CN113149192A - 一种市政污水处理系统氧化沟曝气调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种市政污水处理系统氧化沟曝气调控方法，其特征在于：构建市政污水处理系统进、出口污水污染物浓度与氧化沟所需曝气量之间关系模型，在保证水质达标排放的前提下，控制器根据检测到的进、出口污水污染物浓度，利用所述的关系模型计算得到氧化沟所需曝气量，对氧化沟曝气风机变频器进行实时控制，使氧化沟曝气量达到计算所得的氧化沟所需曝气量。本发明通过将曝气量调整与污染物浓度变化实时挂钩，针对不同的污染物浓度，在保证水质达标排放的前提下，联锁控制氧化沟曝气风机变频器，实现曝气量自动调节，有效防止曝气不足或曝气过量，降低曝气风机电耗，使氧化沟操作更加简便。
Description
技术领域
本发明涉及市政污水处理领域，具体是涉及一种市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法。
背景技术
近年来，我国污水处理能力得到快速提高，截至2019年6月底，全国城市累计建成城市污水处理厂5000多座(不含工业和乡镇污水处理厂)，污水处理能力达2.1亿立方米/日。
电耗是我国大型污水处理厂的主要能耗指标，污水处理吨水电耗约为0.2-0.3度，占比污水处理成本高达50％-70％。在现有建设基础上，通过优化运营、改善管理，将存在降低能耗的巨大空间，也是必须攻克的难题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：构建市政污水处理系统进、出口的污水污染物浓度与氧化沟所需曝气量之间的关系模型，在保证水质达标排放的前提下，控制器根据进出口在线监测仪检测所得的市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)，利用所述的关系模型计算得到氧化沟所需曝气量，并通过风机流量计适时获取氧化沟实际的曝气量，通过控制氧化沟曝气风机变频器对风机的转速进行调控，使氧化沟实际的曝气量达到计算所得的氧化沟所需曝气量。
进一步地，所述关系模型的创建方法包括以下步骤：
步骤S1：利用实测数据，通过线性拟合得到：市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间的线性回归方程；
步骤S2：根据步骤S1中的线性回归方程，得到生物需氧量去除量(△BOD5) 与市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)之间的关系式；
步骤S3：将步骤S2中的关系式代入现有的设计规范理论曝气量Q理论与△BOD5之间的关系式中，得到市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与曝气量Q理论之间的关系式；
步骤S4：根据实验数据，通过实际曝气量对设计规范理论曝气量(Q理论)进行修正，得到设计规范理论曝气量(Q理论)与理论修正曝气量(Q修正)之间的修正关系式；
步骤S5：将步骤S4中的修正关系式代入步骤S3中的市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与设计规范理论曝气量Q理论之间的关系式中，得到市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与理论修正曝气量(Q修正) 之间的关系模型。
进一步地，所述的步骤S1中，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度 (COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间的线性回归方程为：
COD进口＝3.5301·BOD5进口-26.138；
COD出口＝2.7307·BOD5出口+0.0768，
BOD5进口为市政污水处理系统进口的生物需氧量；BOD5出口为市政污水处理系统出口的生物需氧量；COD进口为市政污水处理系统进口的污水污染物浓度；COD出口为市政污水处理系统出口的污水污染物浓度。
进一步地，步骤S1中，还包括直线回归方程的检验：根据数理统计可知，回归系数
式中Lxx＝∑xi 2-(∑xi)2/n，Lxy＝∑xiYi-(∑xi)(∑Yi)/n，
xi为自变量COD,Yi为因变量BOD5，n为样本数量；当γ＝0时，x与Y无关；当0＜|γ|＜1时，说明x与Y有一定线性关系；γ＞0，为正相关，γ＜0为负相关。
进一步地，步骤S2中，生物需氧量去除量(△BOD5)与市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)之间的关系式为：△BOD5＝BOD5进口-BOD5出口＝(COD进口+26.14)/3.53-(COD出口-0.08)/2.73。
进一步地，步骤S3中，现有的设计规范曝气量Q理论与△BOD5之间的关系式为：Q理论＝△BOD5*Q污水·2/(1000·0.28·0.2)，其中，Q污水为市政污水处理系统实际的污水流量；市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与曝气量Q理论之间的关系式为：Q理论＝(2.73COD进口-3.53COD出口+71.65)*Q污水/269.92。
