一种用于污水处理过程中曝气工艺的碳减排系统的制作方法

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于污水处理过程中曝气工艺的碳减排系统。

背景技术：

1、在污水处理过程中，使用一定的方法和设备，向污水中强制通入空气，使池内污水与空气接触充氧，并搅动液体，加速空气中的氧气向液体中转移，防止池内悬浮物体下沉，加强池内有机物与微生物及溶解氧的接触，对污水中有机物进行氧化分解，这种向污水中强制增氧的过程就叫做曝气。

2、现有的应用的曝气池中的曝气系统一般是通过鼓风机将空气通过一系列管道输送到安装在池底部的曝气器，通过曝气器，使空气形成不同尺寸的气泡，气泡在曝气器的出口形成，尺寸取决于空气扩散装置的形式，气泡经过上升和随水循环流动，最后在液面处破裂，这一过程产生氧向污水中转移的作用，在曝气系统运行中一般会出现鼓风机速率过大以及空气扩散装置切割的空气气泡过小导致曝气过度，空气中的氧无法在曝气过程中充分反应，在生成相同二氧化碳的同时增加了使用功耗，或者鼓风机速率过低以及空气扩散装置切割的空气气泡过大导致曝气不足，气泡在曝气池内反应时间过长，导致二氧化碳堆积，影响排放，在实际运行中，还会出现空气扩散装置堵塞的问题，有鉴于此，有必要对曝气系统进行改进，提高鼓风机以及空气扩散装置的使用效率，让空气在曝气池内充分反应，减少能耗，以达到碳减排的目的。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明通过对现有的污水处理过程中的曝气工艺进行改进，提高鼓风机以及空气扩散装置的使用效率，让空气在曝气池内充分反应，减少能耗，以达到碳减排的目的。

2、本发明提供一种用于污水处理过程中曝气工艺的碳减排系统，所述碳减排系统包括碳监测模块、鼓风机模块、空气切割模块以及终端处理器，所述碳监测模块、鼓风机模块以及空气切割模块与终端处理器通讯连接；

3、所述碳监测模块包括浓度监测仪以及摄像头，所述浓度监测仪用于监测曝气池上方的二氧化碳浓度，所述摄像头用于对浓度监测仪下方的曝气池液面进行拍摄，将拍摄到的图像记为实时气泡图像；

4、所述鼓风机模块包括鼓风机，所述鼓风机用于将空气通过管道输送到安装在曝气池底部的空气切割模块；

5、所述空气切割模块包括空气切割器以及流量传感器，所述空气切割器用于对排入曝气池的空气进行切割，使空气形成不同尺寸的气泡，所述流量传感器用于接收单位时间内通过的气体流量，所述空气切割器的接收空气的一侧和排出空气气泡的一侧分别放置有流量传感器，将接收空气的一侧的流量传感器记为输入流量传感器，将排出空气气泡的一侧的流量传感器记为输出流量传感器；

6、所述终端处理器包括浓度分析单元、图像处理单元以及调控单元；

7、所述浓度分析单元用于对浓度监测仪监测到的二氧化碳浓度进行分析，基于分析结果向调控单元发送调控信号；

8、所述图像处理单元用于对摄像头拍摄到的实时气泡图像进行分析，基于分析结果向调控单元发送调控信号；

9、所述调控单元基于浓度分析单元的分析结果以及图像处理单元的分析结果对鼓风机模块以及空气切割模块进行调控。

10、进一步地，其特征在于，所述碳监测模块配置有浓度监测仪放置策略，所述浓度监测仪放置策略包括：

11、在曝气池运行第一曝气时间后，将曝气池上方第一距离处记为第一监测高度，在第一监测高度上放置浓度监测仪，将此时监测到的浓度记为第一浓度，将浓度监测仪依次向上移动第一位移距离，将每次移动后的平面区域依次记为第二监测高度至第n监测高度，将每次监测到的浓度依次记为第二浓度至第n浓度，n为大于二的常数；

12、当第n浓度小于等于标准浓度值时停止移动，将第一浓度至第n浓度中浓度最高值记为最佳监测浓度，将最佳监测浓度对应的监测高度记为最佳监测高度；

13、在最佳监测高度上的曝气池墙边放置浓度监测仪以及摄像头，记为外部浓度监测仪以及外部摄像头，在最佳监测高度上的曝气池中心放置浓度监测仪以及摄像头，记为中心浓度监测仪以及中心摄像头。

14、进一步地，所述浓度分析单元配置有浓度分析策略，所述浓度分析策略包括：

15、在曝气池开始运行第一时间后，每隔第二时间获取外部浓度监测仪以及中心浓度监测仪监测到的二氧化碳浓度值；

16、当外部浓度监测仪以及中心浓度监测仪监测到的二氧化碳浓度值均大于第一危险浓度时，向调控单元发送浓度超过危险值信号；

17、当外部浓度监测仪以及中心浓度监测仪监测到的二氧化碳浓度值均小于第二危险浓度时，向调控单元发送浓度低于安全值信号；

18、当外部浓度监测仪检测到的二氧化碳浓度和中心浓度监测仪检测到的二氧化碳浓度不同时大于第一危险浓度、不同时小于第二危险浓度以及不同时大于第二危险浓度且小于第一危险浓度时，向调控单元发送浓度不稳信号。

