CN118084189A - 一种基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于溶解氧控制的生物滤池污水处理系统，与现有技术比较，本发明的所述活性污泥法处理系统包括池体、设置于池体内的活性污泥、对池体内污水进行搅拌混合的搅拌模块、对池体进行氧气输送的供氧模块、对池体进行污水输送的进液设备、对池水内的污水进行排出的排液设备、对所有所述模块进行控制协调的调控模块。本发明通过综合考虑泡沫情况和净化效率来动态调整氧气供应，以实现污水处理效率的最优化。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理系统领域，尤其涉及一种基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统。
背景技术
基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统依赖于生物降解过程来去除污水中的有机污染物，这一过程在环境工程和污水处理领域中是核心技术之一。基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统主要通过维持滤池中的溶解氧水平，来优化污水处理过程。这种系统涉及生物、化学和物理过程的相互作用，以去除污水中的有机物、悬浮固体和营养物质如氮和磷。在污水处理过程中，控制氧气供应是确保处理效率和防止泡沫过量的关键。
本实验团队长期针对污水处理的相关技术进行大量相关记录资料的浏览和研究，同时依托相关资源，并进行大量相关实验，经过大量检索发现存在的现有技术如现有技术公开的CN104261521B、CN114159862B、CN108877366B、和CN108821435B，如现有技术公开的一种污水处理中的溶氧控制方法。本发明通过采集大量污水厂的污水处理数据，生成了具有指导意义的基础数据字典，根据该基础数据字典并通过大数据计算，通过下位程序把溶氧设定值、进水流量、浊度每1秒的时间间隔通过PLC传给上位机，然后通过上位机的脚本程序查询基础数据字典中唯一一条符合工况条件的数据记录反馈给PLC，PLC根据此条记录的进气流量通过PID来整定进气阀门的开度，从而达到AO池溶氧控制的目的。
为了解决本领域普遍存在不能根据池体内污水处理的情况进行氧气供应速度的智能控制调节、污水处理效率低等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前本领域所存在的不足，提出了一种基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统。
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统，所述活性污泥法处理系统包括池体、设置于池体内的活性污泥、对池体内污水进行搅拌混合的搅拌模块、对池体进行氧气输送的供氧模块、对池体进行污水输送的进液设备、对池水内的污水进行排出的排液设备、对所有所述模块进行控制协调的调控模块，
所述搅拌模块包括横设于池体的预设距离上方的梁板、贯穿嵌设于梁板上的配合轴承圈、竖直贯穿且套设于轴承圈内同时底部贯入至池体内的旋转轴、横设于旋转轴的外轴壁的搅拌叶、用于驱动旋转轴进行轴转动作业的旋转驱动机构，
其中，所述旋转轴内部同轴设置有管状通道，且所述管状通道分别贯穿旋转轴的顶部和底部设置，旋转轴顶部相应的贯穿口为上贯穿口，以旋转轴底部相应的贯穿口为下贯穿口，且管状通道内配合设置有若干个单向阀件。
进一步的，所述旋转驱动机构包括套设于所述旋转轴的外轴壁的驱动齿轮、与驱动齿轮啮合设置的动力齿轮、通过相应安装座固定于梁板的板底部且用于驱动动力齿轮进行轴转动的驱动电机，驱动电机实现同步驱动所述驱动齿轮进行轴转动作业。
进一步的，所述供氧模块包括氧气发生器、外圈相应固定于管状通道内的气密轴承圈、贯穿且套设于气密轴承圈的内圈的固定管、一端与氧气发生器的出气端固定连接且另一端与固定管的顶部固定连接的导气管和套设于旋转轴底部的隔离件，
在气密轴承圈的作用下，旋转轴进行转动的时候，固定管不发生转动，进而实现对旋转轴的旋转过程中持续进行氧气的输送。
进一步的，所述隔离件包括球体结构的漏网、设置于漏网上的配合口、嵌设于配合口的口内壁的螺母圈和设置于旋转轴的外轴壁上的用于与螺母圈卡合设置的螺纹，漏网上均匀分布设置为预设孔径的漏孔。
