CN104787872B - 一种曝气量控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曝气量控制方法及系统，先设定期望的溶解氧浓度，再根据实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值，根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率，之后根据期望的溶解氧浓度与实际溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第一氧转移率确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，然后根据曝气量的增/减量确定曝气量控制参数，并根据曝气量控制参数调节曝气量。因此，本发明所述曝气量控制方法及系统，通过实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第一氧转移率来共同确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，实现了对曝气量的实时精准的调节，使得污水处理效果更为稳定有效。

Description

一种曝气量控制方法及系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体地说涉及一种曝气量控制方法及系统。

技术背景

当下污水处理领域中，以生物法应用最为广泛，即通过人为地维持好氧、缺氧或厌氧环境，使生物池中的微生物按照需求持续发生特定的生化反应以降低目标污染物的浓度，如降低水中的BOD5、COD、TP、TN等污染物的浓度，从而实现达标排放。而曝气量是影响生物处理效果的首要因素，曝气量的控制水平在很大程度上决定了污水的处理效果，同时也是最重要的能耗单元，一般占厂区能耗的45％——70％。实际应用中，如果曝气系统操作不当，曝气量过小，好氧段硝化反应受到抑制，易造成出水氨氮值不达标；当曝气量过大时，除额外增加的运行费用外，高强度的曝气搅拌作用会将污泥絮状体打碎，影响二沉池内污泥沉降，进而影响出水效果；同时会因混合液的回流作用造成缺氧段的溶解氧含量过高，抑制反硝化反应的发生，造成出水TN的不达标及碳源的不必要浪费。

污水处理过程中，曝气量的控制受到诸多因素影响，是快速时标变量，其动力学特性是非线性和时变的，因此简单的控制策略或仪表依赖程度过高的控制方法难以满足曝气量的控制要求。目前，污水生物处理工艺中曝气环节一般采用简单的人工就地控制、PID(比例—积分—微分)自动控制以及基于国际水协模型(ASMs)为内核的自动控制这三种控制方式。

人工就地控制，即工艺人员根据运行需要比对曝气控制区域内的DO(溶解氧浓度)以及DO控制期望，人为调节阀门开度以对相应曝气控制区域内的气量供应进行调节，进而实现溶解氧的控制。但如前所述，污水处理厂的进水水量和水质为快速时标变量，具有非线性特征，此外，从曝气量的改变到DO的改变具有无规律的时滞性，且该时滞性受多种因素影响，因此很难准确判断出能够实现相应DO控制期望的阀门开度的增/减量，因此，DO的稳定受控基本难以实现。

PID自动控制，与人工就地控制机理类似，即比对曝气控制区域内的DO反馈信号和DO控制期望，由PID控制回路根据DO偏差对电动调节阀进行定值调节，以改变相应曝气控制区内的曝气量，进而实现DO的稳定受控。但如前所述，从曝气量的改变到DO的改变具有无规律的时滞性，且该时滞性受多种因素影响，PID自动控制难以准确计算出相应的阀门开度的增/减量，进而难以实现DO的稳定受控。

基于国际水协模型(ASMs)为内核的自动控制，该控制思路主要依托国际水协ASMs系列模型构架延伸的一个应用方向，目前较为成熟的国际水协模型分别为ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3系列模型。其中以ASM2D生化降解机理考虑较为全面，接受度较高。但从机理角度来看，该控制思路更注重于生化过程的计算及优化，需要采集、辨识及修正大量参数，用作实现相应DO控制需气量的计算，通过对相应控制区的阀门进行调节进而实现DO的稳定受控。该控制思路有两方面缺陷：一是计算结果的准确与否受采集信号是否充分、准确，水质比例参数辨识是否准确，生化动力学参数辨识是否准确以及充氧设备效率设定是否准确等诸多因素的影响；二是对计算结果执行的准确性受执行控制逻辑层面的影响亦无法妥善解决DO信号的时滞性影响，因此DO的稳定受控难以得到保障。

综上所述，现有技术中的曝气量控制方法，均难以实现水体中DO(溶解氧浓度)的稳定受控，污水处理效果难以达到预期。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的曝气量控制方法，均难以实现水体中DO(剩余氧气量)的稳定受控，污水处理效果难以达到预期。

