CN116621326A - 氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法 - Google Patents

氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法。该方法可以包括：对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元，对充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元；测定代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布；判断代表性单元的溶解氧浓度数据是否符合前提条件；确定溶解氧区间边界值，确定代表性单元的功能区空间分布，进而计算功能区分布比例；根据代表性单元的功能区分布比例，计算氧化沟各功能区体积；根据氧化沟各功能区体积、进水水量及外回流比，计算氧化沟各功能区的实际停留时间。本发明实现污水处理厂精细化运行，提质增效。

Description

氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，更具体地，涉及一种氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法。
背景技术
氧化沟工艺在国内使用范围较为广泛，采用水平轴表面曝气设备的氧化沟具有明显的溶解氧(dissolved oxygen,DO)浓度梯度，特别适用于生物脱氮工艺，脱氮效果良好。功能区的停留时间是污水生物处理过程中非常重要的参数，它和反应速率共同决定了污染物去除量。但是由于氧化沟流态复杂，氧化沟内部功能区体积及功能区停留时间没有明确的量化方法。解析、量化氧化沟工艺功能区体积和停留时间对污水处理厂施行精细化运行，实现提质增效尤为重要。但在污水处理厂中氧化沟沿程安装溶解氧仪的数量不足以支撑测算整个流程溶解氧浓度空间分布。如果对氧化沟施行精细化测量又存在工作量过大、操作条件复杂的问题。
因此，有必要开发一种氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其能够实现污水处理厂精细化运行，提质增效。
本公开实施例提供了一种氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，包括：对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元，对所述充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元；
测定所述代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布；
判断所述代表性单元的溶解氧浓度数据是否符合前提条件；
确定溶解氧区间边界值，确定所述代表性单元的功能区空间分布，进而计算所述功能区分布比例；
根据所述代表性单元的功能区分布比例，计算所述氧化沟各功能区体积；
根据所述氧化沟各功能区体积、进水水量及外回流比，计算氧化沟各功能区的实际停留时间。
优选地，对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元包括：
将水平轴表面曝气设备和水平轴表面曝气设备的下游相连区域两个要素的集合视为一个充氧单元，将所述氧化沟分解为多个充氧单元。
优选地，对所述充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元包括：
根据所述水平轴表面曝气设备的运行状态对所述充氧单元进行第一次分类；
根据所述下游相连区域的形状对所述充氧单元进行第二次分类；
确定每一类别的代表性单元，确保所述代表性单元覆盖所有类型的充氧单元。
优选地，根据所述下游相连区域的形状对所述充氧单元进行第二次分类包括判断所述下游相连区域为直道或弯道，进而针对所述弯道的长度进行判断。
优选地，测定所述代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布包括：
在所述代表性单元中布设监测点，对所述监测点进行溶解氧浓度测量。
优选地，所述前提条件包括：
氧化沟工艺中各充氧单元的充氧效能互相独立；
多个水平轴表面曝气设备共同运行不会产生叠加效应。
优选地，确定所述代表性单元的功能区空间分布包括：
对所述代表性单元各监测点溶解氧浓度数据进行内插法计算，绘制所述代表性单元的下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上各溶解氧区间边界值的等溶解氧曲线；
所述溶解氧区间边界值的等溶解氧曲线图即为所述代表性单元的功能区分布在所述代表性单元的下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上的投影图，从而确定所述代表性单元的功能区空间分布。
优选地，通过公式(1)计算所述功能区分布比例：
其中，γj为功能区j在代表性单元中的体积占比，Sj为功能区j在代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中的投影面积，S为代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面的面积。
优选地，通过公式(2)计算功能区体积：