进一步的，所述调控模块包括监测单元和对监测单元所监测获得的数据进行接收处理的处理单元。
进一步的，所述监测单元包括对池体内溶氧量进行监控的溶氧量传感器、对池体内泡沫进行监控以获得池体内的泡沫参照值的泡沫监测子单元、对排液设备的连续排液速度进行监控的排液流量计、对进液设备的连续进液速度进行监控的进液流量计、对池体内当前储水液面的高度进行监控的水位传感器、对池体内的活性污泥的浓度进行监控的污泥浓度MLSS传感器、至少两个分别对进液设备所进液的污水以及对排液设备所排出的处理水的化学需氧量进行监测的电化学传感器和对池体内混合液的温度进行监测的温度传感器。
进一步的，泡沫监测子单元包括从池体上方拍摄池面图像的摄像头、安装于池体上方的用于对池面进行声波信号发生的声波传感器、和接收摄像头和声波传感器的数据并且进一步分析处理以后的泡沫参照值的计算微单元，
所述声波传感器包括一个声波发射器和一个接收器，发射器发出声波，声波穿透泡沫层并反射回来，被设备中的接收器捕捉接收。
进一步的，所述计算微单元实现下列作业流程：
S101：对摄像头采集的图像进行降噪、灰度转换、增强对比度预处理以获得预处理图像，进一步对预处理图像通过边缘检测、泡沫区域分割确定泡沫在池体实际的覆盖面积S，
S102:记录声波传感器中，声波从发射到接收所花费的时间Δt，
S103:泡沫厚度D计算：
，
其中，v是声波在泡沫中的平均传播速度，
S104:计算泡沫参照值Fondex：
，
其中，Tr为预设的温度参照值，u为温度矫正系数，WatL为池体内当前储水液面的高度，c1为温度矫正系数的优先级相关参数，PL为预先获知的池体的平均水平面积。
本发明所取得的有益效果是：
1.搅拌模块通过优化池体内溶解氧的分布、提高污水处理效率、防止活性污泥沉积、增强生物反应活性，并通过调节搅拌强度应对不同处理需求，显著提升系统的运行效率、稳定性和自适应性，这种模块通过促进氧气与污水的充分混合和微生物环境的优化，确保了污水处理过程中微生物的高效代谢活动，使其成为提升生物滤池处理性能不可或缺的组成部分。
2.所述供氧模块通过持续的氧气供应、高效的溶氧能力以及微气泡的优化供氧机制，显著提高了溶氧效率和污水处理的整体效率，气密轴承圈和固定管结构允许在旋转轴转动时连续输送氧气，而隔离件的应用有效防止污泥堵塞，保障系统稳定运行，并通过微气泡形式释放氧气，进一步提升溶氧效率，此外，通过隔离件的简化装配和拆卸过程减少停机时间，整体上提供了一种高效、经济且可靠的污水处理供氧解决方案。
3.本发明的调控模块通过综合考虑泡沫情况和净化效率来动态调整氧气供应，以实现污水处理效率的最优化，本发明系统能够快速响应环境变化，精确控制氧气供应，从而优化微生物的代谢效率并防止过量泡沫的产生，结合图像分析和声波测量对泡沫量进行直观评估，以及基于实时数据自适应调整氧气供给的能力，提高了净化效率的同时保护了池体内微生物活性。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明的基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统的模块化示意图。
图2为本发明的搅拌模块的部分结构示意图。
图3为本发明的计算微单元的作业流程示意图。
附图标号说明：1-旋转轴；2-管状通道；3-驱动齿轮；4-动力齿轮；5-梁板；6-驱动电机；7-轴承圈；8-气密轴承圈；9-固定管。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；要指出的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本案。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。并且关于附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一：结合附图1、附图2和附图3，本实施例构造了一种基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统,所述活性污泥法处理系统包括池体、设置于池体内的活性污泥、对池体内污水进行搅拌混合的搅拌模块、对池体进行氧气输送的供氧模块、对池体进行污水输送的进液设备、对池水内的污水进行排出的排液设备、对所有所述模块进行控制协调的调控模块，