进一步地，步骤S4中，设计规范理论曝气量(Q理论)与理论修正曝气量(Q 修正)之间的修正关系式为：Q修正＝1.4119·Q理论+70.849。
进一步地，步骤S5中，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD) 与理论修正曝气量(Q修正)之间的关系模型为： Q修正＝Q污水·[0.0143(COD进口-COD出口)-(0.0042COD出口-0.375)]+70.85。
进一步地，在实施步骤S1前，通过相关关系式推知，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5) 之间存在线性关系。
进一步地，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系的具体导推如下：经实验研究表明，市政污水基质的降解过程可用一级动力学模式表示，即 dC/dt＝-Kc·C(式1)；dL/dt＝-Kc·L(式2)；式中C为COD的浓度，L为BOD5浓度，Kc为反应常数，t为时间；在只要满足有氧条件、有机质参与生化反应条件下，反应器内剩余BOD5和剩余COD量的降解，存在如下关系
α为有机物在生物降解时伴随的耗氧当量系数；由式3得
L0和C0为生化反应开始时COD和BOD5的浓度；在完全反应条件下
COD＝CODB+CODNB(式7),CODNB＝KCOD(式8)即得出CODB＝(1-K)COD(式 9),由式6和式8代入式5可得
即
令
则BOD5＝K'COD，从而推知市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系。
本发明的有益效果在于：
通过将曝气量调整与污染物浓度变化实时挂钩，针对不同的污染物浓度，在保证水质达标排放的前提下，联锁控制氧化沟曝气风机变频器，实现曝气量自动调节，有效防止曝气不足或曝气过量，降低曝气风机电耗，使氧化沟操作更加简便。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图：
图1为本发明市政污水处理系统氧化沟控制系统的示意图；
图2为本发明生物需氧量BOD5进口与污水污染物浓度COD进口的回归曲线；
图3为本发明生物需氧量BOD5出口与污水污染物浓度COD出口的回归曲线。
图中：1、控制器；2、进水在线监测仪；3、出水在线监测仪；4、风机流量计；5、氧化沟；6、氧化沟曝气风机变频器；7、风机。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，构建市政污水处理系统进、出口的污水污染物浓度与氧化沟所需曝气量之间的关系模型，在保证水质达标排放的前提下，控制器1根据进水在线监测仪2和出水在线监测仪3 分别检测到的市政污水处理系统进、出口的污水污染物浓度，利用所述的关系模型计算得到氧化沟所需曝气量，并通过风机流量计4适时获取氧化沟5实际的曝气量，通过控制氧化沟曝气风机变频器6对风机7的转速进行调控，使氧化沟5 实际的曝气量达到计算所得的氧化沟所需曝气量。
所述关系模型的创建方法包括以下步骤：
先判定是否存在线性关系：在实施步骤S1前，通过相关关系式推知，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系。市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系的具体导推如下：经实验研究表明，市政污水基质的降解过程可用一级动力学模式表示，即dC/dt＝-Kc·C(式1)；dL/dt＝-Kc·L(式2)；式中C为COD的浓度，L为BOD5浓度，Kc为反应常数，t为时间；在只要满足有氧条件、有机质参与生化反应条件下，反应器内剩余BOD5和剩余COD量的降解，存在如下关系
α为有机物在生物降解时伴随的耗氧当量系数；由式3得
L0和C0为生化反应开始时COD和BOD5的浓度；在完全反应条件下
COD＝CODB+CODNB(式7),CODNB＝KCOD(式8)即得出CODB＝(1-K)COD(式 9),由式6和式8代入式5可得
即
令
则BOD5＝K'COD；
由以上推导可知，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系。
步骤S1：利用实测数据，以广东省湛江市某污水厂为例，厂区不同时间段进口实测资料见表1。
表1 湛江市某污水厂进出口COD与BOD5实测值
直线回归方程的检验：根据数理统计可知，回归系数
式中 Lxx＝∑xi 2-(∑xi)2/n，Lxy＝∑xiYi-(∑xi)(∑Yi)/n，
为自变量COD,Yi为因变量BOD5，n为样本数量；当γ＝0时，x与Y无关；当0＜|γ|＜1 时，说明x与Y有一定线性关系；γ＞0，为正相关，γ＜0为负相关。
通过线性拟合得到：市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间的线性回归方程为：
COD进口＝3.5301·BOD5进口-26.138，回归曲线如图2所示；
COD出口＝2.7307·BOD5出口+0.0768，回归曲线如图3所示；
BOD5进口为市政污水处理系统进口的生物需氧量；BOD5出口为市政污水处理系统出口的生物需氧量；COD进口为市政污水处理系统进口的污水污染物浓度；COD出口为市政污水处理系统出口的污水污染物浓度。
