基于先进过程控制的微生物燃料电池污水处理技术
admin
2022-09-17
基于先进过程控制的微生物燃料电池污水处理技术
技术编号
LN-017
提供单位
沈阳化工大学
技术大类
污染控制技术
联系人
樊立萍
技术类型
水污染物控制技术
电话
13998276020
邮箱
flpsd@163.com
适用范围
D4620污水处理及其再生利用
推荐单位
辽宁省科技厅
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技术简要说明本技术针对微生物燃料电池污水处理系统,采用显式的方法求解非线性模型预测控制,采用十项独创性理论对预测控制结构进行优化和算法上改进,从而解决了与之相关的十项具体问题,实现软件包开发、硬件设备实现、应用一体化。本项目的开展,对于助推东北老工业基地全面振兴、助力“一带一路”建设、推进国家生态文明建设、解决工业软件“掐脖子”问题等都具有重要意义,能够产生巨大的社会效益和生态效益。
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Technical Brief Description
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技术提供方沈阳化工大学
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技术主要指标信息所述技术的硬件方面包括嵌入式系统控制器;流量、pH、溶解氧、电导率、温度等传感器;电磁阀、蠕动泵等执行器。
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商业应用情况0
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希望在技术转移过程中得到的帮助/支持
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商业应用单位联系人/电话/邮箱
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设备投资以满足小型污水厂的需求为例,分布式微生物燃料电池污水处理系统控制平台的搭建需一次性投入包括传感器85万、控制系统45万、嵌入式模块39万、执行器13万,共计182万。另需5万/年的耗材费。
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年运行维护费用(1) 支付给相关测试公司,用于检测不同类产电污泥中微生物菌群种类及配比,及微生物在反应周期内不同时间节点的微生物量,用于精确化参数计算,共计5.0万元。 (2) 支付给反应器和水箱、排水管网定制公司,用于集成化城市污水处理系统综合实验平台改造过程中的反应器和水箱、模拟排水管网定制加工费,共计8.0万元,此后年均维护费约为10%。 (3) 支付给测试公司,提供分布式微生物燃料电池污水处理系统在实际工业过程中采用不同类微生物菌群的水质处理情况观测资料,完成相关指标的测试、化验和计算,共计5.0万元。
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投资回收期微生物燃料电池可使现有污水处理过程的COD 去除率可提高10%,产电功率密度可提高15%,全流程微生物燃料电池污水处理系统的运行能耗可降低50%。该技术的投资回收期预计为2年, 视采用规模和水质的不同, 对其经济效益影响较为明显。
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附加效益0
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综合效益微生物燃料电池兼具废水处理与同步发电功能,在生物降解污染物处理废水的同时实现绿色发电,整个产电和废水处理过程几乎不产生任何污染物。本技术通过构建显式非线性模型预测控制策略,提高微生物燃料电池污水处理系统的整体运行性能,对于推广微生物燃料电池污水处理新工艺、提高污水处理率和处理效率、减少污水排放量、实现污水处理过程的节能减排、改善水生态环境,具有重要意义。另一方面,微生物燃料电池废水处理系统的同步发电功能为绿色发电提供了新途径。该项目的实施可以有效提高微生物燃料电池的发电能力和供电稳定性,从而为微生物燃料电池发电技术的推广应用提供可行性依据和动力,为解决能源短缺提供新技术支持。 本技术针对微生物燃料电池这种兼具废水处理与同步发电能力的非线性系统进行控制策略研究,可以同时解决能源短缺与环境污染的双重压力,对于改善生态环境、提高人民生活质量、实现可持续发展具有重要意义。此外,本项目的开展,对于助推东北老工业基地全面振兴、助力“一带一路”建设、推进国家生态文明建设、解决工业软件“掐脖子”问题等都具有重要意义,能够产生巨大的社会效益和生态效益。
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障碍对技术转移影响等级0
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提交日期2020/12/24
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技术成熟度本技术围绕微生物燃料电池污水处理系统构建具有覆盖污水处理行业特色的全生命周期非线性控制方案,解决微生物燃料电池污水处理系统存在的产电量低、污水处理效果不理想、工作不稳定等问题,并建立微生物燃料电池污水处理系统这类典型工业过程的通用仿真软件包和控制软件包,对于解决此类强非线性工业过程的建模、仿真与控制问题具有科学价值。 基于本技术的技术路线和解决方案,能够在现有成熟的先进过程控制的基础上完善以下方面的成果: (1) 面向工业过程控制,建立微生物燃料电池污水处理系统的数学模型和仿真平台,解决微生物燃料电池这类强非线性系统的面向控制的建模问题。 (2) 通过显式非线性模型预测控制,提高微生物燃料电池污水处理系统的产电量、COD去除率及工作稳定性,解决微生物燃料电池这类强非线性系统的控制问题。 (3) 建立微生物燃料电池的通用仿真软件包和面向一类强非线性系统的显式非线性模型预测控制通用软件包,推进非线性工业过程控制技术的模块化、标准化、产业化及工业控制软件的自主化、商业化。
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技术适用性与使用条件该基于先进过程控制的微生物燃料电池污水处理技术可作为在制药、化工等重点污染行业的厂区污水处理厂及新农村建设中进行推广应用,实现重点污染行业污水处理效率的提高和节能降耗及微生物燃料电池污水处理系统在农村、居民区、牧区等的推广利用,既作为新型污水处理系统解决废水处理问题,推动整体水环境质量的提高,亦可作为新型发电系统,解决供电问题。
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技术稳定性该技术包括以下四方面的创新点,能够在恶劣环境下,通过有效的技术手段对抗参数等干扰条件,具体的创新点描述如下:1、创新点1:动态微生物产量引入模型实现模型矫正;2、创新点2:面向控制的参数化建模及无损降维;3、创新点3:显式非线性多变量模型预测控制设计;4、创新点4:构建弹性嵌入式非线性模型预测控制系统架构。
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技术安全性该技术应用中无发生二次污染、易燃易爆高毒性物质泄露等环境、安全事故的风险,且不存在上游资源限制、配套设施不完善、市场接受度不高等系统风险。
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技术转移推广障碍0
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知识产权转让信息工程学院在污水处理过程的建模、监视和优化控制领域具有明显科研优势和长期工作基础。学院拥有多个国家级和省部级科研平台,以辽宁省特聘教授樊立萍为主任的“工业-环境-资源协同控制与优化技术”辽宁省高校重点实验室是信息工程学院最早获批的省级科研平台,具有良好的科研条件和长期的学术积累。研发团队由长期从事污水处理过程优化控制的骨干教师组成,在污水处理过程、生物质能源开发、微生物燃料电池废水处理与同步发电等领域的建模、监视及优化控制等方面有着多年研究经历。 经过十余年的潜心研究,研发团队在非线性规划理论、软件及应用、先进过程控制技术及应用、污水处理过程、微生物燃料电池的建模、仿真、优化与控制等方面逐渐形成具有自主知识产权的技术和应用特色。先后主持国家自然科学基金、国家科技支撑计划等10余项国家级重点项目及20余项省级项目。发表相关论文100余篇,获得辽宁省科技进步奖3项,发明专利3项。