CN203794687U - 生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统，涉及污水处理领域。针对现有的控制系统仪表较多，设备成本及维护负担大的问题。系统包括设于生化反应池中的监测单元；与监测单元电连接的可编程逻辑控制器；一曝气设备，曝气设备与可编程逻辑控制器电连接，曝气设备的送风口通过供风管路与生化反应池连通；以及一气体流量计，气体流量计设于供风管路上，气体流量计与可编程逻辑控制器电连接。

Description

生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，特别涉及一种污水处理生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，我国的污水处理厂数量和处理规模均迅速增加，与此同时污水处理厂的总能耗也在不断上升，节能减排工作势在必行。目前，主要通过优化污水处理厂的运行实现节能减排的目标。由于污水处理厂的曝气能耗占污水处理厂总能耗的40%～60%，因此，污水处理厂的节能减排工作主要围绕曝气环节进行。

低溶解氧技术是一种经济节能的污水处理技术，在水温较高的情况下，处理系统中的污水维持低浓度溶解氧（浓度0.2mg/L～2.0mg/L）不仅有利于脱氮除磷，而且可有效减少供风量，从而降低污水处理厂的曝气能耗。但过低的溶解氧浓度却可能导致耗氧污染物去除效果的下降。因此，如何将处理系统中污水的低浓度溶解氧数值控制在合理范围内是重点要解决的问题。

现有的溶解氧控制系统中，为将生化反应池中的溶解氧浓度维持在设定值，需引入氨氮分析仪、酸碱度测量仪、浊度测量仪及无模型自适应控制器等。测量仪表较多，控制流程复杂，污水处理设备的投资大，设备的维护成本高，而且该控制系统也不适用于低浓度溶解氧的控制。因此，研发适合我国国情的高效低浓度溶解氧的控制系统则十分必要。

实用新型内容

针对现有的溶解氧浓度控制系统测量仪表较多，控制流程复杂，增大了污水处理设备的成本及维护负担的问题，本实用新型的目的是提供一种生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统，通过控制生化反应池中的低浓度溶解氧，来保证污水脱氮除磷并降低有机碳源的消耗量及运行能耗。本实用新型特别适用于生化反应池低浓度溶解氧的稳定控制，此外，也可用于生化反应池正常溶解氧浓度的稳定控制。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括一设于所述生化反应池中的监测单元；一与所述监测单元电连接的可编程逻辑控制器；一曝气设备，所述曝气设备与所述可编程逻辑控制器电连接，所述曝气设备的送风口通过供风管路与所述生化反应池连通；以及一气体流量计，所述气体流量计设于所述供风管路上，所述气体流量计与所述可编程逻辑控制器电连接。

进一步地，所述监测单元包括溶解氧测定仪、液位计和温度计。

优选地，所述曝气设备的送风口通过所述供风管路与所述生化反应池的底部连通。

所述曝气设备为空气压缩机或鼓风机。

本实用新型的效果在于：本实用新型的污水处理生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统，相比现有的溶解氧控制系统，省去了氨氮分析仪、酸碱度测量仪、浊度测量仪及无模型自适应控制器等仪表，结构简单，控制流程简洁，设备投资少，易于维护，并能够有效控制生化反应池中的低氧化环境。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

结合图1说明本实用新型的生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统（图中虚线表示电连接，箭头方向为信号传输方向，实线表示管路连接，箭头方向为送风方向），它包括设于生化反应池500中的监测单元100；与监测单元100电连接的可编程逻辑控制器300；曝气设备400与可编程逻辑控制器300电连接，曝气设备400的送风口通过供风管路与生化反应池500的连通；气体流量计200设于供风管路上，并且，气体流量计200与可编程逻辑控制器300电连接。

其中，监测单元100包括溶解氧测定仪101、液位计102和温度计103。

优选地，曝气设备400的送风口通过供风管路与生化反应池500的底部连通。曝气设备400为空气压缩机或鼓风机。

结合图1和图2说明本实用新型的生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统的工作过程，步骤如下：

