专利名称：一种通过变频调速在线快速检测比耗氧速率的装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及污水生物处理过程中比耗氧速率(SOUR)的快速在线检测装置， 尤其是能够进行变频控制和自动控制的SBR装置。所属技术领域为活性污泥法深度生物 脱氮处理理论与技术。
背景技术：
一般来说，采用罗茨鼓风机进行供氧的污水处理厂曝气费用占日常运行成本中的 50-60%，曝气阶段节能降耗有很大的潜力和空间。因此越来越多的污水处理厂特别是SBR 工艺中开始广泛采用变频供氧技术。作为目前污水处理过程中最有前景的技术，变频技术 能够极大地降低污水处理过程中曝气能耗，节省日常运行成本，增强污水日处理能力。SBR 工艺是间歇式活性污泥法污水处理工艺的简称，它的处理装置只有一个SBR反应池，进水、 反应、沉淀、排水等步骤均在此反应池中进行，是一种常规的活性污泥法污水处理工艺。SBR 工艺具有时间轴向特性和推动力大等优点，曝气过程耗氧速率变化曲线很有规律，非常适 合作为SBR工艺的过程控制参数。作为表征活性污泥生物活性的重要参数之一，活性污泥的比耗氧速率(SOUR)从 微生物呼吸速率角度反映活性污泥生理状态和基质代谢情况。在活性污泥法早期，好氧微 生物的呼吸速率就作为检测污泥生物活性的参数，在分析、评价和预测系统运行状况以及 处理能力方面获得广泛的应用。研究和应用污水处理系统的SOUR检测技术，对促进污水生 物处理技术的发展，强化和提高污水生物处理系统的运行控制，具有十分重要的意义。以前多数呼吸仪采用溶解氧(DO)传感器测定DO浓度，根据DO的变化确定呼吸速 率。采用DO传感器的呼吸仪可分为间歇式和连续式呼吸仪。间歇式呼吸仪的操作步骤装待测混合液于配备传感器与分析仪连接的完全封闭 的小室，先曝气至溶解氧浓度接近饱和，再停止曝气，DO仪记录小室中溶解氧浓度变化。此 变化曲线的斜率即为呼吸速率。测定过程中用磁力搅拌器进行混合搅拌。离线测量具有滞 后性，不能实时检测，在线反馈。而且这些离线测量方法仅仅用于实验室检测，而且许多测 量方法要添加抑制剂，影响活性污泥系统的稳定运行，不能作为系统长期运行的过程控制 参数。而连续式呼吸仪连续交替测定呼吸室进、出口处溶解氧浓度。污泥连续泵入此呼 吸室。根据进口和出口溶解氧浓度的差之和停留时间计算出呼吸速率。同时必须假定溶解 氧浓度维持稳定。但是由于目前在线SOUR测定装置昂贵，运行维护繁琐，性能不稳定，因此 目前大部分的实际污水处理厂很少应用在线SOUR传感器实时监测曝气过程，而是采用其 它类型的传感器间接指示曝气过程的信息。随着自动控制设备、在线检测仪表(DO传感器、pH传感器、ORP传感器)和变频技 术的开发和广泛应用，为实现以鼓风机频率为基础在线检测活性污泥系统的SOUR创造了 有利条件。
实用新型内容本实用新型的目的是建立一套快速间接检测微生物比耗氧速率(SOUR)的装置， 通过变频控制鼓风机实现恒定DO技术而得到的频率参数曲线来间接指示曝气过程的耗氧 速率，通过在各种环境控制参数条件下检测其稳定性，达到快速检测比耗氧速率的目的，实 现SBR工艺的实时过程控制。本实用新型在理论推导和反复试验的基础上，以SBR工艺为研究对象，通过考察 鼓风机频率参数与微生物比耗氧速率(SOUR)之间存在的相关性，建立了一个在线监测活 性污泥SOUR的数学模型，制定了以SOUR为控制参数的控制策略。活性污泥的SOUR曲线变 化点可以有效地指示生化反应进程，一旦变化点出现，控制系统根据收到的模拟量反馈信 号做出判断，将控制信号传递给执行机构，直接关闭鼓风机。