Dispositivo experimental de tratamiento de aguas residuales(por ejemplo, sbr, dispositivos de simulación de procesos A / o), el sistema de ventilación es el núcleo para garantizar la degradación microbiana de los contaminantes, y el modo tradicional de ventilación fija puede conducir fácilmente al desperdicio de energía o a la falta de oxígeno disuelto (do). La "respuesta a la demanda" de la ventilación inteligente ajusta dinámicamente la intensidad y la duración de la ventilación monitoreando la calidad del agua y los parámetros del proceso de aguas residuales en tiempo real para lograr el "suministro de oxígeno bajo demanda", que no sólo garantiza el efecto del tratamiento, sino que también reduce el consumo de energía experimental, y se ajusta a Las necesidades de experimentación con bajas emisiones de carbono y regulación precisa.

I. el mecanismo central de activación de la respuesta a la demanda

1. activación de la demanda de calidad del agua (impulsada por la concentración de contaminantes)

Respuesta a la concentración de COD / nitrógeno amoniacal: Instalar sensores de COD y nitrógeno amoniacal en línea (precisión de detección ± 5%) en la entrada de agua del dispositivo y la salida de agua del tanque de aireador para establecer el umbral de concentración (por ejemplo, COD > 200 mg / l es de alta demanda y < 80 mg / l es de baja demanda). Cuando el cod de entrada supera el umbral, el sistema determina la "alta carga de contaminación", aumenta automáticamente la intensidad de la ventilación (por ejemplo, la frecuencia del ventilador aumenta de 30 Hz a 50 hz), prolonga el tiempo de ventilación (por ejemplo, de 4 h a 6 h) y garantiza que los microorganismos tengan suficiente oxígeno para degradar la materia orgánica de alta concentración; Cuando el nitrógeno amoniacal de salida es inferior a 5 mg / L (estándar), se activa la "baja demanda", se reduce la frecuencia de ventilación (a 25 hz) y se evita la ventilación excesiva.

Respuesta colaborativa tp: si el dispositivo experimental contiene la función de eliminación de fósforo, cuando el tanque de ventilación TP es superior a 1 mg / l, se reduce adecuadamente la intensidad de la ventilación (manteniendo do 2 a 3 mg / l) mientras se garantiza do, para evitar que la ventilación excesiva conduzca a la liberación de fósforo por bacterias de acumulación de fósforo, teniendo en cuenta las necesidades de eliminación de nitrógeno y fósforo.

2. activación de la demanda de oxígeno disuelto (impulsada por el Estado del proceso)

Respuesta de circuito cerrado en tiempo real de do: colocar tres sensores do (rango de 0 a 20 mg / l, precisión ± 0,1 mg / l) en diferentes áreas del tanque de ventilación (extremo delantero, extremo medio y extremo trasero) y establecer el rango objetivo de do (como la sección aeróbica 2 a 4 mg / l, la sección anóxica 0,5 a 1 mg / l). Cuando do está por debajo del límite inferior (por ejemplo, ¿ 2 mg / l), el sistema determina que "el suministro de oxígeno es insuficiente" y aumenta inmediatamente el volumen de aire de ventilación (por ejemplo, de 0,5 MWH / h a 1,0 MWH / h); Cuando do está por encima del límite superior (por ejemplo, > 4 mg / l), se reduce automáticamente el volumen de aire o se suspende la ventilación (modo de ventilación intermitente) para evitar que do sea demasiado alto para inhibir la actividad microbiana.

Respuesta de gradiente do: para los dispositivos experimentales de flujo Push (como el proceso A / o), la ventilación se ajusta de acuerdo con el gradiente do a lo largo del camino: la parte delantera (zona de alta contaminación) necesita ventilación alta (do 3 a 4 mg / l), la parte trasera (zona de baja contaminación) se reduce a ventilación baja (do 2 a 3 mg / l), y el "suministro de oxígeno bajo demanda" a lo largo del camino se realiza a través del control independiente de la válvula de ventilación de Zona.

II. implementación de tecnologías clave para la respuesta a la demanda

1. construcción de sistemas de hardware

Capa de percepción: además de los sensores cod, nitrógeno amoniacal y do, se instalan sensores de pH (monitorear el entorno activo microbiano, pH 6,5 a 8,5 es el rango adecuado), sensores orp (ayudar a juzgar el Estado de nitrificación / desnitrificación), y todos los datos de los sensores se transmiten al Controlador en tiempo real a través de la comunicación rs485;

Capa ejecutiva: se utilizan ventiladores de conversión de frecuencia (para ajustar el volumen de aire) y válvulas de ventilación eléctricas (para controlar el área de ventilación), junto con medidores de flujo de gas (para monitorear la cantidad real de ventilación, con una precisión de ± 2%), para garantizar que los parámetros de ventilación se puedan ajustar con precisión;

Capa de control: se seleccionan controladores PLC (como Siemens S7 - 1200), equipados con programas de control personalizados para lograr un circuito cerrado automatizado de "adquisición de datos de sensores - juicio de demanda - regulación del ejecutor".

