CN113651413A - 基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，包括采集臭氧接触池中的污水进水量；检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；根据所述进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；将获取的所述出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；根据比对结果，进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；基于所述前馈输出量与所述反馈输出量对臭氧接触池中臭氧总投加量进行控制。本发明采用前馈输出量和反馈输出量相结合的控制模式，优化臭氧的投放时间和投放剂量，降低能耗并稳定控制出水中微量污染物的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法和系统。
背景技术
水中残留的微量污染物是一类对生态环境与人群健康存在风险的微量污染物，去除水中微量污染物的基本方法有氧化和吸附。由于臭氧是一类具有强氧化性的氧化剂，对水中的有机污染物具有非选择性的氧化作用，所以臭氧成为水处理中最常用的一类氧化剂。由于臭氧靠电离气态氧产生，需要消耗较高的电能。但在工程应用中臭氧的消耗量直接关系到电耗和运行成本。同时由于臭氧氧化一般用于污水的深度处理，投加对象为污水处理厂二级处理的出水，COD浓度一般在100mg/L以下，臭氧氧化处理的目标是微量污染物，但是为去除微量污染物投加的臭氧，会同时氧化一部分其他有机物。因此，臭氧的投加量控制尤其关键，可以在有效降解水中污染物的前提下，降低水处理的能耗。
发明内容
本发明针对上述现有的问题的一个或多个，提出基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法和系统。
根据本发明的第一方面，提供基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，所述方法包括：
采集臭氧接触池中的污水进水量；
检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；
根据所述进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；
检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；
将获取的所述出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；
根据比对结果，进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；
基于所述前馈输出量与所述反馈输出量对臭氧接触池中臭氧总投加量进行控制。
在某些实施方式中，所述将获取的所述出口微量污染物浓度与设定的微量污染物控制限值进行比对，其中，设定的微量污染物控制限值具体包括：若排放标准中存在所述微量污染物的规定限值，则设定允许排放微量污染物浓度的最低标准浓度Cm，微量污染物控制限值Lm＝0.8Cm；
若排放标准中不存在所述微量污染物的规定限值，则根据地表水或饮用水标准设定限值浓度Cm’，微量污染物的控制限值Lm＝0.8Cm’×10。
在某些实施方式中，所述将获取的所述出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果，根据比对结果确定臭氧气体阀门开度，根据臭氧气体阀门开度的控制臭氧总投加量，若0.6Lm＜C2＜0.8Lm，臭氧气体阀门开度不变；若C2＜0.6Lm，臭氧气体阀门开度按照预设规则进行相应的减小；若C2＞0.8Lm，臭氧气体阀门开度按照预设规则进行相应的增加，同时发送报警信号。
在某些实施方式中，所述预设规则为：根据设定的气体流量与臭氧气体控制阀门开度的关系确定臭氧气体控制阀门的开度。
在某些实施方式中，基于所述前馈输出量与所述反馈输出量对臭氧接触池中臭氧总投加量进行控制，包括：
采集臭氧发生器的进口COD和进口微量污染物浓度C1，所述臭氧发生器安装在臭氧接触池中；
若C1＜Lm，则不需要投加臭氧，臭氧发生器处于待机状态；
若C1＞Lm，则发出启动臭氧发生器的指令，同时计算臭氧气体的投加量。
在某些实施方式中，所述计算臭氧气体的总投加量，包括：计算去除每升进口微量污染物所需的臭氧量Am＝(C1－Lm)Km，其中，Am的单位为mgO3/L，Km为单位微量污染物氧化的臭氧消耗量；
计算去除进水中每升COD所需的臭氧量AC＝(C1－Lm)KC，其中，AC的单位为mgO3/L水，KC为单位微量污染物氧化时污水中相应氧化的COD量；
计算根据去除每升进口微量污染物所需的臭氧量Am和去除每升进水中COD所需的臭氧量AC确定每升投加量A0，其中A0＝Am+AC；
根据公式AQ＝GA0/C以及每升投加量A0获取处理单位水量投加的含臭氧气体量AQ；
根据每升投加量A0获取臭氧气体投加量AT，其中，AT＝1000QAQT＝1000QG(C1－Lm)(Km+KC)/C0，CO为臭氧气体的臭氧浓度，G为安全系数，1.0＜G＜1.2，Q为污水进水流量，Q的单位：m3/h。
第二方面，本发明提供一种基于抗生素在线监测的臭氧投加控制系统，包括：
采集单元，用于采集臭氧接触池中的污水进水量；
第一检测单元，用于检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；
第一计算单元，用于根据所述进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；
