一种垃圾渗滤液曝气控制方法及系统

技术领域

本发明主要涉及垃圾渗滤液处理技术领域，具体涉及一种垃圾渗滤液曝气控制方法及系统。

背景技术

在垃圾渗滤液处理中，以一年为周期内，会存在水量与水质反复剧烈变动的情况。一般而言，在夏季受降雨量较大及垃圾成分影响，渗滤液水量大且污染物浓度较低，在冬季时则完全相反；春秋季节则处于持续的水量与水质波动工况。生化作为渗滤液常规处理方式一直得以广泛使用，而其的曝气量同时受到水量与水质的双重影响，一般采用经验控制。该方式往往难以实现对生化曝气的精准控制，受到操控人员经验的影响，且抗水质波动能力较差，实质的调节往往延迟或处于过曝欠曝状态，导致生化出水指标稳定性较差。同时，受限于垃圾组分及处理方式，渗滤液水质及C/N比存在较大波动，如何在源头直接控制C/N比含量使其在源头实现最优碳氮比是控制曝气量的另一关键因素。

现有各类方案在实际运用过程中在水质水量波动或设备老化时，在实时风量计算、源头风量控制及生化曝气风量控制部分仍存在控制精度不够的问题。另外，目前未有方案可同时实现源头风量控制、实时风量计算及生化曝气过程反馈控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、控制精准的垃圾渗滤液曝气控制方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种垃圾渗滤液曝气控制方法，包括步骤：

S1、获取预定间隔时间段内生物池的进水流量和进水污染物浓度，并根据进水流量和进水污染物浓度得到垃圾渗滤液处理所需要的初始曝气量；

S2、获取垃圾滤波液的生物池的状态信息；其中状态信息包括温度、液位、电导率、逃逸气体氧气含量和对应的大气压力；

S3、根据生物池的状态信息对初始曝气量进行调整，得到最终曝气量；

S4、根据最终曝气量对生物池的垃圾渗滤液进行曝气控制。

优选地，步骤S1的具体过程为：

初始曝气量AOR为：AOR＝OC*CT+4.57NT-2.86NTO；

其中OC为去除单位CODcr的氧气耗量；

CT为每个预定间隔时间段需要去除的污染物浓度；其中CT＝(生物池进水污染物浓度-生物池出水污染物标准浓度)*进水流量；

NT为生物池的好氧池预定间隔时间段加入的硝化氨氮量；

NTO为生物池预定间隔时间段的反硝化硝酸盐量。

优选地，步骤S3的具体过程为：

S31、根据好氧池的温度、液位、逃逸气体氧气含量和对应的大气压力，得到好氧池水中平均氧浓度；

S32、根据好氧池水中平均氧浓度、电导率和初始曝气量，得到实际氧气转移速率，进而得到好氧池曝气所需最终曝气量。

优选地，在步骤S31中，得到水中平均氧浓度的具体公式为：

其中Csm为水中平均氧浓度；Ot为逃逸气体氧气含量；

其中Cs为指定温度下压力修正后的饱和溶解氧浓度，根据指定温度下饱和溶解氧浓度和大气压力得到；

其中Pb为曝气头安装处绝对压力，根据好氧池的液位和大气压力得到。

优选地，在步骤S32中，得到实际氧气转移速率的具体公式为：

其中NO为实际氧气转移速率；α为水质转移系数；β为盐分系数，根据电导率转换得到；C0为设定的好氧池最低溶解氧数值。

优选地，在步骤S4中，获取垃圾渗滤液的缺氧池的ORP值，并根据ORP值调整好氧池回流至缺氧池的硝酸盐流量或/和好氧池的曝气量。

本发明还公开了一种垃圾渗滤液曝气系统，包括调节池、碳源池、生物池、超滤池、参数检测单元、风机单元和控制单元；所述碳源池和调节池均与所述生物池连通，所述生物池与所述超滤池连通；所述生物池包括缺氧池和好氧池，所述缺氧池与好氧池之间配置有硝酸盐回流泵；所述风机单元与所述好氧池相连；所述参数检测单元与所述控制单元相连，用于检测生物池的进水流量、进水污染物浓度和好氧池的参数信息，所述参数信息包括温度、液位、电导率、逃逸气体氧气含量和对应的大气压力；所述控制单元与所述风机单元相连，用于根据如上所述的垃圾渗滤液曝气控制方法对生物池的垃圾渗滤液进行曝气控制。