为解决上述技术问题，本发明的技术方法如下：

本发明提供了一种曝气量控制方法，包括：

设定期望的溶解氧浓度；

根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率；

根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率；

根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量；

根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数；

根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节。

本发明所述的曝气量控制方法，所述根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率的步骤后还包括：

对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率；

并且，根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量的步骤被替换为：

根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。

本发明所述的曝气量控制方法，所述曝气装置包括曝气器和曝气池，所述曝气装置的参数包括曝气器污染系数、新曝气器标准氧转移率、基于水质及池型结构的修正系数、温度修正系数、曝气池水体实际温度、稳态饱和溶解氧浓度、曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度以及曝气池平均溶解氧浓度。

本发明所述的曝气量控制方法，所述根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率的步骤中，通过如下公式计算第一氧转移率：

${\mathrm{OTR}}_f=\mathrm{\α}*F*\mathrm{SOTR}*{\mathrm{\θ}}^{(T-20)}*\frac{C_{\∞f}^{*}-C}{C_{{\∞T}_0}^{*}}$

其中，OTR_f为第一氧转移率，α为基于水质及池型结构的修正系数，F为曝气器污染系数，SOTR为新曝气器标准氧转移率，θ为温度修正系数，T为曝气池水体实际温度，为稳态饱和溶解氧浓度，为曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度，C为曝气池平均溶解氧浓度。

本发明所述的曝气量控制方法，所述对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率的步骤中，通过如下公式对所述第一氧转移率进行修正：

${\mathrm{AOTR}}_{\mathrm{act}}={\mathrm{OTR}}_N*\frac{C_{\∞f}^{*}-C_a}{C_{\∞f}^{*}-N}$

其中，AOTR_act为第二氧转移率，OTR_N为平均溶解氧浓度为Nmg/L时的第一氧转移率，为稳态饱和溶解氧浓度，C_a为实际溶解氧浓度。

本发明所述的曝气量控制方法，所述根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量的步骤中，所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第一氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第一氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变。

本发明所述的曝气量控制方法，所述根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量的步骤中，所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第二氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第二氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变。

本发明所述的曝气量控制方法，所述根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数的步骤中，所述曝气量控制参数包括气量调节的间隔时间、气量调节的时长以及气量调节的开度。

本发明所述的曝气量控制方法，所述根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节包括：

选定所述期望的溶解氧浓度与所述实际溶解氧浓度的差值不为0的曝气区域；

根据水流流向按照先上游后下游的顺序，根据所述曝气量控制参数向所述差值不为0的曝气区域内的曝气装置的电动调节阀发出相应的控制指令，完成对曝气量增/减量的调节，使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度。

本发明还提供了一种曝气量控制系统，包括：

设定单元，用于设定期望的溶解氧浓度；

耗氧吸收速率计算单元，用于根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率；

氧转移率计算单元，用于根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率；

曝气量确定单元，用于根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量；

控制参数确定单元，用于根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数；

曝气量调节单元，用于根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节。

本发明所述的曝气量控制系统，还包括：

修正单元，用于对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率；

并且，所述曝气量确定单元用于根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明提供了一种曝气量控制方法及系统，先设定期望的溶解氧浓度，再根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率，根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率，之后根据实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第一氧转移率确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，然后根据曝气量的增/减量确定曝气量控制参数，并根据曝气量控制参数进行曝气量的调节。因此，本发明所述曝气量控制方法及系统，通过实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第一氧转移率来共同确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，并根据曝气量的增/减量确定用以进行曝气量调节的曝气量控制参数，实现了对曝气量的实时精准的调节，稳定了水体中的溶解氧浓度，使其趋近于期望的溶解氧浓度，污水处理效果更为稳定有效。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例1所述曝气量控制方法的流程图；