第二检测单元，用于检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；
对比单元，将获取的所述出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；
第二计算单元，根据比对结果进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；
控制单元，用于基于所述前馈输出量与所述反馈输出量对臭氧接触池中臭氧投加量进行控制。
第三方面，本发明提供一种基于抗生素在线监测的臭氧投加控制装置，所述装置包括：至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行如上述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法。
第四方面，本发明提供一种一种计算机可读存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法。
本发明的有益效果是：本发明通过计算前馈输出量进行实时进水数据与投加臭氧量相关联，实现以进水量和进水中进口微量污染物浓度的进行前馈补偿，能够提高投加臭氧量的稳定性，同时采用前馈输出量和反馈输出量相结合的控制模式，从进水中微量污染物浓度和流量可计算出需要去除的微量污染物总量，并计算出相应的臭氧投加量，根据计算得到的臭氧投加量，保证所供的臭氧量满足氧化微量污染物的需要，同时又不发生臭氧的过量投加，通过监测加臭氧后出水的微量污染物浓度，与设定值比较后控制加臭氧量，优化臭氧的投放时间和投放剂量，降低能耗并稳定控制出水中微量污染物的浓度。
附图说明
图1为基于抗生素在线监测的臭氧投加控制系统的结构示意图；
图2为基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法的的流程图；
图3为基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法的比对单元的流程图；
图4为基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法的另一实施例的流程图。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
下面结合附图对申请技术方案作进一步详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特性可以相互组合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
进水COD浓度是指污水处理厂的进水口的COD浓度，是衡量进水口的水中还原性物质多少的一个指标。COD是指化学需氧量，是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量(COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。
实施例一
图2为本发明实施例提供根据本发明的第一方面，提供基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，方法包括：
S100.采集臭氧接触池中的污水进水量；
S200.检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；
S300.根据进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；
S400.检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；
S500.将获取的出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；
其中，对污水处理厂的进出水进行测试，可以确定2－3种常见的微量污染物。从排放标准或回用标准查出允许排放的浓度值，选择其中要求浓度最低者的标准浓度，考虑安全余量为20％。设定的微量污染物控制限值具体包括：若排放标准中存在微量污染物的规定限值，则设定允许排放微量污染物浓度的最低标准浓度Cm，微量污染物控制限值Lm＝0.8Cm；
若排放标准中不存在微量污染物的规定限值，则根据地表水或饮用水标准设定限值浓度Cm’，微量污染物的控制限值Lm＝0.8Cm’×10。
S600.根据比对结果，进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；
S700.基于前馈输出量与反馈输出量对臭氧接触池中臭氧总投加量进行控制。
其中，臭氧接触池中安装有进水管和出水管，通过对臭氧接触池投加臭氧量进行化学反应，对污水进行臭氧氧化深度处理。
本发明提供的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，首先，采集臭氧接触池中的污水进水量；然后检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；根据进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；将获取的出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；根据比对结果，进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；基于前馈输出量与反馈输出量对臭氧接触池中臭氧总投加量进行控制。其中，通过计算前馈输出量进行实时进水数据与投加臭氧量相关联，实现以进水量和进水中进口微量污染物浓度的进行前馈补偿，能够提高投加臭氧量的稳定性。因此，采用前馈输出量和反馈输出量相结合的控制模式，从进水中微量污染物浓度和流量可计算出需要去除的微量污染物总量，并计算出相应的臭氧投加量，根据计算得到的臭氧投加量，保证所供的臭氧量满足氧化微量污染物的需要，同时又不发生臭氧的过量投加，通过监测加臭氧后出水的微量污染物浓度，与设定值比较后控制加臭氧量，优化臭氧的投放时间和投放剂量，降低能耗并稳定控制出水中微量污染物的浓度。
