專利名稱：：A/o工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種污水生物脫氮系統(tǒng)的控制裝置及其控制方法。(二)
背景技術(shù)：
自進(jìn)入20世紀(jì)70年代以來，隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化問題日漸突現(xiàn)，污水脫氮除磷在水污染控制中被廣泛關(guān)注。以控制富營(yíng)養(yǎng)化為目的的氮磷脫除技術(shù)目前已成為各國(guó)的主要研究方向。我國(guó)最新頒布的污水排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)要求所有排污單位出水氮磷的含量按接納水體的等級(jí)分別為總磷小于lmg/L，氨氮小于5mg/L，總氮小于15mg/L(—級(jí)標(biāo)準(zhǔn))。盡管生物除磷具有一定不穩(wěn)定性，采用傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行生物除磷并輔助以化學(xué)除磷仍可保證出水TP濃度保持在痕量濃度以下]。但污水中的氮只能采用生物的方法才能經(jīng)濟(jì)、有效地去除。在許多國(guó)家，特別是中國(guó)，大約有80%的城市污水處理廠采用前置反硝化(A/0)工藝進(jìn)行生物脫氮。在前置反硝化工藝中污水直接進(jìn)入缺氧區(qū)優(yōu)先進(jìn)行反硝化反應(yīng)，提高了總氮去除率，而且在缺氧區(qū)中大部分有機(jī)物被反硝化反應(yīng)所利用，縮小了好氧區(qū)的池容和停留時(shí)間。但是在前置反硝化工藝中為保證硝態(tài)氮充分反硝化以提高總氮去除率，往往需要較大程度地硝化液回流，通常為進(jìn)水量的2-3倍，這無(wú)疑會(huì)消耗大量的能源。而且由于前置反硝化工藝的構(gòu)成，出水硝態(tài)氮濃度與回流硝化液中的硝態(tài)氮濃度相同，這就決定了前置反硝化工藝的總氮去除率不會(huì)很高。其它生物脫氮除磷工藝，例如AAO、UCT等工藝，也同樣存在上述缺點(diǎn)。A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮系統(tǒng)是近年來國(guó)外新開發(fā)的生吻脫氮工藝。與傳統(tǒng)A/0工藝相比，采用分段進(jìn)水具有如下優(yōu)勢(shì)(1)有機(jī)底物沿池長(zhǎng)均勻分布，負(fù)荷均衡，既在一定程度上縮小了供氧速率與耗氧速率之間的差距，又能夠充分發(fā)揮活性污泥微生物的降解功能；(2)污水沿池長(zhǎng)分段進(jìn)入而污泥回流至首端，系統(tǒng)的污泥齡比相同容積的推流系統(tǒng)長(zhǎng)；(3)脫氮效率高；(4)硝化液從好氧區(qū)直接進(jìn)入下一段的缺氧區(qū)，省去了傳統(tǒng)生物脫氮工藝的內(nèi)循環(huán)步驟；(5)反硝化反應(yīng)的出水直接進(jìn)入硝化反應(yīng)池，補(bǔ)充了硝化反應(yīng)對(duì)堿度的要求。然而，由于反應(yīng)器的構(gòu)成和污水的分段引入，A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)和運(yùn)行是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)。每一段中缺氧區(qū)與好氧區(qū)的容積比、每段間的容積比以及進(jìn)水流量的分配是工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行的重要參數(shù)。污水特性，特別是進(jìn)水C/N比(碳氮比)嚴(yán)重地影響著工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行。因此探求工藝的優(yōu)化控制運(yùn)行方法是實(shí)現(xiàn)A/0工藝分段進(jìn)水系統(tǒng)廣闊應(yīng)用的重要前提。污水生物處理系統(tǒng)從控制的角度講有明顯的特征①時(shí)變性。進(jìn)水流量和濃度不是恒定的而是隨時(shí)間呈現(xiàn)不規(guī)則變化，特別是工業(yè)廢水。②非線性?；钚晕勰嗌锓磻?yīng)在有機(jī)底物、營(yíng)養(yǎng)物、氧氣等充足時(shí)呈零級(jí)反應(yīng)，有機(jī)底物以最大速率降解；隨著反應(yīng)的進(jìn)行底物濃度逐漸減小，生物反應(yīng)受到底物的限制而呈現(xiàn)一級(jí)反應(yīng)。③復(fù)雜性。污水生物處理工藝有眾多影響因素，如MLSS、D0、污泥齡、HRT、污泥負(fù)荷、F/M、溫度、pH值等，如需進(jìn)行脫氮除磷還會(huì)受到循環(huán)比、污泥回流比、N/MLSS負(fù)荷率、P/MLSS負(fù)荷率等的影響，且有時(shí)同時(shí)受到多個(gè)因素的影響，呈現(xiàn)強(qiáng)烈的復(fù)雜性。④不確定性。對(duì)活性污泥微生物有毒害作用的物質(zhì)，如重金屬、氰化物等，會(huì)隨進(jìn)水一起進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)其濃度超過臨界濃度時(shí)會(huì)抑制微生物的增殖，甚至使微生物滅絕，造成污水處理系統(tǒng)的癱瘓。由于污水生物處理系統(tǒng)的特性使傳統(tǒng)控制理論顯得很不實(shí)用，為智能控制技術(shù)提供了廣闊的研究空間，充分發(fā)揮其自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)與自組織的功能。智能控制有許多分支，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、混沌控制、可拓控制等，其中模糊控制技術(shù)是典型的智能控制方法，也是應(yīng)用較多的控制方法。