[发明专利]一种氧化沟曝气与推流过程的优化控制方法及控制系统

说明书

本发明涉及一种氧化沟曝气与推流过程的优化控制方法及控制系统，根据工艺运行状况监测数据，针对充氧和推流采用不同的前馈‑反馈控制策略，计算当前工况下需要的曝气能量输入值和推流能量输入值；根据当前曝气设备和推流设备工况，计算曝气设备的曝气能量和推流设备的推流能量，并分别与预先设定的能量值比较；如果当前能量输入值满足要求，则继续执行当前方案；如果不满足要求，则进入下一步；需要调整编组运行时，按照“先改变转速w，再改变浸没深度h，最后改变开启台数N”的规则生成编组方案，计算新编组方案的推流能量、曝气能量是否都满足要求；当推流能量和曝气能量都满足要求时，执行新的编组方案，如果任一者不满足，则重新生成编组方案并重复本步骤中的能量计算与比较过程。

技术领域

本发明涉及一种城市污水处理工艺的优化控制方法及控制系统，特别是关于一种在城市污水处理技术领域中应用的氧化沟曝气与推流过程的优化控制方法及控制系统。

背景技术

我国建设近5000座城镇污水处理厂，氧化沟工艺占比较高。氧化沟工艺历史悠久，由于其建设和运行简单、具备脱氮除磷功能、完全混合缓冲能力强、适应进水特征和规模的范围较大，因此应用十分广泛。但是，氧化沟工艺的能耗比传统活性污泥法要高。这是因为外界必须输入能量维持整个流体在氧化沟系统内的快速循环与流动。氧化沟的曝气推流过程是整个污水处理过程的核心，能耗约占全厂总电量50～70％。因此有必要研究氧化沟工艺曝气过程节能的方法，开发实现节能调节的装置。

氧化沟工艺一般采用表面曝气设备，比较常用转碟、转刷和倒伞等设备。这类表面曝气装置的共同特征包括：1、曝气设备通过机械运行使空气与液体混合，兼顾了充氧和推流两个功能；2、曝气设备的氧传质效率取决于电机转速和浸没深度。因此，针对氧化沟曝气过程的节能措施也主要从上述两方面出发。目前常用的节能技术主要围绕曝气核心设备展开，包括增加底流推进器减少表面曝气、改进曝气机械结构提高充氧效率、调节机械转速实现不同充氧量等。以转碟为例，通过优化转碟表面结构，可以提高单片转碟的充氧能力；通过设置高低两档转速，可以在高转速实现充氧和推流，在低转速保证推流效果等。以倒伞设备为例，除了能调整转速外，也可以垂直调整倒伞位置，改变浸没深度来优化充氧量。由于倒伞位置调节技术复杂，一般较少在运行时长期实时调节。

目前，氧化沟的调节和控制手段还不够成熟，主要因为设备调节方式差异很大、曝气与推流设备的协同调节比较困难。一方面，曝气转碟、推流器和倒伞等设备调节方式差异很大，导致设备性能的定量及趋势分析困难，控制系统必须根据设备特点进行本地定制化开发。另一方面，影响设备推流和曝气的因素较多，难以清晰识别。现有技术中主要利用计算流体力学(CFD)来模拟和分析曝气和推流的关联效果，成本高、时间长，缺乏工程上实用的评估方法。除了设备的多样性之外，氧化沟曝气设备的控制策略也存在不够实用的问题，比如，公开号为CN1966426A的专利文献中提出以溶解氧来控制变频鼓风机，而实践中氧化沟较少采用鼓风曝气设备，溶解氧浓度主要指示好氧-缺氧分区，难以稳定控制。公开号为CN203683313U的专利文献中提出使用溶解氧控制转碟编组和变频等，但氧化沟溶解氧分布与曝气设备状态密切相关，不存在一个溶解氧平衡的状态，某点溶解氧仪读数主要取决于上游邻近曝气设备是否运行，因此在实际工作中难以指导整个沟渠运行状态的调整。上述不利条件限制了氧化沟曝气和推流过程的优化控制，因此迫切需要建立新的认识方法和装置设备。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种氧化沟曝气与推流过程的优化控制方法及控制系统，其可以统一描述氧化沟设备曝气和推流能量的方法，为灵活调整氧化沟的曝气与推流状态提供基础，实现氧化沟曝气推流过程的节能运行。