一种基于耗氧速率测定仪的曝气控制系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种曝气控制系统，该系统包括：数据采集单元、PLC控制单元、曝气单元，所述数据采集单元包括OUR测定仪与DO测定仪，所述曝气单元包括鼓风机、微孔曝气头与流量计，所述PLC控制单元包括控制柜、显示屏等硬件及控制软件，所述控制软件中包括基于OUR值、OTE值及溶解氧值为主的控制单元和以DO反馈的保护单元。本申请还提供了利用所述曝气控制系统进行曝气控制的方法，其将基于OUR的精确曝气算法和DO反馈保护模块相结合，不仅可以实现准确监测污泥活性，实现曝气量的精确控制，还能解决系统出现问题时造成的溶解氧长期过高或者过低，达到长期稳定的出水水质及节能降耗的目的。

Aeration control system and method based on oxygen consumption rate measuring instrument

The invention discloses an aeration control system, the system includes a data acquisition unit, PLC control unit, the aeration unit, the data acquisition unit includes OUR detector and DO detector, the aeration unit comprises a blower, aeration head and flow meter, the PLC control unit comprises a control cabinet, display etc. the hardware and control software, the control software including OUR value, OTE value and dissolved oxygen value control unit and mainly to the protection unit based on DO feedback. The invention also provides the aeration control system of aeration control method, the OUR algorithm of accurate aeration and DO feedback protection module based on the combination, can not only realize the accurate monitoring of activated sludge, achieve precise control of aeration rate, but also can solve the problems caused by the dissolved oxygen system of long reach too high or too low, the long-term stability of the water quality and energy saving purposes.

【技术实现步骤摘要】
一种基于耗氧速率测定仪的曝气控制系统与方法
本专利技术涉及污水处理领域，尤其涉及一种基于耗氧速率测定仪的曝气控制系统与方法。
技术介绍
在现阶段我国的产业发展及能源利用中，节能减排仍然是一个很重要的课题。目前。我国城镇污水处理能效还处于较低阶段，吨水高能耗仍然较高；众所周知，污水处理行业是高耗能行业，2012年我国污水处理行业总电耗高达125亿kWh，单位电耗为0.29kWh/m3，如果电费价格为0.7元/kWh，则总电费将近90亿元，且现阶段我国目前还有很大一部分污水厂没有污泥处理设施。而随着各地提标改造的实施，我国污水处理能耗将进一步增大。因此，节能降耗是目前我国污水处理厂运营管理的重要任务。曝气系统是污水生物处理工艺中非常重要的一部分，主要用在对耗氧池进行供氧，同时也是最主要的耗能环节。通常情况下约占污水厂运营总电耗的50％～70％，因此降低曝气阶段的能耗，是污水处理厂节能降耗的重中之重。