本实用新型装置实现了快速测定S0UR，根据数据采集装置反馈的鼓风机频率信 号，通过过程控制器计算出SOUR值，计算出来的SOUR值反馈给终端的执行器，控制反应的 进程，克服了传统离线测量方法的滞后性，不能实时监测的缺点。一种通过变频调速在线快速检测比耗氧速率的装置，包括SBR反应器1、鼓风机2 ； 鼓风机2与SBR反应器1底部的曝气管3相连，曝气管3与鼓风机2之间设置进气阀门4 ； 其特征在于DO传感器5通过数据线与DO测定仪6相连后与过程控制器的数据信号输入接口 11连接，DO测定仪6与变频器7相连，变频器7同时与鼓风机2、过程控制器13的数据信 号输入接口 11连接，过程控制器13的数据信号输出接口 12与计算机14相连；由计算机 14发出的控制指令通过输出总线控制鼓风机2 ；变频器7采集鼓风机2频率信号变化，过程 控制器13里集成的逻辑程序根据变频器7反馈的在线频率信号、温度传感器8反馈的温度 信号和污泥浓度传感器9反馈的污泥浓度信号计算SBR反应器1内微生物的实时比耗氧速 率，获得的实时比耗氧速率数据通过数据线反馈给计算机14，从而在计算机14的软件界面 上显示出来，最终实现曝气阶段微生物比耗氧速率的在线检测。本实用新型的工作原理及过程I) SBR反应器进水完成之后，鼓风机开始曝气，变频器根据DO测定仪反馈的DO信 号和和鼓风机反馈的频率信号进行闭环控制，控制曝气阶段DO保持恒定；II)过程控制器内逻辑程序集成了比耗氧速率(SOUR)与频率(f)两者之间的线性 关系式S0UI t = η Xft+λ ；其中SOrat为t时刻的比耗氧速率(mg02/gMLVSSh)，ft为t时 刻的频率值，T为水温(°C )，T在15 30°C范围内，η = MLVSS/2000 ； λ = α X β Xk, 其中α = Sosat-So, Sosat为T°C时水中饱和溶解氧值，So为溶解氧测定仪显示的DO值，β =exp(T-20/T), k值在0.8 2.8范围内，温度越高k值就越高，温度越低k值也越低。过程 控制器将污泥浓度传感器反馈的信号经过处理获得挥发性污泥浓度值MLVSS信号之后，可 以确定η ；根据SBR反应器内水温信号和变频控制恒定溶解氧的浓度信号之后，可以确定 传质推动力因子α和β值，继而计算出λ值。确立SOUR与频率之间的线性关系式之后， 过程控制器可以根据变频器每隔IOs采集的频率信号计算出在线SOUR值，过程控制器将计 算出来的SOUR值反馈给计算机，SOUR信号曲线从而在计算机上显示，SOUR曲线会出现指示 曝气终点的变化点(见图2)；III)为了避免曝气阶段初期频率的剧烈波动给计算机提供错误的信息，计算机在曝气开始60min之后才开始识别变化点，SOUR变化点一旦出现之后，计算机将控制变量传 递给过程控制器；IV)过程控制器将控制变量经过数字模拟转换器D/A转换成控制信号；V)控制信号通过输出总线传递给鼓风机，鼓风机曝气停止。本实用新型的优势特点在线检测，响应速度快，可以作为控制曝气阶段的控制参 数，准确控制曝气阶段的终点，节省能耗。I)S0UR的测定方法具有操作简便、快速和响应时间短等优点，通过频率在线检测 该指标，可及时反馈曝气阶段的运行信息。II)自动化程度高，采用过程控制器进行控制，根据反馈的频率信号，可以快速计 算出在线SOUR值。III)运行稳定，在线检测的结果可靠，重现性好。频率信号抗干扰能力强，测量结 果在不同条件下具有较好的重现性。
图1本实用新型实施例装置示意图。图2S0UR在线检测结果图。图1中，I-SBR反应器；2-鼓风机；3-曝气管；4-进气阀门；5_D0传感器；6_D0测 定仪；7-变频器；8-温度传感器；9-污泥浓度传感器；10-污泥浓度检测器；11-信号输入 接口 ；12-信号输出接口 ； 13-过程控制器；14-计算机
