CN112901544A - 一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统及控制方法 - Google Patents

一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统及控制方法，涉及污水处理技术领域。为解决目前鼓风机常见曝气风量与实际需求不符，监测数据少，曝气效率偏低等问题。热式气体流量采集传感器位于空气悬浮曝气鼓风机的进口处，压力传感器位于空气悬浮曝气鼓风机的出口处。空气悬浮曝气鼓风机的出口处连接有出气管路，出气管路包括有主管路和分支管路，管网系统延伸至曝气池。热式气体流量计，压力传感器和放空阀均连接至电控系统上。对空气悬浮曝气鼓风机运行工况的判断，调节放空阀的开闭和电机转速，以保证空气悬浮曝气鼓风机可以正常的运行，溶氧测量仪时刻测量曝气池内的溶氧量，通过曝气控制器进行精确曝气控制，降低污水处理能耗。

Description

一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系 统及控制方法
技术领域
本发明涉及空气悬浮曝气鼓风机的运行控制系统及控制方法，其涉及污水处理技术领域。
背景技术
我国城市的污水处理，较多采用活性污泥生物处理工艺。在整个生化处理过程中通过曝气维持好溶氧气的环境要求十分严格，当氧气低于适用范围下限是会降低好氧菌等生物的活性，延长处理时间不利于污水处理；当氧气量高于适用范围上限将导致微生物的过氧化，不利于后期的生化过程且导致电能等资源的浪费。所以鼓风曝气系统的精细化控制对整个污水处理厂的运行意义重大。
而新兴的气悬浮鼓风机可在个人电脑上对风机转数，压力，温度，流量等进行自检并定压运转，负荷/无负荷运转，超负荷控制，通过防喘振控制等实现无人操作。风机通过调整叶轮的转数调节流量。根据吸入空气的温度和压力变化，调整转数可以轻易的调节流量。可以自动和手动调整流量。
但目前鼓风机常见曝气风量与实际需求不符，监测数据少，曝气效率偏低等问题。而且曝气智能控制无法克服上述鼓风机的通病。
发明内容
本发明旨在提出一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统及控制方法，以解决目前鼓风机常见曝气风量与实际需求不符，监测数据少，曝气效率偏低等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，所述系统包括：鼓风机、放空阀、传感装置、工控机、曝气控制器、变频器、数据采集器；所述传感装置包括热式气体流量计、压力测量仪器以及好氧池内的溶解氧测量仪器；
在鼓风机与好氧池内的曝气管之间的管路上依次设置有放空阀、热式气体流量计以及压力测量仪器，鼓风机上的电机通过变频器与曝气控制器的电机控制输出端连接，工控机与曝气控制器连接以进行信息交互，曝气控制器的输入端与数据采集装置连接，数据采集器的输入端与溶解氧测量仪器、热式气体流量计以及压力测量仪器分别连接，放空阀与曝气控制器的放空阀控制输出端连接。
进一步地，所述的鼓风机是空气悬浮式鼓风机。
进一步地，所述曝气控制器(鼓风机控制器)的中央处理器是Atmega 128，通过TCP/IP转换器、RS232/485转换器与服务器连接。
进一步地，所述变频器是一种能为高速旋转提供最小化算法、对急剧负荷合变动的反应速度好的变频器。其于上述对变频器的限定，本领域技术人员能直接确定出本发明技术环境所需要的变频器。
进一步地，在空气悬浮式鼓风机内部设置有用于空气流量的控制防止风机喘振的发生保证电机正常的运行的放空阀。
进一步地，与压力测量仪设置连接的曝气管数量为多个。
进一步地，曝气池内包括若干个曝气廊道，每个曝气廊道对应的曝气支管路与曝气管连通。
进一步地，所述变频器用于调节电机运转功效，变频器通过控制鼓风机的运转控制风量，进而调节控制出气进气量。
一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制方法，所述方法是基于上述系统来实现的，其实现过程为：
开机后空气悬浮式曝气鼓风机中电机启动，转速由0开始逐渐升至额定转速，空气悬浮式曝气鼓风机出风由放置放空阀的分支管路直接排出；
升速过程中通过热式气体流量计采集空气悬浮式曝气风机的出口处的流量，信号由数据采集器传至工控机，判断空气悬浮式曝气鼓风机的进口处的流量，当流量达到设定流量时，关闭放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机出风进入主管路；
如果当转速达到额定转速，而空气悬浮式曝气鼓风机的进口处的流量仍然没有达到设定流量时，空气悬浮式鼓风机停机并给出报警，提示空气悬浮式曝气风机风出口处压力过高，提示重启开机；关闭放空阀后继续升速至额定转速，并判断空气悬浮式曝气鼓风机的出口处压力的变化情况，如果空气悬浮式曝气鼓风机的出口处压力在10秒内变化值小于设定值，则表明空气悬浮式曝气鼓风机已经顺利曝气，则电机升速过程结束，进入正常运行工作运行状态，如果未进入正常工作运行状态前，检测到空气悬浮式曝气鼓风机进口处的流量是否小于喘振流量，如果是再次打开放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机进入排水模式，运行数分钟将水排出后，重新关闭放空阀进入正常运行状态；
