公布日：2024.05.14
申請日：2024.04.12
分類號：C02F1/00(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;G06N3/0442(2023.01)I;G06N3/08(2023.01)I
摘要
本發明涉及污水處理技術領域，提供一種污水處理用供氣曝氣控制系統，包括：供氣單元、調節單元、曝氣單元，三個單元依次設置且曝氣單元位于曝氣池內；控制單元，分別與上述三個單元電性連接；其中，調節單元設有調節閥，調節閥包括流線型閥座、流線型閥芯、傳動機構及執行機構，流線型閥座具有節流段，流線型閥芯具有線性調節體；執行機構通過傳動機構驅使流線型閥芯沿流線型閥座的軸向移動，可改變線性調節體與節流段之間的流通面積以實現空氣流量的調節。通過線性調節體，流線型閥芯可在0～100%的開度范圍內對流量進行線性調節，閥門流量與閥芯開度變化為線性關系，避免了在大開度狀況下可調節性差的問題，實現了曝氣量精確化、穩定化調節。
權利要求書
1.一種污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于，包括：供氣單元、調節單元、曝氣單元，三個單元依次設置且所述曝氣單元位于曝氣池內；及控制單元，分別與上述三個單元電性連接，用于協調它們智能運行；其中，所述調節單元設有調節閥，所述調節閥包括流線型閥座、流線型閥芯、傳動機構及執行機構，所述流線型閥座具有節流段，所述流線型閥芯具有線性調節體；所述執行機構通過所述傳動機構驅使所述流線型閥芯沿所述流線型閥座的軸向移動，可改變所述線性調節體與所述節流段之間的流通面積以實現空氣流量的調節。
2.根據權利要求1所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于：所述流線型閥座沿介質進出方向依次分為入口直段、弧形收縮段、節流段及圓錐型出口段，所述弧形收縮段的內徑逐漸減小，所述圓錐型出口段的內徑逐漸增大、其最大內徑與所述入口直段的內徑相等，所述圓錐型出口段的長度大于所述入口直段的內徑，各段流線形連接以構成文丘里管結構；所述流線型閥芯包括依次連接的推桿、滑架及線性調節體，所述推桿與所述傳動機構相連接，所述線性調節體的截面外形線為一光滑曲線；所述光滑曲線一端點所對應的直徑與所述節流段的內徑相等、該點為閥門行程中0開度位置，所述光滑曲線另一端點為閥門行程中100%開度位置；所述光滑曲線上任意一點切向與所述線性調節體軸線的夾角隨閥門開度的增大而增大，且所述光滑曲線的任意點上單位相對位移的變化與該點對應的流通面積的變化成正比。
3.根據權利要求2所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于：所述入口直段內側壁上連接有至少3塊圓周均布的第一導流板；所述圓錐型出口段內側壁上連接有至少3塊圓周均布的第二導流板；所述第一導流板與第二導流板的橫截面均呈紡錘形結構。
4.根據權利要求3所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于：所述滑架包括套管及支板；所述套管滑動套裝于所述傳動機構的支管上，所述套管朝向所述調節閥出口的一端設有開口槽、用于與其對應的第二導流板穿過以與所述支管外側壁垂直連接；所述支板垂直連接于所述套管朝向調節閥入口的一端，所述支板兩端分別與所述推桿、線性調節體相連接。
5.根據權利要求4所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于：所述傳動機構包括與所述支管一體成型且內部連通的齒輪箱，所述齒輪箱外部連接有延伸至所述流線型閥座外的支座，所述齒輪箱內部轉動連接有第一錐齒輪，所述第一錐齒輪嚙合有下端為第二錐齒輪的主傳動軸，所述主傳動軸密封轉動貫穿所述支座后與所述執行機構相連接，所述執行機構通過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、其朝向所述調節閥出口的一端為絲桿，所述絲桿伸入所述齒輪箱內與所述第一錐齒輪的內孔螺紋配合。
6.根據權利要求5所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于：所述齒輪箱內與所述支管端部對應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節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相對布置；所述第一錐齒輪、第二錐齒輪及主傳動軸的材質均為無磁性的不銹鋼。
