一种非原位污泥耗氧速率和alpha因子的测算方法与流程

本发明涉及污水处理领域，具体而言，涉及一种非原位污泥耗氧速率和alpha因子的测算方法。

背景技术：

1、污水厂是能耗、碳排放大户，对污水厂进行减碳、替碳技术的研发对我国实现双碳目标具有重要意义。曝气系统占整个污水处理厂能耗的50%，是最主要的能耗单元，因此对曝气系统的优化是污水处理节能的重中之重。但在实际运行过程中，大量污水厂依然依靠人为经验调节鼓风机功率，造成大量能量浪费。

2、现阶段，已有不少技术方案针对曝气系统进行了优化：例如通过获取生物池数据，采用pid控制方法优化曝气系统；通过实时监测好氧池数结合双计算模型获得供氧量，从而实现节能。

3、要实现节能最优，需要控制曝气系统的供气量恰好与好氧池需氧量相等，若需要得到供气量，则需要测量好氧池实时的氧转移效率和耗氧速率，而氧转移效率又需要同α因子与曝气系统的曝气量建立关联：α因子是曝气设备在污水中的标准氧转移速率与在清水中的标准氧转移速率的比值，由污水中多种特性，如cod、污泥浓度、温度等决定，在污水处理过程中该值波动较大。因此同时测量耗氧速率和α因子对实现曝气系统节能非常重要。

4、现阶段大多数技术通过尾气法测量氧转移效率，即通过测量尾气中的氧气、二氧化碳、水蒸气摩尔分数，原位测量计算氧转移效率。而现有方案存在两个弊端：一如果没有额外的设备无法通过测量尾气得到耗氧速率；二是原位法无法区分氧气传递性能下降的原因，而其下降原因包括活性污泥因素(α因子)和污垢因素(f因子)。因此，需要一种技术方案同时计算出alpha因子和耗氧速率。

技术实现思路

1、为实现以上目的，本技术提供了一种非原位污泥耗氧速率和alpha因子的测算方法，包括以下步骤：

2、部署测算环境，包括：采集好氧池的基本环境参数、根据基本环境参数设置非原位反应器结构，根据非原位反应器结构部署非原位反应器，其中，部署非原位反应器包括在所述非原位反应器上安装n个溶解氧传感器和注入口；

3、好氧池的基本环境参数包括：好氧池总供气量、供气量密度、曝气头密度、好氧池总体积、好氧池总曝气头数量、好氧池底面积、好氧池有效深度；

4、根据基本环境参数设置非原位反应器结构包括：

5、确定非原位反应器内曝气头数量和非原位反应器底面积，计算方法为：；

6、确定非原位反应器直径，计算方法为，。

7、通过溶解氧浓度周期采集，获取周期内溶解氧浓度，周期内溶解氧浓度包括第一溶解氧浓度、第二溶解氧浓度和第三溶解氧浓度；

8、加载alpha因子与耗氧速率计算模型，该alpha因子与耗氧速率计算模型用于通过污水标准氧转移速率和清水标准氧转移速率计算alpha因子；其中第一溶解氧浓度、第二溶解氧浓度用于计算污水标准氧转移速率，所述第三溶解氧浓度用于计算清水标准氧转移速率；

9、将周期内溶解氧浓度传入所述alpha因子与耗氧速率计算模型，生成alpha因子与耗氧速率的计算值；

10、其中，溶解氧浓度周期采集指：通过溶解氧传感器获取指定时长内非原位感应器内的溶解氧浓度。

11、进一步的，加载alpha因子与耗氧速率计算模型前，建立alpha因子与耗氧速率计算模型，包括：

12、确定参数关系，溶解氧浓度的变化满足的参数关系表示为：

13、，其中，为实际过程中的表观体积传质系数，r为耗氧速率，且，其中，k为r关于溶解氧的半饱和常数，rmax为理论最大耗氧速率，为当前溶解氧浓度、为饱和溶解氧浓度；