具体实施方式
结合实施例，如图1，图2所示说明本实用新型装置的运行操作工序。以某大学家属区排放的生活污水作为实验对象(pH = 6. 8 7. 8，COD = 160. 5 319. 8mg/L, NH4+-N = 40 80mg/L.所选择的SBR反应器有效体积为7m3，每周期进水为 2. 7m3,反应器内混合液的COD浓度维持在190 M0mg/L，NH4+_N浓度在30 40mg/L，温度 为15°C。外加碳源采用浓度为95%乙醇。具体过程如下I)比耗氧速率与频率之间线性关系式的确定当系统条件(反应器尺寸，曝气装 置类型，温度，气压)稳定的时候，Ku的变化主要与曝气量的变化相关，而变频控制DO的过 程中曝气量的变化主要由鼓风机的频率参数f来进行衡量和指示，SOUR可以由以下数学方 程式表示SOURt = η X ft+ λ其中SOUIit为t时刻的比耗氧速率(mg02/gMLVSSh)，ft为t时刻的频率值，η为污 泥浓度修正因子，n = MLVSS/2000 ； λ = αΧβΧΙ ，其中α为传质常数，a = Sosat-So, β为温度修正因子，β =^ (1_2_沽为常数，其值在0.8 2.8范围内。过程控制器(13) 将污泥浓度传感器(9)所反馈的信号经过处理获得挥发性污泥浓度值MLVSS信号之后，污 泥浓度修正因子n = MLVSS/2000 = 2000/2000 = 1 ；过程控制器采集温度传感器反馈的 温度信号(T = 15°C )，根据获得的温度信号从计算机(14)中的数据库中获取15°C时水中 饱和溶解氧浓度(S0sat)数据，其值为10. 15mg/L，过程控制器根据DO传感器反馈的DO信号 (So)，其值为3mg/L，计算出α = SOsat-So = 7. 15 ；过程控制器(13)根据温度传感器(8)反馈的温度信号计算出β =exp(T_2°/T) =0.72，根据温度的大小选定k为1.01。当温度为 15°C时，确定频率与比耗氧速率之间线性关系式如下=SOURt = lXft+7. 15X0. 72X1.01 = ft+5. 18。II)SBR工艺的实时控制1)进水生活污水进入到SBR反应器(1)，进水阶段持续15min，进水量为2. 7m3。2)曝气进水结束后，变频器(7)通过控制鼓风机(2)的转速快慢开始对SBR反应 器进行变频控制，维持曝气阶段溶解氧浓度(S。)在3. Omg/L左右，此时系统开始计时。过程 控制器开始采集DO传感器(5)、温度传感器(8)和污泥浓度传感器(9)反馈的信号，根据这 些传感器的信号确定比耗氧速率与频率之间的线性关系式。如果DO信号、温度信号和污泥 浓度信号与上一周期的信号有偏差的话，过程控制器对线性关系式进行相应的修正。曝气 阶段异养菌首先进行去除水中有机物的反应，然后氨氧化菌开始进行氨氧化反应。曝气开 始60min之后，变频器每隔IOs采集一次鼓风机的频率信号，过程控制器可以获得频率的实 时信号。控制器先对频率信号进行滤波和比较运算之后，再跟据比耗氧速率和频率参数的 数学模型(S0UI t = ft+5. 18，其中时刻鼓风机的频率值)计算出SOUR信号值。过程控 制器将SOUR信号反馈给计算机，计算机通过分析计算发出是否停鼓风机的控制指令，同时 将控制指令经数字模拟转换器D/A转换成控制信号再传输给鼓风机。当氨氧化反应结束时 微生物不再耗氧时，SOUR曲线会出现一个‘变化点’，变现为SOUR值急剧下降(SOUR ^ 6)， 结果如图2所示。