CN117509928A - 一种基于ote实时监控的曝气优化节能控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统及方法，控制系统包括曝气池单元、氧转移效率OTE实时监控单元，以及曝气优化节能控制单元；曝气池单元包括曝气池、设置于曝气池的主气管，以及设置于主气管的支气管；氧转移效率OTE实时监控单元包括设置于曝气池水面上的集气罩，以及设置于集气罩上的OTE实时监测仪；曝气优化节能控制单元包括用于曝气池数据采集的数据采集器，以及优化节能控制器，所述数据采集器配合优化节能控制器对曝气池的状态参数数据进行实时监控，并分析优化后进行调控。本发明基于OTE实时监控，综合分析状态参数数据变化，通过优化节能控制单元实时分析、决策、调控，实现最大化降低能耗的综合效能。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统及方法。
背景技术
在全球范围内，水正成为一种非常有价值的商品，污水处理作为水的回收再利用中的关键环节，其过程控制和优化正变得越来越重要。
曝气作为污水处理工艺中的重要组成部分之一，其消耗了污水处理厂50％至80％的能耗，主要来自于氧气的供应和传递过程，目前在曝气方面的控制策略主要以DO、氨氮控制为主，并不能直接反映生物反应的实际需氧量，只是反映了曝气池中分子态氧的累积浓度，存在滞后性、不敏感性，无法实现对曝气的优化节能控制。因此，许多能源在污水处理厂中可能被浪费了。
发明内容
本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，所述控制系统包括曝气池单元、氧转移效率OTE实时监控单元，以及曝气优化节能控制单元；
所述曝气池单元包括曝气池、设置于曝气池的主气管，以及设置于主气管的支气管；
所述氧转移效率OTE实时监控单元包括设置于曝气池水面上的集气罩，以及设置于集气罩上的OTE实时监测仪；
所述曝气优化节能控制单元包括用于曝气池数据采集的数据采集器，以及优化节能控制器，所述数据采集器配合优化节能控制器对曝气池的状态参数数据进行实时监控，并分析优化后进行调控。
作为本发明的进一步的方案：所述曝气池设置有若干个微孔曝气器。
作为本发明的进一步的方案：所述数据采集器包括用于检测曝气池出水氨氮浓度的氨氮传感器、用于检测曝气池的曝气池溶解氧的DO传感器、用于检测曝气池的鼓风机转速、用于检测进气流量的主气管流量计和支气管流量计，以及用于检测进气阀开关信息的主气管进气阀和支气管进气阀。
作为本发明的进一步的方案：所述主气管进气阀设置于主气管，且主气管的端部设置有鼓风机。
作为本发明的进一步的方案：所述支气管进气阀设置于支气管。
作为本发明的进一步的方案：所述曝气池两侧设置有用于污水进入的曝气池污水入流管，以及用于污水流出的曝气池污水出流管。
作为本发明的进一步的方案：所述曝气池底端设置有曝气器。
另一方面的技术方案：一种包括如上述任一项所述的一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取历史监测数据，并建立OTE数学函数关系；
步骤S2、通过建立OTE数学函数关系计算当前曝气池运行状态下的最佳OTE值，作为优化节能控制器中目标设定初始值OTESet；
步骤S3、实时获取鼓风机供气量、曝气池DO，以及曝气池出水氨氮浓度，判断当前曝气池出水氨氮浓度、曝气池OTE，以及曝气池DO是否等于目标设定值；
步骤S4、根据判断结果进行相应控制。
作为本发明的进一步的方案：所述历史监测数据包括曝气池进水流量、进水水质、出水水质、曝气池溶解氧、鼓风机供气量，以及曝气池OTE。
作为本发明的进一步的方案：所述步骤S4中具体步骤包括：
判断当前曝气池出水氨氮浓度是否等于目标设定值NH3-NSet；
判断当前曝气池OTE是否等于目标设定值OTESet；
判断当前曝气池DO是否等于目标设定值DOSet；
若当前监测曝气池出水氨氮浓度高于目标设定值NH3-NSet，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至出水氨氮浓度达到设定要求；
若当前监测曝气池出水氨氮浓度等于目标设定值NH3-NSet，且当前监测曝气池DO低于目标设定值DOSet，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至曝气池DO达到设定要求；
若当前监测曝气池出水氨氮浓度低于目标设定值NH3-NSet，且当前监测曝气池OTE低于目标设定值OTESet，则降低鼓风机转速、调节进气阀，减少供气量，提高OTE等于目标设定值OTESet；若当前监测曝气池DO低于目标设定值DOSet，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至曝气池DO达到设定要求；若当前监测曝气池OTE高于目标设定值OTESet，则迭代更新OTE与水质、供气量的函数关系，更新目标设定值OTESet，重新判断曝气池OTE与OTESet关系。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
采用上述的技术方案，通过基于在不同工艺类型的污水处理厂曝气池布置若干集气罩，通过OTE实时监测仪对曝气池OTE进行实时监控，同时，综合分析曝气池运行状态参数数据变化，通过优化节能控制单元实时分析、决策、调控，从而实现曝气池出水稳定达标，同时最优化提升曝气效率，最大限度地降低曝气能耗。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1为本申请公开实施例的曝气优化节能控制系统的结构示意图；
