公布日：2024.05.14
申請(qǐng)日：2024.04.12
分類號(hào)：C02F1/00(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;G06N3/0442(2023.01)I;G06N3/08(2023.01)I
摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，提供一種污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，包括：供氣單元、調(diào)節(jié)單元、曝氣單元，三個(gè)單元依次設(shè)置且曝氣單元位于曝氣池內(nèi)；控制單元，分別與上述三個(gè)單元電性連接；其中，調(diào)節(jié)單元設(shè)有調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥包括流線型閥座、流線型閥芯、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，流線型閥座具有節(jié)流段，流線型閥芯具有線性調(diào)節(jié)體；執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使流線型閥芯沿流線型閥座的軸向移動(dòng)，可改變線性調(diào)節(jié)體與節(jié)流段之間的流通面積以實(shí)現(xiàn)空氣流量的調(diào)節(jié)。通過(guò)線性調(diào)節(jié)體，流線型閥芯可在0～100%的開(kāi)度范圍內(nèi)對(duì)流量進(jìn)行線性調(diào)節(jié)，閥門流量與閥芯開(kāi)度變化為線性關(guān)系，避免了在大開(kāi)度狀況下可調(diào)節(jié)性差的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了曝氣量精確化、穩(wěn)定化調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：供氣單元、調(diào)節(jié)單元、曝氣單元，三個(gè)單元依次設(shè)置且所述曝氣單元位于曝氣池內(nèi)；及控制單元，分別與上述三個(gè)單元電性連接，用于協(xié)調(diào)它們智能運(yùn)行；其中，所述調(diào)節(jié)單元設(shè)有調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥包括流線型閥座、流線型閥芯、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述流線型閥座具有節(jié)流段，所述流線型閥芯具有線性調(diào)節(jié)體；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使所述流線型閥芯沿所述流線型閥座的軸向移動(dòng)，可改變所述線性調(diào)節(jié)體與所述節(jié)流段之間的流通面積以實(shí)現(xiàn)空氣流量的調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述流線型閥座沿介質(zhì)進(jìn)出方向依次分為入口直段、弧形收縮段、節(jié)流段及圓錐型出口段，所述弧形收縮段的內(nèi)徑逐漸減小，所述圓錐型出口段的內(nèi)徑逐漸增大、其最大內(nèi)徑與所述入口直段的內(nèi)徑相等，所述圓錐型出口段的長(zhǎng)度大于所述入口直段的內(nèi)徑，各段流線形連接以構(gòu)成文丘里管結(jié)構(gòu)；所述流線型閥芯包括依次連接的推桿、滑架及線性調(diào)節(jié)體，所述推桿與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，所述線性調(diào)節(jié)體的截面外形線為一光滑曲線；所述光滑曲線一端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的直徑與所述節(jié)流段的內(nèi)徑相等、該點(diǎn)為閥門行程中0開(kāi)度位置，所述光滑曲線另一端點(diǎn)為閥門行程中100%開(kāi)度位置；所述光滑曲線上任意一點(diǎn)切向與所述線性調(diào)節(jié)體軸線的夾角隨閥門開(kāi)度的增大而增大，且所述光滑曲線的任意點(diǎn)上單位相對(duì)位移的變化與該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流通面積的變化成正比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述入口直段內(nèi)側(cè)壁上連接有至少3塊圓周均布的第一導(dǎo)流板；所述圓錐型出口段內(nèi)側(cè)壁上連接有至少3塊圓周均布的第二導(dǎo)流板；所述第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板的橫截面均呈紡錘形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述滑架包括套管及支板；所述套管滑動(dòng)套裝于所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的支管上，所述套管朝向所述調(diào)節(jié)閥出口的一端設(shè)有開(kāi)口槽、用于與其對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)流板穿過(guò)以與所述支管外側(cè)壁垂直連接；所述支板垂直連接于所述套管朝向調(diào)節(jié)閥入口的一端，所述支板兩端分別與所述推桿、線性調(diào)節(jié)體相