(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210776434.5 (22)申请日 2022.07.04 (71)申请人 山东臻智行环保科技有限公司 地址 250100 山东省济南市历城区港沟街 道山东建筑大学学子创业园 (72)发明人 李一凡　苏广昌　徐保建　黄玉莹　 赵成萱　郑贵一　孟骁骥　岳靖宇　 刘兵　陈淑芬　王静　陈飞勇　 宋扬　 (74)专利代理 机构 济南泉城专利商标事务所 37218 专利代理师 张春连 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定 量关系的模型方法 (57)摘要 本发明公开了一种描述氧传质速率系数与 曝气量之间定量关系的模型方法， 使用动态法测 定不同曝气量下的氧传质速率系数KLA值， 基于 气体扰动和比表面积理论， 建立氧传质速率系数 与曝气量之间定量关系模型方程： ； 氧传质速 率系数与曝气量之间定量关系模型方程与不同 曝气量实测的KLA值进行拟合， 确定 各参数数值， 获得氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模 型。 本发明所述的描述氧传质速率系数与曝气量 之间定量关系的模型方法， 定量描述氧传质速率 系数与曝气量之间的关系， 为污水处理行业精准 曝气控制中曝气量计算提供基础数据， 从而实现 真正的污水厂智慧曝气变频控制。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115422701 A 2022.12.02 CN 115422701 A 1.一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： （1） 使用动态法测定不同曝气量下的氧传质速率系数 KLA值； （2） 基于气体扰动和比表面积理论， 建立氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型 方程： ； 表示随流速增大气液边界流速对于 KLA的促进过程， 表示随流速增大 气泡比表面积对于 KLA的促进过程， 式中， KLA： 氧传质速率系数， h‑1； ： 最大理论氧传 质速率系数， h‑1； ： 氧传质速率系数的综合环境参数； Q： 曝气量， m3/h；Kq： 边界流速参数； n： 边界流速修 正参数；KQ： 比表面积参数； m： 比表面积修 正参数； （3） 步骤 （2） 中建立的氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型方程与 步骤 （1） 中不 同曝气量确定的 KLA值进行拟合， 确定各参数数值， 获得氧传质速率系数与曝气量之间定量 关系模型。 2.根据权利要求1所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型方法， 其 特征在于， 步骤 （1） 中所述的动态法测定法为在培养体系内关闭曝气， 溶解氧降低至低位点 后， 打开曝气进行曝气充氧， 记录时间和反应 器内的溶解氧浓度， 使用图解法计算出 KLA。 3.根据权利要求2所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型的方法， 其 特征在于， 所述的图解法是根据曝气充氧变化曲线和公式 ， 将C对 作图可以得到一直线， 其斜率为 ， 在C轴上的截距为 CS， 式中，C： 反应器内溶解氧 浓度， mg‑O/L；KLa： 氧传质速率系数， h‑1；CS： 水体的饱和溶解氧浓度， mg ‑O/L；r： 活性污泥的 耗氧速率， mg ‑O/L/h。 4.根据权利要求1所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型的方法， 其 特征在于， 步骤 （1） 中不同曝气量分别为1.5、 3.0、 5.0、 7.0、 9.0  L/min。 5.根据权利要求4所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型的方法， 其 特征在于， 所述的 曝气量采用玻璃空气流 量计和手动调节空气阀门开关控制。 6.根据权利要求1所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型的方法， 其 特征在于， 步骤 （3） 中的拟合方法为： 步骤 （2） 中建立的氧传质速率系数与曝气量之间定量 关系模型方程对不同曝气量下的 KLA进行定量计算， 调整模型方程参数使计算 KLA与步骤 （1） 中的实测 KLA进行拟合， 选取拟合效果好参数确 定为最终动力 学参数值， 获得氧传质速 率系数与曝气量之间定量关系模型。 7.根据权利要求1所述的描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系模型的方法， 其 特征在于， 步骤 （1） 中测定氧传质速率系数 KLA值的测试环 境为： 活性污泥曝气池模拟环境， 活性污泥取自污水厂曝气段， 10  L体积， 机 械搅拌， 温度为室温20 ±1℃。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115422701 A 2一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系 的模型方 法 技术领域 [0001]本发明属于污水处理领域， 具体涉及一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量 关系的模型 方法。 背景技术 [0002]目前， 鼓风曝气系统一般占污水厂全厂电耗的60%左右， 是污水处理行业节能降耗 的关键所在。 同时曝气量以及曝气量的分布也对处理结果和能耗有着重要影响， 目前对曝 气量主要采用PLC 静态调控法 （固定DO） ， 对 水质处理效果的有一定提高， 但 仍存在过量曝气 问题， 难以实现精准曝气， 降低能耗。 [0003]实现精准曝气主要包括两个方面的内容： 1） 精准生化数模； 2） 精准曝气控制模型。 精准生化模型基于生化机理和动力学实现需氧量计算， 精准曝气控制模型基于PID算法和 现场实际运行条件进行精准控制。 在精准曝气控制模型中， 氧传质速率系数KLA并非定值， 它受到曝气量、 布气方式、 温度等条件的影响。 倘若使用定值KLA会导致整个系统产生巨大 偏差， 同时曝气量与KLA之间的定量关系也是亟需解决的难题。 [0004]在现有关于曝气量与KLA的定量关系中， 模型过程过于复杂， 增加了模型的运算难 度； 理论基础深厚， 但有 些参数在实际运行过程中很难被测定， 难以指导 实践。 因此， 基于理 论基础结合 实际运行过程， 简化曝气量与KLA之 间的定量关系方程， 增强模型的应用性是目 前污水处 理精准曝气领域的难题。 发明内容 [0005]针对现有技术中曝气量与 KLA的定量关系模型过程过于复杂， 无法实现精准曝气 的问题， 本发明提供了一种描述氧传质速率系 数与曝气量之间定量关系的模型方法， 定量 描述氧传质速率系数与曝气量之间的关系， 为污水 处理行业精准曝气控制中曝气量计算提 供基础数据， 从而实现真正的污水厂智慧曝气变频控制。 [0006]本发明通过以下技 术方案实现： 一种描述氧传质速率系数与曝气量之间定量关系的模型 方法， 包括以下步骤： （1） 使用动态法测定不同曝气量下的氧传质速率系数 KLA值； （2） 基于气体扰动和比表面积理论， 建立氧传质速率系数与曝气量之间定量关系 模型方程： ； 表示随流速增大气 液边界流速对于 KLA的促进过程， 表示随流速 增大气泡比表面积对于 KLA的促进过程， 式中， KLA： 氧传质速率系数， h‑1； ： 最大理论 氧传质速率系数， h‑1； ： 氧传质速率系数的综合环 境参数；Q： 曝气量 （空气流量） ， m3/h；Kq： 边界流速参数； n： 边界流速修 正参数；KQ： 比表面积参数； m： 比表面积修 正参数；说　明　书 1/3 页 3 CN 115422701 A 3