当空气悬浮式曝气鼓风机正常运行时，通过溶氧测量仪测量此时曝气池的溶氧含量，设定2mg/L为溶氧控制量“控制值”，当溶氧值处于下降的过程中时，变频器控制鼓风机的转速上升同时减少曝气池的进水量；若溶氧值超过控制值并持续上升，调节变频器的输出频率，从而不断减小鼓风机的转速，如果是多台鼓风机在运行，只保持运行时间短的鼓风机停掉长时间运行的鼓风机，同时报警提示；
当按下停机按键时，先打开放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机通过放空阀进行出风，将转速降至设定的冷却转速，运行数分钟后待空气悬浮式曝气鼓风机电机冷却后再将电机降速至0，完成关机。
相对现有技术，本发明所述的一种空气悬浮式鼓风机的智能曝气控制系统具有以下优势：
本发明相比较传统的控制系统结构更要智能和节能，通过数据采集器采集生物池的溶氧量、水量等数据，然后通过曝气控制器进行智能曝气控制将曝气量控制在合理的范围内，污水处理系统的节能会大大增加，实现企业的节能降耗的目标。通过工控机的上位命令控制，节能降耗，减少人力成本，同时整个污水处理系统的稳定性也会明显改善。
本发明通过控制放空阀的开度，来实时调节出气量满足鼓风机的正常运行，保障了后面的曝气智能控制的实现，克服了鼓风机的通病。
本发明自动化程度高，能够实现污水处理曝气工序中鼓风机和放空阀的控制，能够实时调节鼓风机的曝气量，实现曝气系统的智能控制，能够节省人力资源、降低成本控制成本。
本发明中，热式气体流量采集传感器位于空气悬浮曝气鼓风机的进口处，压力传感器位于空气悬浮曝气鼓风机的出口处。空气悬浮曝气鼓风机的出口处连接有出气管路，出气管路包括有主管路和分支管路，管网系统延伸至曝气池。热式气体流量计，压力传感器和放空阀均连接至电控系统上。本发明专利首先通过对空气悬浮曝气鼓风机运行工况的判断，调节放空阀的开闭和电机转速，以保证空气悬浮曝气鼓风机可以正常的运行，最后通过溶氧测量仪时刻测量曝气池内的溶氧量，通过曝气控制器进行精确曝气控制，污水处理系统的节能会大大增加，实现企业的节能降耗的目标，同时整个污水处理系统的稳定性也会明显改善。
附图说明
图1是本发明控制方法的流程框图；图2是本发明控制系统的结构框图。
具体实施方式
需要说明，在不冲突的情况下，本发明中的实时例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明中的描述的一些术语是基于附图所示的位置关系而进行说明的，而不是指示所述的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。此外，一些术语例如：“第一”“第二”等等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”，“相连”，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；也可以是机械连接和电连接；可以是直接连接或是中间媒介连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2所示，一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，所述系统包括：鼓风机、放空阀、传感装置、工控机、曝气控制器、变频器、数据采集器；所述传感装置包括热式气体流量计、压力测量仪器以及好氧池内的溶解氧测量仪器；在鼓风机与好氧池内的曝气管之间的管路上依次设置有放空阀、热式气体流量计以及压力测量仪器，鼓风机上的电机通过变频器与曝气控制器的电机控制输出端连接，工控机与曝气控制器连接以进行信息交互，曝气控制器的输入端与数据采集装置连接，数据采集器的输入端与溶解氧测量仪器、热式气体流量计以及压力测量仪器分别连接，放空阀与曝气控制器的放空阀控制输出端连接。所述的鼓风机是空气悬浮式鼓风机。
请参照图1所示，本实施方式所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统及控制方法，包括如下步骤：
开机后，空气悬浮式曝气鼓风机中电机启动，转速由0开始逐渐升至额定转速，空气悬浮式曝气鼓风机出风由放置放空阀的分支管路直接排出；
升速过程中通过热式气体流量计采集空气悬浮式曝气风机的进口处的流量，信号由数据采集器传至工控机，判断空气悬浮式曝气鼓风机的进口处的流量，当流量达到设定流量时，关闭放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机出风进入主管路；
如果当转速达到额定转速，而空气悬浮式曝气鼓风机的进口处的流量仍然没有达到设定流量时，空气悬浮式鼓风机停机并给出报警，提示空气悬浮式曝气风机风出口处压力过高，操作人员对系统进行检查后重启开机。关闭放空阀后继续升速至额定转速，并判断空气悬浮式曝气鼓风机的出口处压力的变化情况，如果空气悬浮式曝气鼓风机的出口处压力在10秒内变化值小于设定值，则表明空气悬浮式曝气鼓风机已经顺利曝气，则电机升速过程结束，进入正常运行工作运行状态，如果未进入正常工作运行状态前，检测到空气悬浮式曝气鼓风机进口处的流量小于喘振流量，有可能是曝气池中的管道破裂渗水，导致流量减小到喘振流量。此时，再次打开放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机进入排水模式，运行数分钟将水排出后，重新关闭放空阀进入正常运行状态；
