一种地铁车站污水处理系统

技术领域：

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种地铁车站污水处理系统。

背景技术：

随着轨道交通技术的不断发展，越来越多的城市都已建成或正在兴建地铁。地铁车站人流流动，地铁沿途车站及其附属建筑，均会产生少量的生活污水。然而，一些地铁站点地处闹市区，连接市政污水管网的接驳工程施工难度大，投资成本高；还有一部分车站地处偏远，暂不在城市生活污水厂收集处理范围内，不具备接驳市政污水管网的条件。因此，急需研究地铁车站的污水处理系统，不仅能够有效解决地铁站生活污水达标处理和外排的难题，而且可将处理的中水为车站生产、生活杂用水需求服务，实现污水零排放、水资源再生利用的双重目标。

目前的处理系统中，膜-生物处理器(Membrane Bioreactor,MBR)是一种新型高效污水处理工艺，MBR工艺具有污染物去除率高、出水水质好、能大幅度去除细菌和病毒，而且占地面积小等特点，因而特别适合地铁车站的污水处理需要。然而，目前MBR膜主要采用中空纤维膜，而且膜分离组件采取浸没式方式安装在污水处理系统的膜分离池中，因而比较容易造成膜堵塞。一旦堵塞，将影响整套污水处理设备的正常运转，严重时将导致出水不达标，造成二次污染。为了防止堵塞，不得不定期停机，进行药液清洗，费时费力，而且影响生产。

根据地铁站所处位置和时间段的不同，污水的排水量会有很大的区别。某些地铁站在节假日或者某些特殊时段因为人流量稀少，排水量会在一定时期内恒定在一个较低水平，另外一些站点则可能呈现相反的趋势。部分车站的排水量会呈现“M型”的变化趋势，高峰值可能达到普通时段的4-5倍。目前的污水处理系统通常利用调节池进行污水的均质均量预处理，当水位到达预定高度时，再自流进入下一级处理，没有应对水量波动的其他措施。当水量过大时，水力停留时间短，影响生活反应效果；当水量过小时，系统近乎停止，污水变浑变臭，同时更容易造成MBR膜的堵塞。

发明内容：

发明目的：

本发明提供了一种适合地铁车站的污水处理系统，其目的在于克服现有MBR污水处理工艺中膜容易堵塞的问题，特别是解决车站来水水量因所处位置和时间段的不同而变化较大、从而影响污水处理系统运行稳定性的问题。

技术方案：

一种地铁车站污水处理系统，其特征在于：该地铁车站污水处理系统由一体化综合处理子系统和智能控制子系统组成；

其中：在一体化综合处理子系统中，格栅与调节池连接，调节池与AO池通过管道连接，AO池与MBR膜池通过管道连接，MBR膜池与清水池通过管道连接；MBR膜池通过上清液回流管道和污泥回流管道与调节池连接；一体化综合处理子系统的管道中连接有水泵、阀门和风机，在调节池、AO池、MBR膜池和清水池的水系统中设有传感器；

智能控制子系统主要包括检测模块、预测控制模块、PLC控制模块；其中检测模块通过线路与预测控制模块和PLC控制模块连接，预测控制模块通过线路与PLC控制模块连接，PLC控制模块通过线路与检测模块连接；PLC控制模块与一体化综合处理子系统中的水泵、阀门和风机连接；

智能控制子系统中检测模块的传感器与一体化综合处理子系统连接。

一体化综合处理子系统中的AO池由缺氧池和好氧池组成，缺氧池的输入端与调节池通过管道连接，缺氧池的输出端与好氧池的输入端连接，好氧池的输出端于MBR膜池连接；好氧池还与上清液回流管道连接；厌氧池与污泥回流管道连接。

一体化综合处理子系统中的格栅与调节池进水口处设置流量计，调节池内部设置曝气搅拌装置、1台常用潜水提升泵和1台备用潜水提升泵、5个配套浮球液位器。

所述一体化综合处理子系统的MBR膜池内置MBR膜组件，包括一台常用自吸泵和一台备用自吸泵、4个配套浮球液位器、1个常开电磁阀和一个常闭电磁阀、1套加药系统和1台风机；MBR膜池与调节池连接的上清液回流管道和污泥回流管道中设有回流泵和流量计。

一种如上所述的地铁车站污水处理系统的操作方法，其特征在于：该方法按以下步骤执行：

a、检测模块通过传感器采集水系统状态数据和信息，并将数据和信息发送给预测控制模块和PLC控制模块；

b、预测控制模块根据检测模块采集到的数据，利用智能机器在线学习方法，辨识污水处理生化反应过程，建立污水系统各车站水量随时间变化的模型和控制算法，进一步指导PLC对各阀门、水泵等设备的启停和污水回流进行控制；

c、PLC控制模块将智能控制系统的控制规划转化为开关控制指令，对一体化综合处理子系统中的水泵、风机、阀门进行控制，实现整个系统的平稳运行。

所述智能控制子系统的检测模块由液位计、流量计、温度传感器以及PH传感器、溶解氧传感器构成，为控制模块提供水系统状态数据和信息。

优点及效果：

本发明具有如下优点及有益效果：

1.通过智能控制实现对水量变化的建模和预测，实现了污水处理过程的精准控制，确保出水达标。

2.实现不同地铁车站随时间、地点动态波动条件下整个系统的稳定工作，克服水量变化冲击的影响，解决了污水处理系统受来水量波动较大影响整个污水处理系统稳定运行的问题。

3.根据的系统运行时段(如来水高峰期或低估期)、时间、水质、水量，确定MBR膜在线清洗周期，对水处理循环的闭环和精准控制，并动态调整和控制膜池水位，防止膜堵塞。

4.具有水系统状态数据的自动采集、设备的自动运行控制和水处理模式的智能转换的功能，不需要人工参与，运行简单方便。

附图说明：

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的智能控制子系统功能结构图。

具体实施方式：

本发明提供一种适合地铁车站的污水处理系统，为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种适合地铁车站的污水处理系统，其特征在于包括：一体化综合处理池和智能控制系统。