进一步地，作为图3所示基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法的进一步优化，控制方法包括：
将获取的出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果，根据比对结果确定臭氧气体阀门开度，根据臭氧气体阀门开度的控制臭氧总投加量，若0.6Lm＜C2＜0.8Lm，臭氧气体阀门开度不变；若C2＜0.6Lm，臭氧气体阀门开度按照预设规则进行相应的减小，如设置臭氧气体阀门控制信号减小1挡；若C2＞0.8Lm，臭氧气体阀门开度按照预设规则进行相应的增加，如设置臭氧气体阀门控制信号增大1挡，同时发送报警信号。
优选地，预设规则为：根据设定的气体流量与臭氧气体控制阀门开度的关系确定臭氧气体控制阀门的开度。
具体地，可以通过步进电机控制阀门，阀门可以采用电动阀门，从而根据阀门所要的开度和电动阀门的步进电机中电机的出轴步距角度，确定控制单元输出的信号脉冲次数，以实现阀门的开度。
优选地，如图4所示，基于前馈输出量与反馈输出量对臭氧接触池中臭氧总投加量进行控制，包括：
S701.采集臭氧发生器的进口COD和进口微量污染物浓度C1，臭氧发生器通过输送管道连接至臭氧接触池进行输送臭氧气体，臭氧气体阀门设置在输送管道上，用于控制输送的臭氧气体量；
S702.若C1＜Lm，则不需要投加臭氧，臭氧发生器处于待机状态；
S703.若C1＞Lm，则发出启动臭氧发生器的指令，同时计算臭氧气体的投加量。
进一步地，如图4所示，计算臭氧气体的总投加量，包括：
S7031.根据公式Am＝(C1－Lm)Km获取去除每升进口微量污染物所需的臭氧量Am，其中，Am的单位为mgO3/L，C1为实际进水微量污染物浓度，Km为单位微量污染物氧化的臭氧消耗量；
S7032.根据公式AC＝(C1－Lm)KC获取去除进水中每升COD所需的臭氧量AC，其中，AC的单位为mgO3/L水，KC为单位微量污染物氧化时污水中相应氧化的COD量；
S7033.根据去除每升进口微量污染物所需的臭氧量Am和去除每升进水中COD所需的臭氧量AC确定每升投加量A0，其中A0＝Am+AC；
S7034.根据每升投加量A0获取处理单位水量投加的含臭氧气体量AQ，AQ＝GA0/C0；
其中，C0是含臭氧气体的臭氧浓度，G为安全系数，1.0＜G＜1.2，
S7035.根据每升投加量A0获取臭氧气体总投加量AT，其中，AT＝1000QG(C1－Lm)(Km+KC)/C0，CO为臭氧气体的臭氧浓度，G为安全系数，1.0＜G＜1.2，Q为污水进水流量，Q的单位：m3/h，C0的单位mgO3/L空气。
由此，根据公式AT＝1000QAQ，AQ＝GA0/C0，A0＝Am+AC，AC＝(C1－Lm)KC，Am＝(C1－Lm)Km；获得臭氧气体总投加量计算式换算如下：
AT＝1000QAQ＝1000QGA0/C0＝1000QG(Am+AC)/C0＝1000QG(C1－Lm)(Km+KC)/C0。
虽然臭氧氧化处理的目标是微量污染物，为去除微量污染物投加的臭氧，会同时氧化一部分其他有机物，因此臭氧的投加量应该包括两部分所需的臭氧量。由于臭氧氧化单元的反应时间(HRT)较短，当调节臭氧投加量后很快就可观测到出水的变化，所以可以反馈控制为主。
因此，本发明提供的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，利用前馈输出量获取的臭氧气体投加量为运行指导值，一旦反馈控制检测出的出水的微量污染物浓度达到限值，即需要提高投加量，当反馈控制检测出水中的微量污染物浓度低于限值时，按前馈输出量给出的臭氧气体投加量运行。本发明通过将前馈、反馈计算出的投加量转换为气量调节阀门的控制量，发送给调节阀，进行臭氧气量的调节，进一步优化了优化臭氧的投放时间和投放剂量，降低能耗并稳定控制出水中微量污染物的浓度。
第二方面，基于同一发明构思，作为对上述方法的实现，本发明实施例还提供了一种基于抗生素在线监测的臭氧投加控制系统，图1为本发明实施例中一种基于抗生素在线监测的臭氧投加控制系统的结构示意图，参见图1所示，该控制系统，包括：
采集单元1，用于采集臭氧接触池中的污水进水量；
第一检测单元2，用于检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；
第一计算单元3，用于根据进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；
第二检测单元5，用于检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；
对比单元6，将获取的出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；
第二计算单元7，根据比对结果进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；
控制单元4，用于基于前馈输出量与反馈输出量对臭氧接触池中臭氧投加量进行控制。
进一步地，臭氧发生器通过输送管道连接至臭氧接触池进行输送臭氧气体，臭氧气体阀门设置在输送管道上，用于控制输送的臭氧气体量，输送管道上还设置有气体流量计用于检测实时检测臭氧气体的流量。
进一步地，控制单元4包括第一控制模块41和第二控制模块42，
第一控制模块41用于在C1＜Lm时，则不需要投加臭氧，控制臭氧发生器处于待机状态；
