一种厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化方法和系统与流程

本发明涉及市政污泥处理，具体涉及一种厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化方法和系统。

背景技术：

1、市政污泥厌氧消化是污水处理厂污泥减量化、稳定化和资源化的核心技术路线之一。一个完整的厌氧消化工程，从建设到投产经历五个阶段：工程设计、土建安装、设备调试、试运行、正式投产。试运行阶段是工程从设计到稳定运行之间最关键，也最容易出问题的环节。

2、目前行业实践中，消化项目试运行的调试主要依赖三种方式：

3、经验依赖型：运行工程师根据个人判断对单一参数“试错式”调整，发现指标异常就调一个参数等几天看效果，不理想再换另一个。调试周期长，经验不可复制。

4、设备供应商指导型：epc总包方提供调试指导，但供应商的目标是设备通过验收，而非系统达到最优运行状态，参数偏保守。

5、理论模型参考型：基于adm1等动力学模型的参数优化方法。这类模型依赖大量难以在工程现场获取的动力学参数，且主要用于实验室规模或稳定运行后的状态预测，对试运行阶段的场景适用性差。

6、因此，现有技术存在如下不足：

7、第一，缺乏针对试运行阶段的系统性调试方法。现有技术多集中于装置结构改进、预处理方法或已稳定运行系统的优化，缺少一套完整覆盖从接种启动到投产的全流程调试方案。

8、第二，参数调控缺乏协同视角。现有调试实践多采用单变量模式。但厌氧消化系统的多变量之间存在强耦合，若仅调整单一参数，极易造成挥发性脂肪酸积累，抑制产甲烷过程。

9、第三，异常诊断缺乏分级标准。试运行期间的参数波动，目前主要依靠个人经验区分系统自适应波动、需要人工干预、紧急停机等工况，缺少可量化、可复制的分级判定标准。

10、第四，调试效果缺乏终点标准。何时结束试运行、转入正式运行缺少统一的工程判定方法，行业内对“产气稳定”多为主观判断，不一定代表系统运行在最优区间。

11、第五，在线监测指标未纳入异常预警框架。现有调试方法主要依赖实验室取样检测。工程现场已有的仪表数据如沼气日累积流量、搅拌器电流（反映污泥流变状态）等，没有被系统性地用于试运行异常预警。

技术实现思路

1、本发明目的是克服现有技术中存在的至少一个技术问题，提供了一种厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化方法和系统。

2、一方面，本发明实施例提供了一种厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化方法，所述方法包括：步骤s1、消化池完成接种与初次进泥后，预设温度和搅拌强度初始基准值，按对应频率持续采集运行参数；所述运行参数包括负荷参数、反应参数、产出参数、流变参数和抑制参数；每日基于采集的负荷参数计算有机负荷olr与水力停留时间hrt；步骤s2、依托步骤s1输出的运行参数及有机负荷olr与水力停留时间hrt构建试运行四维关联调控模型，以有机负荷olr、消化池温度t、水力停留时间hrt和搅拌强度作为调控维度，设定仅适配试运行工况的参数耦合约束规则；所述参数耦合约束规则包括：olr速率提升约束、olr与温度耦合约束、olr与hrt自然关系约束以及搅拌强度约束；步骤s3、基于所述运行参数建立包含一级预警级、二级干预级和三级紧急级的异常分级标准，并基于所述运行参数的异常程度识别当前所处的异常等级；步骤s4、响应于当前所处的异常等级为二级干预级时，设置固定优先级参数调整决策序列，调整顺序依次为校准消化池温度、调整有机负荷olr、调整水力停留时间hrt和调整搅拌强度；步骤s5、响应于当前所处的异常等级为三级紧急级时，停止进泥并保持消化池温度恒定；步骤s6、设定包含甲烷体积分数、vs降解率、沼气日累积流量、挥发性脂肪酸vfa与碱度alk比值以及设备运行状态的条件量化判定标准，当同时满足全部条件且连续稳定运行预定时间后，判定试运行达标，可转入正式运行；步骤s7、归集s1至s6全过程监测数据、异常事件记录、参数调整决策及效果验证资料，整理形成可迁移、可培训的技术总结档案，供同类厌氧消化工程试运行参照。

