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一种具有二维溶解 氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置和方法

阅读：195发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置和方法，在目前普遍使用的曝气池水面上或水下安装载具，载具上安装有在线溶氧检测设备、超声波清洗设备及水下测距设备，在正常生产(曝气)状态下，可绘制出二维溶解氧分布图谱及曝气器深度点位图，当曝气器出现污堵时，由超声波清洗装置进行在线清洗。该装置能够实时采集曝气池溶解氧分布，运行人员可通过溶氧分布了解曝气池生化反应的实时信息，对曝气管道、曝气器破损进行精准定位；当发生曝气头污堵后，在无需排空曝气池的情况下实现对曝气器的超声波在线清洗，清洗时间短，无需使用药物、无需人工操作，进一步的，该系统可以和曝气控制系统联动实现精确曝气。，下面是一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，其特征在于，包括设置在曝气池(1)水面上或水下的可移动的载具(4)，载具(4)上安装有在线溶氧检测设备(10)、水下测距设备(8)及超声波清洗设备(6)，所述在线溶氧检测设备(10)的探头处于曝气池(1)水面以下，用于测量水中溶解氧浓度，所述水下测距设备(8)通过挂具(9)悬挂在载具(4)上，用于测量曝气器(2)的深度，所述超声波清洗设备(6)通过悬挂(7)连接在载具(4)的底部，用于清洗对应的曝气器(2)。
2.根据权利要求1所述具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，其特征在于，所述载具(4)的移动范围覆盖整个曝气池(1)。
3.根据权利要求1或2所述具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，其特征在于，所述载具(4)上安装有GPS定位设备，载具(4)的移动依赖GPS定位设备的指引。
4.根据权利要求1或2所述具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，其特征在于，所述载具(4)上有电机和遥控设备，通过遥控设备控制电机，使得载具(4)移动；或者所述载具(4)上有电机和处理器，通过处理器执行预设程序，使得载具(4)在电机带动下按照预定路径移动。
5.根据权利要求1所述具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，其特征在于，所述超声波清洗设备(6)是一个密闭的金属箱体，通过高度可调的悬挂(7)与载具(4)相连，多个超声波换能器(5)安装在所述金属箱体的底部。
6.根据权利要求1或5所述具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，其特征在于，所述超声波清洗设备(6)发出的超声波频率范围为：10kHz-200kHz，所述超声波清洗设备输出功率密度在0.1w/cm2-40w/cm2，在对曝气器(2)进行清洗时，所述超声波清洗设备(6)与曝气器(2)之间的距离的范围是0.05m-1m。
7.基于权利要求1所述具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置的维护方法，其特征在于：
当处于在线检测模式时，曝气池(1)正常曝气，所述载具(4)对曝气池(1)进行全覆盖扫描，在线溶氧检测设备(10)对载具(4)当前所在位置的溶解氧含量进行在线检测生成溶氧分布图，水下测距设备(8)对曝气器(2)的深度进行测量生成曝气器深度点位图；
当处于在线清洗模式时，根据所述溶氧分布图和曝气器深度点位图，移动载具(4)使得超声波清洗设备(6)定位在需清洗的曝气器(2)的上部或侧部，对相应的曝气器(2)进行在线清洗。
8.根据权利要求7所述维护方法，其特征在于，所述在线清洗的步骤如下：
a)根据曝气池(1)尺寸和超声波清洗设备(6)的尺寸规划路径；
b)根据超声波清洗时间计算载具(4)运行速度，所述清洗时间为2s-2min；
c)载具(4)沿规划路径移动，移动过程中根据曝气器深度点位图，调整悬挂(7)的长度，使得超声波清洗设备(6)与曝气器(2)的距离为预设距离，所述预设距离的范围是0.05m-
1m。
9.根据权利要求7所述维护方法，其特征在于，当处于在线检测模式时，将曝气池(1)分为多个区域，设置多个载具(4)，每个载具(4)在其划分的某一个或几个区域进行移动，每个载具(4)在每个区域停留2s-2min，再移动到下一个区域。
10.根据权利要求7所述维护方法，其特征在于，根据所述溶氧分布图，与曝气控制系统联动实现精确曝气。

说明书全文

一种具有二维溶解 氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装

置和方法

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置和方法。

背景技术

[0002] 我国污水处理厂主流工艺中普遍采用好氧曝气技术实现污染物的稳定和有效削减。根据文献统计，曝气系统的电耗占据了污水处理厂总电耗的40～60％。曝气系统的能耗主要来自于鼓风机能量损失、管路系统阻力损失和曝气器的局部阻力损失，主要受到风量和阻力特性的影响。

[0003] 鼓风机和管路系统的能量损失占比较小，且安装后变化也较小；而曝气器局部损失则受管路堵塞、曝气器破损、表面污染等影响，往往随着时间而增加。由于曝气器淹没在水下，很难发现破损和污染现象，目前只能通过观察曝气池液面的气泡形态来定性推测曝气器污损情况，这种方法依赖观察者的经验，只适合判别已经严重堵塞或破损的情况，无法提前采取措施。这时一般会出现曝气器大面积维修、更换和停产，引起较大损失。