对上述回归曲线进行实测验证，通过其拟合线性回归方程计算出进出口BOD5理论值，即利用易获得的COD指标获得污水的BOD5，得到污水的BOD5理论值见表2和表3。
表2 湛江市某污水厂进口BOD5实测值与预测值比较
表3 湛江市某污水厂出口BOD5实测值与预测值比较
由以上表2和表3可知，BOD5预测值精度较高。
步骤S2：根据步骤S1中的线性回归方程，得到生物需氧量去除量(△BOD5) 与市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)之间的关系式：
△BOD5＝BOD5进口-BOD5出口＝(COD进口+26.14)/3.53-(COD出口-0.08)/2.73；
步骤S3：将步骤S2中的关系式代入现有的设计规范理论曝气量Q理论与△BOD5之间的关系式中，Q理论＝△BOD5*Q污水·2/(1000·0.28·0.2)，其中，Q污水为市政污水处理系统实际的污水流量，Q污水通过读取氧化沟5的污水入口处的污水流量计而得到；
得到市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与设计规范理论曝气量Q理论之间的关系式：Q理论＝(2.73COD进口-3.53COD出口+71.65)*Q污水/269.92。
步骤S4：根据实验数据，通过实际曝气量对设计规范理论曝气量(Q理论)进行修正，得到设计规范理论曝气量(Q理论)与理论修正曝气量(Q修正)之间的修正关系式为：Q修正＝1.4119·Q理论+70.849。
步骤S5：将步骤S4中的修正关系式代入步骤S3中的市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与曝气量Q理论之间的关系式中，得到市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与理论修正曝气量(Q修正)之间的关系模型为：
Q修正＝Q污水·[0.0143(COD进口-COD出口)-(0.0042COD出口-0.375)]+70.85。
通过市政污水处理系统进、出口的污水污染物浓度COD进口，COD出口检测值，利用上述关系模型，得到理论修正曝气量(Q修正)(也就是氧化沟所需曝气量)，控制器根据计算所得的氧化沟所需曝气量，对氧化沟曝气风机变频器6进行调控，使氧化沟5实际的曝气量达到计算所得的氧化沟所需曝气量。
工作原理：BOD(生物需氧量)是指在一定条件下，微生物分解存在于水中的可生化降解有机物所进行的生物化学反应过程中所消耗的溶解氧的数量，是反映水中有机污染物含量的一个综合指标。
根据《室外排水设计规范》GB50014-2006(2016版)，△BOD5(生物需氧量去除量)作为氧化沟好氧曝气量Q理论的计算依据，但是BOD5的测定周期较长(一般需要5天)，不能及时实时反应生化系统的运行现状，测定条件要求严格，易受水中毒素、营养条件以及菌种的干扰，因此难以操作分析。本装置通过寻求 BOD与COD之间的相互关系，根据进、出口COD值和其相关方程计算进、出口BOD5，通过曝气量Q理论与△BOD5的计算依据，构建进、出口COD与曝气量Q理论的数学关系，并通过实际运行Q实际(DO＝2mg/L)对Q理论进行修正。最终确定进、出口COD和理论值Q实际的关系模型，实现进、出水COD对氧化沟曝气量的联锁控制。
此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：构建市政污水处理系统进、出口的污水污染物浓度与氧化沟所需曝气量之间的关系模型，在保证水质达标排放的前提下，控制器根据进出口在线监测仪检测所得的市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)，利用所述的关系模型计算得到氧化沟所需曝气量，并通过风机流量计适时获取氧化沟实际的曝气量，通过控制氧化沟曝气风机变频器对风机的转速进行调控，使氧化沟实际的曝气量达到计算所得的氧化沟所需曝气量。
2.根据权利要求1所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于，所述关系模型的创建方法包括以下步骤：
步骤S1：利用实测数据，通过线性拟合得到：市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间的线性回归方程；
步骤S2：根据步骤S1中的线性回归方程，得到生物需氧量去除量(△BOD5)与市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)之间的关系式；
步骤S3：将步骤S2中的关系式代入现有的设计规范理论曝气量Q理论与△BOD5之间的关系式中，得到市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与曝气量Q理论之间的关系式；
步骤S4：根据实验数据，通过实际曝气量对设计规范理论曝气量(Q理论)进行修正，得到设计规范理论曝气量(Q理论)与理论修正曝气量(Q修正)之间的修正关系式；
步骤S5：将步骤S4中的修正关系式代入步骤S3中的市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与曝气量Q理论之间的关系式中，得到市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与理论修正曝气量(Q修正)之间的关系模型。
