本发明涉及鼓风曝气系统充氧能力判定技术领域，尤其是涉及基于大数据的鼓风曝气系统充氧能力变化判定方法和系统。
背景技术：
现有污水处理厂多采用生物处理，如厌氧、缺氧和好氧等，其中好氧过程是目前大多数污水处理厂必不可少的处理过程，其最显著的特点就是用鼓风机提供足够空气，并利用空气扩散装置将这些空气充入富含好氧微生物的系统，以满足微生物新陈代谢活动条件。鼓风机及空气扩散装置加上相应管道阀门及控制等，共同组成传统的鼓风曝气系统。曝气系统是污水处理厂能耗占比最大的单元，其能耗占整个污水处理系统40％-60％，因此是污水处理厂实施节能降耗的重点关注单元。曝气系统能耗主要体现在鼓风机的功率，而对一个实际已经存在的曝气系统，其能耗主要与系统的充氧能力有关，其中所采用的空气扩散装置的充氧效率很大程度上决定了鼓风曝气系统的能耗。一般来说，随着污水处理厂曝气系统的使用年限增加，受空气扩散器老化、堵塞、破损以及管道阻力增大等原因，曝气系统的充氧能力会逐渐降低，从而导致能耗增加。针对此现象，研究人员开发了公开号为cn1059793的测定曝气器性能的尾气分析方法及分析系统，以及公开号为cn102032995a的工艺状态下曝气器综合充氧性能测定装置等技术，用于判定曝气器充氧性能。但这些方法都是基于测定曝气池上面尾气成分变化而得以实现的，需要额外的测定设备，且随着污水处理厂除臭要求的提高，很多污水处理厂曝气池加盖除臭，导致尾气测定设备难以应用。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在基于测定曝气池上面尾气成分变化而得以实现判定曝气器充氧性能，需要额外的测定设备的缺陷而提供一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧能力变化判定方法和系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定方法，包括以下步骤：
从污水处理厂中获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
获取污水处理厂内好氧池容积、空气扩散器安装深度和20℃清水饱和溶解氧数据；
通过实验测定或大数据拟合获取氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量；
通过历史数据拟合的方法，根据所述进水参数中的进水化学需氧量数据和好氧池内参数中的末端化学需氧量数据，获取实时的进水bod5数值和末端bod5数值，根据所述好氧池内参数中的混合液悬浮固体浓度数据，获取实时的混合液挥发性悬浮固体浓度数值；
基于污水处理厂所需空气流量数据的计算公式，根据获取的所述进水参数、好氧池内参数、空气流量数据、大气压力数据、好氧池容积、空气扩散器安装深度、20℃清水饱和溶解氧数据、氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量、微生物自身氧化需氧量、进水bod5数值、末端bod5数值和混合液挥发性悬浮固体浓度数值，判定鼓风曝气系统充氧效率的变化情况。
进一步地，获取的所述进水参数包括进水流量、进水化学需氧量和进水氨氮含量，获取的所述好氧池内参数包括混合液悬浮固体浓度、末端化学需氧量、末端氨氮含量、温度和溶解氧浓度。
进一步地，所述污水处理厂所需空气流量数据的计算公式为：
式中，gs为污水处理厂所需空气流量，a′为微生物氧化单位有机物的需氧量，q为进水流量，bod5i为进水bod5数值，bod5o为末端bod5数值，f为硝化系数，
进一步地，所述进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据均由在线测定仪表测量获得。
进一步地，若通过实验测定获取所述氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量，则对所述实验测定的结果进行定期校验。
本发明还提供一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统，包括相互连接的污水处理厂原有数据采集系统和数据统计分析单元，所述污水处理厂原有数据采集系统连接有在线测定仪表，用于获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
所述数据统计分析单元的数据处理过程包括：
从所述污水处理厂原有数据采集系统中获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
预先设定有污水处理厂内的好氧池容积、空气扩散器安装深度和20℃清水饱和溶解氧数据；
通过大数据拟合获取氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量；
通过历史数据拟合，根据所述进水参数中的进水化学需氧量数据和好氧池内参数中的末端化学需氧量数据，获取实时的进水bod5数值和末端bod5数值，根据所述好氧池内参数中的混合液悬浮固体浓度数据，获取实时的混合液挥发性悬浮固体浓度数值；
