本發(fā)明涉及污水處理領域，特別是涉及一種曝氣控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

曝氣系統(tǒng)是污水處理行業(yè)中非常重要的一部分，其能耗很大，約占污水廠運營總電耗的一半以上，同時表明在該部分的節(jié)能空間很大。在我國由于設計或工藝的原因使得相當一部分污水處理廠曝氣系統(tǒng)存在能耗過高的問題，主要表現(xiàn)為對供氣量控制不準，基本處于過度曝氣的狀態(tài)，從而造成曝氣系統(tǒng)的能耗增加。

我國曝氣控制起步較晚，許多污水廠使用的仍然是人工操作與自動監(jiān)測相結合。目前國內(nèi)的曝氣控制方法主要有人工曝氣控制、半自動曝氣控制及全自動曝氣控制。人工操作主要是根據(jù)測定溶解氧濃度及出水水質(zhì)調(diào)節(jié)鼓風機風量，在這種操作下，穩(wěn)定性差，常常為了保證出水盡量達標，曝氣量會偏大且人工勞動強度大。半自動曝氣控制即便實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳入控制室，同時也需要人工的頻繁介入，存在延遲，無法保證出水。全自動曝氣控制是污水廠曝氣控制策略發(fā)展的趨勢。而目前所存在的溶解氧控制法僅僅根據(jù)溶解氧(Dissolved oxygen，DO)儀器的測量值來調(diào)控曝氣量，實質(zhì)上只是定性的決定了需要增加曝氣量還是減少曝氣量，并不能定量的決定需要增加或者減少的曝氣的量。

對于采用氧化還原電位(Oxidation-Reduction Potential，ORP)和pH來進行曝氣控制的系統(tǒng)，由于ORP和pH與曝氣量并沒有直接的線性關系，且ORP值短期內(nèi)延時嚴重，在實際應用中并不廣泛。以水質(zhì)指標作為前饋的曝氣控制，基本原理是通過污染物濃度來計算需要提供的氧氣量，但是污水水質(zhì)指標大多依靠實驗測定，測定時間需要數(shù)小時甚至數(shù)天，這對實時控制的作用不大。在線水質(zhì)檢測儀表也有數(shù)小時的延遲，且價格昂貴，尚未完全普及。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種曝氣控制系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)精確曝氣的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種曝氣控制系統(tǒng)，包括：曝氣池、數(shù)據(jù)采集單元、控制單元、曝氣單元；