[0004] 中国专利CN107280608A公开了一种超声波物理曝气清洗系统，该系统需要排空曝气池，取出曝气器后在超声波清洗装置内清洗，该专利说明了超声波清洗的有效性，但其本质上属于一种停机离线清洗，需要将曝气器拆卸下来。

[0005] 中国专利CN106396150A公开了一种曝气器清洗装置及方法，通过在曝气管路中注入甲酸实现对曝气器的清洗。甲酸清洗能有一定效果，但是使用甲酸一方面会对污水处理厂的生化反应过程带来影响，腐蚀管路、提高运行成本，另一方面，甲酸在离开曝气器后，被迅速稀释，对曝气器外部附着的污垢去除效果有限。

[0006] 中国专利CN203451290U公开了一种可在线清洗的曝气器，这种曝气器是一种在通用曝气器的基础上加装了清洗设备，实际是一种专用曝气器，不具有通用性，只适用于新建水厂。由于曝气池中曝气器数量巨大，采用专用设备将导致建设成本大幅上升。

发明内容

[0007] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置和方法，该装置可安装在曝气池中，实现对曝气系统破损、曝气器污堵程度的在线监测和曝气器的在线清洗。

[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0009] 一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，包括设置在曝气池1水面上或水下的可移动的载具4，载具4上安装有在线溶氧检测设备10、水下测距设备8及超声波清洗设备6，所述在线溶氧检测设备10的探头处于曝气池1水面以下，用于测量水中溶解氧浓度，所述水下测距设备8通过挂具9悬挂在载具4上，用于测量曝气器2的深度，所述超声波清洗设备6通过悬挂7连接在载具4的底部，用于清洗对应的曝气器2。

[0010] 所述载具4的移动范围覆盖整个曝气池1。

[0011] 所述载具4上可安装GPS定位设备，以GPS定位设备指引载具4的移动。

[0012] 所述载具4上有电机和遥控设备，通过遥控设备控制电机，使得载具4移动；或者所述载具4上有电机和处理器，通过处理器执行预设程序，使得载具4在电机带动下按照预定路径移动。

[0013] 所述超声波清洗设备6是一个密闭的金属箱体，通过高度可调的悬挂7与载具4相连，多个超声波换能器5安装在所述金属箱体的底部。

[0014] 所述超声波清洗设备6发出的超声波频率范围为：10kHz-200kHz，所述超声波清洗设备输出功率密度在0.1w/cm2-40w/cm2，在对曝气器2进行清洗时，所述超声波清洗设备6与曝气器2之间的距离的范围是0.05m-1m。

[0015] 所述水下测距设备8可为一个或多个。

[0016] 本发明还提供了基于所述具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置的维护方法：

[0017] 当处于在线检测模式时，曝气池1正常曝气，所述载具4对曝气池1进行全覆盖扫描，在线溶氧检测设备10对载具4当前所在位置的溶解氧含量进行在线检测生成溶氧分布图，水下测距设备8对曝气器2的深度进行测量生成曝气器深度点位图；

[0018] 当处于在线清洗模式时，根据所述溶氧分布图和曝气器深度点位图，移动载具4使得超声波清洗设备6定位在需清洗的曝气器2的上部或侧部，对相应的曝气器2进行在线清洗。

[0019] 所述在线清洗的步骤如下：

[0020] a)根据曝气池1尺寸和超声波清洗设备6的尺寸规划路径；

[0021] b)根据超声波清洗时间计算载具4运行速度，所述清洗时间为2s-2min；

[0022] c)载具4沿规划路径移动，移动过程中根据曝气器深度点位图，调整悬挂7的长度，使得超声波清洗设备6与曝气器2的距离为预设距离，所述预设距离的范围是0.05m-1m。

[0023] 当处于在线检测模式时，可将曝气池1分为多个区域，设置多个载具4，每个载具4在其划分的某一个或几个区域进行移动，每个载具4在每个区域停留20s，再移动到下一个区域。

[0024] 根据所述溶氧分布图，本发明可与曝气控制系统联动实现精确曝气。

[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0026] 1)实施简便：实施本发明无需修改任何现有设计、现有设备，对目前普遍使用的中、微孔曝气器均可实现在线清洗。

[0027] 2)定位迅速准确：二维的溶解氧分布图能够协助运维人员实时了解曝气强度和均匀度，为精准曝气提供必要的参考，进一步的，通过对二维溶氧分布图进行分析，可以迅速发现曝气池中溶氧分布的异常情况，定位曝气管道、曝气器破损的位置，也能够迅速判断出曝气头污堵的情况。更进一步的，在使用本发明完成在线清洗之后，二维溶解氧分布图可以用于评价冲洗效果，对于清洗效果不佳的区域进行反复清洗。

