申請(qǐng)日2015.07.15
公開(kāi)(公告)日2017.04.19
IPC分類(lèi)號(hào)C02F3/12; C02F3/34; G05B11/32; G05B11/36
摘要
求得處理槽的曝氣風(fēng)量的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置(65)具備計(jì)算部(67)，該計(jì)算部(67)具有生成比處理槽入口NH4‑N濃度(Xin)小的目標(biāo)值(XDV)的目標(biāo)值計(jì)算元件(81);和基于處理槽出口NH4‑N濃度(Xout)與目標(biāo)值(XDV)的偏差生成FB操作量(YB)的FB操作量計(jì)算元件(84)，并基于FB操作量(YB)算出作為曝氣風(fēng)量的操作量(Y)。處理槽入口NH4‑N的濃度是基于原水NH4‑N濃度(XRW)、原水流入量(u)、處理槽出口NH4‑N濃度(Xout)、以及循環(huán)流量(f)求得的值，或者，是由處理槽入口NH4‑N的濃度計(jì)(63)檢測(cè)出的值。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，是求得用活性污泥法凈化被處理水的向處理槽的曝氣風(fēng)量的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，
具備計(jì)算單元，
所述計(jì)算單元具有生成比作為所述處理槽的入口的被處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽入口氨態(tài)氮濃度小的目標(biāo)值的目標(biāo)值計(jì)算元件;和基于作為由所述處理槽所處理的處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽出口氨態(tài)氮濃度與所述目標(biāo)值的偏差生成反饋操作量的反饋操作量計(jì)算元件，并基于所述反饋操作量算出作為所述曝氣風(fēng)量的操作量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，其特征在于，
所述計(jì)算單元還具有：選擇規(guī)定的基準(zhǔn)目標(biāo)值與由所述目標(biāo)值計(jì)算元件生成的所述目標(biāo)值中較小的一個(gè)作為所述目標(biāo)值向所述反饋操作量計(jì)算元件輸出的低值選擇器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，其特征在于，
還具備獲得單元，所述獲得單元獲得作為流入所述處理槽的原水的氨態(tài)氮濃度的原水氨態(tài)氮濃度、作為流入所述處理槽的所述原水的流入量的原水流入量、所述處理槽出口氨態(tài)氮濃度、以及作為從所述處理水分離并返回所述處理槽的污泥的流量的循環(huán)流量，
所述計(jì)算單元以基于所述原水氨態(tài)氮濃度、所述原水流入量、所述處理槽出口氨態(tài)氮濃度、以及所述循環(huán)流量計(jì)算所述處理槽入口氨態(tài)氮濃度的形式構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，其特征在于，
所述計(jì)算單元還具有：基于作為流入所述處理槽的原水的氨態(tài)氮濃度的原水氨態(tài)氮濃度生成前饋操作量的前饋操作量計(jì)算元件、和使所述前饋操作量與所述反饋操作量相加的加法計(jì)算器;并以將所述前饋操作量附加于所述反饋操作量而算出所述操作量的形式構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，其特征在于，
所述計(jì)算單元還具有：求得補(bǔ)正系數(shù)的補(bǔ)正系數(shù)計(jì)算元件和使所述前饋操作量與所述補(bǔ)正系數(shù)相乘從而補(bǔ)正所述前饋操作量的乘法計(jì)算器，該補(bǔ)正系數(shù)用于在作為流入所述處理槽的所述原水的流入量的原水流入量大于規(guī)定的基準(zhǔn)流入量時(shí)使所述前饋操作量增加，在所述原水流入量小于所述規(guī)定的基準(zhǔn)流入量時(shí)使所述前饋操作量減少。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，其特征在于，
所述目標(biāo)值為比所述處理槽入口氨態(tài)氮濃度小了規(guī)定值的值，
所述規(guī)定值為通過(guò)曝氣而被處理水的COD或BOD為一定值時(shí)的、從該被處理水的氨態(tài)氮濃度的所述曝氣開(kāi)始時(shí)起的變化量的絕對(duì)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，其特征在于，
所述目標(biāo)值為比所述處理槽入口氨態(tài)氮濃度小了從2~10(mg/L)的范圍選擇的值的值。
8.一種水處理系統(tǒng)，具備：
包括配備有散氣裝置的好氧槽并用活性污泥法凈化被處理水的處理槽;
測(cè)定流入所述處理槽的原水的氨態(tài)氮濃度的原水氨態(tài)氮濃度計(jì)或測(cè)定所述處理槽的入口的所述被處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽入口氨態(tài)氮濃度計(jì);