其中，Vj为氧化沟中功能区j的体积，Vi为氧化沟中充氧单元i的体积，m为氧化沟安装水平轴表面曝气设备的个数，γi,j为与充氧单元i分类相同的代表性单元中功能区j的体积占比。
优选地，通过公式(3)计算所述实际停留时间：
其中，tj为氧化沟中功能区j的实际停留时间，Vj为氧化沟中功能区j的体积，R为氧化沟工艺外回流比，Q为进水水量。
本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了采用水平轴表面曝气设备的典型氧化沟工艺俯视示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法的步骤的流程图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的采用水平轴表面曝气设备的典型氧化沟工艺俯视的示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的代表性单元监测点布设示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元①中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元⑧中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元⑥中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，包括：
对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元，对充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元；
测定代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布；
判断代表性单元的溶解氧浓度数据是否符合前提条件；
确定溶解氧区间边界值，确定代表性单元的功能区空间分布，进而计算功能区分布比例；
根据代表性单元的功能区分布比例，计算氧化沟各功能区体积；
根据氧化沟各功能区体积、进水水量及外回流比，计算氧化沟各功能区的实际停留时间。
在一个示例中，对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元包括：
将水平轴表面曝气设备和水平轴表面曝气设备的下游相连区域两个要素的集合视为一个充氧单元，将氧化沟分解为多个充氧单元。
在一个示例中，对充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元包括：
根据水平轴表面曝气设备的运行状态对充氧单元进行第一次分类；
根据下游相连区域的形状对充氧单元进行第二次分类；
确定每一类别的代表性单元，确保代表性单元覆盖所有类型的充氧单元。
在一个示例中，根据下游相连区域的形状对充氧单元进行第二次分类包括判断下游相连区域为直道或弯道，进而针对弯道的长度进行判断。
在一个示例中，测定代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布包括：
在代表性单元中布设监测点，对监测点进行溶解氧浓度测量。
在一个示例中，前提条件包括：
氧化沟工艺中各充氧单元的充氧效能互相独立；
多个水平轴表面曝气设备共同运行不会产生叠加效应。
在一个示例中，确定代表性单元的功能区空间分布包括：
对代表性单元各监测点溶解氧浓度数据进行内插法计算，绘制代表性单元的下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上各溶解氧区间边界值的等溶解氧曲线；
溶解氧区间边界值的等溶解氧曲线图即为代表性单元的功能区分布在代表性单元的下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上的投影图，从而确定代表性单元的功能区空间分布。
在一个示例中，通过公式(1)计算功能区分布比例：
其中，γj为功能区j在代表性单元中的体积占比，Sj为功能区j在代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中的投影面积，S为代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面的面积。
在一个示例中，通过公式(2)计算功能区体积：
其中，Vj为氧化沟中功能区j的体积，Vi为氧化沟中充氧单元i的体积，m为氧化沟安装水平轴表面曝气设备的个数，γi,j为与充氧单元i分类相同的代表性单元中功能区j的体积占比。
在一个示例中，通过公式(3)计算实际停留时间：
其中，tj为氧化沟中功能区j的实际停留时间，Vj为氧化沟中功能区j的体积，R为氧化沟工艺外回流比，Q为进水水量。
图1示出了采用水平轴表面曝气设备的典型氧化沟工艺俯视示意图。
具体地，如图1所示，对氧化沟进行单元化分解。根据水平轴表面曝气设备安装数量对氧化沟进行单元化分解。将水平轴表面曝气设备和水平轴表面曝气设备的下游相连区域两个要素的集合视为一个充氧单元，将氧化沟分解为若干充氧单元。水平轴表面曝气设备的下游相连区域为该水平轴表面曝气设备后至下一个水平轴表面曝气设备前的区域。氧化沟工艺安装m个水平轴表面曝气设备，即可将氧化沟分解为m个充氧单元。