3.根据权利要求2所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：所述的步骤S1中，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间的线性回归方程为：
COD进口＝3.5301·BOD5进口-26.138；
COD出口＝2.7307·BOD5出口+0.0768，
BOD5进口为市政污水处理系统进口的生物需氧量；BOD5出口为市政污水处理系统出口的生物需氧量；COD进口为市政污水处理系统进口的污水污染物浓度；COD出口为市政污水处理系统出口的污水污染物浓度。
4.根据权利要求3所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：步骤S1中，还包括直线回归方程的检验：根据数理统计可知，回归系数
式中Lxx＝∑xi 2-(∑xi)2/n，Lxy＝∑xiYi-(∑xi)(∑Yi)/n，
xi为自变量COD,Yi为因变量BOD5，n为样本数量；当γ＝0时，x与Y无关；当0＜|γ|＜1时，说明x与Y有一定线性关系；γ＞0，为正相关，γ＜0为负相关。
5.根据权利要求3所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：步骤S2中，生物需氧量去除量(△BOD5)与市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)之间的关系式为：
△BOD5＝BOD5进口-BOD5出口＝(COD进口+26.14)/3.53-(COD出口-0.08)/2.73。
6.根据权利要求5所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：步骤S3中，现有的设计规范理论曝气量Q理论与△BOD5之间的关系式为：Q理论＝△BOD5*Q污水·2/(1000·0.28·0.2)，其中，Q污水为市政污水处理系统实际的污水流量；市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与曝气量Q理论之间的关系式为：Q理论＝(2.73COD进口-3.53COD出口+71.65)*Q污水/269.92。
7.根据权利要求6所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：步骤S4中，设计规范理论曝气量(Q理论)与理论修正曝气量(Q修正)之间的修正关系式为：Q修正＝1.4119·Q理论+70.849。
8.根据权利要求7所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：步骤S5中，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与理论修正曝气量(Q修正)之间的关系模型为：
Q修正＝Q污水·[0.0143(COD进口-COD出口)-(0.0042COD出口-0.375)]+70.85。
9.根据权利要求2所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：在实施步骤S1前，通过相关关系式推知，市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系。
10.根据权利要求9所述的市政污水处理系统氧化沟的曝气调控方法，其特征在于：市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系的具体导推如下：经实验研究表明，市政污水基质的降解过程可用一级动力学模式表示，即dC/dt＝-Kc·C (式1)；dL/dt＝-Kc·L (式2)；式中C为COD的浓度，L为BOD5浓度，Kc为反应常数，t为时间；在只要满足有氧条件、有机质参与生化反应条件下，反应器内剩余BOD和剩余COD量的降解，存在如下关系
α为有机物在生物降解时伴随的耗氧当量系数；由式3得
L0和C0为生化反应开始时COD和BOD的浓度；在完全反应条件下
COD＝CODB+CODNB (式7),CODNB＝KCOD (式8)即得出CODB＝(1-K)COD (式9),由式6和式8代入式5可得
即
令
则BOD5＝K'COD，从而推知市政污水处理系统进出口的污水污染物浓度(COD)与市政污水处理系统进出口的生物需氧量(BOD5)之间存在线性关系。
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| CN115231653A (zh) * | 2022-09-22 | 2022-10-25 | 江苏晨逸京泽生物科技有限公司 | 血液透析废液的混合处理方法及系统 |
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| CN205676222U (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 河南和方科技有限公司 | 用于Orbal氧化沟的精确曝气控制系统 |
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