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與所述支管一體成型且內(nèi)部連通的齒輪箱，所述齒輪箱外部連接有延伸至所述流線型閥座外的支座，所述齒輪箱內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一錐齒輪，所述第一錐齒輪嚙合有下端為第二錐齒輪的主傳動(dòng)軸，所述主傳動(dòng)軸密封轉(zhuǎn)動(dòng)貫穿所述支座后與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)支架支撐于所述流線型閥座外；所述推桿從所述支管中穿過(guò)、其朝向所述調(diào)節(jié)閥出口的一端為絲桿，所述絲桿伸入所述齒輪箱內(nèi)與所述第一錐齒輪的內(nèi)孔螺紋配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述齒輪箱內(nèi)與所述支管端部對(duì)應(yīng)之處安裝有多塊圓周均布的第一永磁體，所述第一錐齒輪朝向所述調(diào)節(jié)閥入口的一端安裝有多塊圓周均布的第二永磁體，所述第二永磁體與第一永磁體磁極相同的一側(cè)相對(duì)布置；所述第一錐齒輪、第二錐齒輪及主傳動(dòng)軸的材質(zhì)均為無(wú)磁性的不銹鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求2～6中任意一項(xiàng)所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)節(jié)閥還包括位于所述流線型閥座外的檢測(cè)機(jī)構(gòu)及位移傳感器；所述檢測(cè)機(jī)構(gòu)用于檢測(cè)所述流線型閥座內(nèi)線性調(diào)節(jié)體前后的壓差；所述位移傳感器用于測(cè)量所述線性調(diào)節(jié)體的軸線位移。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于：所述檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括第一取壓管、第二取壓管及微壓差變送器，所述第一取壓管一端與所述入口直段連通、另一端與所述微壓差變送器連通，所述第二取壓管一端與所述節(jié)流段連通、另一端與所述微壓差變送器連通，所述微壓差變送器與所述控制單元電性連接；所述位移傳感器固定安裝于所述節(jié)流段外側(cè)壁上、其也與所述控制單元電性連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括以下控制方法：F1、將曝氣池劃分為2～3個(gè)目標(biāo)控制區(qū)，每個(gè)目標(biāo)控制區(qū)進(jìn)行獨(dú)立負(fù)荷評(píng)估和空氣流量獨(dú)立回路控制；F2、預(yù)測(cè)各目標(biāo)控制區(qū)的溶解氧目標(biāo)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述溶解氧目標(biāo)值的預(yù)測(cè)包括以下步驟：S21、獲取目標(biāo)控制區(qū)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)獲取的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；S22、根據(jù)S21獲取的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，建立基于LSTM人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的池體低溶解氧預(yù)測(cè)模型；S23、采集目標(biāo)控制區(qū)當(dāng)前水質(zhì)數(shù)據(jù)，同時(shí)隨機(jī)初始化一組曝氣操作參數(shù)數(shù)據(jù)；將上述水質(zhì)數(shù)據(jù)和曝氣操作參數(shù)數(shù)據(jù)同時(shí)輸入S22建立的池體低溶解氧預(yù)測(cè)模型中，對(duì)未來(lái)目標(biāo)控制區(qū)溶解氧值進(jìn)行預(yù)測(cè)；S24、根據(jù)進(jìn)水、出水水質(zhì)和廠區(qū)工藝流程搭建活性污泥模型（ASM）并計(jì)算出曝氣池設(shè)定的目標(biāo)溶解氧閾值；S25、根據(jù)S24設(shè)定的目標(biāo)溶解氧閾值，對(duì)S23預(yù)測(cè)的溶解氧值進(jìn)行判斷以輸出曝氣操作參數(shù)或通過(guò)遺傳算法對(duì)曝氣操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；S26、根據(jù)S25輸出的曝氣操作參數(shù)，對(duì)目標(biāo)控制區(qū)的曝氣器進(jìn)行調(diào)控。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有控制系統(tǒng)難于精確化、穩(wěn)定化調(diào)節(jié)曝氣的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種污水處理用供氣曝氣控制系統(tǒng)，包括：供氣單元、調(diào)節(jié)單元、曝氣單元，三個(gè)單元依次設(shè)置且所述曝氣單元位于曝氣池內(nèi)；及控制單元，分別與上述三個(gè)單元電性連接，用于協(xié)調(diào)它們智能運(yùn)行；其中，所述調(diào)節(jié)單元設(shè)有調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥包括流線型閥座、流線型閥芯、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述流線型閥座具有節(jié)流段，所述流線型閥芯具有線性調(diào)節(jié)體；所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使所述流線型閥芯沿所述流線型閥座的軸向移動(dòng)，可改變所述線性調(diào)節(jié)體與所述節(jié)流段之間的流通面積以實(shí)現(xiàn)空氣流量的調(diào)節(jié)。