图2是本发明实施例2所述曝气量控制方法的流程图；

图3是本发明实施例3所述曝气量控制系统的结构框图；

图4是本发明实施例4所述曝气量控制系统的结构框图。

图中附图标记表示为：1-设定单元，2-耗氧吸收速率计算单元，3-氧转移率计算单元，4-曝气量确定单元，5-控制参数确定单元，6-曝气量调节单元，7-修正单元，21-采集子单元，22-计算子单元，61-选定子单元，62-顺序调节子单元。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种曝气量控制方法，如图1所示，包括：

S11.设定期望的溶解氧浓度。

S12.根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率。

S13.根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率。

S14.根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。

S15.根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数。

S16.根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节。

具体地，步骤S11中，期望的溶解氧浓度可以根据污水排放的标准、污染物分布特征、温度、大气压力等条件设定，因为期望的溶解氧浓度是通过验证能够获取最好污水处理效果的溶解氧浓度，因此当实际溶解氧浓度与期望的溶解氧浓度不一致时，要通过调节使实际溶解氧浓度趋于期望的溶解氧浓度。

步骤S12中，耗氧吸收速率指的是水体中消耗氧气的速率，其它条件不变的情况下，耗氧吸收速率越大，则水体中溶解氧浓度越低。因此获取准确的耗氧吸收速率有利于后期曝气量的精准控制。实际溶解氧浓度可以通过溶解氧测定仪(DO仪)实时测量获取，测量数据精确，操作便捷，为根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率奠定了基础。

步骤S13中，氧转移率指的是空气通过某种扩散器(比如曝气器)向无氧清水中转移的氧量占总供氧量的百分数，其它条件不变的情况下，氧转移率越大，则水体中溶解氧浓度越高。因此获取准确的氧转移率有利于后期曝气量的精准控制。通过体现曝气装置特性的参数来计算第一氧转移率，能够获取到较为精确的氧转移率。

现有技术中当某一个曝气区域的溶解氧浓度偏离期望的溶解氧浓度时，就会根据溶解氧浓度的偏差值对曝气器的阀门开度进行调整来消除溶解氧浓度的差值，使水体中溶解氧浓度趋于稳定，但因为不同的曝气区域的供气管路相互连通，因此溶解氧浓度趋近于期望值的曝气区域的曝气量势必也会受到影响，而反映到仪表表征却需要一定的时间，因此会造成此起彼伏的溶解氧浓度调节效果，难以实现溶解氧浓度的稳定受控。而步骤S14中，通过所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率来共同确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，可以规避现有技术中只考虑溶解氧浓度的差值导致的缺陷，有利于使溶解氧浓度保持稳定。

步骤S15-S16中，根据通过步骤S14获取到的精确的曝气量的增/减量来确定曝气量控制参数，确保了曝气量控制参数的精确性，在通过曝气量控制参数就可以实现对曝气量的精准控制了。

优选地，所述步骤S12可以包括：

S121.实时采集实际溶解氧浓度。

S122.根据某一时间段内的所述实际溶解氧浓度的差值计算出耗氧吸收速率。

具体地，通过实时采集溶解氧浓度，并选取某一时间段内的所述实际溶解氧浓度的差值计算出耗氧吸收速率，确保了能够实时准确的获取到耗氧吸收速率。

优选地，步骤S122中，可以通过如下公式计算耗氧吸收速率：

$\mathrm{OUR}=\frac{C_1-C_2}{X(T_2-T_1)}$

其中，C₁为起始时间溶解氧浓度，C₂为终止时间溶解氧浓度，T₁为起始时间，T₂为终止时间,X为测量装置中生物固体浓度。C₁和C₂的单位可以为mg/L，T₁和T₂的单位可以为h(小时)，X的单位可以为gMLSS/L。具体可以根据需要自行设定。

优选地，所述曝气装置可以包括曝气器和曝气池，所述曝气装置的参数包括曝气器污染系数、新曝气器标准氧转移率、基于水质及池型结构的修正系数、温度修正系数、曝气池水体实际温度、稳态饱和溶解氧浓度、曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度以及曝气池平均溶解氧浓度。