所述數(shù)據(jù)采集單元包括氧轉移效率測定儀、溶解氧測定儀；

所述氧轉移效率測定儀包括集氣罩、尾氣傳輸管；

所述氧轉移效率測定儀通過信號線將實時氧轉移效率值傳送到所述控制單元；

所述尾氣傳輸管的一端與所述集氣罩頂部相連，另一端與所述氧轉移效率測定儀相連；

所述溶解氧測定儀與所述控制單元連接，所述溶解氧測定儀的檢測部伸入所述曝氣池中；

所述控制單元包括控制柜、顯示器、控制器；

所述顯示器放置在控制柜上方；

所述控制器放置在控制柜內(nèi)部；

所述控制器與所述顯示器電連接；

所述曝氣單元包括鼓風機、微孔曝氣器與流量計；

所述流量計設置于所述微孔爆氣器和所述鼓風機之間的管路上，所述流量計和所述鼓風機均與所述控制單元連接；

所述微孔曝氣器置于所述曝氣池底部；

所述氧轉移效率測定儀測定的氧轉換效率以及所述溶解氧測定儀測定的溶解氧濃度傳輸給所述控制單元；

所述控制單元根據(jù)傳輸?shù)乃鲅蹀D換效率和所述溶解氧濃度來調(diào)節(jié)所述鼓風機。

可選的，具體包括：

所述的集氣罩位于所述曝氣池液面上，所述集氣罩的集氣口一部分沒入混合液。

可選的，具體包括：

所述微孔曝氣器上安裝有多個微孔曝氣頭；

所述微孔曝氣頭的進口與所述鼓風機連通。

可選的，還包括：在線溫度探頭；

所述在線溫度探頭與所述控制單元連接，所述在線溫度探頭的檢測部伸入所述曝氣池。

可選的，還包括：

攪拌裝置，所述攪拌裝置的攪拌臂伸入所述曝氣池中。

一種曝氣控制方法，所述方法應用于所述曝氣控制系統(tǒng)，包括：

獲取當前溶解氧濃度；

獲取當前氧轉換效率；

根據(jù)所述當前溶解氧濃度和所述當前氧轉移效率計算得到所述溶解氧值的期望曝氣量；所述期望曝氣量為達到所述溶解氧值所需要的曝氣量；

獲取當前曝氣量；

判斷所述當前曝氣量是否等于所述期望曝氣量，得到第一判斷結果；

當?shù)谝慌袛嘟Y果表示所述當前曝氣量不等于所述期望曝氣量，則對鼓風機進行調(diào)節(jié)，直至所述當前曝氣量與所述期望曝氣量相等。

可選的，所述獲取當前曝氣量，具體包括：

根據(jù)所述溶解氧濃度計算供氧量；

根據(jù)所述供氧量計算所述當前曝氣量。

可選的，所述根據(jù)所述溶解氧濃度計算供氧量，具體包括：

根據(jù)公式OTR＝K_La(C_飽和值-C_實際值)·V_曝氣池計算所述供氧量；

其中，OTR為供氧量，K_La為20℃下的氧氣轉移系數(shù)，C_飽和值為混合液中飽和溶解氧值，C_實際值為所述溶解氧測定儀測定的實時值，V_曝氣池為曝氣池有效容積。

可選的，所述根據(jù)所述供氧量計算曝氣量，具體包括：

根據(jù)公式計算所述曝氣量；

其中，Q_實為實際曝氣量，α為氧總轉移系數(shù)修正系數(shù)，T為實際污水溫度，β為飽和溶解氧修正系數(shù)，C_實際值為溶解氧儀器測定的實時值，V_曝氣池為曝氣池有效容積，k為曝氣修正系數(shù)，t_控制周期為實際溶解氧值調(diào)整到設定值所需要的時間；C_設定值為調(diào)控之后要達到的目標溶解氧濃度。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：本發(fā)明采用氧轉換效率測定儀和溶解氧測定儀實時檢測的氧轉換效率和溶解氧，根據(jù)所述實際測量的氧轉換效率和溶解氧由控制器進行公式計算，從而能夠?qū)崿F(xiàn)實時在線精確曝氣的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例曝氣控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例曝氣控制方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例在SBR池中OTE隨曝氣時間的變化圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種曝氣控制系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)精確曝氣的目的。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例曝氣控制系統(tǒng)的結構示意圖，如圖1所示，一種曝氣控制系統(tǒng)，包括：曝氣池101、數(shù)據(jù)采集單元、控制單元103、曝氣單元；

所述數(shù)據(jù)采集單元102包括氧轉移效率測定儀1021、溶解氧測定儀1022；

所述氧轉移效率測定儀1021包括集氣罩1023、尾氣傳輸管1024；

所述氧轉移效率測定儀1021通過信號線將實時氧轉移效率值傳送到所述控制單元103；

所述尾氣傳輸管1024的一端與所述集氣罩1023頂部相連，另一端與所述氧轉移效率測定儀1021相連；

所述溶解氧測定儀1022與所述控制單元103連接，所述溶解氧測定儀1022的檢測部伸入所述曝氣池101中；

所述控制單元103包括控制柜、顯示器、控制器；

所述顯示器放置在控制柜上方；

所述控制器放置在控制柜內(nèi)部；

所述控制器與所述顯示器電連接；

所述曝氣單元包括鼓風機1041、微孔曝氣器1042與流量計1043；

所述流量計1043設置于所述微孔爆氣器1042和鼓風機1041之間的管路上，所述流量計1043和所述鼓風機1041均與所述控制單元103連接；

所述微孔曝氣器1042置于所述曝氣池101底部；

所述氧轉移效率測定儀1021測定的氧轉換效率以及所述溶解氧測定儀1022測定的溶解氧濃度傳輸給所述控制單元103；

所述控制單元103根據(jù)傳輸?shù)乃鲅蹀D換效率和所述溶解氧濃度來調(diào)節(jié)所述鼓風機1041。

采用本發(fā)明的曝氣控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r在線監(jiān)測曝氣池中的氧轉移效率以及混合液中溶解氧，準確計算出實際應當供給的曝氣量，實現(xiàn)對曝氣量的精確控制。

