Instalações experimentais de tratamento de águas residuais(Por exemplo, SBR, dispositivos de simulação de processo A / O), o sistema de aeração é o núcleo para garantir a degradação dos poluentes por micróbios, e os padrões de aeração fixa tradicionais podem levar a desperdício de energia ou oxigênio dissolvido (DO) insuficiente. A "resposta à demanda" de aeração inteligente monitora a qualidade das águas residuais e os parâmetros de processo em tempo real, ajusta dinamicamente a intensidade e o tempo de aeração para alcançar o "fornecimento de oxigênio sob demanda", garantindo o efeito do tratamento e reduzindo o consumo de energia experimental, adaptando-se às necessidades de controle preciso e experimental de baixo carbono.

Mecanismo principal de acionamento da resposta à demanda

Demanda de qualidade da água (conduzida pela concentração de poluentes)

Resposta de concentração de COD/nitrogênio amônico: instalar um sensor de COD e nitrogênio amônico em linha na entrada de água do dispositivo e na saída da piscina de aeração (precisão de detecção ± 5%), definir um limiar de concentração (por exemplo, COD > 200 mg/L para alta demanda, < 80 mg/L para baixa demanda). Quando a entrada de água COD ultrapassa o limiar, o sistema determina a "alta carga de poluição", aumenta automaticamente a intensidade da exposição (por exemplo, a frequência do ventilador aumenta de 30Hz para 50Hz), prolonga o tempo de exposição (por exemplo, aumenta de 4h para 6h) para garantir que os micróbios tenham oxigênio suficiente para degradar as altas concentrações de matérias orgânicas; Quando a emissão de nitrogênio de amônia é inferior a 5 mg/L (até o padrão), desencadeie a "baixa demanda", reduza a frequência de aeração (até 25 Hz) para evitar a exageração.

Resposta sinérgica do TP: se o dispositivo experimental contém a função do fósforo, quando a piscina de aeração TP > 1 mg / L, ao mesmo tempo que garante o DO, reduza adequadamente a intensidade da aeração (mantenha o DO de 2 a 3 mg / L), evitando que o excesso de aeração leve à liberação de polifósforo, equilibrando a necessidade de desnitrogenação e remoção de fósforo.

2. Dissolver o acionamento da necessidade de oxigênio (impulsionado pelo estado do processo)

Resposta de ciclo fechado do DO em tempo real: colocar 3 sensores DO em diferentes áreas da piscina de aeração (frontal, médio e traseiro) (escala de 0 a 20 mg / L, precisão ± 0,1 mg / L), definir o intervalo DO objetivo (por exemplo, segmento de oxigênio positivo 2 a 4 mg / L, segmento de oxigênio deficiente 0,5 a 1 mg / L). Quando o DO está abaixo do limite inferior (por exemplo, < 2 mg / L), o sistema determina "insuficiência de oxigênio" e aumenta imediatamente o volume de ar de ventilação (por exemplo, de 0,5 m³ / h para 1,0 m³ / h); Quando o DO for superior ao limite superior (como > 4 mg/L), reduza automaticamente o volume de ar ou suspenda a aeração (modo de aeração intermitente) para evitar que o DO seja excessivamente inibido da atividade microbiana.

Resposta do gradiente do DO: para dispositivos experimentais de fluxo impulsivo (como o processo de A / O), ajustar a ventilação de acordo com o gradiente do DO ao longo do curso: a extremidade dianteira (zona de alta poluição) precisa de alta ventilação (DO 3 ~ 4mg / L), a extremidade traseira (zona de baixa poluição) baixa para baixa ventilação (DO 2 ~ 3mg / L), através da válvula de ventilação de partição controlada independentemente, para alcançar o "fornecimento de oxigênio sob demanda" ao longo do curso.

Implementação das principais tecnologias de resposta à demanda

1. Instalação do sistema de hardware

Camada de percepção: além do sensor de COD, amônia, DO, o sensor de pH (monitoramento do ambiente ativo microbiano, pH 6,5 a 8,5 é o intervalo apropriado), o sensor ORP (auxiliar para julgar o estado de nitrificação / desnitrificação), todos os dados do sensor são transmitidos em tempo real para o controlador através da comunicação RS485;

Camada de execução: uso de ventilador de variação de frequência (regulação do volume de ar) e válvula de ventilação elétrica (área de controle de ventilação), com medidor de fluxo de gás (monitoramento do volume de ventilação real, precisão ± 2%) para garantir que os parâmetros de ventilação possam ser regulados com precisão;

Camada de controle: o controlador PLC opcional (como a Siemens S7-1200) é equipado com um programa de controle personalizado para implementar o circuito fechado automático de "captação de dados do sensor - julgamento da necessidade - regulação do atuador".