2. optimización de algoritmos inteligentes

Ajuste adaptativo de la eip: para el problema de la fluctuación de do, se utiliza el algoritmo de la EIP (proporcional - integral - diferencial) para ajustar automáticamente la frecuencia del ventilador de acuerdo con el valor de desviación de do (do - objetivo real do), como la desviación de 1 mg / l, la amplitud de ajuste de frecuencia es de 5 hz, La desviación es de 0,2 mg / l, la amplitud es de 1 hz, evitando el exceso y la oscilación;

Respuesta de predicción de carga: a través de datos experimentales históricos (como la curva de correlación entre el cod de entrada y la demanda de ventilación), se establece un modelo de Aprendizaje automático (como la red neuronal bp), se predice el cambio de la carga de calidad del agua con 15 a 30 minutos de antelación (como predecir el aumento del COD de entrada), se ajustan los parámetros de ventilación con antelación y se realiza una "respuesta de predicción" para reducir el retraso.

3. verificación y optimización del efecto de la respuesta a la demanda

1. indicadores de verificación experimental

Verificación del efecto del tratamiento: en comparación con la calidad del agua de salida de la ventilación inteligente y la ventilación fija, en el modo de ventilación inteligente, la tasa de cumplimiento del COD y el nitrógeno amoniacal de salida debe aumentar entre un 10% y un 15% (por ejemplo, la tasa de cumplimiento del COD aumentó del 85% al 98%), y el rango de fluctuación de DO se redujo a ± 0,3 mg / L (fluctuación de la ventilación fija ± 1 mg / l);

Verificación del consumo de energía: para registrar el consumo de energía de los ventiladores de los dos modos, la ventilación inteligente necesita lograr una reducción del consumo de energía del 20% al 30% (por ejemplo, de 5 kWh / ciclo a 3,5 kWh / ciclo), lo que refleja las ventajas de ahorro de energía del "suministro de oxígeno bajo demanda".

2. respuesta anormal y optimización

Respuesta a la falla del sensor: si el sensor do falla, el sistema cambia automáticamente al "modo de emergencia", preestableciendo los parámetros de ventilación de acuerdo con la concentración de COD de entrada de agua (por ejemplo, COD 200 mg / L corresponde a la frecuencia del ventilador 40 hz), y emitiendo una alarma para reemplazar el sensor;

Respuesta a la mutación de la carga: cuando el cod de entrada se duplica en poco tiempo (por ejemplo, de 200 mg / l a 400 mg / l), el sistema desencadena una "respuesta fuerte", la intensidad de la ventilación aumenta al máximo (por ejemplo, la frecuencia del ventilador es de 60 hz) y prolonga el tiempo de ventilación para evitar que el impacto de contaminantes provoque fallos en el tratamiento, y la respuesta convencional se reanuda después de que la calidad del agua se estabilice.

4,Dispositivo experimental de tratamiento de aguas residualesOperación y mantenimiento

Calibración de parámetros: calibrar el sensor en línea con una solución estándar semanal (como COD 100 mg / l, 200 mg / L de líquido estándar) para garantizar la precisión de la detección; Comprobar mensualmente el bloqueo de la cabeza de ventilación (enjuagar con agua limpia) para evitar que el aumento de la resistencia a la ventilación afecte el volumen de aire;

Actualización del programa: de acuerdo con las diferentes necesidades experimentales (como el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales), se ajusta el umbral de concentración en el controlador y el rango objetivo de do. por ejemplo, las aguas residuales industriales pueden establecer el umbral de alta demanda de COD en 300mg / L para adaptarse a experimentos de alta carga de contaminación.

La "respuesta a la demanda" de la ventilación inteligente en el dispositivo experimental de tratamiento de aguas residuales, a través de la doble conducción de la calidad del agua y los parámetros del proceso, combinada con la coordinación de hardware y algoritmos, realiza un control preciso y de ahorro de energía de la ventilación, que no sólo proporciona condiciones de proceso estables para el Experimento de tratamiento de aguas residuales, sino que también proporciona una base experimental para la aplicación de ventilación inteligente en ingeniería real, adecuada para experimentos estudiantiles, investigación de optimización de procesos y otros escenarios.