此状态维持5min，计算机(14)通过过程控制器(1 发出控制指令关闭 鼓风机，曝气停止。3)加碳源反硝化加药泵启动，加入400ml 95%乙醇作为SBR系统反硝化碳源，同 时搅拌60min (设定的时间)，设定时间达到之后，计算机控制过程控制器发出控制指令关 闭搅拌器，反硝化停止。4)沉淀SBR系统在该阶段的时间设定为120min，此时进水阀门、进气阀门和排水 阀门均关闭。5)排水沉淀设定时间到之后，滗水器开启，系统自动排水，时间设定为30min，排 水结束后，关闭滗水器。6)闲置阶段该阶段根据需要设定时间。当达到预先设定闲置时间60min后，系统 停止运行或进入下一个周期。从应用本装置得到的预测结果来看，系统的响应速度快，反应灵敏，根据变频器每 隔IOs反馈的频率信号可以快速测定曝气阶段微生物的比耗氧速率(SOUR)，同时计算机可 以根据过程控制器反馈的信号实时绘出SOUR的变化曲线；而离线呼吸仪(检测过程参考 背景技术)需要花费10-20min时间才能得到SOUR值，因此本实用新型解决了离线测量方 法响应速度慢，有滞后性的问题；同时也在一定程度上克服了在线SOUR测定方法的维护繁 琐，稳定性差的缺点。另外，通过在线检测的SOUR曲线，可以获得系统不同时刻的微生物生 化反应状态，同时计算机上绘制的SOUR曲线在氨氧化终点时会出现特征变化点(如图2)， 基于以上信息，通过过程控制器反馈控制指令给鼓风机，实现实时控制，本实用新型为变频 控制溶解氧条件下以SOUR为参数进行实时控制奠定坚实的理论基础和技术支持。
权利要求1. 一种通过变频调速在线快速检测比耗氧速率的装置，包括SBR反应器(1)、鼓风机 (2)；鼓风机⑵与SBR反应器⑴底部的曝气管(3)相连，曝气管(3)与鼓风机(2)之间 设置进气阀门；其特征在于DO传感器(5)通过数据线与DO测定仪(6)相连后与过程控制器的数据信号输入接口 (11)连接，DO测定仪(6)与变频器(7)相连，变频器(7)同时与鼓风机O)、过程控制器(13)的数据信号输入接口(11)连接，过程控制器(1 的数据信号输出接口(1 与计算机(14)相连；由计算机(14)发出的控制指令通过输出总线控制鼓风机(2)；变频器(7)采集 鼓风机( 频率信号变化，过程控制器(1 里集成的逻辑程序根据变频器(7)反馈的在线 频率信号、温度传感器(8)反馈的温度信号和污泥浓度传感器(9)反馈的污泥浓度信号计 算SBR反应器(1)内微生物的实时比耗氧速率，获得的实时比耗氧速率数据通过数据线反 馈给计算机(14)，从而在计算机(14)的软件界面上显示出来。
专利摘要一种过程控制参数比耗氧速率的快速在线检测装置，属于活性污泥法生物脱氮理论与技术。现有的比耗氧速率测定方法在线检测大多存在费用昂贵，存在滞后性，准确度不高，维护困难等缺点。装置由SBR反应器(1)通过曝气管(3)连接鼓风机(2)；反应器内有DO传感器(5)、温度传感器(8)和污泥浓度传感器(9)；DO传感器和温度传感器均连接DO测定仪(6)，污泥浓度传感器连接污泥浓度测定仪(10)；DO测定仪与变频器(7)相连，变频器分别与过程控制器(13)和鼓风机(2)相连，污泥浓度测定仪连接过程控制器；过程控制器连接计算机(14)。本装置具有响应速度快，在线测定，操作方便，成本低，运行稳定等优点。
文档编号G01N33/24GK201903539SQ201020650138
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者杨培, 王淑莹, 顾升波 申请人:北京工业大学