可選的，具體包括：

所述的集氣罩1023位于所述曝氣池101液面上，所述集氣罩1023的集氣口一部分沒入混合液。

可選的，具體包括：

所述微孔曝氣器1042上安裝有多個微孔曝氣頭；

所述微孔曝氣頭的進口與所述鼓風機1041連通。

通過采用微孔曝氣器1042來增加空氣氣泡的比表面積，提高氧氣的轉移效率。

可選的，還包括：在線溫度探頭1025；

所述在線溫度探頭1025與所述控制單元103連接，所述在線溫度探頭1025的檢測部伸入所述曝氣池101。

可選的，還包括：

攪拌裝置105，所述攪拌裝置的攪拌臂伸入曝氣池中，使得曝氣池中的氧氣分布均勻。

采用本發(fā)明的曝氣控制系統(tǒng)，使得曝氣池中的氧氣分布均勻，并通過設置多個微孔曝氣頭，能夠大大增加空氣氣泡的比表面積，從而提高了氧氣的轉移效率，最終提高整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效率。

本發(fā)明還包括一種曝氣控制方法，利用所述曝氣控制系統(tǒng)進行了曝氣量的實時監(jiān)測與計算，在實際曝氣控制過程中，曝氣量是隨著監(jiān)測儀器以及上述參數(shù)的變化實時變動的，由所述控制單元103直接輸出來控制所述曝氣單元104的，圖2為本發(fā)明實施例曝氣控制方法的流程圖，如圖2所示，具體步驟如下：

步驟S201：獲取當前溶解氧濃度；

步驟S202：獲取當前氧轉換效率；

步驟S203：根據(jù)所述當前溶解氧濃度和所述當前氧轉移效率計算得到所述溶解氧值的期望曝氣量；所述期望曝氣量為達到所述溶解氧值所需要的曝氣量；

步驟S204：獲取當前曝氣量；

步驟S205：判斷所述當前曝氣量是否等于所述期望曝氣量，得到第一判斷結果；

當?shù)谝慌袛嘟Y果表示所述當前曝氣量不等于所述期望曝氣量，則執(zhí)行步驟S206；

當?shù)谝慌袛嘟Y果表示所述當前曝氣量等于所述期望曝氣量，則程序結束；

步驟S206：對鼓風機進行調(diào)節(jié)，直至所述當前曝氣量與所述期望曝氣量相等。

可選的，所述獲取當前曝氣量，具體包括：

根據(jù)所述溶解氧濃度計算供氧量；

根據(jù)所述供氧量計算所述當前曝氣量。

可選的，所述根據(jù)所述溶解氧濃度計算供氧量，具體包括：

根據(jù)公式OTR＝K_La(C_飽和值-C_實際值)·V_曝氣池計算所述供氧量；

其中，OTR為供氧量，K_La為20℃下的氧氣轉移系數(shù)，C_飽和值為混合液中飽和溶解氧值，C_實際值為所述溶解氧測定儀測定的實時值，V_曝氣池為曝氣池有效容積。

可選的，所述根據(jù)所述供氧量計算曝氣量，具體包括：

根據(jù)公式計算所述曝氣量；

其中，Q_實為實際曝氣量，α為氧總轉移系數(shù)修正系數(shù)，T為實際污水溫度，β為飽和溶解氧修正系數(shù)，C_實際值為溶解氧儀器測定的實時值，V_曝氣池為曝氣池有效容積，k為曝氣修正系數(shù)，t_控制周期為實際溶解氧值調(diào)整到設定值所需要的時間；C_設定值為調(diào)控之后要達到的目標溶解氧濃度。

為了進一步理解本發(fā)明，下面結合具體的實施例對本發(fā)明提供的曝氣控制系統(tǒng)與曝氣控制方法進行詳細說明。

實施例一

設定期望溶解氧濃度，設定的溶解氧值是通過改變曝氣量使得實際曝氣量與期望值盡量接近或一致；

根據(jù)氧轉移效率(Oxygen transfer efficiency，OTE)的變化及DO實際值的變化來調(diào)整鼓風機風量；

根據(jù)所述的曝氣量對風機進行調(diào)節(jié)。

首先將控制程序算法通過軟件寫入控制單元103，當曝氣控制系統(tǒng)開始運轉后，DO測定儀1022實時測定污水中DO濃度，通過Profibus通訊線發(fā)送到控制單元103，控制單元103會根據(jù)實際溶解氧與設定溶解氧的差值選擇控制模式，將OTE測定儀1021和DO測定儀1022實時反饋的數(shù)據(jù)進行整合，計算出所需要的曝氣量，通過Profibus通訊線控制鼓風機1041實現(xiàn)實時曝氣量的調(diào)整。