3、进一步的，所述步骤s1中的负荷参数至少包括进泥流量、进泥ts浓度；所述反应参数至少包括消化池温度和沼气日累积流量；所述产出参数至少包括沼气日累积流量、甲烷体积分数和vs降解率；所述流变参数至少包括搅拌器电流；所述抑制参数至少包括挥发性脂肪酸vfa、碱度alk、氨氮；根据每日的进泥流量、进泥ts浓度计算有机负荷olr，结合消化池有效容积计算水力停留时间hrt。

4、进一步的，所述负荷参数采集频率为随进泥批次同步采集；所述反应参数、产出参数采集频率为每日采集；所述流变参数采集频率为24h连续在线采集；所述抑制参数采集频率为每周取样检测不少于2次。

5、进一步的，步骤s2中所述olr速率提升约束包括：提升有机负荷olr前，需要同时满足甲烷体积分数保持稳定约束条件、挥发性脂肪酸vfa/碱度alk处于安全区间约束条件、消化池温度不低于预设基准温度约束条件，任意一项约束条件不满足，则禁止提升计算有机负荷olr；olr与温度耦合约束包括：当消化池温度低于预设基准温度时，无论其余运行参数是否达标，均禁止上调有机负荷olr；olr与hrt自然关系约束包括：试运行阶段通过增大日进泥总量提升有机负荷olr，水力停留时间hrt随进泥量增大自动缩短，正常工况下不通过人工调节排泥量干预水力停留时间hrt；仅当识别出二级干预级异常进入故障处置时，人为调整排泥量改变水力停留时间hrt；其中，试运行驯化阶段olr提升伴随hrt缩短的耦合规律，区别于正式稳定运行阶段olr提升需延长hrt的耦合规律；搅拌强度约束包括：正常负荷提升过程中搅拌强度维持初始基准值不变，仅在异常处置阶段允许调整搅拌强度。

6、进一步的，所述步骤s3的异常分级标准包括：一级预警级判别条件包括：甲烷体积分数周内单日最大降幅＜3% 且挥发性脂肪酸vfa/碱度alk＜0.3；或者沼气产率单日波动＜10%，仅连续2天低于本周均值；二级干预级判别条件包括：甲烷体积分数周降幅3%至10%且挥发性脂肪酸vfa/碱度alk＞0.3；或挥发性脂肪酸vfa连续3天累计涨幅超20%且搅拌器电流持续攀升；或氨氮周增幅＞15%；三级紧急级判别条件包括：沼气日累积流量较基准下降50%以上且挥发性脂肪酸vfa/碱度alk＞0.8；或甲烷体积分数单日降幅＞10%、搅拌器电流剧烈震荡；或沼气产率降至基准值30%以下。

7、进一步的，所述步骤s4的固定优先级参数调整决策序列包括：第一优先级，核对消化池温度；若温度偏离设定区间，则调节换热系统使消化池恢复至设定区间，并恒温维持观察；若温度本身处于设定区间，则直接进入第二优先级；第二优先级，下调有机负荷olr；若在预设时间周期内故障未缓解则进入第三优先级；第三优先级，延长水力停留时间hrt；若故障未缓解则进入第四优先级；第四优先级，逐步恢复搅拌强度至基准值。

8、进一步的，所述步骤s6中条件量化判定标准包括：条件一：甲烷体积分数连续2周日均值波动＜5%，且甲烷体积分数不低于设计值的85%；条件二：vs降解率达到项目设计指标，且两周日均值波动小于5个百分点；条件三：沼气日累积流量较前一日降幅小于50%，无突发大幅下跌；条件四：挥发性脂肪酸vfa/碱度alk比值连续2周持续小于0.3；条件五：连续2周无因参数失衡、菌群抑制造成的设备非计划停机。