S01，将监测单元100的溶解氧测定仪101、液位计102和温度计103的探头均置于生化反应池500内混合液的液面下，在可编程逻辑控制器300内预设目标低浓度溶解氧数值为0.5mg/L，预设溶解氧浓度调整值为1.0mg/L，测量误差±0.2mg/L，其中，浓度1.0mg/L约为溶解氧测定仪101实际的最低检测极限。

S02，增大曝气设备400的供风量，使生化反应池500中混合液溶解氧浓度在溶解氧测定仪101探头的正常测量范围内；

S03，监测单元100采集当前时刻混合液深度H、温度T及其溶解氧浓度C_o的数据，气体流量计200采集曝气设备400当前时刻的供风量并将上述数据传递至可编程逻辑控制器300，可编程逻辑控制器300根据其内部设定的默认参数值和各仪表采集的数据，计算得出生化反应池500当前时刻的理论需氧量SOR；

S04，可编程逻辑控制器300根据当前时刻的理论需氧量SOR计算出生化反应池500中目标低浓度溶解氧下的供风量并将数据传递至曝气设备400，作为其供风量的调整依据，曝气设备400通过变频和阀门调节等手段提供生化反应池500中所需的供风量；

S05，曝气设备400根据数据向生化反应池500供风。

S06，随着曝气设备400的持续供风，生化反应池500内的溶解氧浓度会上升至高位，判断溶解氧测定仪101测得生化反应池500内溶解氧浓度数值是否在预设的溶解氧浓度调整值允许的测量误差范围内，是则可编程逻辑控制器300控制曝气设备400继续向生化反应池500供风，否则返回上述S02重新调整曝气设备400的供风量，以维持混合液中的低溶解氧浓度。

