一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法技术

本发明专利技术公开了一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法，使用动态法测定不同曝气量下的氧传质速率系数KLA值，基于气体扰动和比表面积理论，建立氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程：；氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程与不同曝气量实测的KLA值进行拟合，确定各参数数值，获得氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型。本发明专利技术所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法，定量描述氧传质速率系数与曝气量之间的关系，为污水处理行业精准曝气控制中曝气量计算提供基础数据，从而实现真正的污水厂智慧曝气变频控制。真正的污水厂智慧曝气变频控制。真正的污水厂智慧曝气变频控制。

【技术实现步骤摘要】
一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法


[0001]本专利技术属于污水处理领域，具体涉及一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法。

技术介绍

[0002]目前，鼓风曝气系统一般占污水厂全厂电耗的60%左右，是污水处理行业节能降耗的关键所在。同时曝气量以及曝气量的分布也对处理结果和能耗有着重要影响，目前对曝气量主要采用PLC静态调控法（固定DO），对水质处理效果的有一定提高，但仍存在过量曝气问题，难以实现精准曝气，降低能耗。
[0003]实现精准曝气主要包括两个方面的内容：1）精准生化数模；2）精准曝气控制模型。精准生化模型基于生化机理和动力学实现需氧量计算，精准曝气控制模型基于PID算法和现场实际运行条件进行精准控制。在精准曝气控制模型中，氧传质速率系数KLA并非定值，它受到曝气量、布气方式、温度等条件的影响。倘若使用定值KLA会导致整个系统产生巨大偏差，同时曝气量与KLA之间的定量关系也是亟需解决的难题。
[0004]在现有关于曝气量与KLA的定量关系中，模型过程过于复杂，增加了模型的运算难度；理论基础深厚，但有些参数在实际运行过程中很难被测定，难以指导实践。因此，基于理论基础结合实际运行过程，简化曝气量与KLA之间的定量关系方程，增强模型的应用性是目前污水处理精准曝气领域的难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中曝气量与KLA的定量关系模型过程过于复杂，无法实现精准曝气的问题，本专利技术提供了一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法，定量描述氧传质速率系数与曝气量之间的关系，为污水处理行业精准曝气控制中曝气量计算提供基础数据，从而实现真正的污水厂智慧曝气变频控制。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现：一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法，包括以下步骤：（1）使用动态法测定不同曝气量下的氧传质速率系数KLA值；（2）基于气体扰动和比表面积理论，建立氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程：；表示随流速增大气液边界流速对于KLA的促进过程，表示随流速增大气泡比表面积对于KLA的促进过程，式中，KLA：氧传质速率系数，h
‑1；：最大理论氧传质速率系数，h
‑1；：氧传质速率系数的综合环境参数；Q：曝气量（空气流量），m3/h；K
q
：边界流速参数；n：边界流速修正参数；K
Q
：比表面积参数；m：比表面积修正参数；
（3）步骤（2）中建立的氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程与步骤（1）中不同曝气量确定的KLA值进行拟合，确定各参数数值，获得氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型。
[0007]进一步地，步骤（1）中所述的动态法测定法为在培养体系内关闭曝气，溶解氧降低至低位点后，打开曝气进行曝气充氧，记录时间和反应器内的溶解氧浓度，使用图解法计算出KLA。
[0008]进一步地，所述的图解法是根据曝气充氧变化曲线和公式，将对作图可以得到一直线，其斜率为，在轴上的截距为C
S
，式中，C：反应器内溶解氧浓度，mg
‑
O/L；K
La
：氧传质速率系数，h
‑1；C
S
：水体的饱和溶解氧浓度，mg
‑
O/L；r：活性污泥的耗氧速率，mg
‑
O/L/h。
[0009]进一步地，步骤（1）中不同曝气量分别为1.5、3.0、5.0、7.0、9.0 L/min。
[0010]进一步地，所述的曝气量采用玻璃空气流量计和手动调节空气阀门开关控制。