測(cè)定從所述處理槽流出的處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽出口氨態(tài)氮濃度計(jì);
根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置;和
基于由所述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置求得的所述操作量控制所述散氣裝置的曝氣風(fēng)量控制裝置。
說(shuō)明書(shū)
曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置以及水處理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及使用活性污泥法進(jìn)行凈化處理的水處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)
以往，在生活廢水等的廢水處理中，使用活性污泥凈化廢水的水處理系統(tǒng)被使用。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中所記載的水處理系統(tǒng)具備：貯存原水的原水槽;通過(guò)活性污泥對(duì)原水中的污濁物質(zhì)進(jìn)行生物處理的一系列處理槽;和從原水與活性污泥混合后的被處理水將污泥沉淀分離的沉淀池。上述一系列處理槽包括：厭氧槽、無(wú)氧槽以及配備散氣裝置的好氧槽。在這些處理槽中進(jìn)行原水所含有的碳類(lèi)有機(jī)物、含氮化合物、含磷化合物等污濁物質(zhì)的去除。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)：
專(zhuān)利文獻(xiàn)：
專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2004-275826號(hào)公報(bào)。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題：
下水處理的廢水基準(zhǔn)項(xiàng)目包括T-N(總氮)、T-P(總磷)、BOD(生化需氧量)，所有這些項(xiàng)目必須滿(mǎn)足規(guī)定的處理基準(zhǔn)。然而，能夠快速并且便宜地測(cè)定BOD的技術(shù)還未被開(kāi)發(fā)。因此，為了確保處理水的BOD滿(mǎn)足規(guī)定的處理基準(zhǔn)，以能夠充裕地達(dá)成處理基準(zhǔn)的曝氣風(fēng)量進(jìn)行好氧槽的曝氣。
解決問(wèn)題的手段：
然而，可知在活性污泥法的水處理過(guò)程中，被處理水的BOD具有從處理開(kāi)始后比較早的階段開(kāi)始減少，隨后變化變緩慢的特征，被處理水的氨態(tài)氮(以下，存在記載為“NH4-N”的情況)濃度具有在處理開(kāi)始后幾乎不立即變化，而從BOD的變化變緩慢左右才開(kāi)始減少的特征。即，活性污泥法的水處理過(guò)程中，與硝化速度相比有機(jī)物的分解速度較快。(第一見(jiàn)解)。
發(fā)明人們?yōu)榱蓑?yàn)證上述第一見(jiàn)解而進(jìn)行了下面會(huì)說(shuō)明的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)中，對(duì)被填充于實(shí)驗(yàn)容器的被處理水A，B以規(guī)定的曝氣風(fēng)量進(jìn)行曝氣，并測(cè)定NH4-N濃度與COD(化學(xué)需氧量)。實(shí)驗(yàn)時(shí)的曝氣風(fēng)量大于最低風(fēng)量，且為相對(duì)以往的水處理系統(tǒng)中基準(zhǔn)的NH4-N濃度的被處理水而設(shè)定的曝氣風(fēng)量中較小的值。另外， BOD僅為生物分解性有機(jī)物的需氧量，與此相對(duì)，COD為有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的兩個(gè)的需氧量，所以?xún)烧卟煌嬖趯⒈菳OD在短時(shí)間內(nèi)能夠測(cè)定的COD作為BOD的代替指標(biāo)來(lái)使用的情況。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果由如圖14所示的好氧槽中的NH4-N濃度的處理行為與COD的處理行為的時(shí)序變化的圖表所表示。該圖表中，縱軸表示NH4-N濃度與COD，橫軸表示處理時(shí)間，實(shí)線(xiàn)表示NH4-N濃度的時(shí)序變化，虛線(xiàn)表示COD的時(shí)序變化。
根據(jù)圖14的圖表，可看出關(guān)于被處理水A、B，NH4-N濃度的處理行為與COD的處理行為共通的特征。其共通的特征是，COD從開(kāi)始處理后較早的階段開(kāi)始減少，隨后變化慢慢變緩，不久處于即使繼續(xù)曝氣也幾乎不變化的狀態(tài)。又，共通的特征是，NH4-N濃度，超過(guò)某一處理時(shí)間之前幾乎不變化，從超過(guò)某一處理時(shí)間之后開(kāi)始急劇減少。
