溶氧控制技术及曝气研究教学文稿
溶氧控制技术[46页]
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N La(C CL ) QO2 X
La
QO2 X C CL
在发酵过程中，培养液内某瞬间溶氧浓度变化可用下式表示：
dCL dt
La(C
CL ) QO2
X
2. 影响氧传递的主要因素
（1）搅拌的影响
在常压和25℃时，空气中的氧气在纯水中的溶解度仅为 0.25mmol/L，在不通气的情况下，大约经过14s后发酵液 中的溶氧就会被耗尽。为了保证需氧发酵的溶氧供应， 须在发酵过程中不断通入无菌空气和搅拌。
◎ 空气管口与罐底距离由发酵罐型式、管口朝向等决定。 ◎ 管口有垂直向上、向下两种，根据经验数据，当管口垂直 向上时，管口与罐底距离尽可能小，以保证管口与下档搅拌器 距离为（0.7~0.9）d；当管口垂直向下时，要根据d/D的值而定， 当d/D＞0.3~0.4时，管口距罐底约为（0.15~0.30）d， 当d/D=2.5~0.3时，管口距罐底约为（0.30~0.50）d。
乳酸
CO2
苹果酸
3-磷酸甘油醛
5-磷酸核糖
CO2
丙酮酸
CO2 CO2
CO2
草酰乙酸 1
乙醛CoA
柠檬酸
顺乌头酸
延胡索酸 琥珀酸
乙醛酸
异柠檬酸 3
CO2
2
α-酮戊二酸
5
4
NH4
谷氨酸（胞外） 谷氨酸（胞内）
在菌体生长之后，假如四碳二羧酸是100%通过 CO2固定反应供给，理想的发酵按如下反应进行：
C6H12O6 + NH3 + 1.5O2 → C5H9O4N + CO2 + 3H2O
0 0.001 0.002 0.003 0.004
C溶解（mol/L）
工业废水处理中溶解氧的控制1
工业废水处理中溶解氧的控制
目前工业废水采用好气微生物处理已较普遍，而好气微生物必须在有氧的条件下才能使有机物分解成二氧化碳、水、硝酸盐。
在活性污泥法处理工业废水中，通常采用测定溶解氧DO（溶于处理水中的游离氧）的多少来适当调节微生物的氧气。
一般工业废水不含有溶解氧，往往借助于各种曝气器冲气来满足微生物的供氧。
溶解氧的作用不仅提供活性污泥的形成（细胞合成），而且提供细胞物质自身的氧化内（骨源呼吸）和微生物的代谢把有机物氧化分解。
活性污泥法处理工业废水在曝气区内一般溶解氧控制在（2~4）mg∕1（曝气区上、中、下层溶解氧一般误差不大于0.5mg∕1）°溶解氧过高或过低都会影响微生物的代谢、降低水处理效果。
溶解氧过高（大于4mg∕1）会加速消耗污水中的有机物质，使微生物因缺乏营养而引起活性污泥的老化，丝状菌的大量繁殖。
长期过高的溶解氧会降低活性污泥的絮凝性能和吸附能力。
溶解氧过低（小于1.5mg∕1）会使微生物的生命活动受到抑制，导致微生物的衰亡、解体、变质；影响微生物的呼吸作用和活性污泥的净化能力，出现污泥上浮、腐化直至膨胀。
所以，在工业废水处理中，对溶解氧Do的监控工作非常重要。
安莱立思有台式和便携式两款专业的溶解氧仪，型号分别是DO410和D0300,现已受到废水处理行业工程师们的青睐，因为它们能真正给您的实际工作带来便利。
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污水处理中的溶解氧控制技术的研究
污水处理中的溶解氧控制技术的研究污水处理是一项重要的环境保护工作，针对污水处理中的溶解氧控制问题，科学家们进行了广泛的研究。
溶解氧的控制对于维持水体生态平衡和保护水生生物的健康至关重要。
本文将介绍几种常用的溶解氧控制技术。
一、增氧法通过增加溶解氧的浓度，提供给水体中的微生物和水生生物足够的氧气，以促进它们的生长和代谢活动。
常见的增氧法包括机械增氧和生物增氧。
1.1 机械增氧机械增氧是利用机械设备，如曝气机或喷淋装置，将空气或氧气注入水体中，增加溶解氧的浓度。
曝气机通过鼓风机产生气泡，提高水中气液界面，从而增加氧气传递速率。