14、确定拟合阶段，计算获取污水耗氧转移速率；其中拟合阶段包括：结合第一溶解氧浓度对rmax拟合计算获取最优rmax，结合第二溶解氧浓度对和k拟合计算获得最优；

15、获取耗氧转移速率，计算方法为：，其中：，其中，是20摄氏度时的表观体积传质系数，为温度影响因子；

16、获取清水标准氧转移速率；

17、测算alpha因子的数值，计算方法为：。

18、其中，结合第一溶解氧浓度对rmax拟合计算获取最优rmax的计算方法为：

19、定义理论最大耗氧速率rmax满足微分方程：，其中，第一溶解氧浓度为c和t构成的数组；

20、结合第二溶解氧浓度对和k拟合处理，获得最优的计算方法为：

21、确定微分方程为：，其中，第二溶解氧浓度为c和t构成的数组。

22、进一步的，获取清水标准氧转移速率，包括以下步骤：

23、获取清水平均溶解氧浓度c0和第三溶解氧浓度；

24、结合第三溶解氧浓度对拟合处理获得最优的计算方法为：，其中，为清水的表观体积传质系数，c为第三溶解氧浓度；

25、计算清水标准氧转移速率，计算方法表示为：

26、，其中，为20摄氏度、一个标准大气压时的清水饱和溶解氧，v为非原位反应器体积，是20摄氏度时的表观体积传质系数，且，其中，为温度影响因子。

27、进一步的，获取第一溶解氧浓度前，通过非原位反应器的注入口注入过氧化氢，使非原位反应器内溶解氧浓度达到12mg/l时，关闭曝气系统，打开搅拌系统使非原位反应器中处于完全混合状态，进行溶解氧浓度周期采集，获取第一溶解氧浓度，其中指定时长为溶解氧浓度从12mg/l降至10mg/l的时长；

28、获取第一溶解氧浓度后，待非原位反应器的溶解氧浓度降低至饱和溶解氧浓度以下，打开曝气系统，进行所述溶解氧浓度周期采集，获取第二溶解氧浓度，所述指定时长为20分钟。

29、进一步的，获取清水平均溶解氧浓度c0前，在干净的非原位反应器中加满清水，使清水的体积等于非原位反应器的有效体积，测量清水中溶解氧浓度作为清水平均溶解氧浓度c0；

30、在非原位反应器中加入亚硫酸钠，充分搅拌后，非原位反应器中溶解氧浓度达到0mg/l时，打开曝气系统，非原位反应器中溶解氧达到0.5mg/l时进行溶解氧浓度周期采集，获取第三溶解氧浓度，指定周期为10分钟。

31、进一步的，溶解氧浓度周期采集时，通过n个溶解氧传感器获得的n项溶解氧浓度值，溶解氧浓度包括：n个传感器单独的读数，表示为；n个传感器单独的读数平均值c，表示为：，其中，为第n个溶解氧传感器获得的溶解氧浓度值。

32、其中，在非原位反应器上安装n个溶解氧传感器和注入口包括：沿所述非原位反应器深度方向布置n个传感器，分别位于1/（n+1）、...、n/（n+1）处，其中，传感器的探头竖直向上放置；在探头沿圆心对称处，安装n个注入口。

33、具体的，alpha因子与耗氧速率计算模型通过python的scipy库实现；

34、传入alpha因子与耗氧速率计算模型的周期内溶解氧的数据结构为：采样时间、d1、...dn，其中dn为n个探头获取的数值，采样时间为采样间隔时长×采样次数。

35、根据本发明，采用非原位测量的数据采样方法，使测量过程更灵活，并能准确测量曝气设备的清水标准sotr，而非依靠厂商提供的数值，进一步提高最终对alpha因子测量的准确度；另一方面，通过动态的溶解氧浓度周期采集方式采集不同阶段的溶解氧浓度，能够实现在同一设备中测量耗氧速率和alpha因子；并结合溶解氧浓度的不同采集时机，采用分阶段的拟合计算有效提高了微分方程的拟合精度，最终提高测算精度。