9、进一步的，所述方法还包括：响应于当前所处的异常等级为一级预警时，仅加密监测频次，不改动运行参数；响应于当前所处的异常等级为三级紧急级异常时，加密监测频次；若预设时间内运行参数无改善，则执行设备检修或污泥重新接种处置。

10、进一步的，所述步骤s1中的消化池接种方式为多级递进式接种或者单次直接接种；所述多级递进式接种包括：对部分消化池接种外部高活性厌氧种泥，待该部分消化池产气稳定后，利用其出料消化污泥接种其余消化池；多级递进式接种和单次直接接种均执行步骤s1-s7全部调试流程。

11、第二方面，本发明实施例还提供了一种厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化系统，所述系统采用上述的厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化方法实现，所述系统包括：运行参数采集模块，适用于消化池完成接种与初次进泥后，预设温度和搅拌强度初始基准值，按对应频率持续采集运行参数；所述运行参数包括负荷参数、反应参数、产出参数、流变参数和抑制参数；每日基于采集的负荷参数计算有机负荷olr与水力停留时间hrt；参数耦合约束规则设定模块，适用于依托所述运行参数及有机负荷olr与水力停留时间hrt构建试运行四维关联调控模型，以有机负荷olr、消化池温度t、水力停留时间hrt和搅拌强度作为调控维度，设定仅适配试运行工况的参数耦合约束规则；所述参数耦合约束规则包括：olr速率提升约束、olr与温度耦合约束、olr与hrt自然关系约束以及搅拌强度约束；异常等级识别模块，适用于基于所述运行参数建立包含一级预警级、二级干预级和三级紧急级的异常分级标准，并基于所述运行参数的异常程度识别当前所处的异常等级；异常等级响应模块，适用于响应于当前所处的异常等级为二级干预级时，设置固定优先级参数调整决策序列，调整顺序依次为校准消化池温度、调整有机负荷olr、调整水力停留时间hrt和调整搅拌强度；响应于当前所处的异常等级为三级紧急级时，停止进泥并保持消化池温度恒定；试运行达标判定模块，适用于设定包含甲烷体积分数、vs降解率、沼气日累积流量、挥发性脂肪酸vfa与碱度alk比值以及设备运行状态的条件量化判定标准，当同时满足全部条件且连续稳定运行预定时间后，判定试运行达标，可转入正式运行；技术总结档案输出模块，适用于归集全过程监测数据、异常事件记录、参数调整决策及效果验证资料，整理形成可迁移、可培训的技术总结档案，供同类厌氧消化工程试运行参照；其中，所述各模块由污水处理厂现有的运行参数传感器、可编程逻辑控制器plc或中控系统，以及消化池换热与搅拌执行机构配合实现，无需额外增设专用监测传感器。

12、第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述的厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化方法。

13、第四方面，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上述的厌氧消化工程试运行阶段多参数协同调试与优化方法。

14、本发明相比较于现有技术存在的有益效果如下：

15、1.协同调控代替单项试错，结合级联扩培接种，试运行周期较行业工程实践基准（《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》通常2~3个月）缩短约60%。

16、2.三级异常分级可在酸积累或氨抑制的早期阶段发现并干预，避免严重抑制导致系统重启。进一步降低重启需排空消化池、重新接种，造成的时间和经济成本。

17、3.沼气日累积流量（日产气总量，日累积值不受下游气柜背压干扰）和搅拌器电流（搅拌系统运行状态与池内流场均匀性状态的在线指标）纳入异常预警框架，不依赖在线ph计等额外传感器。

18、4.不依赖特定设备型号、药剂配方或接种源品质，遵循分级标准与决策树即可行，可编写为标准作业程序推广至同类工程。