基于污水处理厂所需空气流量数据的计算公式，根据获取的所述进水参数、好氧池内参数、空气流量数据、大气压力数据、好氧池容积、空气扩散器安装深度、20℃清水饱和溶解氧数据、氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量、微生物自身氧化需氧量、进水bod5数值、末端bod5数值和混合液挥发性悬浮固体浓度数值，判定鼓风曝气系统充氧效率的变化情况。
进一步地，获取的所述进水参数包括进水流量、进水化学需氧量和进水氨氮含量，获取的所述好氧池内参数包括混合液悬浮固体浓度、末端化学需氧量、末端氨氮含量、温度和溶解氧浓度。
进一步地，所述污水处理厂所需空气流量数据的计算公式为：
式中，gs为污水处理厂所需空气流量，a′为微生物氧化单位有机物的需氧量，q为进水流量，bod5i为进水bod5数值，bod5o为末端bod5数值，f为硝化系数，
进一步地，所述数据统计分析单元还连接有充氧效率警示单元，该充氧效率警示单元实时判断所述数据统计分析单元获取的充氧效率是否低于预设的最低阈值，若是，则发出警报提示，否则不进行警报提示。
进一步地，所述数据统计分析单元还连接显示单元，该显示单元根据所述鼓风曝气系统充氧效率的变化情况，显示有鼓风曝气系统充氧效率随时间的变化趋势线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明简单，易于实施，除新增数据统计分析单元外，其他大部分可以利用污水处理厂现有仪表及设施；
不同于现有的尾气测定装置判断曝气效率法，该方法基本无需额外人工和设施现场操作；
适用范围广，通过适当改变输入参数，可以适用于全部的鼓风曝气系统充氧效率的判断，尤其适用于现有为除臭加盖密封而导致现场难以通过巡视发现的因扩散器破损等导致的充氧效率降低的设施。
附图说明
图1为本发明基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统的数据处理过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定方法，包括以下步骤：
从污水处理厂中获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
获取污水处理厂内好氧池容积、空气扩散器安装深度和20℃清水饱和溶解氧数据；
通过实验测定或大数据拟合获取氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量；
通过历史数据拟合的方法，根据进水参数中的进水化学需氧量数据和好氧池内参数中的末端化学需氧量数据，获取实时的进水bod5数值和末端bod5数值，根据好氧池内参数中的混合液悬浮固体浓度数据，获取实时的混合液挥发性悬浮固体浓度数值；
基于污水处理厂所需空气流量数据的计算公式，根据获取的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据、大气压力数据、好氧池容积、空气扩散器安装深度、20℃清水饱和溶解氧数据、氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量、微生物自身氧化需氧量、进水bod5数值、末端bod5数值和混合液挥发性悬浮固体浓度数值，判定鼓风曝气系统充氧效率的变化情况。
获取的进水参数包括进水流量、进水化学需氧量和进水氨氮含量，获取的好氧池内参数包括混合液悬浮固体浓度、末端化学需氧量、末端氨氮含量、温度和溶解氧浓度。
污水处理厂所需空气流量数据的计算公式为：
其中gs为污水处理厂鼓风机需要提供的空气流量(m3/h)；f为硝化系数，当不考虑反硝化时，f为4.57，考虑反硝化时f为3.5。对某一具有自动设施的特定污水处理厂，进水流量q、进水codi(进水化学需氧量数据)和nh3i-n(进水氨氮含量)、好氧池污泥浓度mlss(混合液悬浮固体浓度)和末端codo(末端化学需氧量)及nh3o-n(末端氨氮含量)、温度t、溶解氧浓度c以及鼓风机出口流量gs等都可以通过在线仪表测定获得。好氧池容积v、空气扩散器安装深度h、清水中20℃饱和溶解氧cs20(9.17mg/l)都是固定值，可以直接输入系统。微生物氧化单位有机物的需氧量a′(生活污水0.42-0.53)、微生物自身氧化需氧量b′(生活污水0.188-0.11)以及氧总转移系数α、饱和溶解氧系数β等可以通过实验测定或根据大数据拟合得知。由于目前没有在线mlvss(x)和bod5的在线测定仪表，因此可通过测定mlss和cod值然后大数据确定系数计算而得。此外，大气压力可以直接测定获得，cs为当前温度下清水中饱和溶解氧数据。
如上，对一个特定的污水处理厂，除充氧效率ea外，其他都可以通过已有数据和实验、拟合数据而得到，因此本发明根据上述公式，通过利用现有污水处理厂在线测定仪表，结合部分实验数据和数据分析系统，通过分析比较鼓风空气量随时间变化规律来判断曝气系统充氧能力效率ea的变化情况。
