公布日：2024.12.27

申請日：2023.12.29

分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/02(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)I;G05D23/20(2006.01)I;F25D17/02(2006.01)I;F28D21/00(2006.01)I;C02F103/06(2006.01)N

摘要

本發(fā)明公開了一種廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法及裝置，控制方法先根據(jù)生化系統(tǒng)進水熱效應(yīng)、水泵熱效應(yīng)、生化反應(yīng)放熱量和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量得到生化系統(tǒng)降溫至目標(biāo)溫度所需的換熱量，再根據(jù)所需換熱量得到換熱時所需生化污水循環(huán)流量和所需冷卻水循環(huán)流量；最后根據(jù)所需生化污水循環(huán)流量調(diào)節(jié)生化污水循環(huán)泵流量，根據(jù)所需冷卻水循環(huán)流量調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)泵流量。本發(fā)明的控制方法綜合了生化系統(tǒng)的諸多影響因素，控制精準(zhǔn)可靠，且能自動控制，減少了人為誤差導(dǎo)致的能源損耗，也降低了人工成本�；�于本發(fā)明廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法的控制裝置，操作簡單、自動化程度高，可以自動化精確調(diào)控生化池溫度參數(shù)。

權(quán)利要求書

1.一種廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、獲取生化系統(tǒng)的進水熱效應(yīng)Q1、水泵熱效應(yīng)Q2、生化反應(yīng)放熱量Q3和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量Q4；S2、根據(jù)進水熱效應(yīng)Q1、水泵熱效應(yīng)Q2、生化反應(yīng)放熱量Q3和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量Q4得到生化系統(tǒng)降溫所需換熱量Qsum；S3、根據(jù)所需換熱量Qsum得到換熱時所需生化污水循環(huán)流量QH和所需冷卻水循環(huán)流量QC；S4、根據(jù)所需生化污水循環(huán)流量QH調(diào)節(jié)生化污水循環(huán)泵流量QH1，根據(jù)所需冷卻水循環(huán)流量QC調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)泵流量QC1。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于：步驟S4中，調(diào)節(jié)的終點為：所需生化污水循環(huán)流量QH與生化污水循環(huán)泵流量QH1的比值為0.95～1.05；和/或，所需冷卻水循環(huán)流量QC與冷卻水循環(huán)泵流量QC1的比值為0.95～1.05。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于：步驟S1中，所述進水熱效應(yīng)Q1、水泵熱效應(yīng)Q2、生化反應(yīng)放熱量Q3和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量Q4根據(jù)生化系統(tǒng)的進水參數(shù)、曝氣的進氣參數(shù)、運行參數(shù)和其它相關(guān)參數(shù)得到；所述進水參數(shù)包括進水溫度和進水流量，還包括進水COD值或進水BOD值中至少一種，進水氨氮值或進水總氮值中至少一種；所述進氣參數(shù)包括進氣流量，所述運行參數(shù)包括生化池內(nèi)生化污水的溫度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于：步驟S1中，所述其它相關(guān)參數(shù)包括所在地區(qū)的大氣壓力、生化系統(tǒng)反硝化速率、生化污水的控制目標(biāo)溫度范圍、水的比熱容、生化池附屬水泵軸功率、硝化反應(yīng)熱效應(yīng)系數(shù)，反硝化反應(yīng)熱效應(yīng)系數(shù)、COD氧化反應(yīng)熱效應(yīng)系數(shù)、環(huán)境空氣含水量、風(fēng)機鼓風(fēng)溫度、水垢系數(shù)、換熱器傳熱系數(shù)、換熱器換熱面積、修正系數(shù)；所述生化系統(tǒng)反硝化速率為0.02～0.13NO3-N/kgMLSS/d，所述生化污水的控制目標(biāo)溫度范圍32℃～36℃，所述生化池附屬水泵軸功率總和的50%～99%轉(zhuǎn)化為熱能，所述生化池附屬水泵包括進水泵、生化污水循環(huán)泵、射流泵、消泡泵、硝酸鹽回流泵及超濾回流泵；所述風(fēng)機鼓風(fēng)溫度為40℃～150℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于：步驟S2中，得到生化系統(tǒng)降溫所需換熱量的公式為：Qsum=Q1+Q2+Q3+Q4（1）其中，Q1為進水熱效應(yīng)，Q2為水泵熱效應(yīng)，Q3為生化反應(yīng)放熱量，Q4為鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于：步驟S3中，得到所需生化污水循環(huán)流量的公式為：QH=（Qsum/1.16）/Δt（2）其中，QH為所需生化污水循環(huán)流量；Qsum為所需換熱量；Δt為冷卻塔降溫幅度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于：得到進水熱效應(yīng)的公式為：Q1=Q×C水×（T1-T2）（1-1）其中，Q為進水流量；C水為水的比熱容；T1為進水溫度；T2為生化污水溫度；得到水泵熱效應(yīng)的公式為：Q2=(P1+P2+P3+P4)×β（1-2）其中，P1為進水泵軸功率；P2為射流泵軸功率；P3為硝酸鹽回流泵和超濾回流泵的軸功率；P4為生化污水循環(huán)泵軸功率；β為熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)；得到生化反應(yīng)放熱量的公式為：Q3=Rl+R2+R3（1-3）其中，Rl為硝化反應(yīng)放熱量；R2為反硝化反應(yīng)放熱量；R3為COD氧化反應(yīng)放熱量；得到硝化反應(yīng)放熱量的公式為：Rl=a×Q×Na（1-3-1）其中，a為硝化反應(yīng)熱效應(yīng)；Na為進水氨氮濃度；得到反硝化反應(yīng)放熱量的公式為：R2=b×Q×Na×γ（1-3-2）其中，b為反硝化反應(yīng)熱效應(yīng)；γ為反硝化率；得到COD氧化反應(yīng)放熱量的公式為：R3=c×Q×（S1-S2-S3）（1-3-3）其中，c為COD氧化反應(yīng)熱效應(yīng)；S1為進水COD濃度；S2為出水COD濃度；S3為進水BOD濃度；得到鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量的公式為：Q4=（h1-h2）×q×r0（1-4）h1=T5+X（2500+1.86×T5）/1000h2=0.0023×T23-0.078×T22+3.6857×T2-3.1143r0=-0.0046×T0+1.2714其中，q為鼓風(fēng)風(fēng)量；T5為風(fēng)機鼓風(fēng)溫度；X為環(huán)境空氣含水量；T0為環(huán)境溫度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，其特征在于：所述其它相關(guān)參數(shù)還包括冷卻循環(huán)水的電導(dǎo)率最高閾值σmax和最低閾值σmin；所述步驟還包括：獲取冷卻循環(huán)水的電導(dǎo)率值σ，將σ與預(yù)設(shè)的電導(dǎo)率最高閾值σmax和最低閾值σmin進行比較；當(dāng)σ≥σmax時，控制冷卻塔排水，同時補充新鮮水；當(dāng)σ≤σmin時，停止冷卻塔排水，同時停止補充新鮮水。