图2为本申请公开实施例的曝气优化节能控制系统的控制方法的流程框图。
图中：1、鼓风机；2、主气管流量计；3、主气管进气阀；4、主气管；5、支气管进气阀；6、支气管；7、曝气器；8、集气罩；9、DO传感器；10、OTE实时监测仪；11、氨氮传感器；12、曝气优化节能控制单元；13、曝气池污水入流管；14、曝气池污水出流管；15、曝气池；16、支气管流量计。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参考图1，本发明实施例中，一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，控制系统包括曝气池单元、氧转移效率OTE实时监控单元，以及曝气优化节能控制单元12；
本实施例中，曝气池单元包括曝气池15、设置于曝气池15的主气管4，以及设置于主气管4的支气管6，曝气池15设置有若干个微孔曝气器7；
氧转移效率OTE实时监控单元包括设置于曝气池15水面上的集气罩8，以及设置于集气罩上的OTE实时监测仪10，曝气池15底端设置有曝气器7；
曝气优化节能控制单元12包括用于曝气池15数据采集的数据采集器，以及优化节能控制器，所述数据采集器配合优化节能控制器对曝气池15的状态参数数据进行实时监控，并分析优化后进行调控。
本实施例中，数据采集器包括用于检测曝气池15出水氨氮浓度的氨氮传感器11、用于检测曝气池15的曝气池溶解氧的DO传感器9、用于检测曝气池15的鼓风机转速、用于检测进气流量的主气管流量计2和支气管流量计16，以及用于检测进气阀开关信息的主气管进气阀3和支气管进气阀5。
本实施例中，主气管进气阀3设置于主气管4，且主气管4的端部设置有鼓风机，支气管进气阀5设置于支气管6。
本实施例中，曝气池15两侧设置有用于污水进入的曝气池污水入流管13，以及用于污水流出的曝气池污水出流管14。
本实施例中，集气罩8的布置数量与曝气池工艺类型有关，包括序批式活性污泥法工艺和完全混合式污泥法工艺，序批式活性污泥法如A2O工艺设置不少于3个集气罩，分属于曝气池前、中、后位置，完全混合式污泥法如SBR工艺设置不少于1个集气罩。
集气罩8安置位置要求避免在曝气池曝气死角、浮渣易聚集等区域。
曝气优化节能控制单元12是对曝气池出水氨氮、曝气池DO、曝气池OTE、进气流量信号实时传输至优化节能控制器，通过优化节能控制器，实现对鼓风机转速、进气阀开关调控。
另一方面的技术方案：一种包括如上述任一项所述的一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统的控制方法，包括以下步骤：
如图2所示，图示为曝气优化节能控制系统的控制方法的流程框图；
本实施例中，使用方法如下：
以某污水处理曝气池15为例，曝气池进水经由曝气池污水入流管13，出水经由曝气池污水出流管14，曝气池采用微孔曝气器7，曝气器7供气源由鼓风机1提供，经主气管4和支气管6供应给曝气池15底部各微孔曝气器7内。其中，主气管进气阀3用于调控总气流量大小，在主气管进气阀3前端设置有主气管流量计2，用于计量总进气流量；支气管进气阀5用于调控支气管气流量大小，在支气管进气阀5前端设置有支气管流量计16，用于计量支气管进气流量。在曝气的作用下，整个曝气池体内混合液处于完全混合状态。
在曝气池内设置若干集气罩8，集气罩置于微孔曝气器所在位置水面以上，目的是收集曝气过程中的剩余气体中的氧含量，在集气罩内设置溶解氧传感器9，监测集气罩所在区域位置混合液中的溶解氧浓度，集气罩所收集的剩余气体通过OTE实时监测仪10监测微孔曝气器7在混合液中实际OTE值，在曝气池15出水端附近混合液中设置氨氮传感器11，用于实时监测出水氨氮达标情况。
通过曝气优化节能控制单元12中数据采集器对曝气池出水氨氮浓度、曝气池DO、曝气池OTE、鼓风机转速、进气流量、进气阀开关信息采集，并由优化节能控制器实现以下控制策略：
(1)获取历史监测数据，包括曝气池进水流量、进水水质(COD、氨氮、总氮、总磷等)、出水水质(COD、氨氮、总氮、总磷等)、曝气池溶解氧(DO)、鼓风机供气量、曝气池OTE，建立OTE与流量、水质、供气量的数学函数关系001；
(2)通过OTE与水质、供气量的函数关系估算当前曝气池运行状态下的最佳OTE值，作为优化节能控制器中目标设定初始值OTESet；
(3)获取实时监测鼓风机供气量；
(4)获取实时监测曝气池DO；
(5)获取实时监测曝气池出水氨氮浓度；
(6)判断所述当前曝气池出水氨氮浓度是否等于目标设定值NH3-NSet；
(7)判断所述当前曝气池OTE是否等于目标设定值OTESet；
(8)判断所述当前曝气池DO是否等于目标设定值DOSet；
(9)当所述当前监测曝气池出水氨氮浓度高于目标设定值NH3-NSet01，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至出水氨氮浓度达到设定要求003，继续执行回到002；
(10)当所述当前监测曝气池出水氨氮浓度等于目标设定值NH3-NSet02，且所述当前监测曝气池DO低于目标设定值DOSet04，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至曝气池DO达到设定要求004，继续执行回到002；