如图1所示，本实施例还提供一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统，包括新增数据统计分析单元(含相关参数输入功能、显示功能等)、原有污水处理厂在线仪表及数据采集系统等。数据统计分析单元连接污水处理厂原有数据采集系统，污水处理厂原有数据采集系统连接在线测定仪表，用于获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
数据统计分析单元的数据处理过程包括：
从污水处理厂原有数据采集系统中获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
预先设定有污水处理厂内的好氧池容积、空气扩散器安装深度和20℃清水饱和溶解氧数据；
通过大数据拟合获取氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量；
通过历史数据拟合，根据进水参数中的进水化学需氧量数据和好氧池内参数中的末端化学需氧量数据，获取实时的进水bod5数值和末端bod5数值，根据好氧池内参数中的混合液悬浮固体浓度数据，获取实时的混合液挥发性悬浮固体浓度数值；
获取的进水参数包括进水流量、进水化学需氧量和进水氨氮含量，获取的好氧池内参数包括混合液悬浮固体浓度、末端化学需氧量、末端氨氮含量、温度和溶解氧浓度。
污水处理厂所需空气流量数据的计算公式为：
式中，gs为污水处理厂所需空气流量，a′为微生物氧化单位有机物的需氧量，q为进水流量，bod5i为进水bod5数值，bod5o为末端bod5数值，f为硝化系数，
数据统计分析单元还连接有充氧效率警示单元，该充氧效率警示单元实时判断数据统计分析单元获取的充氧效率是否低于预设的最低阈值，若是，则发出警报提示，否则不进行警报提示。
数据统计分析单元还连接显示单元，该显示单元根据鼓风曝气系统充氧效率的变化情况，显示有鼓风曝气系统充氧效率随时间的变化趋势线。
具体操作步骤如下：
1、通过数据传输，将污水处理厂已有的进水参数、好氧池内参数以及空气流量和大气压力等数据直接由原有数据采集系统输送到新增的数据统计分析单元。
2、通过竣工图或现场测量确定好氧池容积、空气扩散器安装深度，同时将20℃清水饱和溶解氧9.17mg/l一起输入到新增的数据统计分析单元。
3、对于图中变化系数，可以通过现场实验方法确定，也可以根据历史数据和文献数据进行拟合选择获得。当采用试验方法确定后，需要定期校验，而采用历史数据拟合则可以直接在新增数据统计分析单元实现。
4、由原有数据采集系统输入的cod(化学需氧量)和mlss(混合液悬浮固体浓度)数据，通过新增的数据统计分析单元根据历史数据进行拟合，将其转化成bod5(一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个指标)和mlvss(混合液挥发性悬浮固体浓度)数值再进行统计分析。
5、利用新增的数据统计分析单元，根据上述污水处理厂所需空气流量数据的计算公式，结合空气流量gs的测定值，可以输出ea的随时间的变化趋势线。
6、根据ea的变化曲线，当ea下降超过某设定值，则系统会提示管理人员。该设定值根据不同扩散器种类和深度等设定，或者将初始ea作为基本值。
如上所述，对于因为扩散器老化等缓慢原因而导致充氧效率降低的系统，本发明需要一段时间才能对系统充氧效率作出判断，而对于因扩散器破损或管道泄漏等瞬时原因而引起的充氧效率降低，该系统可以及时作出判断。
本实施例还将该基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统实际运用在某污水处理厂中，该污水处理厂采用微孔曝气盘作为空气扩散器，利用本发明鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统发现某一区域曝气系统在供气量和其他水质指标及好氧池内污泥浓度等基本不变的情况下，其充氧能力有较明显降低，操作人员现场察看好氧池池面后，发现有两处空气扩散装置曝气极不均匀，有明显的较大水花翻涌，判断其微孔曝气盘发生撕裂，导致整个系统充氧能力降低。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
1.一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
从污水处理厂中获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
获取污水处理厂内好氧池容积、空气扩散器安装深度和20℃清水饱和溶解氧数据；
通过实验测定或大数据拟合获取氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量；