模糊控制是模糊邏輯與自動(dòng)控制的結(jié)合，是從功能上模擬人的推理和決策過程的一種實(shí)用控制方法，利用先驗(yàn)知識(shí)或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)作為控制規(guī)則，能夠有效地處理模型未知或不精確的控制問題。它無(wú)需建模，是一種非線性控制，用萬(wàn)能逼近原理給出了充分的理論依據(jù)，即模糊邏輯控制器是萬(wàn)能的，可以完成任何非線性控制任務(wù)。但是迄今為止，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)住何關(guān)于A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制的相關(guān)報(bào)道。其原因是多方面的，包括工藝尚未優(yōu)化穩(wěn)定運(yùn)行、控制參數(shù)不易確定等等。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝量及其方法，要解決A/0分段進(jìn)水污水生物脫氮系統(tǒng)的非線性精確控制問題；并解決A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制困難的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案這種A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置，用于A/0生物脫氮污水處理系統(tǒng)中，其A/0生物脫氮污水處理系統(tǒng)由原水容器33、進(jìn)水管28、控制閥門34、進(jìn)水泵2、反應(yīng)池、中心管35、二沉池29、出水管30順序連接而成；其中反應(yīng)池由四段組成，每段有一個(gè)缺氧區(qū)31和一個(gè)好氧區(qū)32，每個(gè)缺氧區(qū)內(nèi)均置有攪拌器4，每段的進(jìn)水管均連接一個(gè)進(jìn)水泵2，每個(gè)進(jìn)水泵與一個(gè)控制閥門34連接；每個(gè)好氧區(qū)內(nèi)均設(shè)有與空氣壓縮機(jī)連接的曝氣器3，二沉池的池底連通剩余污泥管36和污泥回流管37，污泥回流管經(jīng)回流污泥泵38、止回閥39與第一個(gè)缺氧區(qū)連通，其特征在于在上述反應(yīng)池的原水容器33內(nèi)置有一個(gè)化學(xué)需氧量傳感器，S卩C0D傳感器5，C0D傳感器5經(jīng)導(dǎo)線連接C0D測(cè)定儀8，C0D測(cè)定儀8的信號(hào)輸出端口與模糊控制器主機(jī)11上的C0D信號(hào)輸入接口13連接；在上述反應(yīng)池的原水容器33內(nèi)還置有一個(gè)凱氏氮濃度傳感器，S卩TKN傳感器6，TKN傳感器6經(jīng)導(dǎo)線連接TKN測(cè)定儀9、TKN測(cè)定儀9的信號(hào)輸出端口與模糊控制器主機(jī)11上的TKN信號(hào)輸入接口14連接；在上述反應(yīng)池的好氧區(qū)每個(gè)內(nèi)置有溶解氧濃度傳感器，S卩D0傳感器，各DO傳感器經(jīng)導(dǎo)線連接D0測(cè)定儀10，D0測(cè)定儀10的信號(hào)輸出端口與模糊控制器主機(jī)11上的D0信號(hào)輸入接口15連接；上述模糊控制器主機(jī)的信號(hào)輸出接口12與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸入口21連接，并分別向控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的曝氣器繼電器26、進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器25、攪拌器電機(jī)繼電器27輸入控制信號(hào)；曝氣器繼電器26控制各曝氣器的曝氣量，進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器25控制各進(jìn)水泵的進(jìn)水量，攪拌器電機(jī)繼電器27控制各攪拌器的轉(zhuǎn)速。上述模糊控制器主機(jī)內(nèi)包括a、存儲(chǔ)執(zhí)行程序、模糊控制規(guī)則和所需數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；b、具有輸入程序和數(shù)據(jù)的輸入設(shè)備；c、能夠完成程序中的控制量偏差計(jì)算、模糊化計(jì)算、模糊控制推理、非模糊化計(jì)算、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳遞加工處理的運(yùn)算器；d、能夠根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果和程序的需要控制程序的走向，并能根據(jù)指定控制機(jī)各部分協(xié)調(diào)操作的控制器；e、能夠按照人們的需要將處理的結(jié)果輸出操作人員使用的輸出設(shè)備；f、將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D);g、將輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)。