9.一種廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫裝置，包括進水單元（1）、生化單元（2）、冷卻單元（3）和控制單元（4），其特征在于：所述進水單元（1）包括進水泵（11）、進水管（12）和進水參數(shù)檢測儀，所述進水參數(shù)檢測儀位于進水管（12）上，包括進水溫度傳感器（121）、進水流量計（122）、COD在線檢測儀（123）和氨氮在線檢測儀（124）；所述生化單元（2）包括生化池（21）、曝氣風(fēng)機（22）、曝氣管（23）和進氣參數(shù)檢測儀，所述曝氣管（23）用于將曝氣風(fēng)機（22）與生化池（21）連通，所述進氣參數(shù)檢測儀位于曝氣管（23）上，包括進風(fēng)流量計（231），生化池（21）內(nèi)還設(shè)有生化污水溫度傳感器（211），所述進水管（12）的出口與生化池（21）連通；所述冷卻單元（3）包括生化污水循環(huán)泵（31）、換熱器（32）、生化污水循環(huán)管（33）、冷卻塔（34）、冷卻水循環(huán)泵（35）和冷卻水循環(huán)管（36），所述生化污水循環(huán)管（33）將生化池（21）、生化污水循環(huán)泵（31）與換熱器（32）的熱側(cè)管道連通，所述生化污水循環(huán)管（33）上設(shè)有生化污水循環(huán)流量計（331），所述冷卻水循環(huán)管（36）將冷卻塔（34）、冷卻水循環(huán)泵（35）與換熱器（32）的冷側(cè)管道連通，冷卻水循環(huán)管（36）上設(shè)有冷卻水循環(huán)流量計（361）；所述進水參數(shù)檢測儀、進氣參數(shù)檢測儀、生化污水循環(huán)泵（31）、冷卻水循環(huán)泵（35）分別與控制單元（4）連接，所述控制單元（4）編寫有控制程序，所述控制程序用于執(zhí)行權(quán)利要求1～8任一項所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫裝置，其特征在于：所述冷卻單元（3）還包括電導(dǎo)率檢測儀（37）、補水泵（38）、補水管（39）和排污管（30），所述電導(dǎo)率檢測儀（37）用于檢測循環(huán)冷卻水的電導(dǎo)率，所述補水管將冷卻塔（34）、補水泵（38）與外部水源連通，所述排污管（30）位于冷卻塔（34）的集水池底部，排污管（30）上設(shè)有排污閥（301）；所述電導(dǎo)率檢測儀（37）、補水泵（38）、排污閥（301）分別與控制單元（4）或一另設(shè)的控制器（5）連接。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種控制精準(zhǔn)、自動化程度高的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法及裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，包括以下步驟：S1、獲取生化系統(tǒng)的進水熱效應(yīng)Q1、水泵熱效應(yīng)Q2、生化反應(yīng)放熱量Q3和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量Q4；S2、根據(jù)進水熱效應(yīng)Q1、水泵熱效應(yīng)Q2、生化反應(yīng)放熱量Q3和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量Q4得到生化系統(tǒng)降溫所需換熱量Qsum；S3、根據(jù)所需換熱量Qsum得到換熱時所需生化污水循環(huán)流量QH和所需冷卻水循環(huán)流量QC；S4、根據(jù)所需生化污水循環(huán)流量QH調(diào)節(jié)生化污水循環(huán)泵流量QH1，根據(jù)所需冷卻水循環(huán)流量QC調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)泵流量QC1。