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述流線型閥座沿介質(zhì)進(jìn)出方向依次分為入口直段、弧形收縮段、節(jié)流段及圓錐型出口段，所述弧形收縮段的內(nèi)徑逐漸減小，所述圓錐型出口段的內(nèi)徑逐漸增大、其最大內(nèi)徑與所述入口直段的內(nèi)徑相等，所述圓錐型出口段的長(zhǎng)度大于所述入口直段的內(nèi)徑，各段流線形連接以構(gòu)成文丘里管結(jié)構(gòu)；所述流線型閥芯包括依次連接的推桿、滑架及線性調(diào)節(jié)體，所述推桿與所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，所述線性調(diào)節(jié)體的截面外形線為一光滑曲線；所述光滑曲線一端點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的直徑與所述節(jié)流段的內(nèi)徑相等、該點(diǎn)為閥門行程中0開(kāi)度位置，所述光滑曲線另一端點(diǎn)為閥門行程中100%開(kāi)度位置；所述光滑曲線上任意一點(diǎn)切向與所述線性調(diào)節(jié)體軸線的夾角隨閥門開(kāi)度的增大而增大，且所述光滑曲線的任意點(diǎn)上單位相對(duì)位移的變化與該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流通面積的變化成正比。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述入口直段內(nèi)側(cè)壁上連接有至少3塊圓周均布的第一導(dǎo)流板；所述圓錐型出口段內(nèi)側(cè)壁上連接有至少3塊圓周均布的第二導(dǎo)流板；所述第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板的橫截面均呈紡錘形結(jié)構(gòu)。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述滑架包括套管及支板；所述套管滑動(dòng)套裝于所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的支管上，所述套管朝向所述調(diào)節(jié)閥出口的一端設(shè)有開(kāi)口槽、用于與其對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)流板穿過(guò)以與所述支管外側(cè)壁垂直連接；所述支板垂直連接于所述套管朝向調(diào)節(jié)閥入口的一端，所述支板兩端分別與所述推桿、線性調(diào)節(jié)體相連接。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括與所述支管一體成型且內(nèi)部連通的齒輪箱，所述齒輪箱外部連接有延伸至所述流線型閥座外的支座，所述齒輪箱內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一錐齒輪，所述第一錐齒輪嚙合有下端為第二錐齒輪的主傳動(dòng)軸，所述主傳動(dòng)軸密封轉(zhuǎn)動(dòng)貫穿所述支座后與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)支架支撐于所述流線型閥座外；所述推桿從所述支管中穿過(guò)、其朝向所述調(diào)節(jié)閥出口的一端為絲桿，所述絲桿伸入所述齒輪箱內(nèi)與所述第一錐齒輪的內(nèi)孔螺紋配合。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述齒輪箱內(nèi)與所述支管端部對(duì)應(yīng)之處安裝有多塊圓周均布的第一永磁體，所述第一錐齒輪朝向所述調(diào)節(jié)閥入口的一端安裝有多塊圓周均布的第二永磁體，所述第二永磁體與第一永磁體磁極相同的一側(cè)相對(duì)布置；所述第一錐齒輪、第二錐齒輪及主傳動(dòng)軸的材質(zhì)均為無(wú)磁性的不銹鋼。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述調(diào)節(jié)閥還包括位于所述流線型閥座外的檢測(cè)機(jī)構(gòu)及位移傳感器；所述檢測(cè)機(jī)構(gòu)用于檢測(cè)所述流線型閥座內(nèi)線性調(diào)節(jié)體前后的壓差；所述位移傳感器用于測(cè)量所述線性調(diào)節(jié)體的軸線位移。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括第一取壓管、第二取壓管及微壓差變送器，所述第一取壓管一端與所述入口直段連通、另一端與所述微壓差變送器連通，所述第二取壓管一端與所述節(jié)流段連通、另一端與所述微壓差變送器連通，所述微壓差變送器與所述控制單元電性連接；所述位移傳感器固定安裝于所述節(jié)流段外側(cè)壁上、其也與所述控制單元電性連接。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制單元包括以下控制方法：F1、將曝氣池劃分為2～3個(gè)目標(biāo)控制區(qū)，每個(gè)目標(biāo)控制區(qū)進(jìn)行獨(dú)立負(fù)荷評(píng)估和空氣流量獨(dú)立回路控制；F2、預(yù)測(cè)各目標(biāo)控制區(qū)的溶解氧目標(biāo)值。