1.一体化综合处理子系统，主要包括调节池、AO池、MBR膜池。

所述调节池主要用于调节水量水质，并对生化池剩余污泥排至调节池进行厌氧减量化处理。其内部设置曝气搅拌装置；设置1备1用潜水提升泵2台；在格栅后、进水口处设置流量计，检测来水水量；配套浮球液位器5个，其中2个用于高低水位报警外，另外3个用于检测高中低控制水位，并根据随季节、时间和站点位置的变化的预测水量模型控制水泵的启动和停止。

所述AO池是本污水处理系统的核心工艺，包括缺氧段和好氧段，缺氧段主要通过硝化和反硝化作用，去除污水中氨氮等指标；好氧段主要去除污水中的有机物。附属设备包括1备1用污泥回流泵2台、曝气系统1套；设置至调节池的回流管道，包括回流泵和流量计，用于自动补充特殊时段来水量的不足。

所述MBR膜池内置MBR膜组件，膜池内设置1备1用自吸泵2台；配套浮球液位器4个，用于控制膜自吸泵的启动、停止及报警；配有电磁阀2个(长开1个，常闭1个)、加药系统1套；配有风机1台，用于MBR膜定期在线清洗；设置至调节池的回流管道，包括回流泵和流量计，形成污水处理水路的闭环，用于自动调节整套污水处理装置的水量，防止水量波动大而影响出水稳定、甚至造成膜堵塞和设备长时间停运的问题。

2.智能控制子系统，主要包括预测控制模块、PLC控制模块、检测模块。

所述预测控制模块根据检测模块采集到的数据，利用智能机器在线学习方法，辨识污水处理生化反应过程，建立污水系统各车站水量随时间变化的模型和控制算法，进一步指导PLC对各阀门、水泵等设备的启停和污水回流进行控制。

所述PLC控制模块将智能控制系统的控制规划转化为开关控制指令，对系统中的水泵、风机、阀门进行控制，实现整个系统的平稳运行；

所述检测模块由液位计、流量计、温度传感器以及PH传感器、溶解氧传感器等传感器构成，为上述控制模块提供水系统状态数据和信息。

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

一种地铁车站污水处理系统，包括：

1一体化污水综合处理子系统，包括如下步骤：

1)调节池设置设高、次高、次低、低4个液位和超高液位报警，浮球液位计控制水泵启动停止。根据预测模型，在水量波峰或波谷时间段，选择高液位或次高液位启动水泵；次低液位或低液位停止水泵；系统检测到超高液位时声光蜂鸣报警。同时，MBR膜池高液位时停止水泵。

2)A/O池按照智能控制子系统设计的最佳水力停留时间和水位值，根据水质水量控制污泥回流和上清液回流。

3)MBR膜池设置高、低两个液位和超高液位报警、超低液位报警。高液位启动MBR制水程序，低液位停止MBR制水程序。按照智能控制子系统的预测控制指令，预留一定量污水回流至调节池，补充来水波谷区的水量，实现污水处理内循环，避免设备长期不运行导致的水质变坏和膜堵塞。

2智能控制子系统，包括如下步骤：

1)预测控制模块根据检测模块采集到的数据，利用深度神经网络学习方法，辨识污水处理生化反应过程，建立污水系统各车站水量随时间变化的模型和控制算法，进一步指导PLC对各阀门、水泵等设备的启停和污水回流进行控制。具体包括：

a)利用传感器检测到的水位、流量数据作为训练数据，随深度神经网络进行训练，构造水系统运行模型；

b)根据上述系统模型，划分一年中污水量的波峰区、平峰区和波谷区；

c)在波峰区、平峰区和波谷区分别计算有效水力停留时间和出水流量；

d)在波峰区、平峰区和波谷区分别计算A/O池和MBR膜池的污泥回流量；在波谷区计算A/O池和MBR膜池的上清液回流量。

e)根据上述c)、d)计算结果，构造标准水位/时间表，作为PLC控制的参考输入，再以实时检测的传感器水位数据作为反馈量，触发PLC对阀门的开关和水泵的启停进行控制，实现水处理系统闭环控制。

2)PLC控制模块将智能控制系统的控制规划转化为开关控制指令，对系统中的水泵、风机、阀门等进行控制。具体包括：

a)PLC按照(1)所示实施步骤，接受预测控制模块的指令，结合传感器信息，对各阀门、水泵进行控制。

b)按照预测控制结果，控制A/O池和MBR膜池的上清液回流量，保证系统稳定工作。

3)检测模块利用液位计、流量计、温度传感器以及PH传感器、溶解氧传感器等传感器构成，为预测控制模块和PLC控制模块提供水系统状态数据和信息。具体包括：

a)液位计随时采集数据，为PLC系统控制提供信号；

b)以小时为周期将采集到的数据发送给预测控制模块，为系统建模和控制提供数据；

c)流量计实时监测出入口水流量，定期向预测控制模块发送数据；

d)温度传感器以及PH传感器、溶解氧传感器等传感器定期采样，向预测控制模块发送数据，为决策提供参考。

(3)一体化综合处理子系统在智能控制子系统的作用下，实现水系统状态数据的自动采集、设备的自动运行控制和水处理模式的智能转换，不需要人工参与，实现污水处理装置的稳定工作和出水达标，同时，通过水位控制和调节，解决MBR膜易堵塞的问题。