進一步改進的：步驟S4中，調(diào)節(jié)的終點為：所需生化污水循環(huán)流量QH與生化污水循環(huán)泵流量QH1的比值為0.95～1.05；和/或，所需冷卻水循環(huán)流量QC與冷卻水循環(huán)泵流量QC1的比值為0.95～1.05。

進一步改進的：步驟S1中，所述進水熱效應(yīng)Q1、水泵熱效應(yīng)Q2、生化反應(yīng)放熱量Q3和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量Q4根據(jù)生化系統(tǒng)的進水參數(shù)、曝氣的進氣參數(shù)、運行參數(shù)和其它相關(guān)參數(shù)得到；所述進水參數(shù)包括進水溫度和進水流量，還包括進水COD值或進水BOD值中至少一種，進水氨氮值或進水總氮值中至少一種；所述進氣參數(shù)包括進氣流量，所述運行參數(shù)包括生化池內(nèi)生化污水的溫度。

進一步改進的：步驟S1中，所述其它相關(guān)參數(shù)包括所在地區(qū)的大氣壓力、生化系統(tǒng)反硝化速率、生化污水的控制目標(biāo)溫度范圍、水的比熱容、生化池附屬水泵軸功率、硝化反應(yīng)熱效應(yīng)系數(shù)，反硝化反應(yīng)熱效應(yīng)系數(shù)、COD氧化反應(yīng)熱效應(yīng)系數(shù)、環(huán)境空氣含水量、風(fēng)機鼓風(fēng)溫度、水垢系數(shù)、換熱器傳熱系數(shù)、換熱器換熱面積、修正系數(shù)。

進一步改進的：所述生化系統(tǒng)反硝化速率為0.02～0.13NO3-N/kgMLSS/d；所述生化污水的控制目標(biāo)溫度范圍32℃～36℃，所述生化池附屬水泵軸功率總和的50%～99%轉(zhuǎn)化為熱能，所述生化池附屬水泵包括進水泵、生化污水循環(huán)泵、射流泵、消泡泵、硝酸鹽回流泵及超濾回流泵；所述風(fēng)機鼓風(fēng)溫度為40℃～150℃。

進一步改進的：步驟S2中，得到生化系統(tǒng)降溫所需換熱量的公式為：Qsum=Q1+Q2+Q3+Q4（1）其中，Q1為進水熱效應(yīng)，Q2為水泵熱效應(yīng)，Q3為生化反應(yīng)放熱量，Q4為鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量。

進一步改進的：步驟S3中，得到所需生化污水循環(huán)流量的公式為：QH=（Qsum/1.16）/Δt（2）其中，QH為所需生化污水循環(huán)流量；Qsum為所需換熱量；Δt為冷卻塔降溫幅度。

