本发明涉及污水处理与环境保护，尤其涉及基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统及方法。
背景技术：
1、在污水处理领域，碳源的投加是控制氮、磷等污染物去除效率的关键因素之一。传统污水处理工艺，如多级ao（anaerobic-oxic，厌氧好氧工艺法）工艺，通常依赖于外部碳源的投加以维持高效的脱氮效果。然而，这种依赖不仅增加了污水处理厂的运营成本，还可能因碳源过量使用而导致出水cod（chemical oxygen demand，化学需氧量）升高，污水处理厂碳排放强度增加，对环境造成二次污染。此外，传统工艺在碳源投加方面往往缺乏精确控制，导致碳源利用效率低下，进一步加剧了资源浪费和运行成本上升的问题。
2、为了优化碳源投加，提高脱氮效率并降低运行成本，近年来，研究者们开始探索将污泥水解技术与多级ao工艺相结合的新型污水处理工艺。污泥水解技术通过控制污泥的停留时间和环境条件，促进污泥中的有机物水解为小分子有机碳源，从而为生物脱氮过程提供内源性碳源。这种技术不仅能够减少对外部碳源的依赖，还能在一定程度上实现污泥的减量化和资源化利用。
3、同时，mabr（membrane aerated biofilm reactor，膜曝气生物反应器）作为一种新兴的生物处理技术，因其能够实现同步snd（simultaneous nitrification anddenitrification，硝化反硝化）而备受关注。mabr利用无泡曝气技术，通过膜组件直接向生物膜层提供氧气，无需混合液回流，从而简化了工艺流程，提高了氧气的利用效率。在mabr中，硝化菌和反硝化菌可以在同一空间内共存并相互作用，实现氮的高效去除。
4、然而，目前将污泥水解技术与mabr耦合用于污水处理的工艺尚不成熟，特别是在碳源投加优化控制方面仍存在诸多挑战。如何精确控制污泥水解过程以提供稳定的内源性碳源，如何根据水质变化动态调整碳源投加量以实现脱氮效率的最大化，这些问题亟待解决。
5、综上所述，现有技术在碳源投加优化控制方面存在不足，迫切需要一种能够精确控制污泥水解过程、优化碳源投加量的新型污水处理工艺。本发明正是基于这一需求，提出了一种基于侧流污泥水解+mabr耦合工艺的碳源投加优化控制系统，旨在通过精确控制污泥水解和碳源投加，提高脱氮效率，降低运行成本，实现污水处理工艺的高效、节能、环保运行。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统及方法，解决传统污水处理工艺中碳源投加量大、成本高、脱氮效果不佳、碳排放强度高的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，包括：
3、侧流污泥水解池、厌氧池、第一缺氧池、第一好氧池、第二缺氧池、第二好氧池和二次沉淀池，各池体顺次连接；
4、mabr膜组件设置于第一缺氧池的前段；
5、在线监测系统，包括进水流量计、第一缺氧池和第二缺氧池的内部污泥浓度监测取样点、进出水水质监测取样点，以及侧流污泥水解池内部水质监测点，用于实时监测系统的运行状态；
6、碳源投加系统，包括储药罐、第一缺氧池和第二缺氧池的加药泵及加药控制阀门，通过控制信号线路与plc（programmable logic controller，可编程逻辑控制器）中控系统连接，接收控制信号进行碳源投加；
7、污泥外回流系统与内回流系统，包括内回流泵、外回流泵、侧流污泥回流泵及其相应的流量计和控制阀门，均通过第二信号线路与plc中控系统连接，接收控制信号调节污泥回流；
8、plc中控系统，用于接收来自在线监测系统的信号，根据预设的优化控制方法分析系统运行状态，并自动调控污泥回流系统与碳源投加系统的运行状态，实现碳源投加的优化控制。
9、优选的方案中，所述在线监测系统包括：
10、进水流量计，用于实时监测工艺进水流量，其通过第一信号线路与plc中控系统连通；
11、污泥浓度监测取样点，通过小型取样泵定时取样，并利用污泥浓度分析仪分析污泥浓度后，将结果传输至plc中控系统；
12、水质监测取样点，通过小型取样泵定时取样，并利用水质检测分析仪分析样品的cod、氨氮、总氮指标后，将结果传输至plc中控系统。
13、优选的方案中，所述在线监测系统包括：
14、所述碳源投加系统包括：
15、储药罐，用于储存碳源；
16、第一缺氧池和第二缺氧池的加药泵及加药控制阀门，分别通过第二信号线路接收plc中控系统的控制信号，进行碳源的精准投加。
17、优选的方案中，所述污泥外回流系统与内回流系统包括：内回流泵、外回流泵及侧流污泥回流泵，分别配备有流量计和控制阀门，通过控制信号线路接收plc中控系统的控制信号，调节污泥的回流流量。
18、优选的方案中，所述plc中控系统，能够根据接收到的信号自动分析系统运行状态，并基于预设的优化控制方法，通过调整污泥回流系统与碳源投加系统的运行状态，实现碳源投加的优化控制。
19、优选的方案中，所述plc中控系统还具备智能化预警功能，一旦监测到水质参数异常，立即触发报警并自动调整工艺参数，确保污水处理过程稳定高效，为水环境保护提供了强有力的技术支持。
20、基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制方法，是采用上述任意一项所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，所述方法包括以下步骤：
21、step1：根据第一缺氧池进水的cod与总氮进水数据计算c/n比，作为前馈参数，并根据c/n比调节污泥外回流系统或联合调节污泥回流系统和碳源投加系统；
22、step2：当仅调节污泥回流系统时，基于碳源优化控制模型，计算侧流污泥回流量，并调节污泥回流以补充碳源；
23、step3：当同时调节污泥回流系统和碳源投加系统时，基于碳源优化控制模型，计算碳源投加量，并补充碳源投加以实现总氮去除；