所述搅拌模块包括横设于池体的预设距离上方的梁板、贯穿嵌设于梁板上的配合轴承圈、竖直贯穿且套设于轴承圈内同时底部贯入至池体内的旋转轴、横设于旋转轴的外轴壁的搅拌叶、用于驱动旋转轴进行轴转动作业的旋转驱动机构，
其中，所述旋转轴内部同轴设置有管状通道，且所述管状通道分别贯穿旋转轴的顶部和底部设置，旋转轴顶部相应的贯穿口为上贯穿口，以旋转轴底部相应的贯穿口为下贯穿口，且管状通道内配合设置有若干个单向阀件，
所述旋转驱动机构包括套设于所述旋转轴的外轴壁的驱动齿轮、与驱动齿轮啮合设置的动力齿轮、通过相应安装座固定于梁板的板底部且用于驱动动力齿轮进行轴转动的驱动电机，驱动电机实现同步驱动所述驱动齿轮进行轴转动作业，
搅拌模块通过优化池体内溶解氧的分布、提高污水处理效率、防止活性污泥沉积、增强生物反应活性，并通过调节搅拌强度应对不同处理需求，显著提升系统的运行效率、稳定性和自适应性，这种模块通过促进氧气与污水的充分混合和微生物环境的优化，确保了污水处理过程中微生物的高效代谢活动，使其成为提升生物滤池处理性能不可或缺的组成部分。
实施例二：结合附图1、附图2和附图3，除了包含以上实施例的内容以外，还在于,所述供氧模块包括氧气发生器、外圈相应固定于管状通道内的气密轴承圈、贯穿且套设于气密轴承圈的内圈的固定管、一端与氧气发生器的出气端固定连接且另一端与固定管的顶部固定连接的导气管和套设于旋转轴底部的隔离件，
在气密轴承圈的作用下，旋转轴进行转动的时候，固定管不发生转动，进而实现对旋转轴的旋转过程中持续进行氧气的输送，
所述隔离件包括球体结构的漏网、设置于漏网上的配合口、嵌设于配合口的口内壁的螺母圈、设置于旋转轴的外轴壁上的用于与螺母圈卡合设置的螺纹，漏网上均匀分布设置为预设孔径的漏孔，
通过螺母圈与螺纹的卡合固定，以实现将隔离件固定至旋转轴底部，进而隔离件有效对污水中的污泥进行隔绝，同时氧气通过管状通道从转轴底部输送至漏网，进一步从漏网的漏孔输出至污水内，进而减少氧气输送过程中发生大气泡以减少溶氧效率，
所述供氧模块通过持续的氧气供应、高效的溶氧能力以及微气泡的优化供氧机制，显著提高了溶氧效率和污水处理的整体效率，气密轴承圈和固定管结构允许在旋转轴转动时连续输送氧气，而隔离件的应用有效防止污泥堵塞，保障系统稳定运行，并通过微气泡形式释放氧气，进一步提升溶氧效率，此外，通过隔离件的简化装配和拆卸过程减少停机时间，整体上提供了一种高效、经济且可靠的污水处理供氧解决方案。
实施例三：结合附图1、附图2和附图3，除了包含以上实施例的内容以外，还在于,所述调控模块包括监测单元和对监测单元所监测获得的数据进行接收处理的处理单元，
所述监测单元包括对池体内溶氧量进行监控的溶氧量传感器、对池体内泡沫进行监控以获得池体内的泡沫参照值的泡沫监测子单元、对排液设备的连续排液速度进行监控的排液流量计、对进液设备的连续进液速度进行监控的进液流量计、对池体内当前储水液面的高度进行监控的水位传感器、对池体内的活性污泥的浓度进行监控的污泥浓度MLSS传感器、至少两个分别对进液设备所进液的污水以及对排液设备所排出的处理水的化学需氧量进行监测的电化学传感器和对池体内混合液的温度进行监测的温度传感器，
其中，所述池体内溶解氧量的参数表示为DO，单位通常为：毫克/升，
泡沫参照值参数表示为Fondex，单位为百分比，
连续排液速度表示参数为Qout，单位为：升/秒，
连续进液速度表示参数为Qin，单位为：升/秒，
对池体内当前储水液面的高度表示参数为WatL，单位为米，
活性污泥的浓度表示参数为MLSS，单位为：毫克/升，
进液设备所进液的污水的化学需氧量表示参数为CODin，单位为：毫克/升，
排液设备所排出的处理水的化学需氧量表示参数为CODout，单位为：毫克/升，
池体内混合液的温度表示参数为Temper，单位为摄氏度，
泡沫监测子单元包括从池体上方拍摄池面图像的摄像头、安装于池体上方的用于对池面进行声波信号发生的声波传感器、接收摄像头和声波传感器的数据并且进一步分析处理以后的泡沫参照值的计算微单元，声波传感器包括一个声波发射器和一个接收器，发射器发出声波，声波穿透泡沫层并反射回来，被设备中的接收器捕捉接收，
所述计算微单元实现下列作业流程：
S101：对摄像头采集的图像进行降噪、灰度转换、增强对比度预处理以获得预处理图像，进一步对预处理图像通过边缘检测、泡沫区域分割确定泡沫在池体实际的覆盖面积S，