曝气控制策略即是通过采用自动化控制仪表、仪器对污水处理过程曝气量实现自动、精确的调控，以达到出水水质稳定达标、节能降耗及减少人员干预的目的。目前，国内最普遍的曝气控制方法还是较粗放的人工调试方式，通常是根据操作员的经验来确定曝气量，如果出水水质没有发生长期、明显的波动，就不会对曝气量进行实时调节；一旦运行条件发生改变，对于曝气量的调节仍然只是根据经验调大调小，从而造成曝气不足或曝气过度的问题，甚至有的处理厂的曝气系统长期处于超过正常负荷状态下运行，不仅对于出水水质没有保证，更会造成大量的能耗浪费。且大多控制策略没有涉及氧气的传质效率，不能准确把握曝气量和转化率的关系导致曝气量控制不准确。目前，对于采用ORP(氧化还原电位)和pH来进行曝气控制的系统，由于ORP和pH与曝气量并没有直接的线性关系，且ORP值短期内延时严重，在硝化-反硝化过程中很难准确判定，所以实际应用中并不广泛。以水质指标作为前馈的曝气控制，基本原理是通过污染物浓度来计算需要提供的氧气量，但是污水水质指标大多依靠实验测定，测定时间需要数小时甚至数天，这对实时控制的作用不大。在线水质检测仪表也有数小时的延迟，且价格昂贵，尚未完全普及。而间歇式曝气通过对鼓风机的反复启停，使耗氧池处于曝气和不曝气的交替状态，简单实用，但控制性能不稳定，鼓风机一般处于最大负荷，能耗高，且会减少风机寿命，并且差别较大的曝气量的控制，也会降低曝气的精度。因此，目前亟需提供一种精确可靠的曝气控制方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种曝气控制的系统与方法，能够实现精确曝气，并达到节能降耗的目的。有鉴于此，本申请提供了一种曝气控制系统，包括：数据采集单元、PLC控制单元与曝气单元，所述数据采集单元包括耗氧速率测定仪与溶解氧测定仪，所述曝气单元包括鼓风机、微孔曝气头与流量计，所述PLC控制单元包括控制柜与显示屏，所述控制柜中设置有控制软件，所述控制软件中包括基于耗氧速率值及溶解氧值的控制单元和以DO反馈的保护单元；所述耗氧速率测定仪的检测部伸入曝气池中，所述耗氧速率测定仪与PLC控制单元信号连接；所述溶解氧测定仪的检测部伸入曝气池中，所述溶解氧测定仪与PLC控制单元信号连接；所述微孔曝气头置于曝气池内，所述微孔曝气头的进口与所述鼓风机连通，所述流量计设置于所述微孔爆气头和鼓风机之间的管路上，所述流量计和所述鼓风机均与PLC控制单元连接。优选的，所述曝气控制系统还包括搅拌装置，所述搅拌装置的一端设置于曝气池中。本申请还提供了利用上述方案所述的曝气控制系统进行曝气控制的方法，包括以下步骤：在所述PLC控制单元中输入溶解氧设定值；检测实际溶解氧浓度，若︱溶解氧设定值-实际溶解氧值︱＞k1，根据DO反馈调节曝气池中的曝气量；若︱溶解氧设定值-实际溶解氧值︱≤k1，根据检测的污泥耗氧速率、实际溶解氧浓度与计算的氧转移效率，由PLC控制单元计算，得到溶解氧设定值所需要的曝气量；所述氧转移效率由PLC控制单元根据所述污泥耗氧速率计算得到；所述k1为0.3～0.5mg/L；根据所述曝气量调节鼓风机，控制曝气池中的曝气量。优选的，︱溶解氧设定值-实际溶解氧值︱＞k1时，所述实际溶解氧值小于溶解氧设定值时，在上次曝气量的基础上增加变化系数β正比于(C设定值-C实际值)的值；所述实际溶解氧值大于溶解氧设定值时，在上次曝气量的基础上减去变化系数β正比于(C实际值-C设定值)的值，β＞0，且根据曝气池的具体情况进行调整。优选的，所述污泥耗氧速率由耗氧速率测定仪在线测定得到，所述在线测定的周期为15min。优选的，所述实际溶解氧浓度由溶解氧监测仪实时监测得到，所述氧转移速率由耗氧速率及上一次曝气量计算所得到。优选的，得到溶解氧设定值所需要的曝气量的计算式为：其中，Q为实际曝气量，OUR为活性污泥耗氧速率，V曝气池为曝气池体积，t控制周期为OUR仪器测定一个值所需要的时间，C设定值为调控之后要达到的目标溶解氧浓度，C实际值为溶解氧探头的实际测定溶解氧浓度；SOTR为Q气量下曝气器清水充氧能力，为标准状态下饱和溶解氧，k为饱和溶解氧的修正参数，SOTE为曝气器在标准状态下的氧利用率，为标准状况下饱和溶解氧浓度。本专利技术提供了一种曝气控制系统，其包括：数据采集单元、PLC控制单元与曝气单元，所述数据采集单元包括耗氧速率(OUR)测定仪与溶解氧(DO)测定仪，所述曝气单元包括鼓风机、微孔曝气头与流量计。