对充氧单元进行分类，并从每类中挑选出代表性单元。依次根据充氧单元内水平轴表面曝气设备运行状态及充氧单元内下游相连区域形状两级分类原则对充氧单元进行分类。首先根据水平轴表面曝气设备运行状态对充氧单元进行分类，将运行状态相同的充氧单元划分为一类。其次，在第一次分类的基础上根据下游相连区域形状对充氧单元进行再次分类，包括判断下游相连区域为直道或弯道，进而针对弯道的长度进行判断，将相同水平轴表面曝气设备运行状态分类下形状相同的充氧单元划分为一类。从每类充氧单元中挑选出一个代表性单元，代表性单元选择远离氧化沟进水与氧化沟出水的充氧单元，代表性单元需覆盖所有类型充氧单元。
本领域技术人员可以根据具体情况确定不同的分类原则与代表性单元的选取原则。
简化测定全部代表性单元下游相连区域DO空间分布。根据水平轴表面曝气设备充氧特性及下游相连区域尺寸制定DO空间分布测量方案。水平轴表面曝气设备在池宽方向均匀分布，DO浓度在池宽方向变化不显著，认定DO浓度在池宽方向均匀分布，简化池宽方向DO测定，仅在下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上沿池长及池深方向布设监测点。在下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上沿池长方向均匀布设监测点，监测点设置间距不宜大于10m。在布设的沿池长方向监测点的池深维度布设监测点，监测点设置间距不宜大于1m。本领域技术人员可以根据具体情况进行监测点的布设。针对设置的监测点进行DO浓度测量。
判断代表性单元的DO浓度数据是否符合使用本方法的前提条件。前提条件为：氧化沟工艺中各充氧单元的充氧效能互相独立。水平轴表面曝气设备仅对同一充氧单元下游相连区域的DO浓度施加影响，下游相连区域内的DO空间分布仅取决于同一充氧单元内的水平轴表面曝气设备运行状态。多个水平轴表面曝气设备共同运行不会产生叠加效应。即氧化沟工艺各充氧单元下游相连区域末端DO浓度均接近于0，当前水平轴表面曝气设备的充氧量均在本下游相连区域被消耗，不会对下一个水平轴表面曝气设备的下游相连区域施加影响。
选择氧化沟功能区划分方式，提取DO区间边界值。遵循污染物去除原理，综合考虑氧化沟工艺功能需求等要素，选择氧化沟功能区划分方式，根据定义功能区的DO区间提取DO区间边界值。
本实施方式考虑脱氮需求，将氧化沟工艺划分为5个功能区：①好氧区，该功能区可发生硝化反应，DO浓度大于等于2mg/L；②好氧过渡区，该功能区可发生硝化反应，反应速率低于好氧区，DO浓度小于2mg/L且大于等于1mg/L；③缺氧过渡区，该功能区可发生硝化反应及反硝化反应，DO浓度小于1mg/L且大于等于0.5mg/L；④缺氧区，该功能区可发生反硝化反应，DO浓度小于0.5mg/L且大于等于0.2mg/L；⑤厌氧区，该功能区可发生反硝化反应，反应速率高于缺氧区，DO浓度小于0.2mg/L且大于等于0mg/L。根据功能区的DO区间提取DO区间边界值，分别为2mg/L、1mg/L、0.5mg/L、0.2mg/L、0mg/L。
本领域技术人员也可以根据不同需求设定功能区的划分边界。
确定代表性单元功能区空间分布。对代表性单元各监测点DO浓度数据进行内插法计算，绘制代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上各DO区间边界值的等DO曲线。DO浓度在池宽方向均匀分布，绘制所得的DO区间边界值的等DO曲线图即为代表性单元功能区分布在代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上的投影图，从而确定代表性单元功能区空间分布。
对代表性单元各监测点DO浓度数据进行内插法计算，按照2mg/L、1mg/L、0.5mg/L、0.2mg/L、0mg/L 5个DO浓度梯度绘制代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面的等DO曲线。该等DO曲线图即为代表性单元中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区分布在下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上的投影图，从而确定代表性单元好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的空间分布。
计算代表性单元功能区分布比例。计算代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中各功能区的投影面积。按照公式(1)计算代表性单元功能区分布比例，代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中功能区投影面积与代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面面积之比即为代表性单元对应功能区分布比例。
计算代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的投影面积。按照公式(1)在本实施方式中的具体表现形式公式(4)、公式(5)、公式(6)、公式(7)、公式(8)分别计算代表性单元中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的分布比例：