Otimização de algoritmos inteligentes

Ajuste adaptativo do PID: para o problema de flutuação do DO, o algoritmo PID (proporção-integral-diferencial) é usado para ajustar automaticamente a frequência do ventilador de acordo com o valor do desvio do DO (o DO-objetivo real do DO), como o desvio de 1mg / L, a amplitude de ajuste da frequência é de 5Hz, o desvio de 0,2mg / L, a amplitude é de 1Hz para evitar a sobreregulação e a oscilação;

Resposta de previsão de carga: através de dados experimentais históricos (como a curva de associação entre o COD de entrada de água e a necessidade de ventilação), a construção de modelos de aprendizado de máquina (como a rede neural BP), previsão de mudanças na qualidade da água com 15 a 30 minutos de antecedência (como a previsão de que o COD de entrada de água aumentará), ajuste antecipado dos parâmetros de ventilação para alcançar uma "resposta preditiva" e reduzir o atraso.

Verificação e otimização da resposta à demanda

Indicadores de validação experimental

Verificação do efeito do tratamento: em comparação com a qualidade da água de saída da aeração inteligente e da aeração fixa, no modo de aeração inteligente, a taxa de saída de água COD, amônia deve aumentar de 10% ~ 15% (por exemplo, a taxa de saída de COD de 85% para 98%), a faixa de flutuação do DO é reduzida para ± 0,3 mg / L (flutuação de aeração fixa ± 1 mg / L);

Verificação do consumo de energia: para registrar o consumo de energia dos ventiladores em ambos os modos, a ventilação inteligente precisa reduzir o consumo de energia em 20% ~ 30% (por exemplo, de 5 kWh / ciclo para 3,5 kWh / ciclo), refletindo a vantagem de poupança de energia do "fornecimento de oxigênio sob demanda".

Resposta anormal e otimização

Resposta a falhas do sensor: se o sensor DO falhar, o sistema muda automaticamente para o "modo de emergência", de acordo com a concentração de água de entrada COD predefinir os parâmetros de ventilação (por exemplo, COD 200mg / L correspondente à frequência do ventilador 40Hz), ao mesmo tempo emitir um alerta para substituir o sensor;

Resposta de mutação de carga: Quando a COD de entrada de água dobra em um curto período de tempo (por exemplo, aumenta de 200 mg / L para 400 mg / L), o sistema desencadeia uma "resposta forte", a intensidade de ventilação aumenta para o valor máximo (por exemplo, a frequência do ventilador de 60 Hz) e prolonga o tempo de ventilação, evitando que o impacto dos poluentes cause falhas de tratamento e restabelecer a resposta convencional após a estabilidade da qualidade da água.

Quatro.Instalações experimentais de tratamento de águas residuaisOperação e manutenção

Calibração de parâmetros: Calibração semanal de sensores on-line com soluções padrão, como COD 100 mg / L, 200 mg / L líquido padrão, para garantir a precisão da detecção; Verifique mensalmente o bloqueio da cabeça de ventilação (lavagem com água limpa) para evitar que o aumento da resistência à ventilação afete o volume de ar;

Atualização do procedimento: de acordo com as diferentes necessidades experimentais (como o tratamento de águas residuais domésticas, águas residuais industriais), ajustar o limiar de concentração no controlador e o intervalo objetivo do DO, como águas residuais industriais podem definir o limiar de alta demanda de COD em 300 mg / L, adaptando-se ao experimento de alta carga de poluição.

A "resposta à demanda" da ventilação inteligente no dispositivo experimental de tratamento de águas residuais, através da qualidade da água e dos parâmetros de processo, combinando hardware e algoritmos para alcançar a precisão da ventilação e o controle da economia de energia, fornecendo condições de processo estáveis ​​para experimentos de tratamento de águas residuais e também fornecendo base experimental para aplicações de ventilação inteligente na engenharia real, aplicável a experimentos de estudantes, estudos de otimização de processo e outros cenários.