進一步改進的：得到進水熱效應(yīng)的公式為：Q1=Q×C水×（T1-T2）（1-1）其中，Q為進水流量；C水為水的比熱容；T1為進水溫度；T2為生化污水溫度。

進一步改進的：得到水泵熱效應(yīng)的公式為：Q2=(P1+P2+P3+P4)×β（1-2）其中，P1為進水泵軸功率；P2為射流泵軸功率；P3為硝酸鹽回流泵和超濾回流泵的軸功率；P4為生化污水循環(huán)泵軸功率；β為熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)。

進一步改進的：得到生化反應(yīng)放熱量的公式為：Q3=Rl+R2+R3（1-3）其中，Rl為硝化反應(yīng)放熱量；R2為反硝化反應(yīng)放熱量；R3為COD氧化反應(yīng)放熱量。

進一步改進的：得到硝化反應(yīng)放熱量的公式為：Rl=a×Q×Na（1-3-1）其中，a為硝化反應(yīng)熱效應(yīng)；Na為進水氨氮濃度。

進一步改進的：得到反硝化反應(yīng)放熱量的公式為：R2=b×Q×Na×γ（1-3-2）其中，b為反硝化反應(yīng)熱效應(yīng)；γ為反硝化率。

進一步改進的：得到COD氧化反應(yīng)放熱量的公式為：R3=c×Q×（S1-S2-S3）（1-3-3）其中，c為COD氧化反應(yīng)熱效應(yīng)；S1為進水COD濃度；S2為出水COD濃度；S3為進水BOD濃度。

進一步改進的：得到鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量的公式為：Q4=（h1-h2）×q×r0（1-4）h1=T5+X（2500+1.86×T5）/1000h2=0.0023×T23-0.078×T22+3.6857×T2-3.1143r0=-0.0046×T0+1.2714其中，q為鼓風(fēng)風(fēng)量；T5為風(fēng)機鼓風(fēng)溫度；X為環(huán)境空氣含水量；T0為環(huán)境溫度。

進一步改進的：所述其它相關(guān)參數(shù)還包括冷卻循環(huán)水的電導(dǎo)率最高閾值σmax和最低閾值σmin；所述步驟還包括：獲取冷卻循環(huán)水的電導(dǎo)率值σ，將σ與預(yù)設(shè)的電導(dǎo)率最高閾值σmax和最低閾值σmin進行比較；當(dāng)σ≥σmax時，控制冷卻塔排水，同時補充新鮮水；當(dāng)σ≤σmin時，停止冷卻塔排水，同時停止補充新鮮水。

作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫裝置，包括進水單元、生化單元、冷卻單元和控制單元，所述進水單元包括進水泵、進水管和進水參數(shù)檢測儀，所述進水參數(shù)檢測儀位于進水管上，包括進水溫度傳感器、進水流量計、COD在線檢測儀和氨氮在線檢測儀；所述生化單元包括生化池、曝氣風(fēng)機、曝氣管和進氣參數(shù)檢測儀，所述曝氣管用于將曝氣風(fēng)機與生化池連通，所述進氣參數(shù)檢測儀位于曝氣管上，包括進風(fēng)流量計，生化池內(nèi)還設(shè)有生化污水溫度傳感器，所述進水管的出口與生化池連通；所述冷卻單元包括生化污水循環(huán)泵、換熱器、生化污水循環(huán)管、冷卻塔、冷卻水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)管，所述生化污水循環(huán)管將生化池、生化污水循環(huán)泵與換熱器的熱側(cè)管道連通，所述生化污水循環(huán)管上設(shè)有生化污水循環(huán)流量計，所述冷卻水循環(huán)管將冷卻塔、冷卻水循環(huán)泵與換熱器的冷側(cè)管道連通，冷卻水循環(huán)管上設(shè)有冷卻水循環(huán)流量計；所述進水參數(shù)檢測儀、進氣參數(shù)檢測儀、生化污水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵分別與控制單元連接，所述控制單元編寫有控制程序，所述控制程序用于執(zhí)行上述的廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法。