进一步地，上述S03中，生化反应池500当前时刻的理论需氧量SOR是按照下述公式1计算得出的：

（公式1）

其中，SOR为生化反应池500当前时刻的理论需氧量；

0.3为标准条件下，每m³空气中含氧量，单位kgO²/m³；

EA为曝气设备400氧的利用率；

为曝气设备400当前时刻的供风量，单位为m³/h；

α为混合液中K_La值与清水中K_La值之比，取值0.8～0.85；

β为混合液的饱和溶解氧值与清水中饱和溶解氧值之比，取值0.9～0.97；

C_sm为标准条件下，生化反应池500内混合液的平均溶解氧浓度，单位为mg/L；

C_o为溶解氧测定仪101测得的当前时刻生化反应池500内混合液的溶解氧浓度，单位为mg/L；

T为温度计103测得的当前时刻生化反应池500内混合液的温度，单位为℃；

C_s(20)为标准条件下，清水中饱和溶解氧浓度，取值为

9.17mg/L。

更进一步地，上述S04中，生化反应池500中目标低浓度溶解氧下的供风量是按照下述公式2计算得出的：

（公式2）

其中，为目标低浓度溶解氧下的供风量，单位为m³/h；

0.3为标准条件下，每m³空气中含氧量，单位kgO²/m³；

E_A为所述曝气设备400氧的利用率；

α为混合液中K_La值与清水中K_La值之比，取值0.8～0.85；

β为混合液的饱和溶解氧值与清水中饱和溶解氧值之比，取值0.9～0.97；

C_sm为标准条件下，生化反应池500内混合液的平均溶解氧浓度，单位为mg/L；

C_e为预设的目标低浓度溶解氧，单位mg/L，本实施例中取值为0.5mg/L；

T为温度计103测得的当前时刻生化反应池500内混合液的温度，单位为℃；

C_s(20)为标准条件下，清水中饱和溶解氧浓度，取值为9.17mg/L。

其中，生化反应池500内混合液的平均溶解氧浓度C_sm是按照下述公式3计算得出的：

$C_{\mathrm{sm}}=S_{\mathrm{sw}}(\frac{Q_t}{42}+\frac{P_b}{0.206})$ （公式3）

C_sw为实际温度及压力下，清水表面饱和溶解氧浓度，单位为mg/L；

Q_t为生化反应池500逸出气体中的含氧率；

P_b为生化反应池500所处的绝对压力，单位为MP_a，

其中，生化反应池500逸出气体中含氧率Q_t则是按照下述公式4计算得出的：

$Q_t=\frac{21(1-E_A)}{79+21(1-E_A)}\×100\%$ （公式4）

其中，E_A为所述曝气设备400氧的利用率。

生化反应池500所处的绝对压力P_b是按照下述公式5计算得出的：

P_b＝P_a+P_G   （公式5）

其中，P_a为所述生化反应池500所处环境的实际大气压，单位MP_a；

P_G为所述液位计102测得的混合液的深度H换算得出的压力，单位MP_a。

上述的标准条件指的是大气压0.1MPa，生化反应池500内混合液温度20℃的状态。

综上所述，本实用新型的生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统，利用污水处理厂常见的测量仪表，首先通过增大供风量调整生化反应池中混合液的溶解氧浓度，将其控制在溶解氧测定仪探头的正常测量范围内（浓度0.0mg/L～20.0mg/L，测量误差±0.2mg/L），此时，探头灵敏度高，测量误差相对较小；随后，曝气设备提供目标低浓度溶解氧数值范围（浓度0.1mg/L～0.5mg/L）下的供风量，使生化反应池处于低氧化环境，此时的溶解氧浓度脱氮除磷效果好且曝气能耗低；随着生化反应池内溶解氧浓度的上升，当溶解氧测定仪测得的浓度数值不在设定的溶解氧浓度调整值允许误差范围内（如浓度1.0mg/L，测量误差±0.2mg/L）时，再次增大供风量以提高溶解氧浓度，保持探头的灵敏度，并再次调整供风量使之在目标低浓度溶解氧数值范围内。

在生化反应池以低氧状态运行时，本实用新型避免了将溶解氧测定仪直接用于低浓度溶解氧混合液中而导致的测量误差，通过不断地将溶解氧的浓度调整到溶解氧测定仪的正常测量范围内，再调整供风量以保持生化反应池的低浓度溶解氧状态。

另外，本实用新型的控制系统采集生化反应池混合液中溶解氧浓度、温度、深度和供风量四个测量数据，并将上述数据作为可编程逻辑控制器的输入参数，通过合理的算法计算出生化反应池的理论需氧量，并以此为基础计算出目标低浓度溶解氧下供风量，并将所需的供风量数据发送至曝气设备，作为曝气设备调控供风量的依据。为响应污水处理厂进水水质水量变化，曝气设备周期性地提高供风量使溶解氧浓度处于探头的正常测量范围内，可编程逻辑控制器计算生化反应池的新理论需氧量和目标低浓度溶解氧下的供风量，实现生化反应池低浓度溶解氧的有效控制。

相比现有的溶解氧浓度控制系统，本实用新型的控制系统省去了氨氮分析仪、酸碱度测量仪、浊度测量仪及无模型自适应控制器等仪表，结构简单，控制流程简洁，设备投资少，易于维护，并能够有效控制生化反应池中的低氧化环境。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (4)

1.生化反应池中低浓度溶解氧的控制系统，其特征在于，包括：

一设于所述生化反应池中的监测单元；

一与所述监测单元电连接的可编程逻辑控制器；

一曝气设备，所述曝气设备与所述可编程逻辑控制器电连接，所述曝气设备的送风口通过供风管路与所述生化反应池连通；

以及一气体流量计，所述气体流量计设于所述供风管路上，所述气体流量计与所述可编程逻辑控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述监测单元包括溶解氧测定仪、液位计和温度计。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述曝气设备的送风口通过所述供风管路与所述生化反应池的底部连通。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的控制系统，其特征在于：所述曝气设备为空气压缩机或鼓风机。