S102:记录声波传感器中，声波从发射到接收所花费的时间Δt，
S103:泡沫厚度D计算：
，
其中，v是声波在泡沫中的平均传播速度，
S104:计算泡沫参照值Fondex：
，
其中，Tr为预设的温度参照值，u为温度矫正系数，c1为温度矫正系数的优先级相关参数，PL为预先获知的池体的平均水平面积，u的单位为：1/摄氏度，
所述处理单元实时接收监测单元内所监测的数据，并且实现下列作业步骤：
S201：计算污水净化效率EF:
，
S202:在EF≥Eb1时，Supply=SuN-(DO-Db)×kf c2+(Fondex-Fb)×ke c3，
Eb1<EF<Eb2时，Supply=SuN，
EF≤Eb2时，Supply=SuN+(Db-DO)×yf c4+(Fondex-Fb)×ye c5，
Eb1为预设的第一净化效率参照值，Eb2为预设的第二净化效率参照值，且Eb1<Eb2， Supply是氧气发生装置的调节后的氧气供应速度，
SuN是氧气发生装置的当前氧气供应速度，kf是泡沫因素相关的负反馈调节系数，ke是净化效率相关的负反馈调节系数，Fb是预设的泡沫基准体积，c2是Fb的优先级相关参数，Db为预设MLSS浓度下的目标溶解氧浓度，yf为泡沫因素相关的正反馈调节系数，c4为yf的优先级相关参数，ye是净化效率相关的正反馈调节系数，c5是ye的优先级相关参数，Supply和SuN的单位为立方米/秒，ye和ke的单位为立方米2/秒，yf和kf的单位为：立方米·升/毫克·秒，
S203:控制氧气发生装置以S202中计算获得的Supply速度进行氧气供应，
其中，参数取值示例，以及其取值范围和趋势的解释如下：
ye 和 ke通过控制系统的模拟和优化算法确定，这些算法根据系统历史运行数据来调整这些系数以达到最佳净化效率，
yf 和 kf通过监测系统中泡沫的生成情况和溶解氧水平的关系来设定，使得系统在泡沫量变化时可以适当调整氧气供应速度，
Fb为池体平均水平面积的5%至20%，根据具体的污水处理设施和运行条件来调整,
Eb1和Eb2用于定义了不同的供氧调节区间，且取值在60%至90%之间，
c1、c2、c3、c4、c5这些是调节系数的优先级相关参数，由本领域技术人员根据系统的优化目标进行调整，数值在0.1至10的范围内，
Db通过实验确定，即在不同的溶解氧浓度下观察微生物活性和污水处理效率，找到最适合的溶氧水平，
Tr为根据污水处理系统历史运行数据确定的系统最优运行时的温度，
u通过比较不同温度下的溶氧量和微生物活性数据确定，以保证温度变化时系统能够调整至最佳溶氧状态，
V依赖于泡沫的密度和组成，技术人员通过在实验室内对泡沫样本进行声波传播时间测量来确定声波在泡沫中的平均传播速度获得；
上述ye、ke、yf、kf、Fb、Eb1、Eb2、c1、c2、c3、c4、c5、Db、Tr、u、v的具体取值范围和趋势将由本领域技术根据处理系统的设计者或运营者根据实际的污水处理需求和系统反应来确定，再此不再赘述，
氧气供应的精确控制对于维持污水处理系统的平衡至关重要，因为氧气水平的不当管理可能会导致两个不利的极端情况：
供氧过多导致的泡沫生成：当溶解氧水平超过微生物代谢所需量时，过剩的氧气会以泡沫的形式出现，这些泡沫可能会覆盖池面，干扰光线进入水体，影响微生物的活性，
供氧不足导致的氧化不充分：当氧气供应不足以满足微生物代谢需求时，有机污染物不能被有效降解，导致污水净化效率下降，此外，因为部分微生物产生的外源聚合物在溶解氧不足时会增加，这会增加泡沫产量，
本发明的调控模块通过综合考虑泡沫情况和净化效率来动态调整氧气供应，以实现污水处理效率的最优化，本发明系统能够快速响应环境变化，精确控制氧气供应，从而优化微生物的代谢效率并防止过量泡沫的产生，结合图像分析和声波测量对泡沫量进行直观评估，以及基于实时数据自适应调整氧气供给的能力，提高了净化效率的同时保护了池体内微生物活性。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。并且应当理解，在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (4)