進一步改進的：所述冷卻單元還包括電導(dǎo)率檢測儀、補水泵、補水管和排污管，所述電導(dǎo)率檢測儀用于檢測循環(huán)冷卻水的電導(dǎo)率，所述補水管將冷卻塔、補水泵與外部水源連通，所述排污管位于冷卻塔的集水池底部，排污管上設(shè)有排污閥；所述電導(dǎo)率檢測儀、補水泵、排污閥分別與控制單元或一另設(shè)的控制器連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1）本發(fā)明廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫控制方法，先根據(jù)生化系統(tǒng)進水熱效應(yīng)、水泵熱效應(yīng)、生化反應(yīng)放熱量和鼓風(fēng)曝氣熱傳導(dǎo)熱量得到生化系統(tǒng)降溫至目標(biāo)溫度所需的換熱量，再根據(jù)所需換熱量得到換熱時所需生化污水循環(huán)流量和所需冷卻水循環(huán)流量；最后根據(jù)所需生化污水循環(huán)流量調(diào)節(jié)生化污水循環(huán)泵流量，根據(jù)所需冷卻水循環(huán)流量調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)泵流量。本發(fā)明的控制方法綜合影響生化系統(tǒng)熱效應(yīng)的多個關(guān)鍵因素，得到降至目標(biāo)溫度所需的目標(biāo)換熱量，根據(jù)熱平衡等量關(guān)系，換熱時生化系統(tǒng)釋放的熱量等于冷卻水吸收的熱量，得出換熱器的熱側(cè)介質(zhì)和冷側(cè)介質(zhì)的目標(biāo)循環(huán)流量，根據(jù)目標(biāo)循環(huán)流量來調(diào)節(jié)控制實際循環(huán)流量。相比傳統(tǒng)方式通過生化池單一的溫度反饋控制，本發(fā)明的控制方法克服了現(xiàn)有技術(shù)由于池容過大，短時間內(nèi)難以混合均勻，導(dǎo)致反饋參數(shù)與實際參數(shù)存在較大偏差，無法準(zhǔn)確調(diào)控的技術(shù)缺陷。本發(fā)明通過換熱目標(biāo)循環(huán)流量調(diào)節(jié)實際循環(huán)流量的控制方法，由于綜合了諸多影響因素，控制更精準(zhǔn)可靠，可以確保生化池內(nèi)的溫度處于一個相對穩(wěn)定的工況，使生化池內(nèi)的溫度波動幅度基本不超過1℃。

（2）本發(fā)明的控制方法通過關(guān)鍵參數(shù)信號、邏輯運算的方式控制生化池內(nèi)降溫時生化污水循環(huán)流量和冷卻水循環(huán)流量，進而達到控制生化池內(nèi)溫度指標(biāo)的目的，可完全自動化運行，操作簡單，減少了因操作人員的技術(shù)能力差異引起的不必要的能源損耗及其它不確定性因素的影響，也因此降低了人工成本。

（3）本發(fā)明的控制方法通過電導(dǎo)率反饋控制方式，對冷卻循環(huán)水進行及時換新，實時監(jiān)測調(diào)控冷卻循環(huán)水的電導(dǎo)率在適當(dāng)?shù)姆秶�，避免冷卻水因循環(huán)蒸發(fā)引起水中鈣鎂離子和氯離子富集導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢及腐蝕問題。

（4）本發(fā)明廢水處理生化系統(tǒng)自動降溫裝置，在現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上增設(shè)了多種進水參數(shù)檢測儀、進氣參數(shù)檢測儀，電氣元件及控制單元，用于實現(xiàn)本發(fā)明的控制方法，以達到精準(zhǔn)調(diào)控生化池內(nèi)溫度參數(shù)的效果。本發(fā)明的裝置可以實現(xiàn)自動化精確調(diào)控生化池溫度參數(shù)，讓微生物處于一個相對恒定的溫度工況，提高微生物的活性及降解污染物速率，同時操作簡單，可減少因操作人員技術(shù)能力的差異引起的能源損耗和減少不確定性因素的影響。

（5）本發(fā)明的裝置在冷卻單元增設(shè)了電導(dǎo)率檢測儀、排污部件、補水部件及控制連接部件，通過實時監(jiān)測控制冷卻循環(huán)水的電導(dǎo)率指標(biāo)，及時排出冷卻塔濃水，補充新鮮水，使電導(dǎo)率控制在適當(dāng)?shù)姆秶�，達到防止鈣鎂離子在換熱器結(jié)垢及氯離子腐蝕冷卻塔的問題，因為冷卻水在循環(huán)過程中會逐漸蒸發(fā)，會導(dǎo)致水中的鈣鎂離子和氯離子富集，當(dāng)富集到一定濃度后，鈣鎂離子將在換熱器內(nèi)壁結(jié)垢，氯離子將對冷卻塔有一定的腐蝕作用。

（發(fā)明人：田黎黎;肖冬杰;高新;戴宇霆）