用于优化水处理领域中的曝气机的能量消耗的方法技术

一种用于管理将氧气注入净化池中的设备的运行的方法，该氧气特别地由池中的生物质使用，以消耗池中包含的污水原料中的污染物，该设备包括以下部件和功能：

【技术实现步骤摘要】
用于优化水处理领域中的曝气机的能量消耗的方法


[0001]本专利技术涉及水处理的领域，并且特别涉及用于向净化池中注入氧气的设备。该氧气被该池中存在的生物质使用以消耗水中存在的污染物。

技术介绍

[0002]以下文献示出了这种设备的示例：WO2012160300A1、EP
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995485、FR
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2594112A1。
[0003]更一般地，本专利技术涉及这样一种设备，其定位在池的表面处并且配备有使其能够保持(漂浮)在水面上的系统，并且包括：
[0004]‑
用于注入富氧气体(通常包含22％至100％，优选80％至100％的氧气)的系统。该注入系统可以是简单的有孔洞的环，或者是多孔塞，并且这些系统可以伴随有附加系统，例如具有直的或倾斜的叶片的运动部件；具有泵的文丘里管也可以适合于作为用于注入这种富氧气体的系统；
[0005]‑
用于混合和分散气体的运动部件，例如三叶片式叶轮或拉什顿涡轮(涡轮搅拌桨，Rushton turbine)等。
[0006]本专利技术尤其涉及控制这种设备的操作的控制柜。
[0007]这些柜特别地允许控制该设备的马达以及控制富氧气体的注入。
[0008]申请人在例如文献WO2012160300A1中描述的设备上进行的测试已经证明，对于注入这种设备中的氧气的低流量而言，可以降低消耗的功率，同时保持介质的搅拌/混合以及向介质中的气体传送的效率等于所使用的标称功率，即，当马达被以市电频率(通常为50Hz)供电而不改变时由该电机消耗的功率。
[0009]由该设备消耗的功率的这种变化已经通过减小主运动部件、泵送叶轮的尺寸来实现。
[0010]在这种浮动式曝气设备中，除了取决于搅拌系统的设计外，性能(实际溶解的并且因此可用于处理以及因此可用于细菌的气体/氧气的流量)既取决于搅拌速度又取决于气体流量。
[0011]因此，为了避免遇到普通的(平庸的)效率，存在保持搅拌流量恒定(因此处于标称值)并且不考虑注入的气体流量(通常在整个性能范围内，即在零和最大气体流量之间)而这样做的一般趋势。
[0012]现在，已经发现，对于一天中的时间的良好比例而言，对于一天中的80％以内的时间，氧需求可以是低的，或甚至为零。
[0013]因此，将设备保持在它们的标称速度引起不必要的连续的电功率消耗。