一種應(yīng)用上述A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置的A/0工藝分段進(jìn)水探度脫氮的模糊控制方法，其特征在于步驟如下(1)、在反應(yīng)池的原水容器放置用于采集化學(xué)需氧量COD信號(hào)的COD傳感器和用于采集進(jìn)水凱氏氮濃度TKN信號(hào)的TKN傳感器；(2)、利用上述COD傳感器和TKN傳感器檢測(cè)進(jìn)水COD和TKN濃度，將采集的COD和TKN濃度信號(hào)分別經(jīng)COD測(cè)定儀和TNK測(cè)定儀輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D，轉(zhuǎn)換成進(jìn)水碳氮比(C/N)輸入變量數(shù)字信號(hào)；(3)、將上述輸入變量數(shù)字信號(hào)輸入模糊控制器主機(jī)，根據(jù)模糊控制規(guī)則，經(jīng)過控制量偏差的計(jì)算、模糊化計(jì)算、模糊控制推理和非模糊化計(jì)算后得到進(jìn)水流量分配系數(shù)(入)，以及各缺氧區(qū)的容積和各段的容積作為輸出變量；(4)、再將上述輸出變量經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換成模糊控制信號(hào)；(5)、上述模糊控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接對(duì)進(jìn)水泵、曝氣器的開關(guān)、攪拌器的電機(jī)進(jìn)行在線控制調(diào)節(jié)。上述的A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制方法的步驟(3)中，在總進(jìn)水流量(Q總)和總反應(yīng)池容積(V總)已知，進(jìn)水C/N比為6.0915.5條件下，每一段的流量通過9=入、+入2q+入q+q計(jì)算得出，式中q為最后一段的進(jìn)水流量，入為進(jìn)水流量分配系數(shù)，每段流量和容積以及每一段中缺氧區(qū)容積的分配如下第一段的容積(VD是反應(yīng)池容積(V總)X(29.3860.62)%;第二段的容積(V2)是反應(yīng)池容積(V總)X(2529.35)%;第三段的容積(V3)是反應(yīng)池容積(V總)X(12.5023.75)%;第四段的容積(V4)是反應(yīng)池容積(V總)X(8.1221.88)%;第一段缺氧區(qū)的容積(V!缺)是第一段的容積(VDX(10.643.60)%;第二段缺氧區(qū)的容積(V2缺)是第二段的容積(VDX(2545.16)%;第三段缺氧區(qū)的容積(V3缺)是第三段的容積(VDX(26.3237.50)%;第四段缺氧區(qū)的容積(V4缺)是第四段的容積(VDX(28.5748.46)%;上述A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制方法的步驟(3)中的模糊控制規(guī)則如下[l]、如C/N比低，那么M氐，V!低，V2低，V3高，V4高，V像高，V2缺低，V彌低，V4缺低。[2]、如C/N比中低，那么入中低，Vi中低，V2中低，V3中高，V4中高，V像中高，V2缺中低，V3缺中低，V4缺中低。[3]、如C/N比中，那么入中，V!中，V2中，V3中，V4中，V!缺中，V2缺中，V3缺中，V4缺中。[4]、如C/N比中高，那么入中高，Vi中高，V2中高，V3中低，V4中低，V工缺中低，V2缺中高，V3缺中高，V4缺中高。[5]、如C/N比高，那么入高，Vi高，V2高，V3低，V4低，V像低，V2缺高，V彌高，V4缺高。上述每個(gè)變量都采用低，中低，中，中高，高表示其狀態(tài)，得出模糊控制輸入變量和輸出變量之間的關(guān)系。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果本發(fā)明在A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，只需測(cè)定進(jìn)水中的C/N比，即可實(shí)現(xiàn)流量和容積的優(yōu)化分配。該技術(shù)不僅能夠較好地實(shí)現(xiàn)流量和容積的優(yōu)化分配，實(shí)現(xiàn)工藝系統(tǒng)地優(yōu)化運(yùn)行達(dá)到很高的總氮去除率，而且具有輸入?yún)?shù)少、控制規(guī)則簡(jiǎn)單易懂、不易發(fā)生污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn)。采用模糊控制策略控制分段進(jìn)水生物脫氮過程中的進(jìn)水流量和容積的優(yōu)化分配以及每一段中缺氧區(qū)的容積分配，即調(diào)節(jié)每一段缺氧區(qū)與好氧區(qū)的水力停留時(shí)間，從根本上解決了曝氣或攪拌時(shí)間不足所引起的硝化或反硝化不完全。并且能夠根據(jù)原水水質(zhì)水量的變化實(shí)時(shí)控制各個(gè)生化反應(yīng)所需的反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)具有智能化的控制；通過在線測(cè)得的進(jìn)水COD、凱氏氮濃度即可得出進(jìn)水C/N比，實(shí)現(xiàn)流量和容積的優(yōu)化分配，從而實(shí)現(xiàn)工藝的優(yōu)化運(yùn)行并達(dá)到較高的總氮去除率；通過模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)每一段硝化和反硝化反應(yīng)進(jìn)行完全，不產(chǎn)生硝態(tài)氮或氨氮的累計(jì)，出水總氮濃度僅由最后一段進(jìn)水中凱氏氮硝化產(chǎn)生的硝態(tài)氮濃度所決定，可達(dá)到較高的總氮去除率；本模糊控制方法和裝置僅通過進(jìn)水C/N比即可實(shí)現(xiàn)流量和容積的優(yōu)化調(diào)節(jié)，具有輸入?yún)?shù)少、控制規(guī)則簡(jiǎn)單易懂的優(yōu)點(diǎn)；整個(gè)工藝由模糊控制系統(tǒng)完成，具有管理操作方便，費(fèi)用低、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)和不易發(fā)生污泥膨脹。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于中小城鎮(zhèn)城市污水或有機(jī)物、氮素含量變化較大的工業(yè)廢水的處理，特別適用于采用或準(zhǔn)備采用污水生物脫氮系統(tǒng)的污水處理廠。