其中，γ好氧区、γ好氧过渡区、γ缺氧过渡区、γ缺氧区、γ厌氧区分别为好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区在代表性单元中的体积占比，S好氧区、S好氧过渡区、S缺氧过渡区、S缺氧区、S厌氧区分别为好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区在代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中的投影面积，S为代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面的面积。
计算氧化沟功能区体积。根据代表性单元功能区体积占比及氧化沟各充氧单元体积按照公式(2)计算氧化沟各功能区体积。
根据好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区在代表性单元中的体积占比及氧化沟各充氧单元体积按照公式(2)在本实施方式中的具体表现形式公式(9)、公式(10)、公式(11)、公式(12)、公式(13)分别计算氧化沟中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区体积：
其中，V好氧区、V好氧过渡区、V缺氧过渡区、V缺氧区、V厌氧区分别为氧化沟中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的体积，Vi为氧化沟中充氧单元i的体积，m为氧化沟安装水平轴表面曝气设备的个数，γi,好氧区、γi,好氧过渡区、γi,缺氧过渡区、γi,缺氧区、γi,厌氧区分别为与充氧单元i分类相同的代表性单元中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的体积占比。
计算氧化沟功能区实际停留时间。根据氧化沟功能区体积、进水水量及外回流比按照公式(3)计算氧化沟各功能区的实际停留时间。
根据氧化沟中好氧区体积、好氧过渡区体积、缺氧过渡区体积、缺氧区体积、厌氧区体积、进水水量及外回流比按照公式(3)在本实施方式中的具体表现形式公式(14)、公式(15)、公式(16)、公式(17)、公式(18)分别计算氧化沟中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的实际停留时间：
其中，t好氧区、t好氧过渡区、t缺氧过渡区、t缺氧区、t厌氧区分别为氧化沟中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的实际停留时间，V好氧区、V好氧过渡区、V缺氧过渡区、V缺氧区、V厌氧区分别为氧化沟中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的体积，R为氧化沟工艺外回流比，Q为进水水量。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
实施例1
图2示出了根据本发明的一个实施例的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法的步骤的流程图。
如图2所示，该氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法包括：
步骤101，对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元，对充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元；
步骤102，测定代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布；
步骤103，判断代表性单元的溶解氧浓度数据是否符合前提条件；
步骤104，确定溶解氧区间边界值，确定代表性单元的功能区空间分布，进而计算功能区分布比例；
步骤105，根据代表性单元的功能区分布比例，计算氧化沟各功能区体积；
步骤106，根据氧化沟各功能区体积、进水水量及外回流比，计算氧化沟各功能区的实际停留时间。
选定某采用水平轴表面曝气设备的氧化沟工艺。氧化沟工艺运行参数如表1。
表1 氧化沟工艺运行参数
参数 单位 数值
进水水量(Q) m3/h 1400
外回流比(R) / 1
图3示出了根据本发明的一个实施例的采用水平轴表面曝气设备的典型氧化沟工艺俯视的示意图。
如图3所示，该氧化沟工艺共安装12个水平轴表面曝气设备，将水平轴表面曝气设备和水平轴表面曝气设备的下游相连区域的集合视为一个充氧单元，因此氧化沟可分解为12个充氧单元，分别为充氧单元①、充氧单元②、充氧单元③、充氧单元④、充氧单元⑤、充氧单元⑥、充氧单元⑦、充氧单元⑧、充氧单元⑨、充氧单元⑩、充氧单元及充氧单元各充氧单元体积如表2。
表2氧化沟工艺各充氧单元体积表
本实施例中水平轴表面曝气设备有2种运行状态，未运行的水平轴表面曝气设备，包括水平轴表面曝气设备1；工频运行的水平轴表面曝气设备，包括水平轴表面曝气设备2、水平轴表面曝气设备3、水平轴表面曝气设备4、水平轴表面曝气设备5、水平轴表面曝气设备6、水平轴表面曝气设备7、水平轴表面曝气设备8、水平轴表面曝气设备9、水平轴表面曝气设备10、水平轴表面曝气设备11、水平轴表面曝气设备12。如图3所示，水平轴表面曝气设备的下游相连区域有3种形状，下游相连区域为直线段，包括水平轴表面曝气设备1的下游相连区域、水平轴表面曝气设备2的下游相连区域、水平轴表面曝气设备4的下游相连区域、水平轴表面曝气设备5的下游相连区域、水平轴表面曝气设备7的下游相连区域、水平轴表面曝气设备8的下游相连区域、水平轴表面曝气设备10的下游相连区域、水平轴表面曝气设备11的下游相连区域；下游相连区域为小弯道，包括水平轴表面曝气设备3的下游相连区域、水平轴表面曝气设备6的下游相连区域、水平轴表面曝气设备9的下游相连区域；下游相连区域为大弯道，包括水平轴表面曝气设备12的下游相连区域。