[0028] 3)在线清洗速度快、无需排空池水，操作简便直观，无需人工干预，无需使用化学药品，与现有的离线(拆解曝气器)、排空冲洗等方法相比，清洗速度显著加快。

[0029] 4)成本低廉、能耗低：所用设备、装置都是常规材料，无特殊材质要求，超声波清洗所需能耗很低，清洗时间短，因此装置生产成本和运行成本低很低。

[0030] 5)本发明还可以在生产过程中作为增强曝气效果的手段，超声波振动可以将微孔曝气所形成的气泡进一步破碎，提高氧气在水中的溶解度和均匀度。附图说明

[0031] 图1是本发明装置结构示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

[0033] 如图1所示，一种具有二维溶解氧检测、在线清洗功能的曝气系统维护装置，包括设置在曝气池1水面上或水下的载具4，载具4可在水面或者水下移动，且移动范围覆盖整个曝气池1。可通过电机为移动提供动力，并通过遥控设备控制移动路径，也可通过处理器预设程序，控制其按照预设路径自动移动。

[0034] 载具4上安装有在线溶氧检测设备10、水下测距设备8及超声波清洗设备6，在线溶氧检测设备10的探头处于曝气池1水面以下，用于测量水中溶解氧浓度，并可将测量数据发送至远程或本地处理器，生成溶氧分布图。

[0035] 水下测距设备8可为一个或多个，通过挂具9悬挂在载具4上，用于测量曝气器2的深度，并可将测量数据发送至远程或本地处理器，生成曝气器深度点位图。

[0036] 超声波清洗设备6是一个密闭的金属箱体，通过悬挂7连接在载具4的底部，多个超声波换能器5安装在金属箱体的底部，用于清洗对应的曝气器2。其中，悬挂7的高度可调，可通过电机和液压伸缩杆实现，并以处理器远程或者本地控制伸缩。

[0037] 进一步地，可在载具4上安装GPS定位设备，以GPS定位设备指引载具4的移动。

[0038] 根据以上结构，先移动载具4对曝气池1进行全覆盖扫描，生成溶氧分布图和曝气器深度点位，判断是否存在需要清洗的曝气器2，当存在时，移动载具4使得超声波清洗设备6定位在需清洗的曝气器2的上部或侧部，对相应的曝气器2进行在线清洗。

[0039] 本发明中，超声波清洗设备6发出的超声波频率范围为：10kHz-200kHz，超声波清洗设备输出功率密度在0.1w/cm2-40w/cm2，在对曝气器2进行清洗时，超声波清洗设备6与曝气器2之间的距离的范围是0.05m-1m。

[0040] 以下是一个更为具体的实施例。

[0041] 某改良型A2/O工艺好氧反应阶段采用鼓风曝气，其能耗占污水处理厂能耗的50％左右。曝气池1有两座，每座长为93.7m，宽89m，深为6.8m，有效水深为6m，共计168组曝气盘，每组设一个阀门以调节风量，最大风量为23550m3/h，均匀地向曝气池供气。好氧区采用12088个微孔曝气器，均为钟罩式刚玉曝气器。曝气器性能参数：膜片直径为178mm，曝气器横向间距900mm,纵向间距1000mm。

[0042] 载具4为遥控船，该遥控船可根据预设的运行路径在曝气池1中进行巡逻，由于池体比较大，每座池体分为两个区域，每个区域使用1艘遥控船。

[0043] GPS定位采用GPS差分信号进行定位，定位精度1米。

[0044] 在线溶氧检测设备10的量程为0-20mg/L，精度1.5％。

[0045] 超声波清洗设备6 外壳为304不锈钢材质，外观尺寸为2m×2m，内部安装128个超声波振子、功率9600W，工作频率28kHz，超声波输出的功率密度为0.24w/cm2。

[0046] 载具4上安装两套水下测距设备8，使用超声波测距探头测量曝气器2的位置，探头安装在超声波清洗设备6的两侧，工作频率200kHz，量程10m。

[0047] 当工作在在线检测模式时，将曝气池1分为50个区域，每个区域的尺寸约为2米×2米，每艘船巡逻各自的25个区域，遥控船按照预设的路径依次测量溶解氧的浓度以及曝气头深度，生成溶氧分布图和曝气器深度点位图，由于溶解氧在线检测需要一定的响应时间，因此巡逻船在每个区域停留20s，再移动到下一个区域。由于每个区域中覆盖的曝气头数量很多，因此曝气头深度采用测量过程中采集到的最小值。

[0048] 当工作在在线清洗模式时，载具4运行速度为1.4公里/小时，单个曝气头清洗时间5s，整个池体清洗完成约需要4小时。

[0049] 综上，本发明通过在目前普遍使用的曝气池水面上或水下安装载具，载具上安装在线溶氧检测设备、超声波清洗设备及水下测距设备，在正常生产(曝气)状态下，可绘制出二维溶解氧分布图谱及曝气器深度点位图，当曝气器出现污堵时，由超声波清洗装置进行在线清洗。该装置能够实时采集曝气池溶解氧分布，运行人员可通过溶氧分布了解曝气池生化反应的实时信息，对曝气管道、曝气器破损进行精准定位；当发生曝气头污堵后，在无需排空曝气池的情况下实现对曝气器的超声波在线清洗，清洗时间短，无需使用药物、无需人工操作，还可和曝气控制系统联动实现精确曝气。

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