被處理水A中，處理時(shí)間TC1之后COD幾乎不變化。從處理開(kāi)始時(shí)到處理時(shí)間TC1被處理水A的NH4-N濃度變化量為ΔX1(mg/L)。另一方面，被處理水B中，處理時(shí)間TC2之后COD幾乎不變化。從處理開(kāi)始時(shí)到處理時(shí)間TC2被處理水B的NH4-N濃度的變化量為ΔX2(mg/L)。盡管被處理水A與被處理水B的水質(zhì)不同，處理開(kāi)始時(shí)的NH4-N濃度不同，但變化量ΔX1與變化量ΔX2大致為相同的值。又，雖然該說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有記載，但是也可看出關(guān)于與被處理水A、B不同水質(zhì)的被處理水與被處理水A，B同樣的傾向。因此可知，即使處理開(kāi)始時(shí)的被處理水的NH4-N濃度不同，NH4-N只有ΔX(mg/L)被硝化，COD被處理到一定水準(zhǔn)(即、即使再繼續(xù)曝氣COD的值也幾乎不變化的程度)(第二見(jiàn)解)。
基于上述第一見(jiàn)解，通過(guò)將硝化所需量的氧向好氧槽供給，能夠供給有機(jī)物的分解所需量的氧。因此，本發(fā)明中，作為處理水的BOD的代替指標(biāo)而使用NH4-N濃度，以處理水的NH4-N濃度達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)值以下的形式控制好氧槽的曝氣風(fēng)量。這樣的曝氣風(fēng)量控制中，如果原水的NH4-N濃度為規(guī)定的目標(biāo)值以下則不再需要硝化，所以如果將好氧槽的曝氣風(fēng)量控制為最低風(fēng)量，則能夠削減散氣裝置的運(yùn)行能耗。然而，好氧槽的曝氣風(fēng)量少時(shí)，可能會(huì)使被處理水中的有機(jī)物不完全分解從而處理水的BOD超過(guò)規(guī)定的處理基準(zhǔn)。因此，本發(fā)明中，再基于上述第二見(jiàn)解，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定曝氣風(fēng)量的目標(biāo)值，抑制曝氣風(fēng)量的同時(shí)可靠地進(jìn)行被處理水中的有機(jī)物的處理。
根據(jù)本發(fā)明的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，是求得用活性污泥法凈化被處理水的向處理槽的曝氣風(fēng)量的曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置，其特征在于，具備計(jì)算單元，所述計(jì)算單元具有生成比作為所述處理槽的入口的被處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽入口氨態(tài)氮濃度小的目標(biāo)值的目標(biāo)值計(jì)算元件;和基于作為由所述處理槽所處理的處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽出口氨態(tài)氮濃度與所述目標(biāo)值的偏差生成反饋操作量的反饋操作量計(jì)算元件，并基于所述反饋操作量算出作為所述曝氣風(fēng)量的操作量。
又，根據(jù)本發(fā)明的水處理系統(tǒng)，其特征在于，具備：包括配備有散氣裝置的好氧槽并用活性污泥法凈化被處理水的處理槽;測(cè)定流入所述處理槽的原水氨態(tài)氮濃度的原水氨態(tài)氮濃度計(jì)或測(cè)定所述處理槽的入口的所述被處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽入口氨態(tài)氮濃度計(jì);測(cè)定從所述處理槽流出的處理水的氨態(tài)氮濃度的處理槽出口氨態(tài)氮濃度計(jì);所述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置;和基于由所述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置求得的所述操作量控制所述散氣裝置的曝氣風(fēng)量控制裝置。
根據(jù)上述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置以及上述水處理系統(tǒng)，處理槽出口NH4-N濃度的目標(biāo)值為總是低于處理槽入口的NH4-N濃度的值。而且，基于目標(biāo)值與處理槽出口NH4-N濃度(控制值)的偏差通過(guò)反饋控制決定操作量(曝氣風(fēng)量)，所以為了降低被處理水的NH4-N濃度繼續(xù)進(jìn)行充分的曝氣。借此，能夠避免曝氣風(fēng)量明顯減少而被處理水中的有機(jī)物不被充分分解的情況，并能可靠地進(jìn)行被處理水中的有機(jī)物的處理。此外，處理槽出口NH4-N濃度的目標(biāo)值根據(jù)處理槽入口的NH4-N濃度的變化而變化，所以曝氣風(fēng)量不會(huì)過(guò)剩，能夠抑制曝氣風(fēng)量以及散氣裝置的運(yùn)行能耗。
