一种污水处理智能曝气设置方法技术

本发明专利技术公开了一种污水处理智能曝气设置方法，涉及污水处理技术领域。通过积累污水处理系统相关参数，筛选与曝气量相关的显著响应变量，利用数据拟合工具以曝气量为输出值，以响应变量为输入值，形成曝气量理论函数模型，系统进入智能运行期后，利用实际出水氨氮与设置出水氨氮的差值修正理论函数模型得到的理论曝气量，获得实际曝气量。间隔固定时间，构建实际曝气量和理论曝气量之间的损失函数，通过优化算法矫正理论函数模型相关系数，使损失函数最小。本发明专利技术解决了传统污水处理曝气方法依靠特定响应参数及固定理论模型导致的工艺适应性差、控制不精确等缺点。通过自行选择响应参数，自动生成函数模型，实现曝气的精细化与智能化。智能化。智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种污水处理智能曝气设置方法


[0001]本专利技术涉及污水处理领域，具体涉及一种污水处理智能曝气设置方法。

技术介绍

[0002]我国的污水处理行业碳排放量占全社会总排放量的1
‑
2％，位居前十大碳排放行业和前十大能源消耗单位，是不可忽视的减排领域。污水处理涉及能耗主要来自曝气所消耗的电力。常规人工控制，存在管理粗放，调节滞后等缺陷，一方面不利于系统稳定达标，另一方面也存在着电耗的大肆浪费。污水处理采用自控系统在一定程度上通过精细化控制，降低了能耗的浪费。
[0003]现有技术相关方面的研究主要有：
[0004]CN104914897A报道了一种连续式活性污泥法的曝气控制方法，通过获取反应池中当前污水的进水化学需氧量和进水流量，分别作为当前进水化学需氧量和当前进水流量；根据反映反应池中污水的进水化学需氧量和进水流量与达标风量之间关系的数据，获得对应当前进水化学需氧量和当前进水流量的达标风量作为当前达标风量；将反应池中鼓风机的运行频率调整为对应当前达标风量的当前达标频率进行曝气。从而实现了以尽可能低的能耗达到污水处理指标的目的。该方式仅考虑进水化学需氧量和进水流量作为曝气风量的响应参数，忽略了实际污水除理系统复杂，影响因素诸多，潜在的响应参数如进水流量、进水总氮、进水氨氮、进水COD、回流比、温度、溶解氧、出水总氮、出水氨氮、出水COD、出水BOD等都可能影响曝气量，从而使曝气的精细化程度偏弱。
[0005]CN 215161450 U报道了一种快速智能曝气系统，其通过预设控制溶解氧目标值，结合实时检测反应器内的溶解氧含量，根据设定的溶解氧目标值与实际值的差值，调整曝气装置向反应器的加药量。其本质是控制风机风量变化，使系统溶解氧浓度恒定。该方法存在以下问题，实际污水处理系统在不同的进水水质浓度条件下，其所需的最佳溶解氧含量并不一样，特别是对于生物膜法等对传质传氧要求较高的工艺，当水质浓度过高时，为使生物膜内层功能菌群发挥作用，需控制系统溶解氧达到较高的水平，以保证生物膜中的氧气穿透深度增加，当水质浓度过低时，为尽可能降低加药能耗，可将溶解氧控制在较低水平。可见，即便是同一污水处理系统，在水质浓度变化时，也可以通过控制溶解氧浓度的不同来实现系统最佳处理工况。
[0006]CN 110577275 B报道了一种污水处理智能化曝气控制系统及方法，其曝气控制逻辑通过基于《室外排水设计标准》(GB50014
‑
2006)中的曝气量公式，结合需氧量和曝气量转换公式计算加药量，并每隔10min以上时间调整一次。该方法存在以下问题，首先，其计算模型在实际运行过程中，对于氧利用率、异养菌衰减系数、污泥产率修正系数的把控较难，无法做到实时计算；其次，对于仪表的精度及种类要求较高，增加了项目投资。
[0007]CN104671462A报道了一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，通过建立以分别逐渐增大的进水流量和水体化学需氧量为变量的双变量二维表n定期同时截取当前进水流量和当前水体化学需氧量；根据两者在双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓
风机的理论输出频率值和鼓风机理论工作台数；根据当前理论输出频率值和理论工作台数对鼓风机的输出频率以及实际工作台数进行实时调整。该专利技术首先在参数选择上仅选择化学需氧量作为响应参数，代表性差，覆盖性小，难以得到与曝气量的相关关系；其次，通过曝气量和化学需氧量的相关关系二维表获得理论曝气量，适应性差，难以满足污水处理多变的运行环境。
[0008]CN104671462A报道了一种基于双变量二维表的污水处理节能控制方法，通过建立以分别逐渐增大的进水流量和水体化学需氧量为变量的双变量二维表n定期同时截取当前进水流量和当前水体化学需氧量；根据两者在双变量二维表n中进行交叉定位获得当前鼓风机的理论输出频率值和鼓风机理论工作台数；根据当前理论输出频率值和理论工作台数对鼓风机的输出频率以及实际工作台数进行实时调整。从而实现智能控制鼓风机变频调速，避免鼓风机频率过小时污水处理不完全或过大时造成的资源浪费。该专利技术首先在参数选择上仅选择化学需氧量作为相应参数，代表性差，覆盖性小，难以得到与曝气量的相关关系；其次，通过曝气量和化学需氧量的相关关系二维表获得理论曝气量，适应性差，难以满足污水处理多变的运行环境。