第二控制模块42用于在C1＞Lm，则控制发出启动臭氧发生器的指令，同时计算臭氧气体的投加量。
进一步地，本发明提供一种基于抗生素在线监测的臭氧投加控制装置，装置包括：至少一个处理器，以及与处理器通信连接的至少一个存储器，处理器用于调用存储器中的程序指令，以执行如上述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法。
进一步地，本发明提供一种计算机可读存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，其特征在于，所述方法包括：
采集臭氧接触池中的污水进水量；
检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；
根据所述进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；
检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；
将获取的所述出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；
根据比对结果，进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；
基于所述前馈输出量与所述反馈输出量对臭氧接触池中臭氧总投加量进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，其特征在于，所述将获取的所述出口微量污染物浓度与设定的微量污染物控制限值进行比对，其中，设定的微量污染物控制限值具体包括：若排放标准中存在所述微量污染物的规定限值，则设定允许排放微量污染物浓度的最低标准浓度Cm，微量污染物控制限值Lm＝0.8Cm；
若排放标准中不存在所述微量污染物的规定限值，则根据地表水或饮用水标准设定限值浓度Cm’，微量污染物的控制限值Lm＝0.8Cm’×10。
3.根据权利要求2所述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，其特征在于，所述将获取的所述出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果，根据比对结果确定臭氧气体阀门开度，根据臭氧气体阀门开度的控制臭氧总投加量，若0.6Lm＜C2＜0.8Lm，臭氧气体阀门开度不变；若C2＜0.6Lm，臭氧气体阀门开度按照预设规则进行相应的减小；若C2＞0.8Lm，臭氧气体阀门开度按照预设规则进行相应的增加，同时发送报警信号。
4.根据权利要求3所述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，其特征在于，所述预设规则为：根据设定的气体流量与臭氧气体控制阀门开度的关系确定臭氧气体控制阀门的开度。
5.根据权利要求1所述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，其特征在于，根据所述进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量，包括前馈条件判断：
采集进口微量污染物浓度C1；
若C1＜Lm，则不需要投加臭氧，用于输出臭氧的臭氧发生器处于待机状态；
若C1＞Lm，则发出启动臭氧发生器的指令，同时计算臭氧气体的投加量。
6.根据权利要求5所述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法，其特征在于，所述计算臭氧气体的总投加量，包括：
计算去除每升进口微量污染物所需的臭氧量Am＝(C1－Lm)Km，其中，Am的单位为mgO3/L，Km为单位微量污染物氧化的臭氧消耗量；
计算去除进水中每升COD所需的臭氧量AC＝(C1－Lm)KC，其中，AC的单位为mgO3/L水，KC为单位微量污染物氧化时污水中相应氧化的COD量；
计算根据去除每升进口微量污染物所需的臭氧量Am和去除每升进水中COD所需的臭氧量AC确定每升投加量A0，其中A0＝Am+AC；
根据公式AQ＝GA0/C以及每升投加量A0获取处理单位水量投加的含臭氧气体量AQ；
根据每升投加量A0获取臭氧气体投加量AT，其中，AT＝1000QAQ＝1000QG(C1－Lm)(Km+KC)/C0，CO为臭氧气体的臭氧浓度，G为安全系数，1.0＜G＜1.2，Q为污水进水流量，Q的单位：m3/h。
7.一种基于抗生素在线监测的臭氧投加控制系统，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集臭氧接触池中的污水进水量；
第一检测单元，用于检测污水进水口的进口微量污染物浓度C1；
第一计算单元，用于根据所述进口微量污染物浓度以及污水进水量计算污水进水负荷，确定臭氧投加量的前馈输出量；
第二检测单元，用于检测臭氧接触池中出水口的出口微量污染物浓度C2；
对比单元，将获取的所述出口微量污染物浓度C2与设定的微量污染物控制限值Lm进行比对，输出比对结果；
第二计算单元，根据比对结果进行计算确定臭氧投加量的反馈输出量；
控制单元，用于基于所述前馈输出量与所述反馈输出量对臭氧接触池中臭氧投加量进行控制。
8.一种基于抗生素在线监测的臭氧投加控制装置，其特征在于，所述装置包括：至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行如权利要求1至6中任一项所述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任一项所述的基于抗生素在线监测的臭氧投加控制方法。
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