在上述中，所述目標(biāo)值為比所述處理槽入口氨態(tài)氮濃度小了規(guī)定值的值，該規(guī)定值也可以是，通過(guò)曝氣而被處理水的COD或BOD達(dá)到一定值時(shí)的，從該被處理水的氨態(tài)氮濃度的所述曝氣開(kāi)始時(shí)的變化量的絕對(duì)值。另外，上述“COD或BOD為一定值”，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)包括：COD或BOD達(dá)到一定值的狀態(tài)，加上COD或BOD的減少幅度與曝氣開(kāi)始時(shí)相比較小，即使繼續(xù)曝氣COD或BOD的變動(dòng)也較小(例如，每1小時(shí)的減少率為5%以下或10%以下)的狀態(tài)。又，也可以是所述目標(biāo)值為比所述處理槽入口氨態(tài)氮濃度小了從2~10(mg/L)的范圍選擇的值的值。
以往，為了確保處理水的BOD滿(mǎn)足規(guī)定的處理基準(zhǔn)，以能夠充裕地達(dá)成處理基準(zhǔn)的曝氣風(fēng)量進(jìn)行好氧槽的曝氣，但是根據(jù)上述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置以及上述水處理系統(tǒng)，能夠可靠地進(jìn)行被處理水中的有機(jī)物的處理，同時(shí)適當(dāng)?shù)匾种票惶幚硭衅貧怙L(fēng)量増大，所以能夠削減散氣裝置的運(yùn)行能耗。
上述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置以及上述水處理系統(tǒng)中，所述計(jì)算單元優(yōu)選為還具有選擇規(guī)定的基準(zhǔn)目標(biāo)值與由所述目標(biāo)值計(jì)算元件生成的所述目標(biāo)值中較小的一個(gè)作為所述目標(biāo)值向所述反饋操作量計(jì)算元件輸出的低值選擇器。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，處理槽出口NH4-N濃度的目標(biāo)值總是為規(guī)定的基準(zhǔn)目標(biāo)值以下，所以在處理水的水質(zhì)基準(zhǔn)中含有NH4-N濃度的情況中有效。
也可以是上述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置以及上述水處理系統(tǒng)還具備獲得單元，所述獲得單元獲得作為流入所述處理槽的原水的氨態(tài)氮濃度的原水氨態(tài)氮濃度、作為流入所述處理槽的所述原水的流入量的原水流入量、所述處理槽出口氨態(tài)氮濃度、以及作為從所述處理水分離并返回所述處理槽的污泥的流量的循環(huán)流量，所述計(jì)算單元以基于所述原水氨態(tài)氮濃度、所述原水流入量、所述處理槽出口氨態(tài)氮濃度、以及所述循環(huán)流量算出所述處理槽入口氨態(tài)氮濃度的形式構(gòu)成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠基于原水NH4-N濃度等求得處理槽入口NH4-N濃度，能夠在水處理系統(tǒng)的處理系列為多系統(tǒng)時(shí)抑制NH4-N濃度計(jì)的數(shù)量的增加。
上述曝氣風(fēng)量計(jì)算裝置以及上述水處理系統(tǒng)中，所述計(jì)算單元優(yōu)選為還具有基于作為流入所述處理槽的原水的氨態(tài)氮濃度的原水氨態(tài)氮濃度生成前饋操作量的前饋操作量計(jì)算元件、和使所述前饋操作量與所述反饋操作量相加的加法計(jì)算器，并以基于所述反饋操作量以及所述前饋操作量算出所述操作量的形式構(gòu)成。此處，也可以是所述計(jì)算單元還具有用于求得補(bǔ)正系數(shù)的補(bǔ)正系數(shù)計(jì)算元件和使所述前饋操作量與所述補(bǔ)正系數(shù)相乘從而補(bǔ)正所述前饋操作量的乘法計(jì)算器，該補(bǔ)正系數(shù)在作為流入所述處理槽的所述原水的流入量的原水流入量大于規(guī)定的基準(zhǔn)流入量時(shí)使所述前饋操作量增加，在所述原水流入量小于所述規(guī)定的基準(zhǔn)流入量時(shí)使所述前饋操作量減小。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒒谠睉B(tài)氮濃度的變化預(yù)測(cè)的曝氣風(fēng)量的增加量作為前饋操作量算出，并將其附加于操作量。而且，通過(guò)用補(bǔ)正系數(shù)補(bǔ)正前饋操作量，操作量根據(jù)流入處理槽的原水的量而變化，所以能夠抑制曝氣風(fēng)量，同時(shí)可靠地進(jìn)行被處理水中的有機(jī)物的處理。
發(fā)明效果：
根據(jù)本發(fā)明，處理槽出口NH4-N濃度的目標(biāo)值隨著處理槽入口 NH4-N濃度的變化而變化，并且，總是為低于處理槽入口的NH4-N濃度以及處理槽出口NH4-N濃度的值。因此，能夠通過(guò)抑制曝氣風(fēng)量同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行曝氣，能夠可靠地進(jìn)行被處理水中的有機(jī)物的處理。