优选地，所述调节池和碳源池均通过均衡池与所述生物池连通，所述调节池与均衡池之间配置有调节泵，所述碳源池与均衡池之间配置有碳源泵；所述调节池连接有稀释单元，所述稀释单元连接纯水单元；还包括浓度检测单元，所述浓度检测单元与所述控制单元相连，用于检测所述调节池的进水污染物浓度并发送至控制单元，所述控制单元根据所述进水污染物浓度控制所述碳源泵的流量。

优选地，还包括ORP检测单元，所述ORP检测单元与所述控制单元相连，用于检测缺氧池的ORP值并发送至控制单元，所述控制单元根据ORP值调整硝酸盐回流泵的流量或/和风机单元的风量。

优选地，还包括CODcr检测单元、氨氮检测单元与溶解氧检测单元；所述CODcr检测单元用于检测超滤池或二沉池的在线CODcr值；所述氨氮检测单元用于检测超滤池或二沉池的氨氮值；所述溶解氧检测单元用于在线检测好氧池的溶解氧值；所述控制单元分别与CODcr检测单元、氨氮检测单元与溶解氧检测单元相连，用于根据在线CODcr值、氨氮值和溶解氧值调整风机单元的风量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过获取预定间隔时间段内生物池的进水流量和进水污染物浓度，并根据进水流量和进水污染物浓度得到垃圾渗滤液处理所需要的初始曝气量；然后再根据检测到的生物池的温度、液位、大气压力和电导率等状态信息对上述初始曝气量进行修正，得到最终曝气量来对好氧池进行曝气控制，能够实现对波动水质的精准控制；整体采用理论计算和检测反馈的总体框架，操作简便且控制精准，无需预先设定水量及水质参数，可实时进行风量计算且具备水质变化及设备老化的控制措施，能实现在波动工况下的生化曝气精准控制，解决在垃圾渗滤液或反复变动水质及水量工况下的生化系统曝气节能与风量精准控制问题。

附图说明

图1为本发明的曝气系统在实施例的方框结构图。

图2为本发明的控制方法在实施例的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的垃圾渗滤液曝气系统，包括调节池、碳源池、生物池、超滤池、参数检测单元、风机单元和控制单元；碳源池和调节池均与生物池连通，生物池与超滤池连通；生物池包括缺氧池(A池)和好氧池(O池)，缺氧池与好氧池之间配置有硝酸盐回流泵；风机单元与好氧池相连；参数检测单元与控制单元相连，用于检测好氧池的参数信息，参数信息包括温度、液位、电导率、逃逸气体氧气含量和对应的大气压力；控制单元与风机单元相连，用于根据参数信息控制风机单元通入至好氧池的曝气量。其中风机单元包括风机、风管、曝气头和阀门，风机通过风管与曝气头相连，阀门则位于风管上；风机为罗茨或者离心风机；风管为常规钢管；阀门为线性或比例调节阀，安装于O池入池管道的每个曝气支路；曝气方式为射流曝气或微孔曝气；控制单元为收集各类在线数据信息并实现数据处理、风机控制、阀门调节与报警的控制中心。

具体地，调节池主要收集需处理的原始污水；碳源池主要储存碳源用于补充生化所需的有机物以维持生化进水碳氮比；生物池为传统AO工艺，包括缺氧池和好氧池。其中调节池和碳源池均通过均衡池与生物池连通，调节池与均衡池之间配置有调节泵，碳源池与均衡池之间配置有碳源泵。