下面結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明發(fā)明圖l是模糊子集"進(jìn)水C/N比"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖2是模糊子集"進(jìn)水流量分配系數(shù)"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖3是模糊子集"第一段容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖4是模糊子集"第二段容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖5是模糊子集"第三段容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖6是模糊子集"第四段容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖7是模糊子集"第一段缺氧區(qū)容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖8是模糊子集"第二段缺氧區(qū)容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖9是模糊子集"第三段缺氧區(qū)容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖10是模糊子集"第四段缺氧區(qū)容積"的隸屬函數(shù)曲線圖。圖ll"進(jìn)水C/N比"與"進(jìn)水流量分配系數(shù)"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖12"進(jìn)水C/N比"與"第一段容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖13"進(jìn)水C/N比"與"第二段容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖14"進(jìn)水C/N比"與"第三段容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖15"進(jìn)水C/N比"與"第四段容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖16"進(jìn)水C/N比"與"第一段缺氧區(qū)容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖17"進(jìn)水C/N比"與"第二段缺氧區(qū)容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖18"進(jìn)水C/N比"與"第三段缺氧區(qū)容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖19"進(jìn)水C/N比"與"第四段缺氧區(qū)容積"的模糊控制輸入輸出關(guān)系曲線圖。圖20本發(fā)明采用的A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮系統(tǒng)試驗(yàn)效果示竟圖。圖21是本發(fā)明A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖22是本發(fā)明模糊控制過程示意圖。圖中l(wèi)-反應(yīng)池、2-進(jìn)水泵、3-曝氣器、4-攪拌器、5-COD傳感器、6-TKN傳感器、7-D0傳感器、8-C0D測(cè)定儀、9-TKN測(cè)定儀、IO-DO測(cè)定儀、11-模糊控制器主機(jī)、12-模糊控制器主機(jī)的信號(hào)輸出接口、13-COD信號(hào)輸入接口、14-TKN信號(hào)輸入接口、15-DO信號(hào)輸入接口、16-電源開關(guān)、17-顯示器接口、18-打印機(jī)接口、19-顯示器、20-執(zhí)行機(jī)構(gòu)、21-執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸入口、22-執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸出口、23-電源接口、24-變壓器、25-進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器、26-曝氣器繼電器、27-攪拌器電機(jī)繼電器、28-進(jìn)水管、29-二沉池、30-出水管、31-缺氧區(qū)、32-好氧區(qū)、33-原水容器、34-控制閥門、35—中心管、36—剩余污泥管、37—污泥回流管、38—回流污泥泵、39—止回閥。具體實(shí)施方式實(shí)施例這種A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置用于A/0工藝分段進(jìn)水生物脫氮污水處理系統(tǒng)中，參見圖21-22，其A/0生物脫氮污水處理系統(tǒng)由原水容器33、進(jìn)水管28、控制閥門34、進(jìn)水泵2、反應(yīng)池、中心管35、二沉池29、出水管30順序連接而成；其中反應(yīng)池由四段組成，每段有一個(gè)缺氧區(qū)31和一個(gè)好氧區(qū)32，以缺氧區(qū)、好氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)順序排列，每個(gè)缺氧區(qū)內(nèi)均置有攪拌器4，每段的進(jìn)水管均連接一個(gè)進(jìn)水泵2，每個(gè)進(jìn)水泵與一個(gè)控制閥門34連接；每個(gè)好氧區(qū)內(nèi)均設(shè)有與空氣壓縮機(jī)連接的曝氣器3，二沉池的池底連通剩余污泥管36和污泥回流管37，污泥回流管經(jīng)回流污泥泵38