具体地，曝气器污染系数和新曝气器标准氧转移率可以由曝气器厂商提供。基于水质及池型结构的修正系数根据水质和曝气池的具体结构特征来确定，可以取小于1的数值，温度修正系数的可以取为1.024，曝气池水体实际温度可以由温度测量仪器实时测量获取，稳态饱和溶解氧浓度可以通过对曝气池的多次测试确定，曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度可以通过对曝气池的多次测试确定，曝气池平均溶解氧浓度可以通过求取对该曝气池的长期监测获取的溶解氧浓度的平均值来获取。

优选地，所述根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率的步骤中，通过如下公式计算第一氧转移率：

${\mathrm{OTR}}_f=\mathrm{\α}*F*\mathrm{SOTR}*{\mathrm{\θ}}^{(T-20)}*\frac{C_{\∞f}^{*}-C}{C_{{\∞T}_0}^{*}}$

其中，OTR_f为第一氧转移率，α为基于水质及池型结构的修正系数，F为曝气器污染系数，SOTR为新曝气器标准氧转移率，θ为温度修正系数，T为曝气池水体实际温度，为稳态饱和溶解氧浓度，为曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度，C为曝气池平均溶解氧浓度。

具体地，本实施例所述曝气量控制方法，在计算第一氧转移率的过程中综合考虑了基于水质及池型结构的修正系数(也即综合考虑了水质以及池型结构的区别)、温度修正系数、曝气池水体实际温度(也即温度的影响)、稳态饱和溶解氧浓度、曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度以及曝气池平均溶解氧浓度等多种因素，考虑全面，贴近曝气区域的实际情况。

优选地，所述为曝气池处于20摄氏度且一个标准大气压下的饱和溶解氧浓度。可以适用于大多数环境，适用性更广。

优选地，所述步骤S14中，所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第一氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第一氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变。

具体地，当实际溶解氧浓度趋近于期望的溶解氧浓度时，水中的溶解氧浓度趋于稳定，此时耗氧吸收速率会逐渐减少(也即水中的氧损耗减少)，减少曝气量供应的过程中，通过将曝气量的减少量也随着耗氧吸收速率的减少而减少，可以降低曝气量调整的幅度，使曝气量维持在能够使实际溶解氧浓度尽可能接近于期望的溶解氧浓度的水平；当实际溶解氧浓度越来越偏离期望的溶解氧浓度时，耗氧吸收速率会逐渐增大，增加曝气量供应过程中，通过将曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，可以尽快将曝气量调整至能够维持实际溶解氧浓度尽可能接近于期望的溶解氧浓度的水平，符合水中溶解氧浓度的实际变化情况，控制更为精准。

另，因为只有理想状态下，实际溶解氧浓度与期望的溶解氧浓度的差值才能真正为零，而实际情况很难达到，一般差值处于某一范围内时，即可认为实际溶解氧溶度趋近于期望的溶解氧浓度，实现了溶解氧浓度的稳定控制。预设的阈值范围可以根据需求确定，比如差值在-0.3-0.3mg/L的范围内时认为溶解氧浓度处于稳定状态，就可以将-0.3-0.3mg/L作为预设的阈值范围，当差值为-0.4mg/L时，就可以即刻判断出需要在现有曝气量的基准上增加曝气量的供应了，当差值为0.4mg/L时，就可以即刻判断出需要在现有曝气量的基准上减少曝气量的供应了。响应迅速，符合实际应用情况。

具体地，可以先建立存储有上述有关实际溶解氧浓度与期望的溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率、氧转移率以及曝气量增/减量的对应关系的材料库，在曝气量控制的过程中，通过获取的所述差值、耗氧吸收速率以及氧转移率就可以查找出这种状态下对应的曝气量的增/减量，有利于提高曝气量控制的效率，维持溶解氧浓度的稳定。

优选地，所述步骤S15中，所述曝气量控制参数可以包括气量调节的间隔时间(也即每隔多长时间进行一次曝气)、气量调节的时长(也即每次曝气持续多长时间)以及气量调节的开度(也即曝气时的单次曝气量的数值)。实现了对曝气量在时间维度、步进维度以及数值维度上的精确调节。

优选地，所述步骤S16可以包括：

S161.选定所述期望的溶解氧浓度与所述实际溶解氧浓度的差值不为0的曝气区域。只对实际溶解氧浓度与期望的溶解氧浓度不符的曝气区域进行调节，可以避免调节过程中的相互干扰。

