部安装有曝气系统，每个廊道曝气干管上安装有阀门和真空曝气泵，末端接入空压系统。
[0055]
所述膜生物反应器顶部安装有反冲洗系统及药洗系统，反冲洗系统及药洗系统采用同一反冲洗管，反冲洗管上安装有压力机及反冲洗泵，反冲洗系统上安装有反冲洗阀，药洗系统上安装有药洗阀。
[0056]
上述泵、阀门及压力机接入控制中心。
[0057]
所述膜生物反应器单元采用上部单侧固定产水，底部自由端方式，由不锈钢固定架、定位板、曝气支管、矩形射流曝气管、膜、集水支管及集水干管组成。所述矩形射流曝气管与曝气支管相连，用于曝气增加溶解氧及吹扫膜表面污染，减缓膜堵塞。
[0058]
所述曝气支管与廊道内的曝气干管通过法兰相连，所述曝气干管与总曝气管通过阀门与鼓风机相连。
[0059]
上述压力传感器、产水泵、鼓风机、反洗泵、气体流量计、阀门等元器件通过有线连接至控制中心，控制中心包括检测模块、控制模块及响应模块。
[0060]
所述控制模块包括mbr膜产水及反冲洗模块及mbr膜污染维护清洗控制模块模块。
[0061]
所述检测模块检测内容主要为各廊道跨膜压差和产水量，以一个廊道为例，其检测内容为该廊道的跨膜压差δp
a,b,c,t
及产水量q
a,b,c,t
，采样间隔为1min。a表示维护性清洗次数，b表示第a次维护性清洗后反冲洗已完成次数，c表示第a次维护性清洗第b次反冲洗后已产水停歇次数。
[0062]
所述mbr膜产水及反冲洗模块，采用固定规则，具体为各个廊道产水9min，停歇1min，2小时反洗1次1min。
[0063]
所述mbr膜污染维护清洗控制模块，采用动态规则，具体为：
[0064]
(1)计算初始或维护性清洗完成后跨膜压差9min均值，用以后续评估修复性清洗的效果：
[0065]
[0066]
(2)计算第c次和第c+1次停水间歇之间的跨膜压差均值：
[0067][0068]
(3)计算第b次和第b+1次反洗之间的跨膜压差均值：
[0069][0070]
(4)维护性清洗最短间隔设置为2天，因此至少需进行24次反冲洗，产生{f(x),f(x+2)
……
f(x+48)}(x＝0,2,4,6，
……
)，基于该系列数据，t为某次维护性清洗的具体时间，令t＝2b(h)，采用指数形式通过最小二乘法构建第a次到第a+1次维护性清洗之间的跨膜压差时间函数：
[0071]
f(t)＝tmp
a,t
＝αe
βt
[0072]
式中，α及β为拟合参数。
[0073]
(5)依据(1)～(4)上述思路，分别计算出各个廊道跨膜压差时间函数f1(t)、f2(t)
……fu
(t)，u表示廊道数量。
[0074]
(6)单个廊道mbr膜全部完成维护性清洗所需时间为δt，当t≥48h，每隔2h，按照下述方法计算：
[0075]
1)计算膜污染预测矩阵
[0076][0077]
其中，d
ij
＝fi(t+(j-1)δt)；
[0078]dij
为膜污染值，i表示第i个廊道；j表示该廊道第j个时刻。
[0079]
2)设定维护性清洗启动阈值为f
max
，计算每个廊道的状态矩阵：
[0080][0081]
其中，e
ij
为膜污染因子；
[0082]
3)计算各廊道长周期污染因子ej：(j＝1,2,
……
u)，
[0083]
4)计算决策判断因子lj：lj＝
j-；
[0084]ej
表示为第j廊道膜污染时间综合因子；lj为定位启动判断因子。
[0085]
5)以下分情况进行分析：
[0086]
①
若lj均小于0，则当前t时刻进行反冲洗即可，不进行维护性清洗；
[0087]
②
若lj存在q个数(q1至q
qq
为从小到大)大于等于0，则当前t时刻应立即启动维护性清洗，清洗优先顺序为：max所在的廊道优先进行维护性清洗；
[0088]
(7)当明确廊道清洗完成后，按照(1)～(6)依次判定廊道清洗顺序。
[0089]
(8)清洗时，采用先酸洗后碱洗方式，酸洗采用500～1000mg/l柠檬酸，时长为
30min一次完成一个廊道维护性清洗。
[0090]
基于上述方法，每次维护性清洗时，仅需1个廊道清洗，最大限度减少清洗对产水的影响，同时有效避免了多个廊道同时进行维护性清洗造成的大幅减产问题和膜污染清洗不及时造成的膜寿命减少问题。
[0091]
又一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一方法的步骤。
[0092]
再一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一方法的步骤。
[0093]
在本技术提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一方法的步骤。
[0094]
可理解的是，本发明实施例提供的系统与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。