[0011]进一步地，步骤（3）中的拟合方法为：步骤（2）中建立的氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程对不同曝气量下的KLA进行定量计算，调整模型方程参数使计算KLA与步骤（1）中的实测KLA进行拟合，选取拟合效果好参数确定为最终动力学参数值，获得氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型。
[0012]进一步地，步骤（1）中测定氧传质速率系数KLA值的测试环境为：活性污泥曝气池模拟环境，活性污泥取自污水厂曝气段，10 L体积，机械搅拌，温度为室温20
±
1℃。
[0013]本专利技术中，所述的氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程是指综合曝气量增大（气泡增大）过程中的气液边界流速和比表面积减小双重作用对于KLA的影响建立的模型方程；所述的气体扰动扰动理论是指当气泡较大时，由于浮力作用，其加速度增大，气泡与液相之间的相对速度加大，加快氧气传质速率；所述的比表面积理论是指当气泡增大时，气泡的比表面积减小，降低氧传质效率。本专利技术能够使用数学模型的方法定量描述氧传质速率系数与曝气量之间的关系，通过确定其动力学参数，即可知不同曝气量条件的氧传质速率系数和氧传质速率，为污水处理行业精准曝气中曝气量计算和控制提供基础数据，从而实现真正的污水厂智慧曝气变频控制。
[0014]有益效果（1）本专利技术简化曝气量与氧传质系数之间的复杂关系，建立曝气量与氧传质速率之间的简化模型，更有利于工程应用；（2）本专利技术建立的模型方程可以作为曝气量控制端的基础模型，在测定固定环境下的方程参数后，可以为最优曝气提供依据；（3）本专利技术的测定方法简洁易操作，可重复率高，便于推广使用，从而推进污水处理领域中数学模型方法的发展和创新。
附图说明
[0015]图1为本专利技术氧传质速率系数KLA测定环境示意图，1.搅拌器，2.溶解氧测定仪，3.溶解氧传感器，4.空气流量计，5.空气阀门，6.曝气泵，7.曝气盘；图2为本专利技术动态法KLA测定过程示意图；
图3为本专利技术动态法KLA测定求解示意图；图4为本专利技术曝气量与KLA定量关系模拟图。
具体实施方式
[0016]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]实施例1（1）活性污泥曝气池模拟环境，活性污泥取自污水厂曝气段，反应器为10 L体积（如图1所示，包括搅拌器、溶解氧测定仪、溶解氧传感器、空气流量计、空气阀门、曝气泵和曝气盘），混合液悬浮固体浓度MLSS为3.41g/L，机械搅拌，温度为室温20
±
1℃；（2）在培养体系内（存在耗氧过程），关闭曝气，溶解氧降低至0后，打开曝气进行曝气充氧，记录时间和反应器内的DO浓度，动态法KLA测定过程示意图如图2所示，使用图解法计算出氧传质速率系数KLA：根据曝气充氧变化曲线和公式，将C对作图可以得到一直线，其斜率为, 在C轴上的截距为C
S
（如图3所示），式中，C：反应器内溶解氧浓度，mg
‑
O/L；K
La
：氧传质速率系数，h
‑1；C
S
：水体的饱和溶解氧浓度，mg
‑
O/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）使用动态法测定不同曝气量下的氧传质速率系数KLA值；（2）基于气体扰动和比表面积理论，建立氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程：；表示随流速增大气液边界流速对于KLA的促进过程，表示随流速增大气泡比表面积对于KLA的促进过程，式中，KLA：氧传质速率系数，h
‑1；：最大理论氧传质速率系数，h
‑1；：氧传质速率系数的综合环境参数；Q：曝气量，m3/h；K
q
：边界流速参数；n：边界流速修正参数；K
Q
：比表面积参数；m：比表面积修正参数；（3）步骤（2）中建立的氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程与步骤（1）中不同曝气量确定的KLA值进行拟合，确定各参数数值，获得氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型。2.根据权利要求1所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法，其特征在于，步骤（1）中所述的动态法测定法为在培养体系内关闭曝气，溶解氧降低至低位点后，打开曝气进行曝气充氧，记录时间和反应器内的溶解氧浓度，使用图解法计算出KLA。3.根据权利要求2所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型的方法，其特征在于，所述的图解法是根据曝气充氧变化曲线和公式，将C对作图可以得到一直线，其斜率为，在C轴上的截距为C
S
，式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一凡，苏广昌，徐保建，黄玉莹，赵成萱，郑贵一，孟骁骥，岳靖宇，刘兵，陈淑芬，王静，陈飞勇，宋扬，
申请(专利权)人：山东臻智行环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：