喷淋装置通过将水喷成细小的水滴，增加氧气与水接触的表面积，从而增加溶解氧的浓度。
1.2 生物增氧生物增氧是利用水中的光合微生物，如藻类和浮游植物，通过光合作用将二氧化碳转化为氧气。
这种方法适用于充足的阳光和适宜的水质条件下，可以提高水体中的溶解氧浓度。
二、减氧法减氧法是通过限制氧气进入水体，减少溶解氧的浓度，以控制水体中的溶解氧含量。
常见的减氧方法包括空气隔离和微生物减氧。
2.1 空气隔离空气隔离技术是将水体与大气隔离，阻止氧气的进入。
这种方法一般应用于逆向溶解氧控制情况，即在某些特定环境下，需要限制水体中的溶解氧含量，以达到特定的处理效果。
2.2 微生物减氧微生物减氧是通过在水体中引入厌氧环境，使厌氧微生物代谢产物消耗水中的溶解氧。
这种方法适用于一些特殊的处理需求，如一些厌氧细菌对溶解氧敏感的处理过程。
三、其他技术除了增氧和减氧技术外，还有其他一些溶解氧控制技术，如光氧化和化学氧化。
3.1 光氧化光氧化是利用紫外线或其他光源照射水体，通过光解反应或其他光化学反应使有机物氧化，进而控制溶解氧的含量。
这种方法适用于特殊的处理需求，如水体中存在有机污染物浓度较高的情况。
3.2 化学氧化化学氧化是通过添加氧化剂，如过氧化氢或臭氧，使有机物在水体中氧化分解，从而控制溶解氧的含量。
这种方法一般适用于有机污染物浓度较高的废水处理过程中。
基于节能的鼓风曝气系统溶解氧稳定智能控制方法_赵冬泉
・计算机技术・基于节能的鼓风曝气系统溶解氧稳定智能控制方法赵冬泉1,2 佟庆远2 李 宁2 陈吉宁1(1清华大学环境科学与工程系,北京 100084;2北京清华城市规划设计研究院,北京 100084) 摘要 目前,国内大多数采用活性污泥法的城市污水处理厂的曝气控制系统普遍存在着溶解氧浓度波动大、曝气量冗余大、曝气单元能耗高等问题。
介绍了一种基于气量动态变化反馈控制原理与PID反馈控制原理的鼓风曝气系统溶解氧稳定智能控制方法,该方法可以使曝气池适应污水处理厂进水水量和水质的变化,保持溶解氧浓度的稳定,对污水处理厂稳定安全的运行和降低系统能耗均有显著效果。
该方法对于采用鼓风曝气的活性污泥法工艺具有良好的普适性和有效性,并在实际应用中取得了很好的效果。
关键词 城市污水处理厂 鼓风曝气系统 溶解氧 自动化控制 智能控制 节能降耗Intelligent control of dissolved oxygen concentration in energy saving2basedblast aeration systemZhao Dongquan1,2,Tong Qingyuan2,Li Ning2,Chen Jining1(1.Department of Environmental Science and Engineering,T singhua University,Beijing100084,China;2.Urban Planning&Desi gn Institute of T singhua,Beijing100084,China)Abstract:Most blast aeration systems in municipal wastewater t reat ment plant s using activated sludge t reat ment technique have p roblems such as fluct uation of dissolved oxygen concent ration, aeration rate redundancy and higher energy consumption for unit aeration.This article present s an intelligent cont rol met hod based on feedback cont rol