申請(qǐng)日2015.10.19
公開(公告)日2016.05.04
IPC分類號(hào)C02F3/12
摘要
本發(fā)明涉及一種用于污水處理設(shè)施的調(diào)節(jié)設(shè)備和方法。在污水處理設(shè)施中，在活化池(1)中將廢水經(jīng)由可控制的通風(fēng)裝置(5)通過間歇性的通風(fēng)來硝化和脫硝，其中測(cè)量廢水的銨含量，并且當(dāng)所測(cè)量的銨含量低于閾值(9)時(shí)，通過切斷通風(fēng)來結(jié)束硝化階段。為了改進(jìn)硝化的調(diào)節(jié)，在硝化階段的開始和結(jié)束之間的持續(xù)時(shí)間期間根據(jù)廢水的當(dāng)前測(cè)量的銨含量和閾值(9)調(diào)節(jié)通風(fēng)裝置(5)的功率。優(yōu)選地，以基于模型預(yù)測(cè)的方式且沿著對(duì)于銨含量的預(yù)設(shè)的理論值變化曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)(10)，其中在對(duì)硝化階段結(jié)束的預(yù)設(shè)時(shí)間，理論值變化曲線低于預(yù)設(shè)的閾值(9)。此外，優(yōu)選廢水到活化池(1)中的注入量(19)對(duì)于調(diào)節(jié)而言作為干擾參量接入。
權(quán)利要求書
1.一種用于污水處理設(shè)施的調(diào)節(jié)設(shè)備，在所述污水處理設(shè)施中，在活化池(1)中將廢水經(jīng)由能控制的通風(fēng)裝置(5)通過間歇性的通風(fēng)來硝化和脫硝，所述調(diào)節(jié)裝置具有用于測(cè)量所述廢水的銨含量的探針(7)，其中所述調(diào)節(jié)設(shè)備構(gòu)成用于：當(dāng)所測(cè)量的所述銨含量低于閾值(9)時(shí)，通過切斷通風(fēng)來結(jié)束硝化階段，其特征在于，所述調(diào)節(jié)設(shè)備具有調(diào)節(jié)器(10)，所述調(diào)節(jié)器構(gòu)成用于：在所述硝化階段的開始和結(jié)束之間的持續(xù)時(shí)間期間，根據(jù)所述廢水的當(dāng)前測(cè)量的所述銨含量和所述閾值(9)產(chǎn)生調(diào)節(jié)參量(u)，借助所述調(diào)節(jié)參量調(diào)節(jié)所述通風(fēng)裝置(5)的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(10)構(gòu)成為具有所述污水處理設(shè)施的路線模型(12)和預(yù)測(cè)器(13)的模型預(yù)測(cè)的調(diào)節(jié)器，以便根據(jù)當(dāng)前產(chǎn)生的所述調(diào)節(jié)參量(u)和所述廢水的當(dāng)前測(cè)量的所述銨含量在沒有調(diào)節(jié)干預(yù)的情況下為所述銨含量的未來的變化曲線計(jì)算預(yù)測(cè)(y0(k))，并且根據(jù)所述預(yù)測(cè)(y0(k))和所述銨含量的理論值變化曲線(w(k))執(zhí)行調(diào)節(jié)參量改變(Δu)形式的調(diào)節(jié)干預(yù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)節(jié)設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(10)包含理論值過濾器(14)，所述理論值過濾器計(jì)算所述廢水的所述銨含量的理論值變化曲線(w(k))，其中所述理論值變化曲線(w(k))在對(duì)于所述硝化階段結(jié)束的預(yù)設(shè)時(shí)間低于預(yù)設(shè)的所述閾值(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的調(diào)節(jié)設(shè)備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(10)包含另一預(yù)測(cè)器(15)和優(yōu)化器(16)，以便在沒有調(diào)節(jié)干預(yù)的情況下從所述銨含量的理論值變化曲線(w(k))和所述銨含量的所 述預(yù)測(cè)(y0(k))之間的偏差(e0(k))中計(jì)算未來的調(diào)節(jié)參量改變(Δu(k))，將所述未來的調(diào)節(jié)參量改變的各當(dāng)前的調(diào)節(jié)參量改變(Δu)用于當(dāng)前的調(diào)節(jié)干預(yù)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的調(diào)節(jié)設(shè)備，其特征在于，為所述調(diào)節(jié)器(10)接入所述廢水到所述活化池(1)中的注入量(19)作為調(diào)節(jié)參量。