、止回閥39與第一個(gè)缺氧區(qū)連通，其特征在于在上述反應(yīng)池的原水容器33內(nèi)置有一個(gè)化學(xué)需氧量傳感器，S卩C0D傳感器5，C0D傳感器5經(jīng)導(dǎo)線連接C0D測(cè)定儀8，C0D測(cè)定儀8的信號(hào)輸出頭與模糊控制器主機(jī)11上的C0D信號(hào)輸入接口13連接；在上述反應(yīng)池的原水容器33內(nèi)還置有一個(gè)凱氏氮濃度傳感器，S卩TKN傳感器6，TKN傳感器6經(jīng)導(dǎo)線連接TKN測(cè)定儀9、TKN測(cè)定儀9的信號(hào)輸出頭與模糊控制器主機(jī)11上的TKN信號(hào)輸入接口14連接；在上述反應(yīng)池的好氧區(qū)每個(gè)內(nèi)置有溶解氧濃度傳感器，S卩D0傳感器，各D0傳感器經(jīng)導(dǎo)線連接D0測(cè)定儀10，D0測(cè)定儀10的信號(hào)輸出頭與模糊控制器主機(jī)11上的D0信號(hào)輸入接口15連接；上述模糊控制器主機(jī)的信號(hào)輸出接口12與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸入口21連接，并分別向控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的曝氣器繼電器26、進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器25、攪拌器電機(jī)繼電器27輸入控制信號(hào)；曝氣器繼電器26控制各曝氣器的曝氣量，進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器25控制各進(jìn)水泵的進(jìn)水量，攪拌器電機(jī)繼電器27控制各攪拌器的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置，其特征在于上述模糊控制器主機(jī)內(nèi)包括a、存儲(chǔ)執(zhí)行程序、模糊控制規(guī)則和所需數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；b、具有輸入程序和數(shù)據(jù)的輸入設(shè)備；c、能夠完成程序中的控制量偏差計(jì)算、模糊化計(jì)算、模糊控制推理、非模糊化計(jì)算、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳遞加工處理的運(yùn)算器；d、能夠根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果和程序的需要控制程序的走向，并能根據(jù)指定控制機(jī)各部分協(xié)調(diào)操作的控制器；e、能夠按照人們的需要將處理的結(jié)果輸出操作人員使用的輸出設(shè)備；f、將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D);g、將輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)。一種應(yīng)用所述A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置的A/0工藝分段進(jìn)水探度脫氮的模糊控制方法，其特征在于步驟如下(1)、在反應(yīng)池的原水容器放置用于采集化學(xué)需氧量COD信號(hào)的COD傳感器和用于采集進(jìn)水凱氏氮濃度TKN信號(hào)的TKN傳感器；采集化學(xué)需氧量COD和進(jìn)水凱氏氮濃度并進(jìn)而得出進(jìn)水C/N比的信號(hào)，作為A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制輸入?yún)⒎?，?shí)時(shí)控制進(jìn)水流量和容積的優(yōu)化分配以及每一段中缺氧區(qū)的容積分配。(2)、利用上述COD傳感器和TKN傳感器檢測(cè)進(jìn)水COD和TKN濃度，將采集的COD和TKN濃度信號(hào)分別經(jīng)COD測(cè)定儀和TNK測(cè)定儀輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D，轉(zhuǎn)換成進(jìn)水碳氮比(C/N)輸入變量數(shù)字信號(hào)。(3)、將上述輸入變量數(shù)字信號(hào)輸入模糊控制器主機(jī)，根據(jù)模糊控制規(guī)則，經(jīng)過控制量偏差的計(jì)算、模糊化計(jì)算、模糊控制推理和非模糊化計(jì)算后得到進(jìn)水流量分配系數(shù)(入)，以及各缺氧區(qū)的容積和各段的容積作為輸出變量；本發(fā)明的A/0工藝分段進(jìn)水生物脫氮模糊控制裝置與方法以"進(jìn)水C/N比"作為輸入變量，以進(jìn)水流量分配系數(shù)、各缺氧區(qū)和各好氧區(qū)的容積作為輸出變量。(4)、再將上述輸出變量經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換成模糊控制信號(hào)。(5)、上述模糊控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接對(duì)進(jìn)水泵、曝氣器的開關(guān)、攪拌器的電機(jī)進(jìn)行在線控制調(diào)節(jié)。表l是在穩(wěn)態(tài)條件下每段容積、每段中缺氧區(qū)好氧區(qū)容積比和每段流量:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>12<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>每一段總?cè)莘e以占反應(yīng)器總?cè)莘e的百分比的形式表達(dá)；每一段缺氧區(qū)容積是以占這一段的總?cè)莘e的百分比的形式表達(dá)的。