mechanism of air dynamic variation and PID cont rol met hod t hat stabilizes t he dissolved oxygen concent ration in blast aeration system.This app roach allows t he aeration tank to be adapted to t he fluct uation of influent quantity and quality, which maintains a stable concent ration of dissolved oxygen.As a result,it has remarkable effect s for steady and safe operation of wastewater t reat ment as well as energy saving.This approach can be applied to blast aeration wit h activated2sludge technique universally,and has been proved to be very effective in p ractical application.K eyw ords:Municipal wastewater treat ment plant;Blast aeration system;Dissolved oxygen concent ration;Automatic cont rol;Intelligent cont rol;Energy saving0 引言在当前污水处理领域中,活性污泥法是应用最为广泛的处理工艺之一,该工艺以曝气池为核心处理设备,在曝气作用下,曝气池混合液得到足够的溶解氧并使存活在活性污泥上的微生物降解有机物,使污水得到净化[1]。
污水处理中的溶解氧控制技术
03
溶解氧控制技术在污水处理中的应用
城市污水处理
城市污水处理是溶解氧控制技术的重要应用领域之一。通过 控制溶解氧的浓度，可以有效去除城市污水中的有机物、氮 、磷等污染物，提高污水处理效果。
在城市污水处理中，溶解氧控制技术主要应用于活性污泥法 、A2O工艺、氧化沟等处理工艺中。通过合理控制溶解氧的 浓度，可以促进微生物的生长繁殖，提高污泥的活性，增强 污水处理能力。
06
实际案例分析
北京某污水处理厂的溶解氧控制技术应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
北京某污水处理厂通过采用溶解氧控制技术，实现了对污 水处理的优化，提高了处理效率和出水质量。
该污水处理厂采用了溶解氧控制技术，通过对曝气池中的 溶解氧浓度进行实时监测和调控，实现了对活性污泥菌群 的良好控制。同时，通过智能化的控制系统，实现了对溶 解氧浓度的精准控制，避免了过度曝气或不足导致的能源 浪费和出水质量下降问题。
溶解氧控制技术的发展趋势与展望
智能化控制技术
总结词
随着物联网、大数据和人工智能技术的快速发展，智 能化控制技术在污水处理领域的应用越来越广泛。通 过实时监测溶解氧浓度和其他水质参数，利用智能算 法和模型进行快速分析和决策，实现精准控制和优化 运行。
详细描述
智能化控制技术利用传感器、数据采集和传输设备，将 污水处理厂的运行数据实时传输至中央控制系统。通过 人工智能算法，如深度学习、神经网络等，对历史数据 进行分析和建模，预测溶解氧浓度变化趋势。同时，结 合实时监测数据，自动调整曝气量、搅拌速度等工艺参 数，确保溶解氧浓度维持在最佳范围内。智能化控制技 术的应用可以提高污水处理效率、降低能耗和减少人工 干预。
江苏某农村污水处理站的溶解氧控制技术应用
养殖渔业工作中的养殖场水体溶解氧调控技术