24、step4：根据计算结果，通过plc中控系统调整碳源投加量与污泥循环量，实现碳源的精准投加与控制；
25、step5：通过全面监测系统运行状态，调整内回流与外回流运行，优化系统脱氮效果，降低系统运行成本。
26、优选的方案中，所述当step2仅调节污泥回流系统时，其具体优化控制方法为，采用生化池进水流量测量仪，第一缺氧池、第二缺氧池进水与出水水质检测数据，以及第一缺氧池、第二缺氧池和侧流污泥水解池内的污泥浓度在线监测数据，基于碳源优化控制模型，计算侧流污泥回流量，通过调节污泥回流详细精确调节回流量，计算公式如下：
27、（1）
28、其中，为侧流污泥水解池污泥回流流量，l/s；为侧流污泥水解池的cod浓度，mg/l；为第一缺氧池进水tn浓度，mg/l；为生化系统出水tn设计标准，mg/l；为第一缺氧池进水cod浓度，mg/l；为第二缺氧池出水cod浓度，mg/l；为池内tn削减系数；为第二缺氧池出水氨氮浓度，mg/l。
29、优选的方案中，所述step3当同时调节污泥回流系统和碳源投加系统时，其具体优化控制方法为，采用生化池进水流量测量仪，第一缺氧池、第二缺氧池进水与出水水质检测数据，以及第一缺氧池、第二缺氧池和侧流污泥水解池内的污泥浓度在线监测数据，基于碳源优化控制模型，计算碳源投加系统的投加量，侧流污泥以设定的最大流量运行，通过补充碳源投加实现总氮去除，计算公式如下：
30、（2）
31、其中，为第一缺氧池碳源投加量，kgcod/l；为第二缺氧池碳源投加量，kg/l。
32、本发明提供的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统及方法，有如下有益效果：
33、1、本发明解决了传统污水处理工艺中碳源投加量大、成本高及脱氮效果不佳的问题；
34、2、本发明在原有多级ao的基础上耦合mabr组件与侧流污泥水解池，采用分段补给内碳源的方式，实现内碳源的优化利用，减少碳源投加；
35、3、本发明通过mabr膜组件实现同步硝化反硝化的作用，正常运行无需碳源，减少了碳源的使用量；
36、4、本发明的侧流污泥水解池可通过水解系统中的污泥向系统中补充碳源，减少了碳源的利用；
37、5、本发明联合优化控制碳源投加与侧流污泥回流，通过简单易行的操作，降低污水厂外碳源物耗成本；
38、6、本发明通过耦合侧流污泥水解工艺和mabr膜技术，实现内碳源的优化利用，显著减少外源碳投加量；
39、7、本发明采用分段补给的方式，分别为第一缺氧池和第二缺氧池提供优化的碳源投加量，有效提升生化池的脱氮效果；
40、8、本发明通过plc中控系统与在线监测系统的紧密结合，实现对系统运行状态的实时监控和自动调控，确保系统运行的稳定性和高效性；
41、9、本发明通过创新的工艺设计和智能化的控制系统，实现了碳源投加的优化控制，降低了污水处理的运行成本，提升了处理效果，降低了污水处理厂碳排放强度，具有重要的实际应用价值；
42、10、本发明还集成了高效的污泥减容技术，通过侧流污泥水解，显著减少了污泥产量，进一步降低污泥处理与处置的成本与压力，促进了污水处理行业的可持续发展；
43、11、本发明的plc中控系统还扩展有智能化预警功能，一旦监测到水质参数异常，立即触发报警并自动调整工艺参数，确保污水处理过程稳定高效，为水环境保护提供了强有力的技术支持；
44、12、本发明的plc中控系统还能实时记录并分析数据，预测潜在问题，提前采取预防措施，进一步提升了污水处理厂的运营效率和环境适应性。
1.基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，其特征在于，所述在线监测系统包括：
3.根据权利要求1所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，其特征在于，所述碳源投加系统包括：
4.根据权利要求1所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，其特征在于，所述污泥外回流系统与内回流系统包括：内回流泵（11）、外回流泵（14）及侧流污泥回流泵（17），分别配备有流量计和控制阀门，通过控制信号线路接收plc中控系统（1）的控制信号，调节污泥的回流流量。
5.根据权利要求1所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，其特征在于，所述plc中控系统（1），能够根据接收到的信号自动分析系统运行状态，并基于预设的优化控制方法，通过调整污泥回流系统与碳源投加系统的运行状态，实现碳源投加的优化控制。
6.基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制方法，其特征在于，是采用上述权利要求1~5任意一项所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制系统，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制方法，其特征在于，所述当step2仅调节污泥回流系统时，其具体优化控制方法为，采用生化池进水流量测量仪，第一缺氧池、第二缺氧池进水与出水水质检测数据，以及第一缺氧池、第二缺氧池和侧流污泥水解池内的污泥浓度在线监测数据，基于碳源优化控制模型，计算侧流污泥回流量，通过调节污泥回流详细精确调节回流量，计算公式如下：
8.根据权利要求6所述的基于侧流污泥水解与mabr耦合的碳源优化投加控制方法，其特征在于，所述step3当同时调节污泥回流系统和碳源投加系统时，其具体优化控制方法为，采用生化池进水流量测量仪，第一缺氧池、第二缺氧池进水与出水水质检测数据，以及第一缺氧池、第二缺氧池和侧流污泥水解池内的污泥浓度在线监测数据，基于碳源优化控制模型，计算碳源投加系统的投加量，侧流污泥以设定的最大流量运行，通过补充碳源投加实现总氮去除，计算公式如下：
