CN104787875A

CN104787875A - 一种序批式活性污泥法的曝气控制方法及系统

Info

Publication number: CN104787875A
Application number: CN201510173728.9A
Authority: CN
Inventors: 杨斌; 任艳真; 刘萌
Original assignee: BEIJING JINKONG AUTOMATIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINKONG AUTOMATIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: CN104787875B

Abstract

本发明公开了一种序批式活性污泥法的曝气控制方法，包括：获取反应池中当前污水的进水化学需氧量，作为当前进水化学需氧量；根据反映反应池中污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，获得对应当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间；控制反应池中鼓风机以固定工频运行当前达标时间，进行曝气。本发明的方法及系统通过控制反应池中鼓风机以固定工频运行该当前达标时间的方式，可将曝气时间控制为基本与在反应池中鼓风机以固定工频运行，能够将反应池中当前污水的化学需氧量从当前进水化学需氧量刚好降至设定值的达标时间相当，这就有效地实现了以尽可能低的能耗达到污水处理指标的目的。

Description

一种序批式活性污泥法的曝气控制方法及系统

技术领域

本发明涉及序批式活性污泥法技术领域，尤其涉及序批式活性污泥法的曝气控制方法及系统。

背景技术

城市污水处理厂是能源密集的行业之一，在保证出水水质达标的条件下，优化污水厂运行状态，提高污水厂能源利用率，对于节能降耗具有重要意义。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated SludgeProcess,SBR)是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，SBR工艺是时间上的推流，有机污染物将随着时间的推移而被降解。SBR工艺的一个处理周期包括进水、反应、沉淀、排水、待机五个工序，污水注入反应池后与反应池中接种污泥接触，之后，控制鼓风机曝气充氧，同时使活性污泥与污水互相混合、充分接触，以使活性污泥反应，进而使有机物得以去除，然后经沉淀、排水、待机工序完成一个污水处理周期。SBR工艺的绝大部分能耗集中于鼓风机进行曝气时产生的动力消耗，约占总能耗的60～80％，因此，SBR工艺节能降耗的主要环节在于鼓风机的调节与优化控制。

由于SBR工艺是时间意义上的推流，因此，在反应池中鼓风机以固定工频运行时，注入反应池中污水的进水化学需氧量(Chemical OxygenDemand，COD)(由于COD是浓度单位，因此，COD通常也被称为COD浓度)越高，也即进水COD浓度越高，需要的达标时间越长，具体为：在反应池中鼓风机以固定工频运行时，使反应池中污水的COD浓度从进水COD浓度降低至设定值所需要的鼓风机运行时间，该鼓风机运行时间也即曝气时间，因此，为了保证能将反应池中污水的COD浓度降低至该设定值，目前通常是按照高的进水COD浓度确定固定的达标时间，该种控制方法对于节能降耗显然是不利的，而且该种能耗的增加还无法带来至少与之相当的有益效果，这体现在：反应池中有机污染物浓度、微生物增殖速度与耗氧速度等各项参数，都是随时间而逐渐减低的，因此，在一个污水处理周期中，反应池中污水的COD浓度在反应开始阶段降低最快，此后降低速度逐渐变慢，甚至基本不变，主要是因为反应开始时有机物含量较高，活性污泥中微生物可以利用足够的营养物质进行新陈代谢，活性污泥里的微生物处于对数增长期，有机物能以最大速率被去除，但随者时间的推移，当曝气反应池中营养物质消耗殆尽，微生物即进入内源呼吸阶段，代谢其自身细胞物质，污水中COD浓度降低变慢，甚至不变，这说明，在反应池中污水的COD浓度降低至设定值时，即使继续控制器鼓风机曝气，COD浓度也不会得到明显降低。由此可见，如果能够合理地控制反应池中鼓风机的运行时间，即曝气时间，将可在保证反应池中污水的COD浓度降低至设定值的前提下，实现节能降耗的目的。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种对于序批式活性污泥法，能够合理地控制曝气时间，以通过尽可能低的能量消耗使反应池中污水的COD浓度降低至设定值的曝气控制方法及系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种序批式活性污泥法的曝气控制方法，包括：