在表1中，通過試驗(yàn)得出了不同進(jìn)水C/N比條件下，每段流量和容積以及每一段中缺氧去容積的最佳分配。例如序列(l)，在進(jìn)水C/N比為6.09的情況下，得到的進(jìn)水流量分配系數(shù)為l，第一段(VD、第二段(V2)、第三段(V3)、第四段(V4)的容積分別為0.2938V總、0.25V總、0.2375V總、0.2188V總(V總已知)，而每一段中缺氧區(qū)所占容積分別為O.1064Vh0.25V2、0.2632V3、0.2857V4。其中每一段的流量可通過Q二入3q+入2q+入q+q計(jì)算得出，式中Q總為總進(jìn)水流量，入為流量分配系數(shù)，q為最后一段的進(jìn)水流量。入代表進(jìn)水流量分配系數(shù)；V工代表第一段的容積；V2代表第一段的容積；V3代表第一段的容積；V4代表第一段的容積；V工缺代表第一段缺氧區(qū)的容積；V2缺代表第一段缺氧區(qū)的容積；V3缺代表第一段缺氧區(qū)的容積；V4缺代表第一段缺氧區(qū)的容積。序列(2)-(11)也應(yīng)用此方法即可得出不同進(jìn)水C/N比條件下，每段流量和容積以及每一段中缺氧去容積的最佳分配。表2模糊控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表3輸入和輸出變量的論域及模糊化和非模糊化方法輸出和輸入變量論域模糊化方法非模糊化方法進(jìn)水C/N比[6.0915.5]離散化Mamd肌i第一段缺氧區(qū)的容積[3.6%10.6%]離散化Mamd肌i第二段缺氧區(qū)的容積[25%45.1%]離散化Mamd肌i第三段缺氧區(qū)的容積[26.3%37.5%]離散化Mamd肌i第四段缺氧區(qū)的容積[28.5%48.4%]離散化Mamd肌i流量分配系數(shù)[14]離散化Mamd肌i第一段的容積[29%60%]離散化Mamd肌i第二段的容積[25%29%]離散化Mamd肌i第三段的容積[12.5%23.7%]離散化Mamd肌i第四段的容積[8.1%21.8%]離散化Mamd肌i根據(jù)表1和表2，建立了模糊控制規(guī)則，參見表3。其中各輸入和輸出變量的隸屬函數(shù)參見圖l一圖10。研究結(jié)果表明，用正態(tài)型模糊變量來描述人進(jìn)行控制活動(dòng)時(shí)的模糊概念是適宜的，因此本發(fā)明也采用正態(tài)型隸屬函數(shù)。利用MATLAB語(yǔ)言中的模糊邏輯控制箱(FuzzyLogicToolboxofMATLAB6.5)建立各模糊變量子集的隸屬函數(shù)，各輸入和輸出參數(shù)的隸屬函數(shù)參見圖1一圖10。而其中的[低中低中中高高]關(guān)鍵控制點(diǎn)的確定，則根據(jù)表l的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。根據(jù)表1僅僅通過進(jìn)水C/N比一個(gè)參數(shù)，就可以確定整個(gè)工藝的流量分配和容積的優(yōu)化分配，并可最終達(dá)到很高的總氮去除率，具有典型的單輸入、多輸出的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中可大大降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。綜合試驗(yàn)得出的結(jié)論，共建立了5條模糊控制規(guī)則，見表2所示。模糊控制器的控制規(guī)則采用IF…THEN…形式表達(dá)。各輸入和輸出變量的論域以及模糊化和非模糊化的方法列于表3中。對(duì)每個(gè)變量，都采用{低，中低，中，中高，高}描繪其狀態(tài)。利用MATLAB語(yǔ)言中的模糊邏輯控制箱(FuzzyLogicToolboxofMATLAB6.5)建立模糊控制優(yōu)化運(yùn)行模型并得出模糊控制輸入變量和輸出變量之間的關(guān)系，參見圖11-19。通過實(shí)驗(yàn)建立起來的模糊控制模型的輸入和輸出變量的關(guān)系，即模糊控制輸入輸出曲面，通過此曲面，即可得出不同進(jìn)水C/N比條件下每段流量和容積以及每一段中缺氧區(qū)容積的最佳分配。例如在進(jìn)水C/N比為10的條件下，經(jīng)査圖可得最佳的流量分配系數(shù)為2.25，第一至第四段每段的最佳容積分配為42。/。V總、26.75。/。V總、19%V總、15.8。/。V總，每一段缺氧區(qū)所占的容積分別為7.7%Vh34%V2、31.5%V3、37%V4，從而就實(shí)現(xiàn)了A/0工藝分段進(jìn)水的深度脫氮優(yōu)化運(yùn)行。A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮模糊控制方法與裝置通過調(diào)節(jié)曝氣器和攪拌電機(jī)的開后實(shí)現(xiàn)容積的控制與調(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)進(jìn)水泵實(shí)現(xiàn)進(jìn)水流量的控制與調(diào)節(jié)。應(yīng)用本專利開發(fā)的模糊控制方法和裝置后，A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果參見圖20，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出在非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中A/0分段進(jìn)水工藝達(dá)到了平均94.32%的總氮去除率。試驗(yàn)過程中，出水氨氮濃度均為零，而出水總氮濃度僅僅由出水硝酸鹽濃度所決定。在3個(gè)月的試驗(yàn)過程中出水總氮濃度均低于2.41mg/L。而污泥體積指數(shù)值在82mL/g至97mL/g間變化，平均91mL/g，體現(xiàn)了較好的穩(wěn)定性。實(shí)施例中試試驗(yàn)采用北京工業(yè)大學(xué)家屬區(qū)排放的真實(shí)生活污水，其水質(zhì)指標(biāo)情況如表4所示。