另外还包括前馈模块、中馈模块和后馈模块。其中前馈模块主要包括稀释单元、纯水投加泵、在线氨氮监测单元、在线CODcr监测单元和流量监测单元；中馈模块包括在线ORP监测单元、在线电导率检测单元、液位计、在线溶解氧及在线氧气检测仪；后馈模块主要包括在线氨氮监测单元及在线CODcr监测单元。

在前馈模块中，稀释单元负责定时抽取调节池污水，并与纯水按设定比例混合后送至前馈模块进行分析，得到的检测数据反馈至控制单元。定时设置间隔时间为1-120min，混合比例为0-500倍。同时，前馈模块中包含调节池出水流量计、碳源池出水流量计及均衡池出水流量计。

在中馈模块中，在线ORP监测单元安装于A池液面以下，在线溶解氧安装于O池液面以下，在线电导率检测单元安装于O池至A池回流管(可同步监测水温)，液位计安装于O池，氧气检测仪安装于O池液面以上20-100cm。

在后馈模块中，在线氨氮监测单元和在线CODcr监测单元安装于超滤清液罐或二沉池出水口。

风机单元的风机单独安装于风机房，风机房内安装有气压及气温传感器。风管由风机出口接出(多台风机时由母管接出，每台风机出口安装有气体流量计)，母管至生物池的顶部后接出多路分支管道进入O池，每根分支管道均设置线性或比例调节阀。

所有监测或检测单元均与控制单元相连，前中后馈模块的在线数据经控制单元处理后反馈相应调控操作至相应阀门和泵等设备，当超出设定值时发出报警。

如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于如上所述的垃圾渗滤液曝气系统的垃圾渗滤液曝气控制方法，包括步骤：

S1、获取预定间隔时间段内生物池的进水流量和进水污染物浓度，并根据进水流量和进水污染物浓度得到垃圾渗滤液处理所需要的初始曝气量；

S2、获取垃圾滤波液的生物池的状态信息；其中状态信息包括温度、液位、电导率、逃逸气体氧气含量和对应的大气压力；

S3、根据生物池的状态信息对初始曝气量进行调整，得到最终曝气量；

S4、根据最终曝气量对生物池的垃圾渗滤液进行曝气控制。

在一具体实施例中，实时检测进水进水污染物浓度，并根据进水污染物浓度来控制加入碳源的量以维持生化进水碳氮比。具体过程为：预选设定碳源池水泵流量、碳源池CODcr值、碳源池氨氮值、稀释装置比例、调节池进水抽取间隔、计算间隔、适宜进水CODcr值、适宜进水氨氮值、进水C/N比要求、单台风机最小及最大流量、允许ORP最大最小值、允许溶解氧最大最小值、污泥浓度、允许氧气浓度最大最小值、允许氨氮及有机物最大最小值；

按既定的调节池抽取间隔抽取污水，污水经设定比例稀释后进行污染物浓度检测；

按计算间隔时间，由公式A得出计算间隔时期内的进水有机物与氨氮算术平均值：

公式A:

进水污染物浓度(进水CODcr)：mg/L；单次污染物浓度：mg/L；抽取间隔：mi n；计算间隔时间：mi n；

求取进水CODcr与氨氮数值后，进一步按公式B求得进水C/N：

公式B：

当进水CODcr与氨氮数值超出适宜范围或C/N超出设定要求时，进行报警；当C/N比满足设定要求范围时，碳源泵在下一个计算间隔内不启动；

当进水碳氮比低于设定要求时，碳源泵在下个计算间隔内启动，流量由公式C得出：

公式C：

其中碳源泵流量：m

原N：原始污水中氨氮浓度，mg/L；

原C：原始污水中CODcr浓度，mg/L；

碳C：碳源设定CODcr浓度，mg/L；

碳N：碳源设定氨氮浓度，mg/L；

a：适宜C/N，设定范围最大最小值之和的一半；

Q：计算间隔内流经流量计的原水总体积，m

t：计算间隔，h；

碳源泵的启停及流量控制在每个计算间隔内按上述过程执行，所有数据反馈至控制单元。

在一具体实施例中，步骤S1的具体过程为：

初始曝气量AOR为：AOR＝OC*CT+4.57NT-2.86NTO；

其中OC为去除单位CODcr的氧气耗量；

CT为每个预定间隔时间段需要去除的污染物浓度；其中CT＝(生物池进水污染物浓度-生物池出水污染物标准浓度)*进水流量；

NT为生物池的好氧池预定间隔时间段加入的硝化氨氮量；

NTO为生物池预定间隔时间段的反硝化硝酸盐量。

在一具体实施例中，步骤S3的具体过程为：

S31、根据好氧池的温度、液位、逃逸气体氧气含量和对应的大气压力，得到好氧池水中平均氧浓度；

S32、根据好氧池水中平均氧浓度、电导率和初始曝气量，得到实际氧气转移速率，进而得到好氧池曝气所需最终曝气量。

在一具体实施例中，在步骤S31中，得到好氧池水中平均氧浓度的具体公式为：

其中Csm为水中平均氧浓度；Ot为逃逸气体氧气含量；

其中Cs为指定温度下压力修正后的饱和溶解氧浓度，根据指定温度下饱和溶解氧浓度和大气压力得到；具体地，Cs＝Ct*ρ，Cs：指定温度下压力修正饱和溶解氧浓度；Ct:指定温度下饱和溶解氧浓度；ρ为压力修正系数，

其中Pb为曝气头安装处绝对压力，根据好氧池的液位和大气压力得到；具体地，Pb＝Pa+H/10，Pb为曝气头安装处绝对压力；Pa:当地实时大气压；H：实际水深。

在一具体实施例中，在步骤S32中，得到实际氧气转移速率的具体公式为：

其中NO为实际氧气转移速率；α为水质转移系数；β为盐分系数，根据电导率转换得到；C0为设定的好氧池最低溶解氧数值。

进一步地，再根据实际氧气转移速率得到氧池曝气所需实际空气量Gs(最终曝气量)：

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其中Ea为风机单元设计效率。

在一具体实施例中，步骤S4的具体过程为：在每一个计算间隔周期内计算得到实际空气量后，按单台风机最大稳定风量(设定值)的85％得出风机启动数量；当启动风机时，同步记录风机运行时间。

控制单元连续性监控单台风量，保证单台风机风量不低于设定风量的60％，不高于设定风量95％；通过对在运风机的同步增减频率(0.5HZ/30～60s)，使得风量达到计算风量±0.5～5％，并稳定2～10分钟。

在一具体实施例中，在步骤S4中，获取垃圾渗滤液的缺氧池的ORP值，并根据ORP值调整好氧池回流至缺氧池的硝酸盐流量或/和好氧池的曝气量。同时，获取垃圾渗滤液的超滤池或二沉池的在线CODcr值、氨氮值及好氧池的溶解氧值，并根据在线CODcr值、氨氮值及溶解氧值调整好氧池的曝气量。具体过程如下：

(1)当A池的ORP值超过设定下限时，按5％～10％/计算间隔提高硝酸盐回流泵流量，最高调整至硝盐酸回流比不超过20～30倍。当ORP检测超过上限时，按2.5～10％/计算间隔降低硝酸盐回流泵流量并按1～5％/1～2小时同步降低O池所有支管阀门开度。当硝酸盐回流比降低至10～19倍时，不再调整硝酸盐回流比流量，所有支管阀门开度按5～10％/1～2小时减小；

(2)当O池检测到溶解氧超过设定上限时，按每1～5％/1～2h开度减小O池曝气管阀门开度；当低于下限时，按2～10％/1～2h开度提高曝气管阀门开度，当阀门全开时，按每0.5～2HZ/30～60min提高风机运行频率。

(3)当超滤或二沉池出水在线监测氨氮超过设定上限时，按每1～5％/1～2h开度提高曝气管阀门开度；当间隔时段内平均值超过设定上限时，按5～10％/1～2h开度提高曝气管阀门开度；当阀门全开时按每0.5～2HZ/30～120min提高风机运行频率。当所有风机均为设定最高风量运行时，系统发出报警并关闭均衡池进水泵。