当空气悬浮式曝气鼓风机正常运行时，通过溶氧测量仪测量此时曝气池的溶氧含量，设定2mg/L为溶氧控制量“控制值”，一般情况下溶氧值维持在2mg/L。当溶氧值处于下降的过程中时，变频器控制鼓风机的转速上升同时减少曝气池的进水量；若溶氧值超过控制值并持续上升，调节变频器的输出频率，从而不断减小鼓风机的转速，如果是多台鼓风机在运行，只保持运行时间短的鼓风机停掉长时间运行的鼓风机，同时报警提示。
当按下停机按键时，先打开放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机通过放空阀进行出风，将转速降至设定的冷却转速，运行数分钟后待空气悬浮式曝气鼓风机电机冷却后再将电机降速至0，完成关机。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：所述系统包括：鼓风机、放空阀、传感装置、工控机、曝气控制器、变频器、数据采集器；所述传感装置包括热式气体流量计、压力测量仪器以及好氧池内的溶解氧测量仪器；
在鼓风机与好氧池内的曝气管之间的管路上依次设置有放空阀、热式气体流量计以及压力测量仪器，鼓风机上的电机通过变频器与曝气控制器的电机控制输出端连接，工控机与曝气控制器连接以进行信息交互，曝气控制器的输入端与数据采集装置连接，数据采集器的输入端与溶解氧测量仪器、热式气体流量计以及压力测量仪器分别连接，放空阀与曝气控制器的放空阀控制输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：所述的鼓风机是空气悬浮式鼓风机。
3.根据权利要求1所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：曝气控制器的中央处理器是Atmega 128，通过TCP/IP转换器、RS232/485转换器与服务器连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：所述变频器是一种能为高速旋转提供最小化算法、对急剧负荷合变动的反应速度好的变频器。
5.根据权利要求2所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：在空气悬浮式鼓风机内部设置有用于空气流量的控制防止风机喘振的发生保证电机正常的运行的放空阀。
6.根据权利要求1所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：与压力测量仪设置连接的曝气管数量为多个。
7.根据权利要求6所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：曝气池内包括若干个曝气廊道，每个曝气廊道对应的曝气支管路与曝气管连通。
8.根据权利要求4所述的一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制系统，其特征在于：所述变频器用于调节电机运转功效，变频器通过控制鼓风机的运转控制风量，进而调节控制出气进气量。
9.一种基于污水池含氧量需求的空气悬浮曝气风机智能控制方法，其特征在于，所述方法的实现过程为：
开机后空气悬浮式曝气鼓风机中电机启动，转速由0开始逐渐升至额定转速，空气悬浮式曝气鼓风机出风由放置放空阀的分支管路直接排出；
升速过程中通过热式气体流量计采集空气悬浮式曝气风机的出口处的流量，信号由数据采集器传至工控机，判断空气悬浮式曝气鼓风机的进口处的流量，当流量达到设定流量时，关闭放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机出风进入主管路；
如果当转速达到额定转速，而空气悬浮式曝气鼓风机的进口处的流量仍然没有达到设定流量时，空气悬浮式鼓风机停机并给出报警，提示空气悬浮式曝气风机风出口处压力过高，提示重启开机；关闭放空阀后继续升速至额定转速，并判断空气悬浮式曝气鼓风机的出口处压力的变化情况，如果空气悬浮式曝气鼓风机的出口处压力在10秒内变化值小于设定值，则表明空气悬浮式曝气鼓风机已经顺利曝气，则电机升速过程结束，进入正常运行工作运行状态，如果未进入正常工作运行状态前，检测到空气悬浮式曝气鼓风机进口处的流量是否小于喘振流量，如果是再次打开放空阀，空气悬浮式曝气鼓风机进入排水模式，运行数分钟将水排出后，重新关闭放空阀进入正常运行状态；
当空气悬浮式曝气鼓风机正常运行时，通过溶氧测量仪测量此时曝气池的溶氧含量，设定2mg/L为溶氧控制量“控制值”，当溶氧值处于下降的过程中时，变频器控制鼓风机的转速上升同时减少曝气池的进水量；若溶氧值超过控制值并持续上升，调节变频器的输出频率，从而不断减小鼓风机的转速，如果是多台鼓风机在运行，只保持运行时间短的鼓风机停掉长时间运行的鼓风机，同时报警提示；
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