获取反应池中当前污水的进水化学需氧量，作为当前进水化学需氧量；

根据反映反应池中污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间，其中所述达标时间为反应池中鼓风机以固定工频运行时，使反应池中污水的化学需氧量降低至设定值需要的运行时间；

控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行所述当前达标时间，进行曝气。

优选的是，所述根据反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间包括：

对反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据进行数据拟合，得到反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的函数；

根据所述函数，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间。

优选的是，所述数据拟合为最小二乘法拟合。

优选的是，所述曝气控制方法还包括：

在控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行所述当前达标时间之后，获取反应池中当前污水的出水化学需氧量，作为当前出水化学需氧量；

计算所述当前出水化学需氧量与所述设定值之间的相对误差；

利用所述相对误差对所述函数进行修正，得到修正后的函数；

将所述函数更新为所述修正后的函数。

优选的是，所述利用所述相对误差对所述函数进行修正，得到修正后的函数包括：

将所述相对误差加1，得到修正系数；

将所述函数乘以所述修正系数，得到修正后的函数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种序批式活性污泥法的曝气控制系统，包括：

参数获取模块，用于获取反应池中当前污水的进水化学需氧量，作为当前进水化学需氧量；

达标时间计算模块，用于根据反映反应池中污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间，其中所述达标时间为反应池中鼓风机以固定工频运行时，使反应池中污水的化学需氧量降低至设定值需要的运行时间；以及，

曝气执行模块，用于控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行所述当前达标时间，进行曝气。

优选的是，所述达标时间计算模块还包括：

函数获得单元，用于对反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据进行数据拟合，得到反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的函数；以及，

达标时间计算单元，用于根据所述函数，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间。

优选的是，所述数据拟合为最小二乘法拟合。

优选的是，所述曝气控制系统还包括：

函数修正模块，用于在控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行所述当前达标时间之后，获取反应池中当前污水的出水化学需氧量，作为当前出水化学需氧量；用于计算所述当前出水化学需氧量与所述设定值之间的相对误差；及用于利用所述相对误差对所述函数进行修正，得到修正后的函数；

函数更新模块，用于将所述函数更新为所述修正后的函数。

优选的是，所述函数修正模块具体用于将所述相对误差加1，得到修正系数；及具体用于将所述函数乘以所述修正系数，得到修正后的函数。

本发明的有益效果在于，本发明的序批式活性污泥法的曝气控制方法及系统通过利用反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据获得对应当前进水化学需氧量的当前达标时间，并控制反应池中鼓风机以固定工频运行该当前达标时间的方式，可将曝气时间控制为基本与在反应池中鼓风机以固定工频运行，能够将反应池中当前污水的化学需氧量从当前进水化学需氧量刚好降至设定值的达标时间相当，这就有效地实现了以尽可能低的能耗达到污水处理指标的目的。

附图说明

图1示出了根据本发明的序批式活性污泥法的曝气控制方法的一种实施方式的流程图；

图2示出了反映曝气时间与反应池中污水的化学需氧量间对应关系的一组曲线；

图3示出了根据本发明的序批式活性污泥法的曝气控制系统的一种实施结构的方框原理图；

图4示出了根据本发明的序批式活性污泥法的曝气控制系统的另一种实施结构的方框原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明为了解决以高的进水COD浓度确定固定的达标时间存在的能量损耗高，且无法获得等价值的污水处理效果的问题，提供了一种通过合理地控制曝气时间，以通过尽可能低的能量消耗使反应池中污水的COD浓度降低至设定值的曝气控制方法，为此，如图1所示，本发明的方法包括如下步骤：

步骤S1：获取反应池中当前污水的进水化学需氧量，即进水COD，或者称之为进水COD浓度，作为当前进水化学需氧量，该进水COD浓度即为待注入反应池中污水的初始COD浓度。在此可采用专用的COD浓度测定仪获取反应池中当前污水的进水化学需氧量。