表4進(jìn)水污水水質(zhì)項(xiàng)目COD(mg/L)NH4-N(mg/L)N02—-N(mg/L)N03—-N(mg/L)TKN(mg/L)最大值440500.1280.954最小值258290033平均值33641.40.050.7545.6中試試驗(yàn)反應(yīng)器由缺隼乂好氧/缺氧/好隼〔推流式反應(yīng)器和豎流式沉淀池組成，反應(yīng)器尺寸為1400mmX460mmX600mm(雙廊道)，有效容積為320L(最大為360L)。以本發(fā)明所述的A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮模糊控制方法與裝置為指導(dǎo)，進(jìn)行了為期3個(gè)月的非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行研究。試驗(yàn)過程中保持進(jìn)水量不變，而進(jìn)水水質(zhì)隨時(shí)間變化呈現(xiàn)一定的時(shí)變性。試驗(yàn)結(jié)果分別見圖20。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)每一段硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)均進(jìn)行完全。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出在非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中A/0分段進(jìn)水工藝達(dá)到了10(F。的氨氮去除率，平均94.32%的總氮去除率。各段好氧區(qū)末端氨氮濃度均在檢測(cè)線以下，達(dá)到完全硝化。而每一段缺氧區(qū)中，均未發(fā)生硝酸鹽的累積。試驗(yàn)過程中，出水總氮濃度僅僅由出水硝酸鹽濃度所決定。在3個(gè)月的試驗(yàn)過程中出水總氮濃度均低于2.41mg/L。而污泥體積指數(shù)值在82mL/g至97mL/g間變化，平均91mL/g，體現(xiàn)了較好的穩(wěn)定性。權(quán)利要求1一種A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置，用于A/0生物脫氮污水處理系統(tǒng)中，其A/0生物脫氮污水處理系統(tǒng)由原水容器(33)、進(jìn)水管(28)、控制閥門(34)、進(jìn)水泵(2)、反應(yīng)池(1)、中心管(35)、二沉池(29)、出水管(30)順序連接而成；其中反應(yīng)池由四段組成，每段有一個(gè)缺氧區(qū)(31)和一個(gè)好氧區(qū)(32)，每個(gè)缺氧區(qū)內(nèi)均置有攪拌器(4)，每段的進(jìn)水管均連接一個(gè)進(jìn)水泵(2)，每個(gè)進(jìn)水泵與一個(gè)控制閥門(34)連接；每個(gè)好氧區(qū)內(nèi)均設(shè)有與空氣壓縮機(jī)連接的曝氣器(3)，二沉池的池底連通剩余污泥管(36)和污泥回流管(37)，污泥回流管經(jīng)回流污泥泵(38)、止回閥(39)與第一個(gè)缺氧區(qū)連通，其特征在于在上述反應(yīng)池的原水容器(33)內(nèi)置有一個(gè)化學(xué)需氧量傳感器，S卩COD傳感器(5)，COD傳感器(5)經(jīng)導(dǎo)線連接COD測(cè)定儀(8)，COD測(cè)定儀(8)的信號(hào)輸出端口與模糊控制器主機(jī)(11)上的COD信號(hào)輸入接口(13)連接；在上述反應(yīng)池的原水容器(33)內(nèi)還置有一個(gè)凱氏氮濃度傳感器，S卩TKN傳感器(6)，TKN傳感器(6)經(jīng)導(dǎo)線連接TKN測(cè)定儀(9)、TKN測(cè)定儀(9)的信號(hào)輸出端口與模糊控制器主機(jī)(11)上的TKN信號(hào)輸入接口(14)連接；在上述反應(yīng)池的好氧區(qū)每個(gè)內(nèi)置有溶解氧濃度傳感器，S卩DO傳感器，各DO傳感器經(jīng)導(dǎo)線連接DO測(cè)定儀(10)，DO測(cè)定儀(10)的信號(hào)輸出端口與模糊控制器主機(jī)(11)上的DO信號(hào)輸入接口(15)連接；上述模糊控制器主機(jī)的信號(hào)輸出接口(12)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸入口(21)連接，并分別向控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的曝氣器繼電器(26)、進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器(25)、攪拌器電機(jī)繼電器(27)輸入控制信號(hào)；曝氣器繼電器(26)控制各曝氣器的曝氣量，進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器(25)控制各進(jìn)水泵的進(jìn)水量，攪拌器電機(jī)繼電器(27)控制各攪拌器的轉(zhuǎn)速。2根據(jù)權(quán)利要求l所述的A/O工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置，其特征在于上述模糊控制器主機(jī)內(nèi)包括a、存儲(chǔ)執(zhí)行程序、模糊控制規(guī)則和所需數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；b、具有輸入程序和數(shù)據(jù)的輸入設(shè)備；c、能夠完成程序中的控制量偏差計(jì)算、模糊化計(jì)算、模糊控制推理、非模糊化計(jì)算、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳遞加工處理的運(yùn)算器；d、能夠根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果和程序的需要控制程序的走向，并能根據(jù)指定控制機(jī)各部分協(xié)調(diào)操作的控制器；e、能夠按照人們的需要將處理的結(jié)果輸出操作人員使用的輸出設(shè)備；f、將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D);g、將輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)。