首先根据充氧单元内水平轴表面曝气设备运行状态对充氧单元进行分类，将12个充氧单元分为2类，水平轴表面曝气设备未运行的充氧单元，包括充氧单元①；水平轴表面曝气设备工频运行的充氧单元，包括充氧单元②、充氧单元③、充氧单元④、充氧单元⑤、充氧单元⑥、充氧单元⑦、充氧单元⑧、充氧单元⑨、充氧单元⑩、充氧单元充氧单元/>其次，在第一次分类的基础上根据下游相连区域形状对充氧单元进行再次分类，最终将氧化沟12个充氧单元划分为4类，水平轴表面曝气设备未运行下游相连区域为直线段的充氧单元，包括充氧单元①；水平轴表面曝气设备工频运行下游相连区域为直线段的充氧单元，包括充氧单元②、充氧单元④、充氧单元⑤、充氧单元⑦、充氧单元⑧、充氧单元⑩、充氧单元/>水平轴表面曝气设备工频运行下游相连区域为小弯道的充氧单元，包括充氧单元③、充氧单元⑥、充氧单元⑨；水平轴表面曝气设备工频运行下游相连区域为大弯道的充氧单元，包括充氧单元/>
从每类充氧单元中挑选出一个代表性单元，代表性单元远离氧化沟进水与氧化沟出水。本实施例挑选充氧单元①、充氧单元⑧、充氧单元⑥和充氧单元做为代表性单元，代表性单元已覆盖所有类型充氧单元。
根据水平轴表面曝气设备充氧特性及下游相连区域尺寸制定DO空间分布测量方案。水平轴表面曝气设备在池宽方向均匀分布，DO浓度在池宽方向变化不显著，认定DO浓度在池宽方向均匀分布，简化池宽方向DO测定。
图4示出了根据本发明的一个实施例的代表性单元监测点布设示意图。
如图4所示，本实施例在代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上沿池长及池深方向布设监测点。在下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上沿池长方向布设8组监测点，监测点设置间距不大于10m。在布设的沿池长方向监测点的池深维度布设7组监测点，监测点设置间距为0.5m。对设置的监测点进行DO浓度测量，检测数据如表3至表6。
表3充氧单元①DO浓度(mg/L)
表4充氧单元⑧DO浓度(mg/L)
表5充氧单元⑥DO浓度(mg/L)
表6充氧单元DO浓度(mg/L)/>
选取的4个代表性单元充氧单元①、充氧单元⑧、充氧单元⑥和充氧单元下游相连区域末端DO浓度均接近于0，代表性单元的DO浓度数据均符合使用本方法的前提条件。
本实施例考虑脱氮需求，将氧化沟工艺划分为5个功能区：①好氧区，该功能区可发生硝化反应，DO浓度大于等于2mg/L；②好氧过渡区，该功能区可发生硝化反应，反应速率低于好氧区，DO浓度小于2mg/L且大于等于1mg/L；③缺氧过渡区，该功能区可发生硝化反应及反硝化反应，DO浓度小于1mg/L且大于等于0.5mg/L；④缺氧区，该功能区可发生反硝化反应，DO浓度小于0.5mg/L且大于等于0.2mg/L；⑤厌氧区，该功能区可发生反硝化反应，反应速率高于缺氧区，DO浓度小于0.2mg/L且大于等于0mg/L。根据功能区的DO区间提取DO区间边界值，分别为2mg/L、1mg/L、0.5mg/L、0.2mg/L、0mg/L。
图5示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元①中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元⑧中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元⑥中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的充氧单元中各功能区在中心纵剖面上的投影图。
对所有代表性单元即充氧单元①、充氧单元⑧、充氧单元⑥和充氧单元各监测点DO浓度数据进行内插法计算，按照2mg/L、1mg/L、0.5mg/L、0.2mg/L、0mg/L 5个DO浓度梯度分别绘制各代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面的等DO曲线。该等DO曲线图即为代表性单元中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区分布在下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上的投影图，从而确定各代表性单元中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的空间分布。各代表性单元功能区分布在下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上的投影如图5-图8所示。
计算各代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的投影面积。按照公式(4)、公式(5)、公式(6)、公式(7)、公式(8)分别计算各代表性单元好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的分布比例。计算结果如表7。
表7各代表性单元功能区投影面积及体积占比