步骤S2：根据反映反应池中污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间，其中所述达标时间为反应池中鼓风机以固定工频f₀运行时，使反应池中污水的化学需氧量降低至设定值需要的运行时间，即从进水化学需氧量降低至设定值需要的运行时间，该设定值可根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)设定。

上述数据可通过监测SBR工艺过程进行采集，兼顾考虑曝气控制的精确度及数据处理的速度，可将数据的小数位精确到十分位，并且监测数据的条数应该超过一定数值，例如超过1000条，在此是将SBR工艺每一个反应周期内记录的数据组记为一条数据。图2中的一组曲线示例性地示出了对于不同的进水COD浓度，反应池中污水的实时COD浓度与曝气时间之间的关系，图中纵轴表示反应池中污水的实时COD浓度，而横轴表示控制反应池中鼓风机运转进行曝气的曝气时间，A、B、C、D、E曲线代表不同的进水COD浓度，具体为A、B、C、D、E曲线与纵轴的交点即代表各自的进水COD浓度；C₀代表上述设定值；t_A、t_B、t_C、t_D、t_E分别表示对应进水COD浓度A、B、C、D、E的达标时间，即分别表示将反应池中污水的COD浓度由进水COD浓度降至设定值需要的曝气时间，以反应池中污水的进水COD浓度是A为例，将污水的COD浓度降低至设定值C₀需要的曝气时间为t_A。

根据上述数据获得对应当前进水化学需氧量的达标时间的方法例如可为：根据上述数据，通过数据插值获得对应当前进水化学需氧量的达标时间，但由于反应池中污水的进水COD浓度与达标时间为非线性关系，因此，采用数据插值的方法获得对应当前进水化学需氧量的达标时间的精确度相对较低，为此，可以采用对反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据进行数据拟合，进而得到反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的函数的方式，获得对应当前进水化学需氧量的达标时间，具体为，如果对上述数据进行数据拟合得到的函数为t＝f(C)，即该函数表示在反应池中污水的进水COD浓度为C时，要使反应池中污水的COD浓度降低至设定值C₀需要的达标时间t，该数据拟合可以为最小二乘法拟合，广义回归线性网络(General regression neural network，GRNN)拟合，误差逆传播(Back Propagation，BP)神经网络拟合，支持向量机(Support VectorMachine，SVM)的拟合等，其中的最小二乘法拟合相对其他拟合方法具有易于实现、计算速度快等优点，而且在实际应用中，通过最小二乘法进行数据拟合即可获得符合设计要求的控制精度。

步骤S3：控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行上述当前达标时间，进行曝气，即使曝气时间刚好等于上述当前达标时间。

本发明的序批式活性污泥法的曝气控制方法基于通过监测SBR工艺的有限次的反应周期获得的反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，利用数据分析手段获得对应当前进水化学需氧量的当前达标时间，这样，通过控制反应池中鼓风机以固定工频运行该当前达标时间，即可将曝气时间控制为基本与在反应池中鼓风机以固定工频运行时，能够将反应池中当前污水的化学需氧量从当前进水化学需氧量刚好降至设定值的达标时间相当，这就有效地实现了以尽可能低的能耗达到污水处理指标的目的。

由于利用通过对监测得到的数据进行数据拟合获得的函数计算得到的对应当前进水化学需氧量的当前达标时间可能与当前进水化学需氧量所需的实际的达标时间存在一定的误差，因此，为了进一步提高控制精度，本发明的曝气控制方法还可以包括如下步骤：

步骤S4：在控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行所述当前达标时间之后，即在完成曝气之后，获取反应池中当前污水的出水化学需氧量，即出水COD浓度，作为当前出水化学需氧量，该出水COD浓度即为反应池中污水在反应完成后的COD浓度，在此可采用专用的COD浓度测定仪获取该当前出水化学需氧量。

步骤S5：计算当前出水化学需氧量与上述设定值之间的相对误差e，相对误差e即为当前出水化学需氧量与设定值之间的差值与设定值之间的比值。

步骤S6：利用该相对误差e对上述函数t＝f(C)进行修正，得到修正后的函数。

步骤S7：将上述函数更新为修正后的函数，以在对下一次注入反应池中的污水进行曝气控制时，利用已更新的函数计算对应当前进水化学需氧量的当前达标时间，使控制精度随着曝气控制的不断进行而不断提高。