19、进一步地，所述图像处理单元配置有图像处理策略，所述图像处理策略包括：

20、在曝气池开始运行第一时间后，每隔第二时间获取外部摄像头以及中心摄像头拍摄的实时气泡图像，对实时气泡图像进行色彩比对，获取实时气泡图像中液面气泡的颜色，当液面气泡的颜色为第一颜色时，向调控单元发送第一泡沫颜色信号；

21、当液面气泡的颜色为第二颜色时，向调控单元发送第二泡沫颜色信号；

22、对实时气泡图像进行灰度化处理，获取实时气泡图像中圆形和椭圆形的数量，将外部摄像头拍摄的实时气泡图像中的圆形和椭圆形的数量记为外部气泡数，将中心摄像头拍摄的实时气泡图像中的圆形和椭圆形的数量记为中心气泡数；

23、所述图像处理策略配置有气泡比对算法，所述气泡比对算法包括：，其中，c为气泡比对值，d1为外部气泡数，d2为中心气泡数；

24、当气泡比对值小于标准气泡值时，向调控单元发送气泡不均信号。

25、进一步地，所述调控单元配置有鼓风机调控策略，所述鼓风机调控策略包括：

26、当调控单元接收到浓度超过危险值信号或者第一泡沫颜色信号时，将鼓风机的速率提高第一百分比；

27、通过风速提高算法计算得到第一百分比，所述风速提高算法配置为：，其中，v1为第一百分比，b1为外部浓度监测仪监测到的二氧化碳浓度，b2为第一危险浓度；

28、当调控单元接收到浓度低于安全值信号或者第二泡沫颜色信号时，将鼓风机速率降低第二百分比；

29、通过风速降低算法得到第二百分比，所述风速降低算法配置为：，其中，v2为第二百分比，b3为中心浓度监测仪监测到的二氧化碳浓度，b4为第二危险浓度。

30、进一步地，所述调控单元还配置有空气切割调控策略，所述空气切割调控策略包括：

31、当调控单元接收到浓度超过危险值信号或者第一泡沫颜色信号时，调整空气切割器，将切割的空气气泡直径降低第一直径长度；

32、当调控单元接收到浓度低于安全值信号或者第二泡沫颜色信号时，调整空气切割器，将切割的空气气泡直径提高第一直径长度。

33、进一步地，所述调控单元还配置有空气切割器疏通策略，所述空气切割器疏通策略包括：

34、当调控单元接收到气泡不均信号或浓度不稳信号时，获取输入流量传感器以及输出流量传感器在第一流量时间内接收到的气体流量，通过第一流量算法计算出此时的空气通过率，记为第一空气通过率；

35、所述第一流量算法包括：，其中，m为空气通过率，h1为输出流量传感器在第一流量时间内接收到的气体流量，h2为输入流量传感器在第一流量时间内接收到的气体流量；

36、当空气通过率低于标准通过率时，在第一疏通时间内将鼓风机速率提高第三百分比；

37、所述调控单元还配置有疏通算法，所述疏通算法包括：，其中，r为第三百分比，α为疏通转换系数，m为空气通过率；

38、在第一疏通时间后，使用第一流量算法算出此时的空气通过率，记为第二空气通过率，当第二空气通过率低于标准通过率时，发送警报。

39、本发明的有益效果：

40、1.本发明通过浓度监测仪放置策略获取最佳监测高度，在最佳监测高度所在的平面区域上的曝气池墙边和曝气池中心分别放置浓度监测仪以及摄像头，得到曝气池上方二氧化碳浓度最高的平面区域，基于浓度最高处的二氧化碳浓度对曝气池进行数据采集；

41、2.本发明还通过摄像头拍摄实时气泡图像，通过对实时气泡图像分析的结果向调控单元发送调控信号，能够对曝气池表面进行观测，基于曝气池表面的气泡颜色和气泡数量对曝气池的曝气情况进行分析；

42、3.本发明还通过调控单元基于浓度分析单元的分析结果以及图像分析单元的分析结果对鼓风机以及空气切割器进行调控，能够在基于两个采集点的采集数据对曝气池的曝气情况进行综合分析，通过调控使曝气池中的氧气充分反应，减少多余二氧化碳的排放，降低鼓风机以及空气切割器的使用功耗，对曝气过度、曝气不足以及空气切割器的堵塞进行及时的处理，有利于加快曝气池的反应速率，减少耗能，在能源上实现碳减排。

43、本发明附加方面的优点将在下面的具体实施方式的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。