[發明專利]一種氧化溝曝氣與推流過程的優化控制方法及控制系統

有效

• 申請號: 201511005588.0
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105549394B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 邱勇;李冰;田宇心;施漢昌
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

本發明涉及一種氧化溝曝氣與推流過程的優化控制方法及控制系統，根據工藝運行狀況監測數據，針對充氧和推流采用不同的前饋?反饋控制策略，計算當前工況下需要的曝氣能量輸入值和推流能量輸入值；根據當前曝氣設備和推流設備工況，計算曝氣設備的曝氣能量和推流設備的推流能量，并分別與預先設定的能量值比較；如果當前能量輸入值滿足要求，則繼續執行當前方案；如果不滿足要求，則進入下一步；需要調整編組運行時，按照“先改變轉速w，再改變浸沒深度h，最后改變開啟臺數N”的規則生成編組方案，計算新編組方案的推流能量、曝氣能量是否都滿足要求；當推流能量和曝氣能量都滿足要求時，執行新的編組方案，如果任一者不滿足，則重新生成編組方案并重復本步驟中的能量計算與比較過程。

技術領域

本發明涉及一種城市污水處理工藝的優化控制方法及控制系統，特別是關于一種在城市污水處理技術領域中應用的氧化溝曝氣與推流過程的優化控制方法及控制系統。

背景技術

我國建設近5000座城鎮污水處理廠，氧化溝工藝占比較高。氧化溝工藝歷史悠久，由于其建設和運行簡單、具備脫氮除磷功能、完全混合緩沖能力強、適應進水特征和規模的范圍較大，因此應用十分廣泛。但是，氧化溝工藝的能耗比傳統活性污泥法要高。這是因為外界必須輸入能量維持整個流體在氧化溝系統內的快速循環與流動。氧化溝的曝氣推流過程是整個污水處理過程的核心，能耗約占全廠總電量50～70％。因此有必要研究氧化溝工藝曝氣過程節能的方法，開發實現節能調節的裝置。

氧化溝工藝一般采用表面曝氣設備，比較常用轉碟、轉刷和倒傘等設備。這類表面曝氣裝置的共同特征包括：1、曝氣設備通過機械運行使空氣與液體混合，兼顧了充氧和推流兩個功能；2、曝氣設備的氧傳質效率取決于電機轉速和浸沒深度。因此，針對氧化溝曝氣過程的節能措施也主要從上述兩方面出發。目前常用的節能技術主要圍繞曝氣核心設備展開，包括增加底流推進器減少表面曝氣、改進曝氣機械結構提高充氧效率、調節機械轉速實現不同充氧量等。以轉碟為例，通過優化轉碟表面結構，可以提高單片轉碟的充氧能力；通過設置高低兩檔轉速，可以在高轉速實現充氧和推流，在低轉速保證推流效果等。以倒傘設備為例，除了能調整轉速外，也可以垂直調整倒傘位置，改變浸沒深度來優化充氧量。由于倒傘位置調節技術復雜，一般較少在運行時長期實時調節。

目前，氧化溝的調節和控制手段還不夠成熟，主要因為設備調節方式差異很大、曝氣與推流設備的協同調節比較困難。一方面，曝氣轉碟、推流器和倒傘等設備調節方式差異很大，導致設備性能的定量及趨勢分析困難，控制系統必須根據設備特點進行本地定制化開發。另一方面，影響設備推流和曝氣的因素較多，難以清晰識別?，F有技術中主要利用計算流體力學(CFD)來模擬和分析曝氣和推流的關聯效果，成本高、時間長，缺乏工程上實用的評估方法。除了設備的多樣性之外，氧化溝曝氣設備的控制策略也存在不夠實用的問題，比如，公開號為CN1966426A的專利文獻中提出以溶解氧來控制變頻鼓風機，而實踐中氧化溝較少采用鼓風曝氣設備，溶解氧濃度主要指示好氧-缺氧分區，難以穩定控制。公開號為CN203683313U的專利文獻中提出使用溶解氧控制轉碟編組和變頻等，但氧化溝溶解氧分布與曝氣設備狀態密切相關，不存在一個溶解氧平衡的狀態，某點溶解氧儀讀數主要取決于上游鄰近曝氣設備是否運行，因此在實際工作中難以指導整個溝渠運行狀態的調整。上述不利條件限制了氧化溝曝氣和推流過程的優化控制，因此迫切需要建立新的認識方法和裝置設備。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種氧化溝曝氣與推流過程的優化控制方法及控制系統，其可以統一描述氧化溝設備曝氣和推流能量的方法，為靈活調整氧化溝的曝氣與推流狀態提供基礎，實現氧化溝曝氣推流過程的節能運行。