上述步骤S6中利用相对误差对函数t＝f(C)进行修正，得到修正后的函数可包括：

步骤S61a：将相对误差e加1，得到修正系数λ，即λ＝1+e。

步骤S62a：将函数乘以所述修正系数，得到修正后的函数，即修正后的函数t′＝λf(C)。

上述步骤S6中利用相对误差对函数t＝f(C)进行修正，得到修正后的函数也可包括：

步骤S61b：计算进行各次曝气控制获取的相对误差的平均值，得到平均相对误差，并将平均相对误差加1，得到修正系数，例如，到获得上述相对误差e为止，已进行过五次曝气控制，则上述相对误差e为e_5，则修正系数λ＝1+(e₁+e₂+e₃+e₄+e₅)/5。

步骤S62：将函数乘以所述修正系数，得到修正后的函数，即修正后的函数t′＝λf(C)。

与上述序批式活性污泥法的曝气控制方法相对应，如图3所示，本发明的序批式活性污泥法的曝气控制系统包括参数获取模块1、达标时间计算模块2和曝气执行模块3，该参数获取模块1用于获取反应池中当前污水的进水化学需氧量，作为当前进水化学需氧量；该达标时间计算模块2用于根据反映反应池中污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间，其中所述达标时间为反应池中鼓风机以固定工频运行时，使反应池中污水的化学需氧量降低至设定值需要的运行时间；该曝气执行模块3用于控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行所述当前达标时间，进行曝气。

上述达标时间计算模块2还可进一步包括函数获得单元和达标时间计算单元(图中未示出)，该函数获得单元用于对反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据进行数据拟合，得到反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的函数；该达标时间计算单元用于根据所述函数，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间。该数据拟合例如为最小二乘法拟合。

如图4所示，本发明的曝气控制系统还可以包括函数修正模块4和函数更新模块5，该函数修正模块4用于在控制反应池中鼓风机以所述固定工频运行所述当前达标时间之后，获取反应池中当前污水的出水化学需氧量，作为当前出水化学需氧量；用于计算所述当前出水化学需氧量与所述设定值之间的相对误差；及用于利用所述相对误差对所述函数进行修正，得到修正后的函数；该函数更新模块5用于将所述函数更新为所述修正后的函数。

上述函数修正模块4可具体用于将所述相对误差加1，得到修正系数；及具体用于将所述函数乘以所述修正系数，得到修正后的函数。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块或单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种序批式活性污泥法的曝气控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的曝气控制方法，其特征在于，所述根据反映污水的进水化学需氧量与达标时间之间对应关系的数据，获得对应所述当前进水化学需氧量的达标时间作为当前达标时间包括：

3.根据权利要求3所述的曝气控制方法，其特征在于，所述数据拟合为最小二乘法拟合。

4.根据权利要求2或3所述的曝气控制方法，其特征在于，所述曝气控制方法还包括：

将所述函数更新为所述修正后的函数。

5.根据权利要求4所述的曝气控制方法，其特征在于，所述利用所述相对误差对所述函数进行修正，得到修正后的函数包括：

将所述相对误差加1，得到修正系数；

将所述函数乘以所述修正系数，得到修正后的函数。

6.一种序批式活性污泥法的曝气控制系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的曝气控制系统，其特征在于，所述达标时间计算模块还包括：

8.根据权利要求7所述的曝气控制系统，其特征在于，所述数据拟合为最小二乘法拟合。

9.根据权利要求7或8所述的曝气控制系统，其特征在于，所述曝气控制系统还包括：

函数更新模块，用于将所述函数更新为所述修正后的函数。

10.根据权利要求9所述的曝气控制系统，其特征在于，所述函数修正模块具体用于将所述相对误差加1，得到修正系数；及具体用于将所述函数乘以所述修正系数，得到修正后的函数。