技术实现思路

[0014]因此，本专利技术提出根据介质的氧需求和/或根据待注入的气体的流量(流速)来调整设备的操作，如已经理解的，这是为了根据对纯氧的真实需求来优化设备的电力消耗。
[0015]为此，本专利技术提出在控制柜中使用变频器，该变频器提供对用于注射富氧气体的
设备的马达(电动机)的控制。变速器作用于马达的电源频率，并因此作用于其上安装了搅拌/分散/注入移动部件的轴的旋转速度。
[0016]作为说明，可以实施以下操作模式：
[0017]·
标称(额定)模式：该设备在其标称速度下(即其设计速度下)在给定范围内运行/操作(在搅拌和注射方面)。换句话说，该设备在市电频率下运行，在该频率下，它实施标称转速，该标称转速导致标称的注射和气体输送能力。
[0018]·
最大模式：通过增大马达的电源频率(在机械设计公差的可接受范围内，特别是对于马达)可以使该设备加速，这具有增加搅动和(由此)增加所注入的气体的分散并且因此增强超过设计值的气体的注射的效果。在高气体流量可能威胁而阻塞设备的设备情况下，该设备例如配备有自吸气涡轮，这种以容许但高于设计值的频率进行的供电允许向后推阻塞流流量极限。具体地，根据马达的设计，为了在氧需求低(通常＜最大注射流量的50％)的情况下降低电功率消耗，通常可以将频率降低10至20Hz。在希望增加注射能力(注射流量高于50Hz频率下的最大流量)的情况下，可以将马达的电源频率增加大约10Hz、通常在2和5Hz之间。
[0019]·
最小/简化操作模式：该设备的运动部件(自吸气式涡轮机、剪切叶片、混合叶轮等)的旋转速度然后减慢(频率低于标称值)。同时，降低氧气流量以在该降低的转速下维持与设备的标称操作相当的气体转换(转移)效率。对于这种降低的气体流量，实际上不需要标称速度来保持气体的良好分散以及因此良好吸收效率。
[0020]因此，具有使用变频器(在设备且特别是马达可接受的一定范围内)改变设备的旋转速度/搅拌速度的可能性意味着，在一天的过程中的总能量消耗将减少(例如在减少操作模式中花费80％的时间)，并且这可以在不损害设备的有效性的情况下实现。
[0021]“标称”速度的这种概念是液体介质通气领域的技术人员所熟悉的。
[0022]具体地，这种曝气器是标准化部件的组件，其执行使曝气最大化所必需的两个功能：即，搅拌液体和分散气体。
[0023]这些部件由已为此目的而设计并优化它们的这种曝气机的制造商提供：
[0024]·
马达：其设计需要速度范围、极数、其电源的特性(包括由国家电力供应商规定的标称频率：在法国为50Hz)。对于50Hz的电源，最常见的马达以约1200rpm旋转。极(绕组)的数量允许交流电(以其频率交变)使包含在极中心的轴转动，该轴在该极中心处因此为标称速度。
[0025]·
至少一个搅拌
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混合系统，例如叶轮、涡轮等，其将轴的运动/由轴传递的动力转化为流体/混合液的运动，并确保气体的分散。这些系统由供应商设计和制造，所述供应商规定正确的运行或服务范围，所述范围是围绕标称点的旋转速度的范围。
[0026]200
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500rpm的速度对应于制造商通常推荐的、用于诸如水的运动流体(所述流体因此不是过分粘稠的，而是牛顿流体类型的)的速度范围。相反，对于高粘性流体(糊状、非牛顿流体等)，传统上使用不同的运动部件(例如为流体提供最大表面积的阿基米德螺杆)并且其旋转非常缓慢(＜100rpm)。
[0027]换句话说，曝气机领域的技术人员可知，对于每种类型的硬件，制造商提供“按设计”推荐的旋转速度范围。
[0028]因此，本专利技术具有的优点是，提出改变曝气器的运行而不显著修改并且不破坏任
何部件，这是通过观察到绝对不需要永久地保持固定的运行点，并且观察到通过围绕该点非常轻微地变动一点便可获得真实收益而实现的：
[0029]·
当池需要较多的曝气(峰值负荷)时稍多变动一点以获得较多的曝气，而不需要额外的投资；
[0030]·
在池的一天的大部分时间内变动稍少一点—因为污染物不会连续到达，由此使功率消耗最小化。
[0031]然而，为阐明本专利技术推荐的运行条件，在此示出这种转速的优选范围：
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在50rpm和1000rpm之间：这是因为，可以认为，在该范围以上，将会有在本专利技术的领域中使用很少—即使有的话—的高度特定的搅拌器，而在该范围以下，将会发现缓慢旋转以搅拌糊状流体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于管理用于将氧气注入净化池中的设备的运行的方法，所述氧气特别地由存在于所述池中的生物质使用，以消耗存在于所述池中所包含的污水原料中的污染物，所述设备的特征在于以下部件和功能：
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所述设备定位在所述池的表面处，并且配备有使所述设备能保持漂浮在液体上方的系统；
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它包括驱动装置，所述驱动装置旨在定位于液体的上方，并且设置有竖直的或倾斜的输出轴，所述轴在端部处配备有至少一个运动部件，以用于混合和分散注入的气体，所述运动部件例如为三叶片式叶轮；
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【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：