养殖渔业工作中的养殖场水体溶解氧调控技术随着养殖渔业的发展，养殖场水体溶解氧的调控变得越来越重要。
水体中的溶解氧直接影响着养殖生物的生长和发育，因此，采取有效的调控技术对于保障养殖业的可持续发展具有关键性意义。
本文将介绍一些常用的养殖场水体溶解氧调控技术。
一、增加水体曝气量水体中的溶解氧来源于空气中的氧气，因此增加水体曝气量是提高水体溶解氧浓度的有效措施之一。
常见的增加曝气量的方法包括使用曝气机、增设喷头等。
曝气机通过将空气注入水中，增加水体表面积与空气的接触，从而促进氧气的溶解。
二、调节养殖密度养殖密度过高会导致水体富营养化和溶解氧浓度下降。
因此，合理调节养殖密度是调控养殖场水体溶解氧的重要手段之一。
科学合理的养殖密度可保证养殖生物间的营养物质需求和氧气供给之间的平衡，从而提高水体溶解氧浓度。
三、提高水质管理水平良好的水质管理是保障养殖场水体溶解氧的关键因素之一。
水体中存在的有机废物和底泥会消耗溶解氧，影响水体中溶解氧的浓度。
因此，定期清理废物和底泥，减少水体中的氧气消耗是保证水体溶解氧浓度稳定的重要措施。
四、增加水体流动性增加水体流动性有助于提高水体溶解氧浓度。
水体的流动可以通过增加水泵的运转时间或者设置流动装置来实现。
流动的水体与空气的接触面积更大，有利于氧气向水体溶解。
五、控制投饵量和投饵频率过多的投饵会导致养殖场水体中的氧气大量消耗，从而降低水体溶解氧浓度。
因此，合理控制投饵量和投饵频率是调控养殖场水体溶解氧的重要手段之一。
六、增加水体气体交换面积通过增加水体表面积和空气的接触面积可以促进氧气向水体溶解。
例如，可以增加塘埂的宽度和长度，增加水体的表面积，提高水体气体交换效率，从而提高水体溶解氧浓度。
总结起来，养殖渔业工作中的养殖场水体溶解氧调控技术包括增加水体曝气量、调节养殖密度、提高水质管理水平、增加水体流动性、控制投饵量和投饵频率以及增加水体气体交换面积等。
合理运用这些技术可以提高水体溶解氧的浓度，保障养殖生物的健康生长，促进养殖业的可持续发展。
污水处理过程中的溶解氧控制技术
挑战与前景
协同优化面临着多目标之间的权衡和工艺参 数之间的相互影响等挑战。随着技术的不断 进步和研究的深入，溶解氧控制与其他指标 的协同优化将为污水处理行业带来更加可持
续和高效的发展前景。
THANKS感谢观看Fra bibliotek总结词
通过监测有机物的降解效率，调整曝气量或搅拌速度，提高有机物的降解效率。
详细描述
有机物的降解效率是污水处理过程中的重要指标。通过实时监测有机物的降解效率，可以判断污水处理的效果。 根据监测结果，可以调整曝气量或搅拌速度，为微生物提供适宜的生长环境，促进有机物的降解，提高污水处理 效率。
04
溶解氧控制技术的优缺点
基于微生物生长的控制策略
总结词
通过监测微生物的生长状况，调整曝气量或搅拌速度，促进微生物的生长。
详细描述
微生物的生长状况直接影响有机物的降解效率。通过监测微生物的生长状况， 可以判断有机物的降解效率。根据监测结果，可以调整曝气量或搅拌速度，为 微生物提供适宜的生长环境，促进有机物的降解。
基于有机物降解的控制策略
溶解氧浓度对有机物降解的影响
01
有机物降解是污水处理过程中的重要环节，溶解氧浓度对有机 物降解具有显著影响。
02
适宜的溶解氧浓度能够促进有机物的氧化分解，提高有机物的
降解效率。
溶解氧浓度不足会导致有机物降解效率降低，而溶解氧浓度过
03
高则会导致有机物氧化过度，产生更多的有害物质。
02
溶解氧控制技术
优势与挑战
智能控制技术具有自动化程度高、精度高、 响应速度快等优势，但也面临着技术成熟度 、成本和可靠性等方面的挑战。
新材料和新技术的应用
新材料
新型材料如高分子聚合物、纳米材料等在污水处理领域的应用逐渐增多。这些新材料具 有优异的物理化学性能，能够提高氧气的传质效率和溶解氧的利用率，为溶解氧控制提
《污水处理精准曝气智能控制方法研究》
