一种活性炭生物滤池的曝气装置的制作方法

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种对污水处理的曝气装置的改进。

背景技术：

1、污水处理是指为使污水达到排水或者再次使用的水质要求对其净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个工业生产领域和市政百姓生活。水处理一般包括过滤、曝气、沉淀等步骤，曝气是指将空气中的氧强制向液体中转移的过程，其目的是使得污水获得溶解氧，从而保证污水中的微生物在分解有机质时具有充足的溶解氧。曝气生物滤池是污水处理的主要工艺之一，该工艺具有去除ss、cod、bod、硝化、脱氮、除磷、去除aox（有害物质）的作用。曝气生物滤池是集生物氧化和截留悬浮固体一体的新工艺。

2、第一种是常规敞口运行的各种曝气生物滤池（baf)，包括自下而上依次设置的配水区，承托层，生物填料层，清水区，配水区内设置有进水分布管和曝气分布管，提供了滤池异养菌和硝化菌交界区的溶解氧浓度和传质效率，根据溶解氧沿生物填料层高度的进行分布。但是这种方式的曝气效率低下，可调性差；污水量大时，曝气装置容易浮起，曝气效果变差，严重影响污水处理的整体工作效率；曝气装置为一个整体，使用的范围很有局限性，不能通用于不同尺寸的生化池，制作、安装以及后期的维修都较为不便。

3、第二种是压力式曝气生物滤罐（pbf），采用模块化压力罐外壳，微压运行（罐顶表压0.5-0.8bar)，布水曝气独特，供氧充足，全封闭运行，无臭味，无泡沫，周围环境好；同时，罐顶尾气接管定点排放或引入其它单元曝气节能环保。滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度不同，好氧区、厌氧区所占比例也相应变化；滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。但是这种滤罐无法实现不同区域多点位溶解氧的精确控制；同时其曝气速率可调性差。

4、因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。

技术实现思路

1、（一）发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种以精准方式控制活性炭生物滤池中曝气池的加氧量和加氧的方式。

2、（二）技术方案：为了解决上述技术问题，一种活性炭生物滤池的曝气装置，包括多个曝气终端，其中，所述曝气终端具有上下垂直移动的定位杆，所述曝气装置还包括图像采集单元、对所述图像采集单元的曝气图像做分析的图像分析单元、溶解氧测量单元、控制单元，所述溶解氧测量单元包括多个溶解氧传感器；

3、所述曝气终端连接所述控制单元，所述控制单元包括异常判断模块、模板选择模块和曝气量计算模块，所述模板选择模块用于控制曝气终端定位杆在水中的位置，所述曝气量计算模块用于控制曝气终端释放气泡的直径和气泡层波形。

4、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述图像采集单元实时采集所述曝气装置中污水容置空间的曝气图像，所述曝气图像包括水、悬浮絮和气泡；所述图像分析单元对每帧曝气图像用格线进行分层，将和水底对应的一层曝气图像层称为第一曝气图层；从底层到水面，依次是第一曝气图层、第二曝气图层、第三曝气图层；每个曝气图层对应一个或多个溶解氧传感器，所述曝气图层的溶解氧值由多个溶解氧传感器计算得到。

5、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述图像分析单元采用卷积网络模型来获取，通过第一卷积网络模型获取每层的曝气图像层中静态特征，包括悬浮絮的浅层特征、气泡图像的浅层特征；通过第二卷积网络模型计算悬浮絮和气泡的动态特征，包括每层悬浮絮上浮的第一速度特征、每层气泡上浮的第二速度特征、曝气图像层的溶解氧值变化速率、溶解氧值变化幅度、悬浮絮的面积分布律的变化值、气泡直径的变化率。

6、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述图像分析单元将第二卷积网络模型生成的多个曝气图像层的溶解氧值变化速率、溶解氧值变化幅度作为第二输入信息，将所述第二卷积网络模型计算出的悬浮絮的面积分布律的变化值、气泡直径的变化率作为第三输入信息，将每层悬浮絮上浮的第一速度特征、每层气泡上浮的第二速度特征作为第四输入信息发送到控制单元的异常判断模块。

7、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述异常判断模块包括训练过的异常图像库，通过异常判断卷积网络模型，将输入图像通过卷积核的特征提取和全连接层的分类，将每层的曝气图像层中浅层特征和训练过异常图像库比对。

8、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述异常判断模块输出的正常数据进入模板选择模块；所述模板选择模块存储多个训练过的曝气模板，所述曝气模式包括多个曝气终端的排布模板，所述排布模板包括补充溶解氧数量区间和曝气终端排布结构的对应图。

9、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述模板选择模块通过循环神经网络模型接收与所述第一输入信息匹配的悬浮絮和气泡对应的动态特征作为输入层；所述循环神经网络在输入层后连接隐藏层，所述隐藏层连接存储模块，所述存储模块存储多个训练过的曝气终端的排布模板；所述循环神经网络的隐藏层将计算结果和存储的训练过的曝气终端的排布模块进行比对，确定曝气终端的排布结构。

10、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述曝气终端包括气泡释放管道，所述气泡释放管道具有柔性筋骨，所述柔性筋骨包括由柔性扭矩单元连接的铰链杆，通过控制柔性扭矩单元的角度，控制气泡释放管道做波浪形浮动。