[0095]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0096]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0097]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法，基于大型膜生物反应器群分区曝气节能系统，该系统用来实现大型膜池内分区的动态曝气，包括进水渠道、配水渠道、膜池、回流区、清洗区及控制中心，所述进水渠道与前端aao处理区相连，进水渠道与配水渠道直接相连，配水渠道与膜池通过底部设置闸门相连，膜池采用廊道分仓结构，根据产水需求，划分为若干廊道，廊道之间采用墙体相隔，形成独立处理单元；膜池末端与回流区通过顶部的回流孔与回流区相连，回流区内污水通过水泵泵送汇流至前端aao处理区；所述廊道内均匀分布膜生物反应器单元，各膜生物反应器单元内的集水干管与廊道集水总管相连，各廊道集水总管与出水总管相连，对外产水；所述膜生物反应器单元内的集水干管与廊道集水总管连接，所述各廊道集水总管末端安装有产水泵，产水泵前安装有流量计和压力传感器；产水泵与产水总管相连；各廊道集水总管上设置有反洗管，反洗管上装有三通电磁阀门，三通电磁阀门一端与通过反冲洗水泵与出水池相连，另一端通过反冲洗加药泵与维护性清洗池相连；压力传感器、产水泵、反冲洗水泵、流量计、阀门这些元器件通过有线连接至控制中心；其特征在于，控制中心包括检测模块和控制模块；所述检测模块用于检测各廊道跨膜压差和产水量；所述控制模块包括控制mbr膜产水、控制反冲洗及控制mbr膜污染维护清洗；所述mbr膜产水及反冲洗，采用固定规则，具体为各个廊道产水9min，停歇1min，2小时反洗1次1min；则对应的控制mbr膜污染维护清洗步骤包括：设廊道的跨膜压差δp
a,b,c,t
及产水量q
a,b,c,t
，采样间隔为1min；a表示维护性清洗次数，b表示第a次维护性清洗后反冲洗已完成次数，c表示第a次维护性清洗第b次反冲洗后已产水停歇次数；s1、计算初始或维护性清洗完成后跨膜压差9min均值，用以后续评估修复性清洗的效果：s2、计算第c次和第c+1次停水间歇之间的跨膜压差均值：s3、计算第b次和第b+1次反洗之间的跨膜压差均值：s4、维护性清洗最短间隔设置为2天，即至少需进行24次反冲洗，产生{f(x),f(x+2
……
fx+48}，x＝0,2,4,6，
……
，基于该系列数据，t为某次维护性清洗的具体时间；令t＝2b(h)，采用指数形式通过最小二乘法构建第a次到第a+1次维护性清洗之间的跨膜压差时间函数：f(t)＝tmp
a,t
＝αe
βt
α及β为拟合参数；t可以定义为某次维护性清洗的具体时间；s5、分别计算出各个廊道跨膜压差时间函数f1(t)、f2(t)
……
f
u
(t)，u表示廊道数量；
s6、单个廊道mbr膜全部完成维护性清洗所需时间为δt，当t≥48h，每隔2h，按照下述方法计算：1)计算膜污染预测矩阵其中，d
ij
＝f
i
(t+(j-1)δt)；d
ij
为膜污染值，i表示第i个廊道；j表示该廊道第j个时刻；2)设定维护性清洗启动阈值为f
max
，计算每个廊道的状态矩阵：其中，e
ij
为膜污染因子；3)计算各廊道长周期污染因子e
j
：e
j
表示为第j廊道膜污染时间综合因子；4)计算决策判断因子l
j
：l
j
＝e
j-j；l
j
为定位启动判断因子；5)按以下情况进行分析：
①
若l
j
均小于0，则当前t时刻进行反冲洗即可，不进行维护性清洗；
②
若l
j
存在q个数即q1至q
qq
为从小到大，大于等于0，则当前t时刻应立即启动维护性清洗，清洗优先顺序为：所在的廊道优先进行维护性清洗；s7、当明确廊道清洗完成后，按照s1到s6依次判定廊道清洗顺序。2.根据权利要求1所述的大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法，其特征在于：还包括清洗时，采用先酸洗后碱洗方式，酸洗采用500～1000mg/l柠檬酸，时长为30一次完成一个廊道维护性清洗。3.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1或2所述方法的步骤。

技术总结
本发明的一种大型膜生物反应器群系统的清洗顺序确定方法及存储介质，基于大型膜生物反应器群系统，用来实现大型膜池内分区的动态曝气，包括进水渠道、配水渠道、膜池、回流区、清洗区及控制中心，控制中心包括检测模块和控制模块；检测模块用于检测各廊道跨膜压差和产水量；控制模块包括控制MBR膜产水、控制反冲洗及控制MBR膜污染维护清洗；MBR膜产水及反冲洗，采用固定规则为各个廊道产水9min，停歇1min，2小时反洗1次1min；则按照设定算法对应的控制MBR膜污染维护清洗顺序。本发明采用动态维护性清洗顺序，最大限度避免固定周期固定顺序开展维护性清洗带来的大型膜池不同廊道不同MBR膜存在的膜污染严重超量清洗及膜污染不足造成的清洗药剂浪费的问题。成的清洗药剂浪费的问题。成的清洗药剂浪费的问题。


技术研发人员：吴志炎 刘军 汪小东 汤丁丁 杨睿 周艳 张诗雄 李进 邓德宇 冯泽建 陈聪 张真伟 周文俊
受保护的技术使用者：中建三局绿色产业投资有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/25