《污水处理精准曝气智能控制方法研究》一、引言随着全球经济的持续发展，环境问题越来越受到人们的关注。
污水处理作为环境保护的重要环节，其效果直接关系到水资源的再利用和生态环境的改善。
其中，曝气作为污水处理的关键工艺之一，其曝气量的控制直接影响到污水处理效率及能耗。
因此，研究污水处理中精准曝气智能控制方法，对于提高污水处理效率、降低能耗及实现绿色环保具有重要意义。
二、研究背景及意义污水处理中的曝气过程主要是通过向水中通入空气，提供微生物生长所需的氧气，同时也有助于水体的混合和悬浮物的沉降。
传统的曝气控制方法往往依赖于人工调节或简单的自动控制系统，这种方法的缺点在于无法根据水质变化和污水处理的实时需求进行精确调节，容易造成能耗浪费或处理效果不佳。
因此，开展污水处理精准曝气智能控制方法的研究，可以实时调整曝气量，提高处理效率，降低能耗，具有重要的现实意义。
三、精准曝气智能控制方法研究现状目前，国内外学者在污水处理精准曝气智能控制方面进行了大量研究。
主要包括基于传感器技术的实时监测、基于人工智能算法的智能控制等。
其中，实时监测技术可以通过监测水质参数和曝气设备的运行状态，为智能控制提供数据支持；而人工智能算法则可以根据实时数据，通过模型预测和控制策略的调整，实现精准曝气。
四、精准曝气智能控制方法研究内容1. 数据采集与处理：通过安装在水处理设备上的传感器，实时采集水质参数、曝气设备运行参数等数据，经过数据处理后为智能控制提供数据支持。
2. 模型构建：根据污水处理工艺和曝气过程的特点，建立数学模型或人工智能模型，用于预测水质变化和曝气需求。
3. 智能控制策略：基于实时数据和模型预测结果，采用人工智能算法如神经网络、模糊控制等，实现曝气量的精准控制。
4. 系统集成与优化：将数据采集、模型构建、智能控制策略等集成到一个系统中，并进行优化和调试，确保系统的稳定性和可靠性。
五、实施方法及技术路线1. 确定研究区域和污水处理厂，进行现场调研和数据收集。
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溶氧控制技术及曝气研究
1.污水中溶解氧的控制依据主要有哪些，如何优化?
溶解氧的概念可以理解为水中游离氧的含量，用ＤＯ表示，单位ｍｇ／Ｌ。
溶解氧在实际的污水、废水处理操作中具有举足轻重的作用，这一指标的恶化或者波动过大，往往会导致活性污泥系统的稳定性大幅波动，自然对处理效率的影响也非常明显。
＜１＞书面定义及实际操作的理解
应该说，理论上来讲，当曝气池各点监测到的ＤＯ值略大于０（如０.０１ｍｇ／Ｌ）时，可以理解为充氧正好满足活性污泥中微生物对溶解氧的要求。
但是事实上，我们还是没有简单的将溶解氧控制在大于０的水平，而是应用教科书中的做法，把ＤＯ控制在１～３ｍｇ／Ｌ的范围内。
究其原因还是因为，整个曝气池而言，溶解氧的分布和各曝气池区域内的溶解氧需求是不一样的。
为了保守的稳定活性污泥在分解有机物或自身代谢过程中对溶解氧的需求，才将ＤＯ控制在１～３ｍｇ／Ｌ。
但是，实际操作和书面上固定僵化的ＤＯ理论值往往是不同的，不能只是依照书面上理论值，还要充分结合实际情况！
从实际情况看，发现在实际运行中，很多情况下将溶解氧控制在１～３ｍｇ／Ｌ是没有必要的，特别是控制超过３ｍｇ／Ｌ更是毫无意义，唯一的结果只是导致电能的浪费和出水中含有细小悬浮颗粒。
所以，在根据书面理论同时要结合实际情况合理控制溶解氧。
＜２＞污水中溶解氧的控制依据及优化
主要依据：原水水质(有机物、氮、磷）、活性污泥的浓度、污泥沉降比、pH、温度、食微比（F/M)等进行控制。
当然，书面上给的理论值：一般好氧条件下溶解氧浓度为≥2.0 mg/L,厌氧条件下溶解氧浓度为≤0.2 mg/L,缺氧条件下溶解氧浓度为0.2-0.5 mg/L。
具体
还是要根据实际情况来把握。
①原水水质：一般原水中有机物含量越多，微生物分解代谢的耗氧量越多，以及硝化反应等对溶解氧的需求，所以控制溶解氧时要注意进水水量的变化和进水中有机物的含量。