S162.根据水流流向按照先上游后下游的顺序，根据所述曝气量控制参数向所述差值不为0的曝气区域内的曝气装置的电动调节阀发出相应的控制指令，完成对曝气量增/减量的调节，使实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度。因为曝气池通常为推流式曝气池，污染物浓度沿水流方向逐渐降低，因此当溶解氧浓度运行期望值相近时，单位体积的污水所需的曝气量亦随水流方向逐渐降低。本实施例所述曝气控制方法，根据污染物的分布特征，并结合池型结构划分相应的曝气控制区域，在实际控制过程中遵循由易到难及优先调节水流方向上游段的曝气区域，可以避免调节过程中的相互干扰。

本实施例所述曝气量控制方法，通过期望的溶解氧浓度与实际溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第一氧转移率来共同确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，并根据曝气量的增/减量确定用以进行曝气量调节的曝气量控制参数，实现了对曝气量的实时精准的调节，稳定了水体中的溶解氧浓度，使其趋近于期望的溶解氧浓度，污水处理效果更为稳定有效。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例对曝气量控制方法进行了优化，如图2所示，包括：

S21.设定期望的溶解氧浓度。

S22.根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率。

S23.根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率。

S24.对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率。

S25.根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。具体地，所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第二氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第二氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变。。

S26.根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数。

S27.根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节。

通过在步骤S23之后增加对第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率的步骤，可以获取到更为精准的氧转移率，为后期获取准确的曝气量的增/减量奠定了基础。

优选地，所述步骤S24中，通过如下公式对所述第一氧转移率进行修正：

${\mathrm{AOTR}}_{\mathrm{act}}={\mathrm{OTR}}_N*\frac{C_{\∞f}^{*}-C_a}{C_{\∞f}^{*}-N}$

其中，AOTR_act为第二氧转移率，OTR_N为平均溶解氧浓度为Nmg/L时的第一氧转移率，为稳态饱和溶解氧浓度，C_a为实际溶解氧浓度。

通过包含实时采集的实际溶解氧浓度的关系式来对第一氧转移率进行修正，能够实时获取到符合曝气池水体中溶解氧浓度实际情况的氧转移率，使得曝气量的控制更为精确。

优选地，所述N＝2，所述OTR_N为平均溶解氧浓度为2mg/L时的第一氧转移率。

本实施例所述曝气量控制方法，通过实际溶解氧浓度与期望的溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第二氧转移率来共同确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，并根据曝气量的增/减量确定用以进行曝气量调节的曝气量控制参数，实现了对曝气量的实时精准的调节，稳定了水体中的溶解氧浓度，使其趋近于期望的溶解氧浓度，污水处理效果更为稳定有效。

实施例3

本实施例提供了一种曝气量控制系统，如图3所示，包括：

设定单元1，用于设定期望的溶解氧浓度。

耗氧吸收速率计算单元2，用于根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率。

氧转移率计算单元3，用于根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率。

曝气量确定单元4，用于根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。

控制参数确定单元5，用于根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数。

曝气量调节单元6，用于根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节。

优选地，所述耗氧吸收速率计算单元2可以包括：

采集子单元21，用于实时采集实际溶解氧浓度。

计算子单元22，用于根据某一时间段内的所述实际溶解氧浓度的差值计算出耗氧吸收速率。

优选地，所述计算子单元22，可以通过如下公式计算耗氧吸收速率：

$\mathrm{OUR}=\frac{C_1-C_2}{X(T_2-T_1)}$

其中，C₁为起始时间溶解氧浓度，C₂为终止时间溶解氧浓度，T₁为起始时间，T₂为终止时间,X为测量装置中生物固体浓度。

优选地，所述曝气装置可以包括曝气器和曝气池，所述曝气装置的参数包括曝气器污染系数、新曝气器标准氧转移率、基于水质及池型结构的修正系数、温度修正系数、曝气池水体实际温度、稳态饱和溶解氧浓度、曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度以及曝气池平均溶解氧浓度。