7.根據權利要求2～6中任意一項所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于：所述調節閥還包括位于所述流線型閥座外的檢測機構及位移傳感器；所述檢測機構用于檢測所述流線型閥座內線性調節體前后的壓差；所述位移傳感器用于測量所述線性調節體的軸線位移。
8.根據權利要求7所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于：所述檢測機構包括第一取壓管、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流段外側壁上、其也與所述控制單元電性連接。
9.根據權利要求8所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，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個目標控制區，每個目標控制區進行獨立負荷評估和空氣流量獨立回路控制；F2、預測各目標控制區的溶解氧目標值。
10.根據權利要求9所述的污水處理用供氣曝氣控制系統，其特征在于，所述溶解氧目標值的預測包括以下步驟：S21、獲取目標控制區監控數據，并對獲取的監控數據進行預處理；S22、根據S21獲取的監控數據，建立基于LSTM人工神經網絡的池體低溶解氧預測模型；S23、采集目標控制區當前水質數據，同時隨機初始化一組曝氣操作參數數據；將上述水質數據和曝氣操作參數數據同時輸入S22建立的池體低溶解氧預測模型中，對未來目標控制區溶解氧值進行預測；S24、根據進水、出水水質和廠區工藝流程搭建活性污泥模型（ASM）并計算出曝氣池設定的目標溶解氧閾值；S25、根據S24設定的目標溶解氧閾值，對S23預測的溶解氧值進行判斷以輸出曝氣操作參數或通過遺傳算法對曝氣操作參數進行優化；S26、根據S25輸出的曝氣操作參數，對目標控制區的曝氣器進行調控。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種污水處理用供氣曝氣控制系統，以解決現有控制系統難于精確化、穩定化調節曝氣的問題。
為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：一種污水處理用供氣曝氣控制系統，包括：供氣單元、調節單元、曝氣單元，三個單元依次設置且所述曝氣單元位于曝氣池內；及控制單元，分別與上述三個單元電性連接，用于協調它們智能運行；其中，所述調節單元設有調節閥，所述調節閥包括流線型閥座、流線型閥芯、傳動機構及執行機構，所述流線型閥座具有節流段，所述流線型閥芯具有線性調節體；所述執行機構通過所述傳動機構驅使所述流線型閥芯沿所述流線型閥座的軸向移動，可改變所述線性調節體與所述節流段之間的流通面積以實現空氣流量的調節。
在本申請公開的一個實施例中，所述流線型閥座沿介質進出方向依次分為入口直段、弧形收縮段、節流段及圓錐型出口段，所述弧形收縮段的內徑逐漸減小，所述圓錐型出口段的內徑逐漸增大、其最大內徑與所述入口直段的內徑相等，所述圓錐型出口段的長度大于所述入口直段的內徑，各段流線形連接以構成文丘里管結構；所述流線型閥芯包括依次連接的推桿、滑架及線性調節體，所述推桿與所述傳動機構相連接，所述線性調節體的截面外形線為一光滑曲線；所述光滑曲線一端點所對應的直徑與所述節流段的內徑相等、該點為閥門行程中0開度位置，所述光滑曲線另一端點為閥門行程中100%開度位置；所述光滑曲線上任意一點切向與所述線性調節體軸線的夾角隨閥門開度的增大而增大，且所述光滑曲線的任意點上單位相對位移的變化與該點對應的流通面積的變化成正比。
在本申請公開的一個實施例中，所述入口直段內側壁上連接有至少3塊圓周均布的第一導流板；所述圓錐型出口段內側壁上連接有至少3塊圓周均布的第二導流板；所述第一導流板與第二導流板的橫截面均呈紡錘形結構。
在本申請公開的一個實施例中，所述滑架包括套管及支板；所述套管滑動套裝于所述傳動機構的支管上，所述套管朝向所述調節閥出口的一端設有開口槽、用于與其對應的第二導流板穿過以與所述支管外側壁垂直連接；所述支板垂直連接于所述套管朝向調節閥入口的一端，所述支板兩端分別與所述推桿、線性調節體相連接。
