CN104230022B - 曝气装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曝气装置及其控制方法，装置包括浮船(1)、安装于浮船(1)上的支架(2)、太阳能组件(3)、蓄电池、控制器、上层曝气装置、中层曝气装置和下层曝气装置和与控制器相连的溶解氧反馈装置，上层曝气装置通过潜水泵(7)和喷头(4)实现充氧，中层曝气装置通过鼓风机(16)、臭氧发生器及多个曝气头的配合来实现曝气充氧，下层曝气装置则通过空压机与曝气头的配合来实现曝气充氧，该曝气装置节能环保、同时采用上层、中层、底层，三层分别采用不同的装置进行曝气，彻底解决曝气不足等问题、移动方便、曝气面积大，整体生态修复效果好。

Description

曝气装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及曝气机装置及其控制技术领域，具体讲是一种曝气装置及其控制方法。
背景技术
随着城乡区域规模的扩大，昔日作为景观、灌溉、排洪、储存的水塘或河道已普遍存在黑臭的现象。目前黑臭水塘或河道污染主要采用清淤、截污、补水、调水、加盖等市政工程手段进行治理及高效微生物驯化处理或直接漂白，但河湖水生态自净能力依然跟不上，虽经整治的河湖，水质没有得到根本的改善，仍然发黑发臭污染环境，城乡居民生活健康、形象、投资环境、及观光严重影响，农业灌溉、饮用水的安全备受威胁。水塘或河道水体黑臭现象是一种生物化学现象——水体中有机物的厌氧分解，所以河道治理主要的工作是充氧，但是如何能充分的充氧到河道，方式有很多种，目前常用的方式，有采用机械曝气盘，或是潜水曝气，都出现了充氧效果不好，涉及的面积较小，不能解决河道整体生态修复。且现有技术的曝气机装置比较简单，大多采用电机或鼓风机，结构简单，存在曝气不足的现象。且寿命短、使用交流电，耗能大、电费多，大多没有反馈控制。对严重污染的水塘或河道，效果不大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种节能环保、同时采用上层、中层、底层，三层分别采用不同的装置进行曝气，彻底解决曝气不足等问题、移动方便、曝气面积大，整体生态修复效果好的曝气装置。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种曝气装置，包括浮船、安装于浮船上的支架、太阳能组件、蓄电池、控制器、上层曝气装置、中层曝气装置和下层曝气装置和与控制器相连的溶解氧反馈装置，所述的太阳能电池组件安装于所述的支架上，所述的太阳能组件的输出端口与所述的蓄电池相连接，且所述的控制器与所述的蓄电池相连接；
所述的上层曝气装置包括安装于浮船底部的潜水泵和喷头，所述的潜水泵与所述的控制器与蓄电池相连接，所述的喷头通过上层管路与潜水泵的出水口相连通；
所述的中层曝气装置包括安装于浮船的舱体内的鼓风机、臭氧发生器、中层管路、设于水下中层的多个中层曝气头，所述的鼓风机与所述的蓄电池及控制器电连接，所述的臭氧发生器的输出口通过中层管路与所述的鼓风机的出风口相连接，且所述的多个中层曝气头连接于所述的中层管路的末端；
所述的下层曝气装置包括安装于浮船的舱体内的空压机、底层管路及设于水下底层的多个底层曝气头，所述的空压机与所述的蓄电池及控制器电连接，所述的多个底层曝气头通过底层管路与所述的空压机的出风口相连接；
所述的溶解氧反馈装置包括上层溶解氧传感器、中层溶解氧传感器及底层溶解氧传感器，且所述的上层溶解氧传感器、中层溶解氧传感器及底层溶解氧传感器均与所述的控制器相连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明对目前的曝气装置结构做了很大改进，浮船可以在水面上移动，采用太阳能供电，环保节能，耗能小，不用电费。同时采用上层、中层、底层三层分别曝气，彻底解决曝气不足等问题。上层采用潜水泵提水曝气、中层采用鼓风机曝气、底层采用空压机曝气。其中上层曝气装置的潜水泵提水曝气可以很好的达到水塘或河道的水面上层充氧效果。中层曝气装置中臭氧与鼓风机产生的风一起进入中层管路，且通过曝气头进行曝气。这样，能有效降低污水COD，在污水处理工艺中，污水一级B升级到一级A时，污水中都是最难氧化物质，只有通过高浓度臭氧才能降低COD，实现一级A排放，且同时能有效降低BOD，生态净化效果更好。底层曝气装置则采用空压机作为动力源，能承受较大的压力，使底层的曝气效果更好。