②活性污泥浓度：在达到去除污染物、并到达排放浓度的情况下要尽量的降低活性污泥的浓度，这对于降低曝气量、减少电力消耗非常有利。
同时，在低活性污泥浓度情况下，更要注意不要过度曝气，否则会出现污泥膨胀，使得出水混浊；当然，高的活性污泥浓度需要较高的溶解氧，否则会出现缺氧现象，使得污水处理效果受到抑制。
③污泥沉降比：过度的曝气会使细小的起泡附着在活性污泥的菌胶团上，导致活性污泥上浮到液面，使得污泥沉降性能变差。
在实际操作中应该注意这个问题，特别是发生污泥丝状膨胀时候，更容易导致曝气的细小气泡附着在菌胶团上，继而导致液面出现大量浮渣。
④pH：通过对活性污泥浓度及微生物等的影响，间接的影响到溶解氧量。
所以在污水处理控制时，除了要充分了解调节池功能外，还要与排放单位建立联系，了解污水水质情况，以便投加合适的试剂中和异常的pH。
⑤温度：不同温度下，污水中的溶解氧浓度不同，会对活性污泥浓度及微生物等产生影响。
低温、高温都会影响水中溶解氧和微生物活性，使得污水处理效率低下。
对于北方的低温，通常是建立地下或半地下室或室内处理；对于高温天气，则是通过调节池来调节池内温度进而提高处理效率。
⑥食微比（F/M)：食微比越高，越低，需氧量相对就越高，这可以知道我们在水处理过程中通过食微比值来达到节能的目的，即在保证处理效果的前提下，尽量提高食微比，以避免不必要的曝气消耗。
2.近两年关于曝气技术的最新研究？
目前，常用的曝气方法有鼓风曝气和机械曝气，以及两者联合使用的混合曝气、射流曝气等。
（1）机械曝气设备主要有泵型叶轮曝气机、抽吸式曝气机、曝气转盘、曝气转刷等，可靠耐用、维护简单的优点，但效率低、动力消耗大；鼓风曝气设备主要有穿孔管、固定式微孔爆气等。
（2）鼓风曝气较机械曝气其充氧效率高、动力消耗低，但维修时需将构筑物中水放空，维护复杂。
此外，还有一些其它曝气设备，如：
潜水射流曝气设备：曝气设计专用水泵, 进气导管、喷嘴座、混气室、扩散管所组成, 水流经连接于泵出口之喷嘴座高速射入混气室, 空气由进气导管引导至混气室与水流结合, 经扩散管排出。
沉水式曝气设备：利用马达直接传动叶轮之旋转来造成离心力，使附近的低压吸进水流，同时，叶轮进口处也制造真空以吸入空气，在混气室中，这些空气与水混合之后由离心力作用急速排出。
最新的曝气技术有无泡曝气技术、悬挂链曝气技术、微纳米曝气技术等。
①无泡曝气技术：是将加压空气或纯氧连续通入中空纤维膜的管腔中，水在管外流动，保持氧气压力低于泡点，在膜两侧氧分压差的推动下,管腔内的氧透过膜壁或膜壁上的微孔直接扩散进入管外的水体中；
②悬挂链曝气技术：该曝气设备主要改变了传统曝气设备的固定模式，用浮筒牵引，悬挂在池中，曝气器与布气管间用软管连接。
在向曝气器通气时，单个曝气器由于受力不均，在水中产生运动，当曝气器偏离浮筒垂直轴时，气泡升到水面并在浮筒一侧爆裂，从而对浮筒产生反向推力，使浮筒运动，浮筒的运动反过来带动曝气器运动，在曝气情况下运动持续不断。
③微纳米气泡发生装置：主要由发生装置、微纳米曝气头及连接管件组成。
通过水泵加压，由曝气头内部的曝气石高速旋转，在离心作用下，使其内部形成负压区，空气通过进气口进入负压区，在容器内部分成周边液体带和中心气体带，由高速旋转的气石出气部将空气均匀切割成直径5-30 μm 的微纳米气泡。
由于气泡细小，不受空气在水中溶解度的影响，不受温度、压力等外部条件限制，可以在污水中长时间停留，具有良好的气浮效果。
另外，对曝气技术的控制可以直接影响到污水排放进程和系统能耗。
目前，比例，积分，微分（PID）控制在工业过程控制系统中应用比较广泛。
比如，Jianyu Sun 等采用两步级联式、比例、积分（PI）反馈控制的曝气策略，利用仿真模型进行优化，发现这一策略可以依据污水质量的反馈对曝气进行实时调整，从而使得能耗降低4%-20%左右。