本申请提供的曝气控制系统是基于耗氧速率OUR为控制参数的曝气系统，该控制系统通过测定曝气池活性污泥的实时耗氧量，为曝气系统应当供给的氧气量提供准确的依据，通过测定曝气控制系统的耗氧速率，计算实际需要供给的曝气量，同时，本申请通过实际溶解氧浓度与溶解氧浓度设定值的差，适时调节曝气量，以使曝气量的调节幅度降低，进一步实现了曝气量的精确控制；即本申请通过DO设定值与DO测定值的差值的绝对值，来精确的调控曝气量，若上述差值的绝对值大于k1，则直接调节曝气量，若上述差值的绝对值小于等于k1，则在线自动采集OUR值及DO值，反馈给PLC控制器，通过控制算法计算所需曝气量，输出信号改变风机曝气量，来实现精确曝气，并达到节能降耗的目的。附图说明图1为本专利技术曝气控制系统的结构示意图；图2为本专利技术曝气控制方法的具体实施流程图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种曝气控制系统，包括：数据采集单元、PLC控制单元与曝气单元，所述数据采集单元包括耗氧速率测定仪与溶解氧测定仪；所述PLC控制单元包括控制柜、显示屏等硬件及控制软件，其中所述控制软件为实现自动控制的程序，所述自动控制程序中包括基于OUR值、OTE值及溶解氧值为主的控制单元和以DO反馈的保护单元；所述曝气单元包括鼓风机、微孔曝气头与流量计；所述耗氧速率测定仪的呼吸管伸入曝气池中，所述耗氧速率测定仪与PLC控制单元信号连接；所述溶解氧测定仪的探头浸没在曝气池中，所述溶解氧测定仪与PLC控制单元信号连接；所述微孔曝气头置于曝气池底部，所述微孔曝气头的通风管道与所述鼓风机连通，所述流量计设置于所述微孔爆气头和鼓风机之间的管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曝气控制系统，包括：数据采集单元、PLC控制单元与曝气单元，所述数据采集单元包括耗氧速率测定仪与溶解氧测定仪，所述曝气单元包括鼓风机、微孔曝气头与流量计，所述PLC控制单元包括控制柜与显示屏，所述控制柜中设置有控制软件，所述控制软件中包括基于耗氧速率值及溶解氧值的控制单元和以DO反馈的保护单元；所述耗氧速率测定仪的检测部伸入曝气池中，所述耗氧速率测定仪与PLC控制单元信号连接；所述溶解氧测定仪的检测部伸入曝气池中，所述溶解氧测定仪与PLC控制单元信号连接；所述微孔曝气头置于曝气池内，所述微孔曝气头的进口与所述鼓风机连通，所述流量计设置于所述微孔爆气头和鼓风机之间的管路上，所述流量计和所述鼓风机均与PLC控制单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种曝气控制系统，包括：数据采集单元、PLC控制单元与曝气单元，所述数据采集单元包括耗氧速率测定仪与溶解氧测定仪，所述曝气单元包括鼓风机、微孔曝气头与流量计，所述PLC控制单元包括控制柜与显示屏，所述控制柜中设置有控制软件，所述控制软件中包括基于耗氧速率值及溶解氧值的控制单元和以DO反馈的保护单元；所述耗氧速率测定仪的检测部伸入曝气池中，所述耗氧速率测定仪与PLC控制单元信号连接；所述溶解氧测定仪的检测部伸入曝气池中，所述溶解氧测定仪与PLC控制单元信号连接；所述微孔曝气头置于曝气池内，所述微孔曝气头的进口与所述鼓风机连通，所述流量计设置于所述微孔爆气头和鼓风机之间的管路上，所述流量计和所述鼓风机均与PLC控制单元连接。2.根据权利要求1所述的曝气控制系统，其特征在于，所述曝气控制系统还包括搅拌装置，所述搅拌装置的一端设置于曝气池中。3.利用权利要求1所述的曝气控制系统进行曝气控制的方法，包括以下步骤：在所述PLC控制单元中输入溶解氧设定值；检测实际溶解氧浓度，若︱溶解氧设定值-实际溶解氧值︱＞k1，根据DO反馈调节曝气池中的曝气量；若︱溶解氧设定值-实际溶解氧值︱≤k1，根据检测的污泥耗氧速率、实际溶解氧浓度与计算的氧转移效率，由PLC控制单元计算，得到溶解氧设定值所需要的曝气量；所述氧转移效率由PLC控制单元根...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗涛，
申请(专利权)人：尚川北京水务有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11