11、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述曝气量计算模块根据模板选择模块选定的曝气终端的排布结构，以及排布结构对应的补充溶解氧数量区间，确定曝气终端的气泡扩散器的直径。

12、所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其中，所述曝气量计算模块还包括波形控制函数，波形控制气泡释放管道的形状，从而控制气泡层形状，相邻曝气图层之间波形控制函数的方向相反。

13、（三）有益效果：本发明一种活性炭生物滤池的曝气装置，能够精准控制下一时段的气泡层的波动幅度，精准控制生化反应需要溶解氧效果解决现有技术中大部分曝气装置曝气速率不可调，不同时间下的微生物需要的气体量不一样，不可调的曝气速率会影响微生物的生长的问题，使气泡能均匀的在污水中分布，提高了微生物分解有机质的速率。

技术特征：

1.一种活性炭生物滤池的曝气装置，包括多个曝气终端，其特征在于，所述曝气终端具有上下垂直移动的定位杆，所述曝气装置还包括图像采集单元、对所述图像采集单元的曝气图像做分析的图像分析单元、溶解氧测量单元、控制单元，所述溶解氧测量单元包括多个溶解氧传感器；

2.根据权利要求1所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述图像采集单元实时采集所述曝气装置中污水容置空间的曝气图像，所述曝气图像包括水、悬浮絮和气泡；所述图像分析单元对每帧曝气图像用格线进行分层，将和水底对应的一层曝气图像层称为第一曝气图层；从底层到水面，依次是第一曝气图层、第二曝气图层、第三曝气图层；每个曝气图层对应一个或多个溶解氧传感器，所述曝气图层的溶解氧值由多个溶解氧传感器计算得到。

3.根据权利要求2所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述图像分析单元采用卷积网络模型来获取，通过第一卷积网络模型获取每层的曝气图像层中静态特征，包括悬浮絮的浅层特征、气泡图像的浅层特征；通过第二卷积网络模型计算悬浮絮和气泡的动态特征，包括每层悬浮絮上浮的第一速度特征、每层气泡上浮的第二速度特征、曝气图像层的溶解氧值变化速率、溶解氧值变化幅度、悬浮絮的面积分布律的变化值、气泡直径的变化率。

4.根据权利要求3所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述图像分析单元将第二卷积网络模型生成的多个曝气图像层的溶解氧值变化速率、溶解氧值变化幅度作为第二输入信息，将所述第二卷积网络模型计算出的悬浮絮的面积分布律的变化值、气泡直径的变化率作为第三输入信息，将每层悬浮絮上浮的第一速度特征、每层气泡上浮的第二速度特征作为第四输入信息发送到控制单元的异常判断模块。

5.根据权利要求4所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述异常判断模块包括训练过的异常图像库，通过异常判断卷积网络模型，将输入图像通过卷积核的特征提取和全连接层的分类，将每层的曝气图像层中浅层特征和训练过异常图像库比对。

6.根据权利要求5所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述异常判断模块输出的正常数据进入模板选择模块；所述模板选择模块存储多个训练过的曝气模板，所述曝气模式包括多个曝气终端的排布模板，所述排布模板包括补充溶解氧数量区间和曝气终端排布结构的对应图。

7.根据权利要求6所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述模板选择模块通过循环神经网络模型接收与所述第一输入信息匹配的悬浮絮和气泡对应的动态特征作为输入层；所述循环神经网络在输入层后连接隐藏层，所述隐藏层连接存储模块，所述存储模块存储多个训练过的曝气终端的排布模板；所述循环神经网络的隐藏层将计算结果和存储的训练过的曝气终端的排布模块进行比对，确定曝气终端的排布结构。

8.根据权利要求7所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述曝气终端包括气泡释放管道，所述气泡释放管道具有柔性筋骨，所述柔性筋骨包括由柔性扭矩单元连接的铰链杆，通过控制柔性扭矩单元的角度，控制气泡释放管道做波浪形浮动。

9.根据权利要求8所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述曝气量计算模块根据模板选择模块选定的曝气终端的排布结构，以及排布结构对应的补充溶解氧数量区间，确定曝气终端的气泡扩散器的直径。

10.根据权利要求9所述一种活性炭生物滤池的曝气装置，其特征在于，所述曝气量计算模块还包括波形控制函数，波形控制气泡释放管道的形状，从而控制气泡层形状，相邻曝气图层之间波形控制函数的方向相反。

技术总结
一种活性炭生物滤池的曝气装置包括多个曝气终端、图像采集单元、图像分析单元、溶解氧测量单元、控制单元，曝气终端连接控制单元，控制单元包括异常判断模块、模板选择模块和曝气量计算模块，模板选择模块用于控制曝气终端定位杆在水中的位置，曝气量计算模块用于控制曝气终端释放气泡的直径和气泡层波形。本发明活性炭生物滤池的曝气装置中曝气终端根据排布架构分布在污水容置空间的不同位置，能够将压缩空气均匀分布在水体中，形成许多微小的气泡，可大大增加气液接触面积，提高氧释放效率和处理效果，并且会产生大小合理的气泡，可以有效解决过度产生气泡的问题。

技术研发人员：司吉昆,汪传胜,李霞,陈维,张越
受保护的技术使用者：杭州回水科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15