根据表7中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区在代表性单元中的体积占比及表2中氧化沟各充氧单元体积按照公式(19)、公式(20)、公式(21)、公式(22)、公式(23)分别计算氧化沟中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区体积，计算结果如表8。
表8 氧化沟各功能区体积
体积(m3)
好氧区 432
好氧过渡区 1159
缺氧过渡区 3044
缺氧区 4556
厌氧区 11609
根据表8中氧化沟各功能区体积及表1中进水水量及外回流比按照公式(14)、公式(15)、公式(16)、公式(17)、公式(18)分别计算氧化沟中好氧区、好氧过渡区、缺氧过渡区、缺氧区、厌氧区的实际停留时间，计算结果如表9。
表9 氧化沟各功能区实际停留时间
实际停留时间(h)
好氧区 0.2
好氧过渡区 0.4
缺氧过渡区 1.1
缺氧区 1.6
厌氧区 4.1
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其特征在于，包括：
对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元，对所述充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元；
测定所述代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布；
判断所述代表性单元的溶解氧浓度数据是否符合前提条件；
确定溶解氧区间边界值，确定所述代表性单元的功能区空间分布，进而计算所述功能区分布比例；
根据所述代表性单元的功能区分布比例，计算所述氧化沟各功能区体积；
根据所述氧化沟各功能区体积、进水水量及外回流比，计算氧化沟各功能区的实际停留时间。
2.根据权利要求1所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，对氧化沟进行单元化分解，获得多个充氧单元包括：
将水平轴表面曝气设备和水平轴表面曝气设备的下游相连区域两个要素的集合视为一个充氧单元，将所述氧化沟分解为多个充氧单元。
3.根据权利要求2所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，对所述充氧单元进行分类，确定每一类别的代表性单元包括：
根据所述水平轴表面曝气设备的运行状态对所述充氧单元进行第一次分类；
根据所述下游相连区域的形状对所述充氧单元进行第二次分类；
确定每一类别的代表性单元，确保所述代表性单元覆盖所有类型的充氧单元。
4.根据权利要求3所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，根据所述下游相连区域的形状对所述充氧单元进行第二次分类包括判断所述下游相连区域为直道或弯道，进而针对所述弯道的长度进行判断。
5.根据权利要求1所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，测定所述代表性单元的下游相连区域的溶解氧空间分布包括：
在所述代表性单元中布设监测点，对所述监测点进行溶解氧浓度测量。
6.根据权利要求1所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，所述前提条件包括：
氧化沟工艺中各充氧单元的充氧效能互相独立；
多个水平轴表面曝气设备共同运行不会产生叠加效应。
7.根据权利要求1所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，确定所述代表性单元的功能区空间分布包括：
对所述代表性单元各监测点溶解氧浓度数据进行内插法计算，绘制所述代表性单元的下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上各溶解氧区间边界值的等溶解氧曲线；
所述溶解氧区间边界值的等溶解氧曲线图即为所述代表性单元的功能区分布在所述代表性单元的下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面上的投影图，从而确定所述代表性单元的功能区空间分布。
8.根据权利要求7所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，通过公式(1)计算所述功能区分布比例：
其中，γj为功能区j在代表性单元中的体积占比，Sj为功能区j在代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面投影图中的投影面积，S为代表性单元下游相连区域中垂直于水平轴表面曝气设备的中心纵剖面的面积。
9.根据权利要求1所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，通过公式(2)计算功能区体积：
其中，Vj为氧化沟中功能区j的体积，Vi为氧化沟中充氧单元i的体积，m为氧化沟安装水平轴表面曝气设备的个数，γi,j为与充氧单元i分类相同的代表性单元中功能区j的体积占比。
10.根据权利要求1所述的氧化沟工艺功能区体积及停留时间简化计算方法，其中，通过公式(3)计算所述实际停留时间：
其中，tj为氧化沟中功能区j的实际停留时间，Vj为氧化沟中功能区j的体积，R为氧化沟工艺外回流比，Q为进水水量。
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