1.一种基于溶解氧控制的活性污泥法处理系统，其特征在于，所述活性污泥法处理系统包括池体、设置于池体内的活性污泥、对池体内污水进行搅拌混合的搅拌模块、对池体进行氧气输送的供氧模块、对池体进行污水输送的进液设备、对池水内的污水进行排出的排液设备、对所有所述模块进行控制协调的调控模块，
所述搅拌模块包括横设于池体的预设距离上方的梁板、贯穿嵌设于梁板上的配合轴承圈、竖直贯穿且套设于轴承圈内同时底部贯入至池体内的旋转轴、横设于旋转轴的外轴壁的搅拌叶、用于驱动旋转轴进行轴转动作业的旋转驱动机构，
其中，所述旋转轴内部同轴设置有管状通道，且所述管状通道分别贯穿旋转轴的顶部和底部设置，旋转轴顶部相应的贯穿口为上贯穿口，以旋转轴底部相应的贯穿口为下贯穿口，且管状通道内配合设置有若干个单向阀件；
所述调控模块包括监测单元和对监测单元所监测获得的数据进行接收处理的处理单元；
所述监测单元包括对池体内溶氧量进行监控的溶氧量传感器、对池体内泡沫进行监控以获得池体内的泡沫参照值的泡沫监测子单元、对排液设备的连续排液速度进行监控的排液流量计、对进液设备的连续进液速度进行监控的进液流量计、对池体内当前储水液面的高度进行监控的水位传感器、对池体内的活性污泥的浓度进行监控的污泥浓度MLSS传感器、至少两个分别对进液设备所进液的污水以及对排液设备所排出的处理水的化学需氧量进行监测的电化学传感器和对池体内混合液的温度进行监测的温度传感器；
泡沫监测子单元包括从池体上方拍摄池面图像的摄像头、安装于池体上方的用于对池面进行声波信号发生的声波传感器、和接收摄像头和声波传感器的数据并且进一步分析处理以后的泡沫参照值的计算微单元；
所述声波传感器包括一个声波发射器和一个接收器，发射器发出声波，声波穿透泡沫层并反射回来，被设备中的接收器捕捉接收；
所述计算微单元实现下列作业流程：
S101：对摄像头采集的图像进行降噪、灰度转换、增强对比度预处理以获得预处理图像，进一步对预处理图像通过边缘检测、泡沫区域分割确定泡沫在池体实际的覆盖面积S，
S102:记录声波传感器中，声波从发射到接收所花费的时间Δt，
S103:泡沫厚度D计算：
，
其中，v是声波在泡沫中的平均传播速度，
S104:计算泡沫参照值Fondex：
，
其中，Temper为池体内混合液的温度，Tr为预设的温度参照值，u为温度矫正系数，c1为温度矫正系数的优先级相关参数， WatL为池体内当前储水液面的高度，PL为预先获知的池体的平均水平面积。
2.如权利要求1所述的活性污泥法处理系统，其特征在于，所述旋转驱动机构包括套设于所述旋转轴的外轴壁的驱动齿轮、与驱动齿轮啮合设置的动力齿轮、通过相应安装座固定于梁板的板底部且用于驱动动力齿轮进行轴转动的驱动电机，驱动电机实现同步驱动所述驱动齿轮进行轴转动作业。
3.如权利要求2所述的活性污泥法处理系统，其特征在于，所述供氧模块包括氧气发生器、外圈相应固定于管状通道内的气密轴承圈、贯穿且套设于气密轴承圈的内圈的固定管、一端与氧气发生器的出气端固定连接且另一端与固定管的顶部固定连接的导气管和套设于旋转轴底部的隔离件，
在气密轴承圈的作用下，旋转轴进行转动的时候，固定管不发生转动，进而实现对旋转轴的旋转过程中持续进行氧气的输送。
4.如权利要求3所述的活性污泥法处理系统，其特征在于，所述隔离件包括球体结构的漏网、设置于漏网上的配合口、嵌设于配合口的口内壁的螺母圈和设置于旋转轴的外轴壁上的用于与螺母圈卡合设置的螺纹，漏网上均匀分布设置有预设孔径的漏孔。
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|---|---|---|---|---|
| CN1193310A (zh) * | 1995-06-22 | 1998-09-16 | 比萨斯科有限公司 | 通过监测耗氧量速率来控制废水处理 |
| KR20180130123A (ko) * | 2017-05-29 | 2018-12-07 | 권기복 | 실시간 수질 감시 및 수질 개선 로봇 |
| CN117164159A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-05 | 安徽省高迪科技有限公司 | 一种一体化污水处理系统 |
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2024
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