一种污水处理过程需气量的在线计算方法与流程

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种用于污水处理过程需气量的在线计算方法。

背景技术：

1、曝气是污水生化处理过程中的关键环节，曝气量的多少决定了水中溶解氧浓度的高低，而溶解氧浓度是和污染物的降解转化、微生物的增长密切相关的，牵一发而动全身，决定了整个污水处理过程的成败。

2、曝气量不足，则溶解氧偏低，对污染物的去除，尤其是氨氮指标是不利的；但曝气量过高，溶解氧偏高，虽然能够使氨氮得到充分降解，但过高的溶解氧对总氮和磷的去除反而会产生抑制作用，而且还会因为过量曝气消耗大量电能，产生温室气体，同样会给环境带来负面影响。

3、根据大量工程经验，通常情况下污水处理厂的曝气池的理想溶解氧浓度，以2～3mg/l为佳，偏低和过高都会带来不利影响。为了合理控制曝气池的溶解氧，工程上通常会采用基于前馈(即进水负荷)或反馈(即曝气池的溶解氧浓度)来调节曝气量的控制方法，或者pid控制器(综合考量前馈和反馈)，本质上都是通过控制曝气量来影响溶解氧。

4、基于前馈：当仪表计量的进水负荷(流量或污染物浓度)发生波动的时候，意味着曝气池的需氧量会发生同步的变化，通过调整曝气量来实现调节溶解氧；

5、基于反馈：当仪表监测到的曝气池溶解氧发生变化(超出合理范围)，通过调整曝气量来实现调节溶解氧；

6、上述方法缺失了一个环节：从曝气量到溶解氧的转换，即调节多少曝气量，对应多少溶解氧的变化？通常是基于比例调节或简单的经验公式来换算两者间的关系。而实际上从曝气量的输出到溶解氧的消耗，关系到生化反应(污染物、微生物和溶解氧之间的转化、消耗)、物化反应(氧传递)等复杂过程，用上述算法失之严谨，并不能准确获得曝气池所需的曝气量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种污水处理过程需气量的在线计算方法，实时计算污水处理过程中的需气量，以适应污水处理过程中对需气量的真实需求，能够使污水中污染物彻底去除，改善出水水质，还能避免过量曝气，节省能耗，减少温室气体排放，提高污水处理厂的运营水平。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种污水处理过程的需气量在线计算方法，其特征在于，包括：

4、s1：在曝气池进水端安装流量计、cod在线监测仪表、氨氮在线监测仪表，在曝气池上安装污泥浓度计，所述流量计、cod监测仪表、氨氮监测仪表、污泥浓度计和控制器相连；

5、s2：所述控制器采集不同时刻进水流量、进水cod浓度、进水中氨氮浓度、活性污泥浓度，上述采集的数据进行阈值判断、去跳预处理，剔除异常值；

6、s3：根据步骤二中获得的数据，计算当前采样时刻想要维持溶解氧目标浓度所需提供的曝气量，计算公式如下：

7、

8、式中：

9、qair(t)：所需提供的曝气量，单位m3/h；

10、vtank：曝气池的有效容积，单位m3；

11、dosat：溶解氧在当前水温、大气压下的饱和浓度，单位mg/l；

12、depth：曝气装置的埋深，单位m；

13、qin(t)：当前采样时刻的进水流量，单位m3/h；

14、doset：曝气池的溶解氧目标浓度，单位mg/l；

15、α：氧在水中传质效率系数，取值范围0～1；

16、kla：氧传质系数，取值范围10～100,单位1/d；

17、δt：在线仪表的采样时间间隔，单位s；

18、temp：当前水温，单位℃；

19、溶解氧浓度随时间变化率，单位mg/l·d；

20、其中，溶解氧浓度随时间变化率的计算公式如下：

21、

22、式中：

23、cod(t)：t时刻的进水cod浓度，单位mg/l；

24、nh4(t)：t时刻进水氨氮浓度，单位mg/l；

25、mlss(t)：t时刻曝气池活性污泥浓度，单位mg/l；

26、yh：微生物产率；

27、μh：微生物最大比生长速率，单位d-1；

28、ks：微生物生长半速率常数，单位mgcod/l；

29、ko2：溶解氧的饱和系数，单位mgo2/l；

30、ya：硝化菌产率；

31、knh4：硝化菌生长半速率常数，单位mgn/l；

32、μaut：硝化菌最大比生长速率，单位d-1；

33、doset：曝气池的溶解氧目标浓度，单位mg/l。

34、优选的，所述数学表达式中涉及的参数取值范围如下：

35、

36、

37、本发明的技术方案中，基于污水处理过程中的生化、物化反应维度，建立曝气量关于进水负荷、溶解氧和活性污泥的数学模型，根据实时变化的水量、水质数据，动态计算想要让曝气池的溶解氧维持在目标水平所需提供的曝气量。再将所需的曝气量传递到鼓风机的控制系统，就能准确指导调节鼓风机的输出风量，为曝气池提供合理的需气量，避免曝气量不足或过量曝气造成的水质不达标，改善出水水质；同时，也可以避免曝气量过高造成的能源消耗和空气污染，提高污水处理厂的运营水平。

38、本发明的有益效果：

39、本发明根据实时变化的水量、水质数据，实时污水处理过程中想要让曝气池的溶解氧维持在目标水平所需提供的曝气量，以适应污水处理过程中对需气量的真实需求。采用本发明所述方法计算，能在满足出水水质达标要求的前提下，节省能耗，减少温室气体排放，提高污水处理厂的运营水平。

技术特征：

1.一种污水处理过程需气量的在线计算方法，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的污水处理过程需气量的在线计算方法，其特征在于，所述表达式中涉及的参数取值范围如下：

技术总结
本发明揭示了一种污水处理过程需气量的在线计算方法，该方法在于根据实时变化的水量、水质数据，动态计算想要让曝气池的溶解氧维持在目标水平所需提供的曝气量，以适应污水处理过程中对需气量的真实需求，能够使污水中污染物彻底去除，改善出水水质，还能避免过量曝气，节省能耗，减少温室气体排放，提高污水处理厂的运营水平。

技术研发人员：胡晓东,方荣兆,范岳峰
受保护的技术使用者：上海昊沧系统控制技术有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12