作为优选，所述的上层曝气装置的喷头喷口朝上设置，且所述的喷头外伸出水面。这样，上层的曝气效果更好。
作为优选，所述的太阳能组件与水平方向的夹角α为30°～45°。这样，太阳能组件的吸收太阳能的效果更佳。
作为优选，所述的中层管路的末端用于安装中层曝气头的管路呈横向设置。这样，中层的曝气面积较大，曝气效果好。
作为优选，所述的底层管路的末端用于安装底层曝气头的管路呈横向设置。这样，底层的曝气面积较大，曝气效果好。
本发明的另一个目的是提供一种适用于上述曝气装置的控制方法，包括以下步骤：
(1)设定曝气装置的溶解氧的期望值DO；
(2)选定曝气装置的溶解氧的变量，并记为y；
(3)曝气装置溶解氧根据其自身传感器按采样周期采样实际输出y；
(4)在每个采样周期都将实际输出与期望值DO进行比较，得到误差，记该误差为e，则e由表达式e＝DO-y确定，同时进行反馈校正，修正步骤(2)中的变量，使e趋向于零；
(5)将步骤(4)中得到的e经模糊控制器计算，得到单个或多个控制量；
(6)步骤(5)中得到的单个或多个控制量，记该控制量为u，所述曝气机根据u去控制其电机；
(7)重复步骤(2)～(6)，得到每个采样周期的控制量，同时根据控制量实时控制所述曝气装置的溶解氧。
与现有技术相比，本发明的优点在于：采用溶解氧反馈控制，针对上层、中层、低层三层曝气，提出了新的控制方法。这样，根据各个层的溶解氧传感器的反馈来实现实时控制，可有效避免能耗的浪费，且有的放矢，净化效果更加好。
附图说明
图1是本发明曝气装置的结构示意图。
图2是本发明曝气装置的溶解氧控制方法的控制流程示意图。
图3是本发明曝气装置的溶解氧控制方法的模糊控制器的输入输出原理图。
图4是本发明曝气装置的溶解氧控制方法的误差的隶属度函数的曲线图。
图5是本发明曝气装置的溶解氧控制方法的误差导数的隶属度函数的曲线图。
图6是本发明曝气装置的溶解氧控制方法的模糊控制器输出的控制量的隶属度函数的曲线图。
图1中：1浮船、2支架、3太阳能组件、4喷头、5上层溶解氧传感器、6上层管路、7潜水泵、8空压机、9底层管路、10底层溶解氧传感器、11底层曝气头、12中层曝气头、13中层管路、14中层曝气头、15臭氧发生器、16鼓风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。
如图1所示，一种曝气装置，包括浮船1、安装于浮船1上的支架2、太阳能组件3、蓄电池、控制器、上层曝气装置、中层曝气装置和下层曝气装置和与控制器相连的溶解氧反馈装置，所述的太阳能电池组件安装于所述的支架2上，所述的太阳能组件3的输出端口与所述的蓄电池相连接，且所述的控制器与所述的蓄电池相连接；
所述的上层曝气装置包括通过安装架安装于浮船1底部的潜水泵7和喷头4，所述的潜水泵7与所述的控制器与蓄电池相连接，所述的喷头4通过上层管路6与潜水泵7的出水口相连通；
所述的中层曝气装置包括安装于浮船1的舱体内的鼓风机16、臭氧发生器、中层管路13、设于水下中层的多个中层曝气头14，所述的鼓风机16与所述的蓄电池及控制器电连接，所述的臭氧发生器的输出口通过中层管路13与所述的鼓风机16的出风口相连接，且所述的多个中层曝气头14连接于所述的中层管路13的末端；
所述的下层曝气装置包括安装于浮船1的舱体内的空压机8、底层管路9及设于水下底层的多个底层曝气头11，所述的空压机8与所述的蓄电池及控制器电连接，所述的多个底层曝气头11通过底层管路9与所述的空压机8的出风口相连接；
所述的溶解氧反馈装置包括上层溶解氧传感器5、中层溶解氧传感器12及底层溶解氧传感器10，且所述的上层溶解氧传感器5、中层溶解氧传感器12及底层溶解氧传感器10均与所述的控制器相连接。
所述的上层曝气装置的喷头4喷口朝上设置，且所述的喷头4外伸出水面。
所述的太阳能组件3与水平方向的夹角α为30°～45°。
所述的中层管路13的末端用于安装中层曝气头14的管路呈横向设置。
所述的底层管路9的末端用于安装底层曝气头11的管路呈横向设置。
如图2-6所示，上述的曝气装置的控制方法，包括以下步骤：
(1)设定曝气装置的溶解氧的期望值DO；
(2)选定曝气装置的溶解氧的变量，并记为y；