优选地，所述氧转移率计算单元3，可以通过如下公式计算第一氧转移率：

${\mathrm{OTR}}_f=\mathrm{\α}*F*\mathrm{SOTR}*{\mathrm{\θ}}^{(T-20)}*\frac{C_{\∞f}^{*}-C}{C_{{\∞T}_0}^{*}}$

其中，OTR_f为第一氧转移率，α为基于水质及池型结构的修正系数，F为曝气器污染系数，SOTR为新曝气器标准氧转移率，θ为温度修正系数，T为曝气池水体实际温度，为稳态饱和溶解氧浓度，为曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度，C为曝气池平均溶解氧浓度。

优选地，所述可以为曝气池处于20摄氏度且一个标准大气压下的饱和溶解氧浓度。

优选地，所述N＝2，所述OTR_N为平均溶解氧浓度为2mg/L时的第一氧转移率。

优选地，所述曝气量确定单元4，在所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第一氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第一氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变。

优选地，所述控制参数确定单元5中，所述曝气量控制参数可以包括气量调节的间隔时间、气量调节的时长以及气量调节的开度。

优选地，所述曝气量调节单元6可以包括：

选定子单元61，用于选定所述期望的溶解氧浓度与所述实际溶解氧浓度的差值不为0的曝气区域；

顺序调节子单元62，用于根据水流流向按照先上游后下游的顺序，根据所述曝气量控制参数向所述差值不为0的曝气区域内的曝气装置的电动调节阀发出相应的控制指令，完成对曝气量增/减量的调节，使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度。

本实施例所述曝气量控制系统，通过期望的溶解氧浓度与实际溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第一氧转移率来共同确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，并根据曝气量的增/减量确定用以进行曝气量调节的曝气量控制参数，实现了对曝气量的实时精准的调节，稳定了水体中的溶解氧浓度，使其趋近于期望的溶解氧浓度，污水处理效果更为稳定有效。

实施例4

在实施例3的基础上，本实施例对曝气量控制系统进行了优化，如图3所示，本实施例所述曝气量控制系统除了包括实施例3中所述的设定单元1、耗氧吸收速率计算单元2、氧转移率计算单元3、曝气量确定单元4、控制参数确定单元5以及曝气量调节单元6外，还包括：

修正单元7，用于对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率。能够对第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率的步骤，可以获取到更为精准的氧转移率，为后期获取准确的曝气量的增/减量奠定了基础。

并且，所述曝气量确定单元4用于根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。具体地，在所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第二氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第二氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变。

优选地，所述修正单元7，可以通过如下公式对所述第一氧转移率进行修正：

${\mathrm{AOTR}}_{\mathrm{act}}={\mathrm{OTR}}_N*\frac{C_{\∞f}^{*}-C_a}{C_{\∞f}^{*}-N}$

其中，AOTR_act为第二氧转移率，OTR_N为平均溶解氧浓度为Nmg/L时的第一氧转移率，为稳态饱和溶解氧浓度，C_a为实际溶解氧浓度。

本实施例所述曝气量控制系统，通过实际溶解氧浓度与期望的溶解氧浓度的差值、耗氧吸收速率以及第二氧转移率来共同确定能够使实际溶解氧浓度达到期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，并根据曝气量的增/减量确定用以进行曝气量调节的曝气量控制参数，实现了对曝气量的实时精准的调节，稳定了水体中的溶解氧浓度，使其趋近于期望的溶解氧浓度，污水处理效果更为稳定有效。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (11)

1.一种曝气量控制方法，其特征在于，包括：

设定期望的溶解氧浓度；

根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率；

根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率；

根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量；其进一步包括：所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第一氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第一氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变；

根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数；

根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节。

2.根据权利要求1所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率的步骤后还包括：

对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率；

并且，根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量的步骤被替换为：

根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。

3.根据权利要求1所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述曝气装置包括曝气器和曝气池，所述曝气装置的参数包括曝气器污染系数、新曝气器标准氧转移率、基于水质及池型结构的修正系数、温度修正系数、曝气池水体实际温度、稳态饱和溶解氧浓度、曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度以及曝气池平均溶解氧浓度。

