《城镇污水处理厂智能监控和优化运行关键技术》

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项目属于水污染防治工程的科学技术领域。

城镇污水处理厂属于多输入、多输出、长时滞的动态开放系统,涉及复杂的生化/物化反应及物质/能量的转化和传递,且工艺参数众多,存在运行复杂、水质波动大、难以监控等突出问题。项目通过十多年的深入研究,发现了污水生物处理动力学过程中微生物呼吸及其代谢产物形成的变化规律,发明了污水处理在线监测和动态模拟新方法,研发出处理系统运行状态定最化判定的系列新技术,创新了污水处理全过程在线监控技术,建立了污水厂智能监控与优化控制耦合的运行控制一体化平台,将污水处理由经验依赖的粗放运行提升为数据驱动的精细化运行,显著提高了运行效率和稳定性。主要发明成果如下:

发明点1、发明了污水厂运行状态量化判定和动态模拟关键技术。通过对污水处理过程底物代谢和产物生成的精确解析,发现了厌氧/缺氧/好氧条件下微生物呼吸活性的变化规律,发明了定量判定微生物状态的多维呼吸图谱新技术,解决了水质水量波动导致难以定量判定污水厂状态的技术难题;建立了污水处理生化机理模型,应用模式识别和优化算法,发明了非稳态污水处理系统的动态模拟技术,提升了污水处理仿真预测精度和可靠性。此发明系统解决了微生物呼吸解析、污水厂运行状态量化判定、污水处理动态模拟等关键技术问题。

发明点2、发明了污水处理中微生物代谢状态的在线监测与预警关键技术。通过对污水处理微生物代谢产物光谱特征的化学计量学解析,建立了代谢产物光谱指纹谱库,创建了测定微生物活性的荧光新方法,克服了传统方法无法在线测定微生物活性的障碍;发明了碳/氧/磷的光/电在线测定新技术,并与微生物活性监测相结合,实现了污水处理好氧/厌氧/缺氧全过程的实时监测;发明了污水处理系统智能诊断与预警新技术,实现了对污水厂运行风险的准确预警。此发明实现了污水处理系统微生物代谢过程的定域监测、系统智能诊断与预警,解决了污水厂动态运行条件下的监控难题,提升了污水处理的运行稳定性。

发明点3、发明了多目标决策的污水处理过程优化和控制技术。发明了污水处理系统参数优化的仿真模拟方法,结合专家云端决策系统构建,建立了以最小能耗/药耗和最优水质为目标的智能决策系统;研发了集在线监测、动态模拟与优化控制策略为一体的污水厂智能化运行平台和设备,可动获取污水处理厂的运行状态参数和实时优化运行过程,实现了污水厂的高效、节能运行。

上述发明在技术原理、技术研发和技术应用上形成系列突破,系统解决了污水处理智能监测、实时预警与优化控制等关键技术难题。项目获授权发明专利21件、软件著作权4件;发表SCI论文67篇,包括在水处理界最有影响力的Environ Sci Technol和Water Res.上分别发表10和18篇论文,SCI他引1200余次。成果已成功应于全国30多个污水处理厂,近3年产生直接经济效益3226.55万元,为应用单位节省支出3181.04万元,削减COD、氨氮排放量达37.78万吨和3.79万吨以上,为污水厂安全运行和升级改造提供了重要的示范作用。

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