(11)当所述当前监测曝气池出水氨氮浓度低于目标设定值NH3-NSet03，且所述当前监测曝气池OTE低于目标设定值OTESet05，则降低鼓风机转速、调节进气阀，减少供气量，以提高OTE等于目标设定值OTESet005，所述当前监测曝气池DO低于目标设定值DOSet07，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至曝气池DO达到设定要求006，继续执行回到002；所述当前监测曝气池OTE高于目标设定值OTESet06，则迭代更新OTE与水质、供气量的函数关系，更新目标设定值OTESet007，继续执行14，重新判断曝气池OTE与OTESet关系001。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，其特征在于，所述控制系统包括曝气池单元、氧转移效率OTE实时监控单元，以及曝气优化节能控制单元；
所述曝气池单元包括曝气池、设置于曝气池的主气管，以及设置于主气管的支气管；
所述氧转移效率OTE实时监控单元包括设置于曝气池水面上的的集气罩，以及设置于集气罩上的OTE实时监测仪；
所述曝气优化节能控制单元包括用于曝气池数据采集的数据采集器，以及优化节能控制器，所述数据采集器配合优化节能控制器对曝气池的状态参数数据进行实时监控，并分析优化后进行调控。
2.根据权利要求1所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，其特征在于，所述曝气池设置有若干个微孔曝气器。
3.根据权利要求1所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，其特征在于，所述数据采集器包括用于检测曝气池出水氨氮浓度的氨氮传感器、用于检测曝气池的曝气池溶解氧浓度的DO传感器、用于检测曝气池的鼓风机转速、用于检测进气流量的主气管流量计和支气管流量计，以及用于检测进气阀开关信息的主气管进气阀和支气管进气阀。
4.根据权利要求3所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，其特征在于，所述主气管进气阀设置于主气管，且主气管的端部设置有鼓风机。
5.根据权利要求3所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，其特征在于，所述支气管进气阀设置于支气管。
6.根据权利要求1所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，其特征在于，所述曝气池两侧设置有用于污水进入的曝气池污水入流管，以及用于污水流出的曝气池污水出流管。
7.根据权利要求6所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统，其特征在于，所述曝气池底端设置有曝气器。
8.一种包括如权利要求1至7任一项所述的一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、获取历史监测数据，并建立OTE数学函数关系；
步骤S2、通过建立OTE数学函数关系计算当前曝气池运行状态下的最佳OTE值，作为优化节能控制器中目标设定初始值OTESet；
步骤S3、实时获取鼓风机供气量、曝气池DO，以及曝气池出水氨氮浓度，判断当前曝气池出水氨氮浓度、曝气池OTE，以及曝气池DO是否等于目标设定值；
步骤S4、根据判断结果进行相应控制。
9.根据权利要求8所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统的控制方法，其特征在于，所述历史监测数据包括曝气池进水流量、进水水质、出水水质、曝气池溶解氧、鼓风机供气量，以及曝气池OTE。
10.根据权利要求8所述一种基于OTE实时监控的曝气优化节能控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S4中具体步骤包括：
判断当前曝气池出水氨氮浓度是否等于目标设定值NH3-NSet；
判断当前曝气池OTE是否等于目标设定值OTESet；
判断当前曝气池DO是否等于目标设定值DOSet；
若当前监测曝气池出水氨氮浓度高于目标设定值NH3-NSet，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至出水氨氮浓度达到设定要求；
若当前监测曝气池出水氨氮浓度等于目标设定值NH3-NSet，且当前监测曝气池DO低于目标设定值DOSet，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至曝气池DO达到设定要求；
若当前监测曝气池出水氨氮浓度低于目标设定值NH3-NSet，且当前监测曝气池OTE低于目标设定值OTESet，则降低鼓风机转速、调节进气阀，减少供气量，提高OTE等于目标设定值OTESet；若当前监测曝气池DO低于目标设定值DOSet，则提高鼓风机转速、调节进气阀，增大供气量，直至曝气池DO达到设定要求；若当前监测曝气池OTE高于目标设定值OTESet，则迭代更新OTE与水质、供气量的函数关系，更新目标设定值OTESet，重新判断曝气池OTE与OTESet关系。
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