在本申請(qǐng)公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例中，所述溶解氧目標(biāo)值的預(yù)測(cè)包括以下步驟：S21、獲取目標(biāo)控制區(qū)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對(duì)獲取的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；S22、根據(jù)S21獲取的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，建立基于LSTM人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的池體低溶解氧預(yù)測(cè)模型；S23、采集目標(biāo)控制區(qū)當(dāng)前水質(zhì)數(shù)據(jù)，同時(shí)隨機(jī)初始化一組曝氣操作參數(shù)數(shù)據(jù)；將上述水質(zhì)數(shù)據(jù)和曝氣操作參數(shù)數(shù)據(jù)同時(shí)輸入S22建立的池體低溶解氧預(yù)測(cè)模型中，對(duì)未來(lái)目標(biāo)控制區(qū)溶解氧值進(jìn)行預(yù)測(cè)；S24、根據(jù)進(jìn)水、出水水質(zhì)和廠區(qū)工藝流程搭建活性污泥模型（ASM）并計(jì)算出曝氣池設(shè)定的目標(biāo)溶解氧閾值；S25、根據(jù)S24設(shè)定的目標(biāo)溶解氧閾值，對(duì)S23預(yù)測(cè)的溶解氧值進(jìn)行判斷以輸出曝氣操作參數(shù)或通過(guò)遺傳算法對(duì)曝氣操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；S26、根據(jù)S25輸出的曝氣操作參數(shù)，對(duì)目標(biāo)控制區(qū)的曝氣器進(jìn)行調(diào)控。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1、調(diào)節(jié)閥采用微壓差式文丘里管結(jié)構(gòu)的流線型閥座，其具有的圓錐型出口段有利于閥門調(diào)節(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的壓差得到有效恢復(fù)，因此調(diào)節(jié)閥在低開(kāi)度下進(jìn)出口壓力損失極小，可以防止鼓風(fēng)機(jī)背壓過(guò)高；通過(guò)截面外形線為特定光滑曲線的線性調(diào)節(jié)體，流線型閥芯可在0～100%的開(kāi)度范圍內(nèi)對(duì)流量進(jìn)行線性調(diào)節(jié)，閥門流量與閥芯開(kāi)度變化為線性關(guān)系，避免了在大開(kāi)度狀況下可調(diào)節(jié)性差的問(wèn)題，閥門調(diào)節(jié)性能好，實(shí)現(xiàn)了曝氣量精確化、穩(wěn)定化調(diào)節(jié)。
2、橫截面為紡錘形的第一導(dǎo)流板和第二導(dǎo)流板，可以避免流線型閥座變徑引起的紊流，有效減少空氣在流動(dòng)中的壓力損失。
3、設(shè)置的第一永磁體和第二永磁體之間形成的排斥力可以持續(xù)推動(dòng)第一錐齒輪，使其與第二錐齒輪之間的錐齒輪副緊密貼合，能夠消除齒輪傳動(dòng)間隙，具有間隙隨時(shí)補(bǔ)償性，有效提高了傳動(dòng)的重復(fù)精度。
4、調(diào)節(jié)閥集空氣流量線性調(diào)節(jié)和壓差檢測(cè)功能為一體，由于流線型閥座具有文丘里管特性，其檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)位置與閥門開(kāi)度調(diào)節(jié)位置相同，減少了配氣系統(tǒng)設(shè)備對(duì)管道的安裝要求，避免了由于距離、時(shí)間、紊流、壓損等影響造成的檢測(cè)誤差，徹底解決了調(diào)節(jié)閥實(shí)際流量與外置流量計(jì)檢測(cè)流量存在誤差的問(wèn)題，提高了流量檢測(cè)時(shí)效性和精確度。
5、調(diào)節(jié)閥通過(guò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自我檢測(cè)和調(diào)節(jié)的功能，保證了流量檢控不受靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力變化的影響，提高了流量分配和調(diào)節(jié)的精確性，系統(tǒng)流量的測(cè)控精度優(yōu)于3%。
6、控制系統(tǒng)根據(jù)各目標(biāo)控制區(qū)，進(jìn)行獨(dú)立負(fù)荷評(píng)估和空氣流量獨(dú)立回路控制，采用了調(diào)節(jié)閥與鼓風(fēng)機(jī)協(xié)作調(diào)節(jié)，運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)負(fù)荷變化及時(shí)評(píng)估，進(jìn)行DO值優(yōu)化調(diào)整，保證了出水水質(zhì)在各種工況下均能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，避免了工藝過(guò)程中過(guò)度曝氣現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
（發(fā)明人：歐陽(yáng)云生）