4.根据权利要求1所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率的步骤中，通过如下公式计算第一氧转移率：

${\mathrm{OTR}}_f=\mathrm{\α}*F*SOTR*{\mathrm{\θ}}^{(T-20)}*\frac{C_{\mathrm{\∞}f}^{*}-C}{C_{{\mathrm{\∞T}}_0}^{*}}$

其中，OTR_f为第一氧转移率，α为基于水质及池型结构的修正系数，F为曝气器污染系数，SOTR为新曝气器标准氧转移率，θ为温度修正系数，T为曝气池水体实际温度，为稳态饱和溶解氧浓度，为曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度，C为曝气池平均溶解氧浓度。

5.根据权利要求2所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率的步骤中，通过如下公式计算第一氧转移率：

${\mathrm{OTR}}_f=\mathrm{\α}*F*SOTR*{\mathrm{\θ}}^{(T-20)}*\frac{C_{\mathrm{\∞}f}^{*}-C}{C_{{\mathrm{\∞T}}_0}^{*}}$

其中，OTR_f为第一氧转移率，α为基于水质及池型结构的修正系数，F为曝气器污染系数，SOTR为新曝气器标准氧转移率，θ为温度修正系数，T为曝气池水体实际温度，为稳态饱和溶解氧浓度，为曝气池处于预定条件下的饱和溶解氧浓度，C为曝气池平均溶解氧浓度。

6.根据权利要求5所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率的步骤中，通过如下公式对所述第一氧转移率进行修正：

${\mathrm{AOTR}}_{act}={\mathrm{OTR}}_N*\frac{C_{\mathrm{\∞}f}^{*}-C_a}{C_{\mathrm{\∞}f}^{*}-N}$

其中，AOTR_act为第二氧转移率，OTR_N为平均溶解氧浓度为Nmg/L时的第一氧转移率，为稳态饱和溶解氧浓度，C_a为实际溶解氧浓度。

7.根据权利要求2所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量的步骤中，所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第二氧转移率的增大而增大；所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第二氧转移率的增大而减少；所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变。

8.根据权利要求1-7任一项所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数的步骤中，所述曝气量控制参数包括气量调节的间隔时间、气量调节的时长以及气量调节的开度。

9.根据权利要求1-7任一项所述的曝气量控制方法，其特征在于，所述根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节包括：

选定所述期望的溶解氧浓度与所述实际溶解氧浓度的差值不为0的曝气区域；

根据水流流向按照先上游后下游的顺序，根据所述曝气量控制参数向所述差值不为0的曝气区域内的曝气装置的电动调节阀发出相应的控制指令，完成对曝气量增/减量的调节，使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度。

10.一种曝气量控制系统，其特征在于，包括：

设定单元(1)，用于设定期望的溶解氧浓度；

耗氧吸收速率计算单元(2)，用于根据实际溶解氧浓度计算出耗氧吸收速率；

氧转移率计算单元(3)，用于根据曝气装置的参数计算出第一氧转移率；

曝气量确定单元(4)，用于根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第一氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量，在所述差值为正值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，减少曝气量的供应，且曝气量的减少量随着耗氧吸收速率的减少而减少，随着第一氧转移率的增大而增大；在所述差值为负值且不在预设的阈值范围内时，确定以现有曝气量为基准，增加曝气量的供应，且曝气量的增加量随着耗氧吸收速率的增大而增大，随着第一氧转移率的增大而减少；在所述差值处于所述预设的阈值范围内时，确定维持现有的曝气量不变；

控制参数确定单元(5)，用于根据所述曝气量的增/减量确定曝气量控制参数；

曝气量调节单元(6)，用于根据所述曝气量控制参数进行曝气量的调节。

11.根据权利要求10所述的曝气量控制系统，其特征在于，还包括：

修正单元(7)，用于对所述第一氧转移率进行修正获取第二氧转移率；

并且，所述曝气量确定单元(4)用于根据所述实际溶解氧浓度与所述期望的溶解氧浓度的差值、所述耗氧吸收速率以及所述第二氧转移率确定能够使所述实际溶解氧浓度达到所述期望的溶解氧浓度的曝气量的增/减量。