一种用于污水处理的曝气控制方法及系统与流程

本发明涉及污水处理，具体涉及一种用于污水处理的曝气控制方法及系统。

背景技术：

1、生物处理工艺是目前广泛应用于污水处理的技术之一，其过程涉及复杂的生化反应，而曝气控制（溶解氧控制）是其中的关键环节。现有的曝气控制方法主要分为人工和自动控制两种。

2、在人工控制中，操作人员依赖于手动调节鼓风机的风量，以保证溶解氧浓度的适宜。然而，这种方法的稳定性差，劳动强度大，且容易出现操作失误，导致曝气量过大或不足，造成能耗高、处理效果不稳定等问题。随着技术发展，自动控制可以通过实时监测污水处理过程中的多种参数，如溶解氧浓度、进水流量、cod（化学需氧量）、氨氮浓度等，利用plc自控程序进行处理，实时调整曝气量，提高了控制的准确性和反应速度，显著提高了污水处理的效果和能效。然而，即使是现有自动曝气控制系统，仍高度依赖气体流量计来监测和控制曝气量。

3、气体流量计作为关键设备，其价格高昂，安装和维护复杂，增加了系统的整体预算和运行成本。尤其在实际应用中。对于许多污水处理厂，特别是中小型污水处理厂而言，这一额外的预算和维护负担，成为了广泛采用ai自动控制系统的主要障碍。现有技术在实际应用中主要存在以下缺陷和不足：

4、1）控制精度和响应速度不足：人工调节依赖于操作人员的经验和判断，难以实时响应水质和流量变化，溶解氧浓度波动较大，常出现曝气过度或不足的问题。难以保证处理效果的一致性和可靠性。由于人工控制反应速度慢，系统难以及时调整曝气量应对水质变化，导致生化池内溶解氧浓度难以保持在理想范围，影响生物处理效率和效果。

5、2）高能耗和高劳动强度：为了确保出水水质达标，操作人员通常会选择过量曝气，造成能源浪费，显著增加运行成本。此外，人工plc控制需要频繁监测和手动调整系统参数，劳动强度大，容易出现操作失误。频繁的人工干预增加了人力成本和操作负担，降低了系统的整体运行效率。

6、3) 高昂的设备成本：气体流量计价格高昂，增加了系统的初始投资和运行成本。安装一个高精度的气体流量计不仅需要昂贵的设备采购费用，还需要专业人员进行安装和调试，这些都会增加整体的实施费用。对中小型企业而言，昂贵的设备和复杂的安装要求成为了他们采用先进曝气控制技术的主要障碍。

7、4) 对气体流量计依赖性强：现有的曝气控制系统高度依赖气体流量计进行数据监测和控制。一旦流量计出现故障或需要维护，整个系统的运行效果都会受到影响，无法实现持续稳定的曝气控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于污水处理的曝气控制方法及系统，其能实现在没有空气流量计的情况下对鼓风机风量的实时自动预测控制，避免了价格高昂的空气流量计带来的成本堆积，同时实现算法全自动控制，显著降低了人力成本，运行稳定，控制准确。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案:

3、提供一种用于污水处理的曝气控制方法，包括以下步骤：

4、导出历史数据；

5、基于风量频率转换公式，计算出历史数据对应的历史时刻标准状态下的曝气量；

6、构建标准模糊气水比特征：，其中，为模糊气水比，是该时刻对应的入水流量:m³/min；

7、基于历史数据，以气水比为预测值构建预测模型；

8、采集实时数据；

9、将所述实时数据输入到所述预测模型，预测达到目标do值所需的下一时刻模糊气水比gwr；

10、基于风量频率转换公式，将预测的模糊气水比gwr结合水流量w计算得到鼓风机频率f；

11、根据计算得到的鼓风机频率f实时调整鼓风机的频率。

12、作为用于污水处理的曝气控制方法的一种优选方案，所述历史数据包括：绝对温度，进气压力，鼓风机频率，进水流量w，空气含湿量，溶解氧do，进水cod，出水cod，生化池水温，进水总氮浓度，进水氨氮浓度，污泥浓度mlss。

13、作为用于污水处理的曝气控制方法的一种优选方案，所述实时数据包括：绝对温度，进气压力，鼓风机频率，进水流量w，空气含湿量，溶解氧do，进水cod，出水cod，生化池水温，进水总氮浓度，进水氨氮浓度，污泥浓度mlss。

14、作为用于污水处理的曝气控制方法的一种优选方案，在所述基于风量频率转换公式，计算出历史数据对应的历史时刻标准状态下的曝气量的步骤中，历史数据对应的历史时刻标准状态下的曝气量为：

15、

16、式中：

17、——标准状态下鼓风机的模糊容积流量:；

18、——使用状态下鼓风机的模糊容积流量:；

19、——使用状态下的进气的绝对温度，；

20、——使用状态下的进气的进气压力，由压力传感器测量；

21、——标准状态下的进气的绝对温度，；

22、——标准状态下的进气的进气压力，；

23、——使用状态下空气含湿量，（其中，为相对湿度，其数值介于0和1之间(%)；为饱和湿空气中水蒸气分压()），；

24、

25、其中q额定是鼓风机的额定风量(m³/min)，ns是风机的转速(转/分钟)，n额定是鼓风机的额定转速(转/分钟)；

26、

27、其中fs是模糊供电频率(hz)，p是电机的极对数；

28、使用状态下的模糊鼓风机风量与实际的鼓风机风量qreal存在一定比例的误差：模糊比例值。

29、作为用于污水处理的曝气控制方法的一种优选方案，在所述基于风量频率转换公式，将预测的模糊气水比gwr结合水流量w计算得到鼓风机频率f的步骤中，所述鼓风机频率f为：

30、其中，n所需为所需转速，；p是电机的极对数；；；。

31、作为用于污水处理的曝气控制方法的一种优选方案，在所述采集实时数据的步骤之后，包括：

32、将采集的实时数据存储为历史数据。

33、作为用于污水处理的曝气控制方法的一种优选方案，在所述导出历史数据的步骤之后，包括：

34、剔除异常历史数据。

35、本发明还提供一种用于污水处理的曝气控制系统，包括：

36、数据采集存储模块，用于导出历史数据；

37、风量频率转换模块，用于基于风量频率转换公式，计算出历史数据对应的历史时刻标准状态下的曝气量；

38、模型构建模块，用于构建标准模糊气水比特征：，其中，为模糊气水比，是该时刻对应的入水流量:m³/min；

39、所述模型构建模块，还用于基于历史数据，以气水比为预测值构建预测模型；

40、数据采集存储模块，还用于采集实时数据；

41、模型预测模块，用于将所述实时数据输入到所述预测模型，预测达到目标do值所需的下一时刻模糊气水比gwr；

42、所述风量频率转换模块，还用于基于风量频率转换公式，将预测的模糊气水比gwr结合水流量w计算得到鼓风机频率f；

43、控制模块，用于根据计算得到的鼓风机频率f实时调整鼓风机的频率。

44、本发明的有益效果：本发明提出的用于污水处理的曝气控制方法及系统，通过风量频率转换公式正向运算与反向运算消除模糊误差比例，实现没有空气流量计的情况下鼓风机风量的实时自动预测控制，避免了价格高昂的空气流量计带来的成本堆积，同时实现算法全自动控制，显著降低了人力成本；同时实时采集实时数据并输入到预测模型，预测达到目标do值所需的下一时刻模糊气水比，对水质变化的响应速度快，高度自适应，全程自动化运行控制，无需担心现场工人注意力分散等意外情况，运行稳定，控制准确度高。