考慮微生物風(fēng)險的城市污水處理多目標(biāo)優(yōu)化控制

閔佳峰, 彭 鑫, 李 智, 鐘偉民, 潘紅光

(1. 華東理工大學(xué) 化工過程先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)教育部重點實驗室, 上海 200237;2. 西安科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院, 陜西 西安 710054)

1 前 言

活性污泥過程作為城市污水處理的核心，通過將廢水與活性污泥混合攪拌并曝氣，使有機(jī)污染物在微生物作用下絮凝吸附、氧化分解，然后廢水經(jīng)過二沉池固液分離后排出[1-3]。然而，在用水量、天氣及工業(yè)毒水侵入等原因?qū)е碌倪M(jìn)水水質(zhì)和水量波動的影響下，活性污泥過程容易引發(fā)污泥膨脹、污泥泡沫和污泥上浮等微生物相關(guān)的沉降問題，從而導(dǎo)致系統(tǒng)偏離正常工作狀態(tài)甚至崩潰[4-6]。因此，通過優(yōu)化控制[7]、預(yù)防校正[8]等控制策略，降低污泥沉降問題的發(fā)生率，減輕嚴(yán)重程度，提高污水處理系統(tǒng)的安全性能迫在眉睫。

近年來，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化控制方法因充分利用歷史和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、對經(jīng)驗依賴程度低等優(yōu)點而被廣泛運(yùn)用[9-15]。韓紅桂等[9]采用自適應(yīng)回歸核函數(shù)建立能耗成本(energy consumption，EC)和出水水質(zhì)(effluent quality，EQ)的模型，使得能耗成本明顯降低；Sadeghassadi 等[10]通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)離線建立溶解氧和氨氮的一步預(yù)測模型，實驗結(jié)果表明該方法可以有效降低運(yùn)行成本和改善出水水質(zhì)。然而，以上方法僅優(yōu)化運(yùn)行成本和出水水質(zhì)，忽略了微生物相關(guān)的沉降問題，容易引起微生物生長異常。

為了彌補(bǔ)上述方法在過程安全性上的不足，可以通過監(jiān)控運(yùn)行過程中的食微比(feed/microorganism，F(xiàn)M)、污泥齡(sludge retention time，SRT)、碳氮比(carbon/nitrogen，C/N 或BOD5/N)等性能指標(biāo)，實施針對性的控制策略[16-19]。……