在本申請公開的一個實施例中，所述傳動機構包括與所述支管一體成型且內部連通的齒輪箱，所述齒輪箱外部連接有延伸至所述流線型閥座外的支座，所述齒輪箱內部轉動連接有第一錐齒輪，所述第一錐齒輪嚙合有下端為第二錐齒輪的主傳動軸，所述主傳動軸密封轉動貫穿所述支座后與所述執行機構相連接，所述執行機構通過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、其朝向所述調節閥出口的一端為絲桿，所述絲桿伸入所述齒輪箱內與所述第一錐齒輪的內孔螺紋配合。
在本申請公開的一個實施例中，所述齒輪箱內與所述支管端部對應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節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相對布置；所述第一錐齒輪、第二錐齒輪及主傳動軸的材質均為無磁性的不銹鋼。
在本申請公開的一個實施例中，所述調節閥還包括位于所述流線型閥座外的檢測機構及位移傳感器；所述檢測機構用于檢測所述流線型閥座內線性調節體前后的壓差；所述位移傳感器用于測量所述線性調節體的軸線位移。
在本申請公開的一個實施例中，所述檢測機構包括第一取壓管、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流段外側壁上、其也與所述控制單元電性連接。
在本申請公開的一個實施例中，所述控制單元包括以下控制方法：F1、將曝氣池劃分為2～3個目標控制區，每個目標控制區進行獨立負荷評估和空氣流量獨立回路控制；F2、預測各目標控制區的溶解氧目標值。
在本申請公開的一個實施例中，所述溶解氧目標值的預測包括以下步驟：S21、獲取目標控制區監控數據，并對獲取的監控數據進行預處理；S22、根據S21獲取的監控數據，建立基于LSTM人工神經網絡的池體低溶解氧預測模型；S23、采集目標控制區當前水質數據，同時隨機初始化一組曝氣操作參數數據；將上述水質數據和曝氣操作參數數據同時輸入S22建立的池體低溶解氧預測模型中，對未來目標控制區溶解氧值進行預測；S24、根據進水、出水水質和廠區工藝流程搭建活性污泥模型（ASM）并計算出曝氣池設定的目標溶解氧閾值；S25、根據S24設定的目標溶解氧閾值，對S23預測的溶解氧值進行判斷以輸出曝氣操作參數或通過遺傳算法對曝氣操作參數進行優化；S26、根據S25輸出的曝氣操作參數，對目標控制區的曝氣器進行調控。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：1、調節閥采用微壓差式文丘里管結構的流線型閥座，其具有的圓錐型出口段有利于閥門調節過程中產生的壓差得到有效恢復，因此調節閥在低開度下進出口壓力損失極小，可以防止鼓風機背壓過高；通過截面外形線為特定光滑曲線的線性調節體，流線型閥芯可在0～100%的開度范圍內對流量進行線性調節，閥門流量與閥芯開度變化為線性關系，避免了在大開度狀況下可調節性差的問題，閥門調節性能好，實現了曝氣量精確化、穩定化調節。
2、橫截面為紡錘形的第一導流板和第二導流板，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中的壓力損失。
3、設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推動第一錐齒輪，使其與第二錐齒輪之間的錐齒輪副緊密貼合，能夠消除齒輪傳動間隙，具有間隙隨時補償性，有效提高了傳動的重復精度。
4、調節閥集空氣流量線性調節和壓差檢測功能為一體，由于流線型閥座具有文丘里管特性，其檢測機構的檢測位置與閥門開度調節位置相同，減少了配氣系統設備對管道的安裝要求，避免了由于距離、時間、紊流、壓損等影響造成的檢測誤差，徹底解決了調節閥實際流量與外置流量計檢測流量存在誤差的問題，提高了流量檢測時效性和精確度。
5、調節閥通過控制系統，實現自我檢測和調節的功能，保證了流量檢控不受靜態和動態壓力變化的影響，提高了流量分配和調節的精確性，系統流量的測控精度優于3%。
6、控制系統根據各目標控制區，進行獨立負荷評估和空氣流量獨立回路控制，采用了調節閥與鼓風機協作調節，運行過程中根據負荷變化及時評估，進行DO值優化調整，保證了出水水質在各種工況下均能穩定達標，避免了工藝過程中過度曝氣現象，實現節能降耗。
（發明人：歐陽云生）