3一種應(yīng)用權(quán)利要求l或2所述A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置的A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制方法，其特征在于步驟如下(1)、在反應(yīng)池的原水容器放置用于采集化學(xué)需氧量COD信號(hào)的COD傳感器和用于采集進(jìn)水凱氏氮濃度TKN信號(hào)的TKN傳感器；(2)、利用上述COD傳感器和TKN傳感器檢測(cè)進(jìn)水COD和TKN濃度，將采集的COD和TKN濃度信號(hào)分別經(jīng)COD測(cè)定儀和TNK測(cè)定儀輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)，轉(zhuǎn)換成進(jìn)水碳氮比(C/N)輸入變量數(shù)字信號(hào)；(3)、將上述輸入變量數(shù)字信號(hào)輸入模糊控制器主機(jī)，根據(jù)模糊控制規(guī)則，經(jīng)過控制量偏差的計(jì)算、模糊化計(jì)算、模糊控制推理和非模糊化計(jì)算后得到進(jìn)水流量分配系數(shù)(入)，以及各缺氧區(qū)的容積和各段的容積作為輸出變量；(4)、再將上述輸出變量經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)轉(zhuǎn)換成模糊控制信號(hào)；(5)、上述模糊控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接對(duì)進(jìn)水泵、曝氣器的開關(guān)、攪拌器的電機(jī)進(jìn)行在線控制調(diào)節(jié)。4根據(jù)權(quán)利要求3所述的A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制方法，其特征在于上述(3)中，在總進(jìn)水流量(Q)和總反應(yīng)池容積(V)已知，進(jìn)水C/N比為6.0915.5條件下，每一段的流量通過Q二入3q+入2q+入q+q計(jì)算得出，式中q為最后一段的進(jìn)水流量，入為進(jìn)水流量分配系數(shù)，每段流量和容積以及每一段中缺氧區(qū)容積的分配如下第一段的容積(VI)是反應(yīng)池容積(V)X(29.3860.62)%;第二段的容積(V2)是反應(yīng)池容積(V)X(2529.35)%;第三段的容積(V3)是反應(yīng)池容積(V)X(12.5023.75)%;第四段的容積(V4)是反應(yīng)池容積(V)X(8.1221.88)%;第一段缺氧區(qū)的容積(VI)是第一段的容積(VI)X(3.6010.64)%;第二段缺氧區(qū)的容積(V2)是第二段的容積(VI)X(2545.16)%;第三段缺氧區(qū)的容積(V3)是第三段的容積(VI)X(26.3237.50)%;第四段缺氧區(qū)的容積(V4)是第四段的容積(VI)X(28.5748.46)%。權(quán)利要求5根據(jù)權(quán)利要求3所述的A/0工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制方法，其特征在于上述(3)中的模糊控制規(guī)則如下[l]、如C/N比低，那么入低，Vl低，V2低，V3高，V4高，Vl高，V2低，V3低，V4低；[2]、如C/N比中低，那么入中低，Vl中低，V2中低，V3中高，V4中高，Vl中高，V2中低，V3中低，V4中低；[3]、如C/N比中，夷P么入中，VI中，V2中，V3中，V4中，VI中，V2中，V3中，V4中；[4]、如C/N比中高，那么入中高，Vl中高，V2中高，V3中低，V4中低，Vl中低，V2中高，V3中高，V4中高；[5]、如C/N比高，那么入高，Vl高，V2高，V3低，V4低，Vl低，V2高，V3高，V4高；上述每個(gè)變量都采用低，中低，中，中高，高表示其狀態(tài)，得出模糊控制輸入變量和輸出變量之間的關(guān)系。全文摘要一種A/O工藝分段進(jìn)水深度脫氮的模糊控制裝置及其方法，用于污水處理系統(tǒng)，反應(yīng)池由四段組成，每段有一個(gè)缺氧區(qū)和一個(gè)好氧區(qū)，在原水容器內(nèi)置有一個(gè)COD傳感器和一個(gè)TKN傳感器，在反應(yīng)池各段的好氧區(qū)每個(gè)內(nèi)置有一個(gè)DO傳感器，將采集的COD和TKN濃度信號(hào)分別經(jīng)COD測(cè)定儀和TNK測(cè)定儀輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D，轉(zhuǎn)換成C/N輸入變量數(shù)字信號(hào)，將上述輸入變量數(shù)字信號(hào)輸入模糊控制器主機(jī)，根據(jù)模糊控制規(guī)則，得到進(jìn)水流量分配系數(shù)，以及各缺氧區(qū)的容積和各段的容積作為輸出變量，并分別向曝氣器繼電器、進(jìn)水泵調(diào)節(jié)器、攪拌器電機(jī)繼電器輸入控制信號(hào)，解決了該系統(tǒng)的非線性精確控制和優(yōu)化運(yùn)行的技術(shù)問題。文檔編號(hào)C02F3/12GK101121564SQ200710201649公開日2008年2月13日申請(qǐng)日期2007年9月11日優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日發(fā)明者彭永臻,王淑瑩,祝貴兵申請(qǐng)人:彭永臻