具體的，所述OTE測定儀1021通過分析曝氣時出氣和進氣成分，對比兩者相對變化，得出OTE值，結合實時的DO值計算得到；

所述PLC控制單元103包括控制柜、顯示屏等硬件及控制軟件，所述控制軟件具體為實現(xiàn)自動控制的程序，所述控制柜包括數(shù)據(jù)收集模塊、命令發(fā)送模塊，所述數(shù)據(jù)顯示屏可以顯示實時數(shù)據(jù)變化曲線及記錄歷史數(shù)據(jù)，通過觀察實際溶解氧值的變化趨勢與溶解氧設定值的偏離度來判斷曝氣控制系統(tǒng)的品質(zhì)。

實施例二

以序列間歇式活性污泥處理法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，SBR)為例，曝氣池有效體積為82.5m³，有效水深3.3m，C設定值＝2.0mg/L，t控制周期為10分鐘，[O₂air]為空氣中氧氣的密度為0.28kg/m³；

以西門子300系列的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)為例，由專用軟件模塊和功能模塊組成。

特別地，為了提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃院挽`活性，系統(tǒng)采用傳輸速率較快的Profibus通訊線將系統(tǒng)串聯(lián)起來；

特別地，集氣罩由輕質(zhì)的橡膠材料與鋼材料組合構成；

特別地，曝氣器采用孔徑50-100μm的微孔曝氣器。

溶解氧的初始設定值為2mg/L，將OTE測定儀、DO測定儀與曝氣系統(tǒng)全部接入PLC后即可開始實施曝氣控制，OTE、DO及其他參數(shù)每次的變化都會通過信號傳輸線傳給PLC控制器，并計算出實際所需要的風量，命令傳輸給流量控制閥，通過改變流量控制閥的開度達到命令值，并通過信號線將實際風量的數(shù)值顯示在信號屏幕上。

在SBR曝氣池曝氣階段，在曝氣量恒定的情況下，隨著污染物濃度的降解和曝氣時間的增加，曝氣池內(nèi)的DO會有上升的趨勢，而水中污染物隨著曝氣時間的增加逐漸被消耗，時間越長，污染物濃度越低，微生物很有可能要進行內(nèi)源呼吸，耗氧速率低，又由于水中的溶解氧濃度較高，致使氧的傳質(zhì)推動力變低，造成OTE降低，圖3為本發(fā)明實施例在SBR池中OTE隨曝氣時間的變化圖，如圖3所示。

但隨著營養(yǎng)物質(zhì)的減少，混合液中所需要的氧氣也隨之減少，如果仍然保持恒定風量勢必會造成能源的浪費。

以下為具體給定數(shù)值的實施例：

實施例三

曝氣后5min時，OTE＝0.15時，若此時DO設定值＝2.0mg/L，DO實際值＝1.0mg/L，K_La＝0.371min^-1，α＝0.48，C飽和值＝8.41mg/L，β＝0.89，t控制周期＝10min，T＝24℃，空氣中氧氣密度為0.28kg/m³，則Q＝161.35m³/h；

實施例四

曝氣后55min時，OTE＝0.11時，若此時DO設定值＝2.0mg/L，DO實際值＝2.5mg/L，K_La＝0.371min^-1，α＝0.52，C飽和值＝8.41mg/L，β＝0.88，t控制周期＝10min，T＝24℃，空氣中氧氣密度為0.28kg/m³，則Q＝139.84m³/h；

由實施例三到實施例四體現(xiàn)了在不同曝氣時間下的所需風量，很明顯在曝氣55min后由于污染物質(zhì)的降解，曝氣池內(nèi)的DO出現(xiàn)上升，但仍然在設定值±0.5mg/L范圍內(nèi)，α值有所上升，但β值幾乎不變，計算得出此時的風量有所減少，符合在曝氣池反應末期混合液內(nèi)氧需求有所降低的狀況，由此看出OTE的變化對于風量變化影響占主導地位，此時基于OTE下曝氣量在滿足微生物需求的同時且不會造成電能的浪費。

由于OTE及DO值是處于實時變化的，所以風量也是處于實時調(diào)整中。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。