通过历史数据拟合的方法，根据所述进水参数中的进水化学需氧量数据和好氧池内参数中的末端化学需氧量数据，获取实时的进水bod5数值和末端bod5数值，根据所述好氧池内参数中的混合液悬浮固体浓度数据，获取实时的混合液挥发性悬浮固体浓度数值；
基于污水处理厂所需空气流量数据的计算公式，根据获取的所述进水参数、好氧池内参数、空气流量数据、大气压力数据、好氧池容积、空气扩散器安装深度、20℃清水饱和溶解氧数据、氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量、微生物自身氧化需氧量、进水bod5数值、末端bod5数值和混合液挥发性悬浮固体浓度数值，判定鼓风曝气系统充氧效率的变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定方法，其特征在于，获取的所述进水参数包括进水流量、进水化学需氧量和进水氨氮含量，获取的所述好氧池内参数包括混合液悬浮固体浓度、末端化学需氧量、末端氨氮含量、温度和溶解氧浓度。
3.根据权利要求2所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定方法，其特征在于，所述污水处理厂所需空气流量数据的计算公式为：
式中，gs为污水处理厂所需空气流量，a′为微生物氧化单位有机物的需氧量，q为进水流量，bod5i为进水bod5数值，bod5o为末端bod5数值，f为硝化系数，
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定方法，其特征在于，所述进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据均由在线测定仪表测量获得。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定方法，其特征在于，若通过实验测定获取所述氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量，则对所述实验测定的结果进行定期校验。
6.一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统，其特征在于，包括相互连接的污水处理厂原有数据采集系统和数据统计分析单元，所述污水处理厂原有数据采集系统连接有在线测定仪表，用于获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
所述数据统计分析单元的数据处理过程包括：
从所述污水处理厂原有数据采集系统中获取实时的进水参数、好氧池内参数、空气流量数据和大气压力数据；
预先设定有污水处理厂内的好氧池容积、空气扩散器安装深度和20℃清水饱和溶解氧数据；
通过大数据拟合获取氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶解氧、微生物氧化单位有机物的需氧量和微生物自身氧化需氧量；
通过历史数据拟合，根据所述进水参数中的进水化学需氧量数据和好氧池内参数中的末端化学需氧量数据，获取实时的进水bod5数值和末端bod5数值，根据所述好氧池内参数中的混合液悬浮固体浓度数据，获取实时的混合液挥发性悬浮固体浓度数值；
基于污水处理厂所需空气流量数据的计算公式，根据获取的所述进水参数、好氧池内参数、空气流量数据、大气压力数据、好氧池容积、空气扩散器安装深度、20℃清水饱和溶解氧数据、氧总转移系数、饱和溶解氧系数、当前温度饱和溶氧、微生物氧化单位有机物的需氧量、微生物自身氧化需氧量、进水bod5数值、末端bod5数值和混合液挥发性悬浮固体浓度数值，判定鼓风曝气系统充氧效率的变化情况。
7.根据权利要求6所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统，其特征在于，获取的所述进水参数包括进水流量、进水化学需氧量和进水氨氮含量，获取的所述好氧池内参数包括混合液悬浮固体浓度、末端化学需氧量、末端氨氮含量、温度和溶解氧浓度。
8.根据权利要求7所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统，其特征在于，所述污水处理厂所需空气流量数据的计算公式为：
式中，gs为污水处理厂所需空气流量，a′为微生物氧化单位有机物的需氧量，q为进水流量，bod5i为进水bod5数值，bod5o为末端bod5数值，f为硝化系数，
9.根据权利要求6所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统，其特征在于，所述数据统计分析单元还连接有充氧效率警示单元，该充氧效率警示单元实时判断所述数据统计分析单元获取的充氧效率是否低于预设的最低阈值，若是，则发出警报提示，否则不进行警报提示。
10.根据权利要求6所述的一种基于大数据的鼓风曝气系统充氧效率变化判定系统，其特征在于，所述数据统计分析单元还连接显示单元，该显示单元根据所述鼓风曝气系统充氧效率的变化情况，显示有鼓风曝气系统充氧效率随时间的变化趋势线。
技术总结