[0009]CN114132980A报道了一种用于污水处理的短程智能精确曝气控制方法、设备及系统，该系统以进水量、总氮、氨氮和BOD等参数作为响应变量，采用固定理论公式进行构建模型，生成理论曝气量，通过损失函数构建反馈和补偿机制，形成实际曝气量，通过精细化的曝气控制实现能耗降低。该专利一方面同样面临采取响应变量种类过少的问题，另一方面，其反馈机制利用阶段性固定值进行控制，精准性不佳。此外，其采用固定模型，无法灵活应对阶段性变化的系统参数，所以实际使用效果可能与设想存在较大差异。
[0010]可见，目前用于污水处理的自控系统存在以下问题：首先，在响应参数选择上存在固化、代表性差等问题。影响污水处理曝气量的因素需要具体情况具体分析，不同的环境下、不同的工艺都会导致与曝气量相关的相应参数有所差异，因此，真正满足污水处理行业需求的自控系统，其曝气量的响应参数应该是由系统自行选择的。其次，在控制逻辑上，寄希望于控制恒定的DO浓度实现系统稳定，该方式在实际进水水质波动较大时，系统最佳DO也会随之变化，可见该方式对于保证出水的稳定达标和实现节能降耗不利；再次，在控制算法上，目前大多数自控系统采用的模型是基于国际水协(IWA)ASM模型或“室外排水设计标准”(GB 50014—2006)形成的固定模型，一方面，此模型是针对当前应用规模较大的活性污泥法而形成的，但随着行业发展，生物膜法等工艺优势逐渐凸显，其模型适应性还需进一步验证。另一方面，固定模型对于不同污水处理工艺的适应性可能存在差异；综上，为进一步优化现有污水处理智能曝气设置方法，从而进一步实现污水处理的节能降耗，有必要对现有污水处理系统的智能曝气设置方法进行改进。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目是提供一种污水处理智能曝气设置方法，通过对污水处理系统相关运行参数与曝气量进行相关性计算，筛选显著响应变量，利用数据拟合工具形成曝气量理论函数模型，系统进入智能运行期后，利用设置出水氨氮修正理论函数模型得到的理论曝气量，获得实际曝气量，并间隔固定时间，构建实际曝气量和理论曝气量之间的损失函数，通过优化算法矫正理论函数模型相关系数，使损失函数最小。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0013]一种污水处理智能曝气设置方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1：根据污水处理系统设定控制出水氨氮指标为N
c
，按照污水处理系统实际运行情况，采集好氧池中的相关运行参数数据，形成参数序列；所述相关运行参数数据包括曝气量、进水水量、溶解氧量、进水氨氮浓度、进水悬浮物浓度、进水TN浓度、进水化学需氧量、出水化学需氧量、出水TN浓度、回流比、温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污水处理智能曝气设置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：原始数据积累；根据污水处理系统设定控制出水氨氮指标为N
c
，按照污水处理系统实际运行情况，采集好氧池中的相关运行参数数据，形成参数序列；所述相关运行参数数据包括曝气量、进水水量、溶解氧量、进水氨氮浓度、进水悬浮物浓度、进水TN浓度、进水化学需氧量、出水化学需氧量、出水TN浓度、回流比、温度和气压；步骤2：参数相关性确认；计算曝气量与其它各个相关运行参数之间的皮尔逊相关系数、余弦相似度、欧式距离及Sperman秩相关系数，以皮尔逊相关系数、余弦相似度、欧式距离及Sperman秩相关系数的平均值作为曝气量与各个相关运行参数之间的相关系数，根据相关系数的大小判断各个相关运行参数对曝气量影响的大小；步骤3：响应参数筛选；将对曝气量影响大的相关运行参数保留作为响应参数，将对曝气量影响小的相关运行参数删除；步骤4：模型拟合；以好氧池中的曝气量为输出值，以保留的响应参数为输入值，利用数据拟合工具拟合形成好氧池的理论曝气量函数模型；步骤5：理论曝气量获取；污水处理系统进入智能运行期，利用理论曝气量函数模型自动获得好氧池的理论曝气量Q
T
；步骤6：理论曝气量修正；测得好氧池实际的出水氨氮值为N
e
，以控制出水氨氮指标N
c
为基准进行后馈补偿，当|N
e
‑
N
c
|≤10％N
c
时，不进行后馈补偿；当N
e
‑
N
c
>10％N
c
时，则设置补偿系数k为1.2；当N
c
‑
N
e
>10％N
c
，设置补偿系数k为0.9；输出实际的曝气量Q
A＝
kQ
T
；步骤7：模型矫正；每间隔30天，以本阶段内积累的数据，构建Q<...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文杰，吴迪，周家中，郭盛辉，杨忠启，薛磊，刘玉良，辛涛，王江宽，
申请(专利权)人：青岛思普润智能系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：