(4)当超滤或二沉池出水在线CODcr计算间隔均值超过设定上限时，系统进一步评估实际风量与计算风量百分比，当超过10～15％时按5～10％/2～4h提高硝化回流泵流量并发出提示(但优先级低于(1))。

(5)当风机母管压力大于设定压力2.5～10％时，发出报警并以0.2～0.5HZ/30s的速率降低在运风机频率。当母管压力低于设定压力5～10％时，系统发出报警。

(6)任意情况下，实际总风量与计算风量的比值超过0.90～1.05时，发出提示，超过0.8～1.2时系统发出报警。

(7)任意情况下，当氧气浓度高于最大设定值或O池液位低于设计值70％时，发出报警。

在一具体实施例中，各风机的控制逻辑如下：当在运风机风量均降低至设定风量的60％且持续超过2～6个计算间隔，运行时长最高的风机按1HZ/30s降低至最小频率,以降低前总风量的95％～105％为控制目标，按0.5HZ/30s提升其余风机运行频率。当降频风机至最低频率运行5～10分钟，降频风机关停，其余风机按0.5HZ/30s调整运行频率至总风量达到控制目标，稳定1～10分钟，随后进入间隔控制。

当在运风机风量均达到95％，且在一个计算间隔内触发风机增频达到2次以上，启动新风机。启动后新风机按2HZ/5～10s速率提高风机运行频率，原投用风机按1HZ/5～15s降低频率。至两者频率相同后，进一步按0.2hz/1min调控总风量至启动前105～110％，稳定1～10分钟，随后进入间隔控制。

本发明通过获取预定间隔时间段内生物池的进水流量和进水污染物浓度，并根据进水流量和进水污染物浓度得到垃圾渗滤液处理所需要的初始曝气量；然后再根据检测到的生物池的温度、液位、大气压力和电导率等状态信息对上述初始曝气量进行修正，得到最终曝气量来对好氧池进行曝气控制，能够实现对波动水质的精准控制；整体采用理论计算和检测反馈的总体框架，操作简便且控制精准，无需预先设定水量及水质参数，可实时进行风量计算且具备水质变化及设备老化的控制措施，能实现在波动工况下的生化曝气精准控制，解决在垃圾渗滤液或反复变动水质及水量工况下的生化系统曝气节能与风量精准控制问题。

以下结合两个完整的具体实施例来对本发明作进一步详细描述。

实施例一：碳源投加模式

设定碳源池水泵流量为5～15m

间隔控制中进一步设定为：

(1)当ORP检测超过设定下限时，按6％/计算间隔提高硝酸盐回流泵流量，最高至25倍。当ORP检测超过上限时，按3％/计算间隔段降低硝酸盐回流泵流量并按2％/1小时同步降低O池所有支管阀门开度。当硝酸盐回流比降低至15倍时，不再调整硝酸盐回流比流量，所有支管阀门开度按5％/1小时减小；

(2)当O池检测到溶解氧超过设定上限时，按每2％/1h开度减小O池曝气管阀门开度；当低于下限时，按5％/1h开度提高曝气管阀门开度，当阀门全开时，按每1HZ/30min提高风机运行频率。

(3)当超滤或二沉池出水在线监测氨氮超过设定上限时，按每1％/1h开度提高曝气管阀门开度；当计算间隔内平均值超过设定上限时，按5％/1h开度提高曝气管阀门开度；当阀门全开时按按每1HZ/90min提高风机运行频率。

(4)当超滤或二沉池出水在线CODcr计算间隔均值超过设定上限时，系统进一步评估实际风量与计算风量百分比，当超过10％时按5％/2h提高硝化回流泵流量并发出提示(但优先级低于(1))