(3)曝气装置溶解氧根据其自身传感器按采样周期采样实际输出y；
(4)在每个采样周期都将实际输出与期望值DO进行比较，得到误差，记该误差为e，则e由表达式e＝DO-y确定，同时进行反馈校正，修正步骤(2)中的变量，使e趋向于零；
(5)将步骤(4)中得到的e经模糊控制器计算，得到单个或多个控制量；
(6)步骤(5)中得到的单个或多个控制量，记该控制量为u，所述曝气机根据u去控制其电机；
(7)重复步骤(2)～(6)，得到每个采样周期的控制量，同时根据控制量实时控制所述曝气装置的溶解氧。
在本具体实施例中，本发明曝气装置控制过程如下：
(1)设定曝气装置溶解氧的期望值DO＝[do1do2do3]T；其中do1为河道上层溶解氧期望值，do2为河道中层溶解氧期望值，do3为河道下层溶解氧期望值。
(2)选定曝气装置溶解氧的变量，并记为Y＝[y1y2y3]T；
(3)曝气装置溶解氧根据其自身传感器按采样周期采样实际输出y；
(4)在每个采样周期都将实际输出与期望值DO进行比较，得到误差，记该误差为e，则e由表达式e＝DO-Y确定，同时进行反馈校正，修正步骤(2)中的变量，使e趋向于零；
(5)将步骤(4)中得到的e经模糊控制器计算，得到单个或多个控制量；
(6)步骤(5)中得到的单个或多个控制量，记该控制量为u，根据u去控制所述曝气装置；
(7)重复步骤(2)～(6)，得到每个采样周期的控制量，同时根据控制量实时控制所述曝气装置的溶解氧。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (6)

1.一种曝气装置，其特征在于：包括浮船、安装于浮船上的支架、太阳能组件、蓄电池、控制器、上层曝气装置、中层曝气装置和下层曝气装置和与控制器相连的溶解氧反馈装置，所述的太阳能组件安装于所述的支架上，所述的太阳能组件的输出端口与所述的蓄电池相连接，且所述的控制器与所述的蓄电池相连接；
所述的上层曝气装置包括安装于浮船的舱体内的潜水泵和喷头，所述的潜水泵与所述的控制器与蓄电池相连接，所述的喷头通过上层管路***与潜水泵的出水口相连通；
所述的中层曝气装置包括安装于浮船的舱体内的鼓风机、臭氧发生器、中层管路***、设于水下中层的多个中层曝气头，所述的鼓风机与所述的蓄电池及控制器电连接，所述的臭氧发生器的输出口通过中层管路***与所述的鼓风机的出风口相连接，且所述的多个中层曝气头连接于所述的中层管路***的末端；
所述的下层曝气装置包括安装于浮船的舱体内的空压机、底层管路***及设于水下底层的多个底层曝气头，所述的空压机与所述的蓄电池及控制器电连接，所述的多个底层曝气头通过底层管路***与所述的空压机的出风口相连接；
所述的溶解氧反馈装置包括上层溶解氧传感器、中层溶解氧传感器及底层溶解氧传感器，且所述的上层溶解氧传感器、中层溶解氧传感器及底层溶解氧传感器均与所述的控制器相连接。
2.根据权利要求1所述的曝气装置，其特征在于：所述的上层曝气装置的喷头喷口朝上设置，且所述的喷头外伸出水面。
3.根据权利要求1所述的曝气装置，其特征在于：所述的太阳能组件与水平方向的夹角α为30°～45°。
4.根据权利要求1所述的曝气装置，其特征在于：所述的中层管路***的末端用于安装中层曝气头的管路呈横向设置。
5.根据权利要求1所述的曝气装置，其特征在于：所述的底层管路***的末端用于安装底层曝气头的管路呈横向设置。
6.根据权利要求1所述的曝气装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)设定曝气装置的溶解氧的期望值DO；
(2)选定曝气装置的溶解氧的变量，并记为y；
(3)曝气装置溶解氧根据其自身传感器按采样周期采样实际输出y；
(4)在每个采样周期都将实际输出与期望值DO进行比较，得到误差，记该误差为e，则e由表达式e＝DO-y确定，同时进行反馈校正，修正步骤(2)中的变量，使e趋向于零；
(5)将步骤(4)中得到的e经模糊控制器计算，得到单个或多个控制量；
(6)步骤(5)中得到的单个或多个控制量，记该控制量为u，所述曝气装置根据u去控制其电机；
(7)重复步骤(2)～(6)，得到每个采样周期的控制量，同时根据控制量实时控制所述曝气装置的溶解氧。
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