(5)当风机母管压力大于设定压力5％时，发出报警并以0.2HZ/30s的速率降低在运风机频率。当母管压力低于设定压力5％时，发出报警。

(6)任意情况下，实际总风量与计算风量的比值超过0.90～1.05时，发出提示，超过0.8～1.2时系统发出报警。

(7)任意情况下，氧气浓度高于最大设定值或O池液位低于设计值70％，发出报警。

在上述间隔控制的基础上，进一步设定风机启停控制逻辑为：

当在运风机风量均降低至设定风量的60％且持续超过两个计算间隔时，运行时长最高的风机按1HZ/30s降低一台风机至最小频率,以降低前总风量的95％～105％为控制目标，按0.5HZ/30s提升其余风机运行频率。当降频风机至最低频率运行5分钟后关停，进一步调控在运风机至总风量达到控制目标稳定5分钟后进入间隔控制。

当在运风机风量均达到95％，且系统在一个计算间隔内触发风机增频达到2次以上，启动新风机。启动后新风机按2HZ/5～10s速率提高风机运行频率，原投用风机按1HZ/5～15s降低频率。至两者频率相同后，进一步按0.2hz/1min调控总风量至启动前105～110％，稳定5分钟后进入间隔控制。

实施例二：无碳源投加模式

稀释池比例为500倍，调节池进水抽取间隔为10min，计算间隔为60min，适宜进水CODcr为5000～12000mg/L，适宜进水氨氮值为1000～2000mg/L，进水碳氮比为4～6，单台风机最小流量为4000Nm

间隔控制中进一步设定为：

(1)当ORP检测超过设定下限时，按10％/计算间隔提高硝酸盐回流泵流量，最高调整至硝盐酸回流比不超过28倍。当ORP检测超过上限时，按2.5％/计算间隔降低硝酸盐回流泵流量并按2％/1小时同步降低O池所有支管阀门开度。当硝酸盐回流比降低至19倍时，不再调整硝酸盐回流比流量，所有支管阀门开度按6％/1小时减小；

(2)当O池检测到溶解氧超过设定上限时，按每5％/1h开度减小O池曝气管阀门开度；当低于下限时，按5％/1h开度提高曝气管阀门开度，当阀门全开时，按每1HZ/30min提高风机运行频率。

(3)当超滤或二沉池出水在线监测氨氮超过设定上限时，按每1％/1h开度提高曝气管阀门开度；当计算间隔内平均值超过设定上限时，按5％/1h开度提高曝气管阀门开度；当阀门全开时按按每1HZ/120min提高风机运行频率。

(4)当超滤或二沉池出水在线CODcr计算间隔均值超过设定上限时，系统进一步评估实际风量与计算风量百分比，当超过10％时按5％/2h提高硝化回流泵流量并发出提示(但优先级低于(1))

(5)当风机母管压力大于设定压力5％时，系统发出报警并以0.2HZ/30s的速率降低在运风机频率。当母管压力低于设定压力5％时，系统发出报警。

(6)任意情况下，实际总风量与计算风量的比值超过0.90～1.05时，系统发出提示，超过0.8～1.2时系统发出报警。

(7)任意情况下，氧气浓度高于最大设定值或O池液位低于设计值70％，发出报警。

在间隔控制的基础上，进一步设定风机启停控制逻辑为：

当在运风机风量均降低至设定风量的60％且持续超过两个计算间隔，运行时长最高的风机按1HZ/30s降低一台风机至最小频率,以降低前总风量的95％～105％为控制目标，按0.5HZ/30s提升其余风机运行频率。当降频风机至最低频率运行5分钟后关停，进一步调整在运风机至总风量达到控制目标，稳定5分钟后进入间隔控制。

当在运风机风量均达到95％，且系统在一个间隔周期内触发风机增频达到2次以上，启动新风机。启动后新风机按2HZ/5～10s速率提高风机运行频率，原投用风机按1HZ/5～15s降低频率。至两者频率相同后，进一步按0.2hz/1min调控总风量至启动前105～110％，稳定5分钟后随后进入间隔控制。

如本公开和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。