6.一種用于污水處理設(shè)施的調(diào)節(jié)方法，在所述污水處理設(shè)施中，在活化池(1)中將廢水經(jīng)由能控制的通風(fēng)裝置(5)通過間歇性的通風(fēng)來硝化和脫硝，其中測(cè)量所述廢水的所述銨含量，并且當(dāng)所測(cè)量的所述銨含量低于閾值(9)時(shí)，通過切斷通風(fēng)來結(jié)束硝化階段，其特征在于，在所述硝化階段的開始和結(jié)束之間的持續(xù)時(shí)間期間，根據(jù)所述廢水的當(dāng)前測(cè)量的所述銨含量和所述閾值(9)調(diào)節(jié)所述通風(fēng)裝置(5)的功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)實(shí)施為模型預(yù)測(cè)的調(diào)節(jié)，其中根據(jù)用于調(diào)節(jié)所述通風(fēng)裝置(5)的功率的當(dāng)前產(chǎn)生的調(diào)節(jié)參量(u)和所述廢水的當(dāng)前測(cè)量的所述銨含量，在沒有調(diào)節(jié)干預(yù)的情況下計(jì)算對(duì)所述銨含量的未來變化曲線的預(yù)測(cè)(y0(k))，并且根據(jù)所述預(yù)測(cè)(y0(k))和所述銨含量的理論值變化曲線(w(k))執(zhí)行調(diào)節(jié)參量改變(Δu)形式的調(diào)節(jié)干預(yù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)沿著所述廢水的所述銨含量的理論值變化曲線(w(k))進(jìn)行，其中在為所述硝化階段結(jié)束的預(yù)設(shè)時(shí)間，所述理論值變化曲線(w(k))低于預(yù)設(shè)的閾值(9)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，為所述調(diào)節(jié)將所述廢水到所述活化池(1)中的注入量(19)作為調(diào)節(jié)參量接入。
說明書
用于污水處理設(shè)施的調(diào)節(jié)設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)設(shè)備。
本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)
在根據(jù)活性污泥法或活化法的生物廢水清潔中，廢水通過物質(zhì)代謝活性從需氧的微生物、所謂的活性污泥中去除有機(jī)污染物。在此，通過硝化和脫硝分解氮。在硝化期間需氧條件必須占優(yōu)，以便能夠通過自養(yǎng)的微生物進(jìn)行硝酸鹽(NO3)中的銨(NH4)。在隨后的脫硝期間將硝酸鹽轉(zhuǎn)換成氮(N2)。對(duì)此，必須存在缺氧的條件，以便異養(yǎng)的微生物使用硝酸鹽氧用于呼吸并且能夠執(zhí)行轉(zhuǎn)換成氮。
為了能夠在僅一個(gè)活化池中執(zhí)行硝化和脫硝，池子被時(shí)間交替地(間歇性地)通風(fēng)和不通風(fēng)。在壓縮空氣通風(fēng)的情況下，通過壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)的接通和斷開和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)進(jìn)行對(duì)通風(fēng)功率的調(diào)節(jié)，其中當(dāng)由一個(gè)壓縮機(jī)供應(yīng)多個(gè)池子時(shí)，壓縮的空氣經(jīng)由可控制的氣門導(dǎo)入到池子中。
在現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，根據(jù)銨和硝酸鹽含量在硝化和脫硝之間切換，所述銨和硝酸鹽含量借助于NH4/NO3組合探針測(cè)量(US2012/006414A1,US2014/263041A1,US7416669B1)。一旦銨充分地分解，即銨氮(NH4-N)的濃度下降到例如0.5mg/l的閾值之下，就結(jié)束硝化階段進(jìn)而 結(jié)束通風(fēng)。一旦硝酸鹽充分地分解，即硝酸鹽氮(NO3)的濃度下降到例如8mg/l的閾值之下，就結(jié)束脫硝階段。
也已知的是：通過測(cè)量活化池中溶解的氧的濃度并且經(jīng)由PID調(diào)節(jié)器確保例如1至2mg/l的盡可能恒定的氧濃度的方式，在硝化階段期間調(diào)節(jié)通風(fēng)的功率。如果由一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)供應(yīng)多個(gè)池子(US2014/0263041Al)，那么或者經(jīng)由鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者氣門的位置來進(jìn)行調(diào)節(jié)干預(yù)。
在污染物的量和/或濃度方面的注入波動(dòng)表現(xiàn)了對(duì)于污水處理設(shè)施的運(yùn)營(yíng)商的高要求，因?yàn)楸仨氃谌壳闆r下遵守對(duì)于污水清潔設(shè)施流出到流動(dòng)水中的法律極限值，其中所述污染物例如通過所連接的用戶(家用或工業(yè)企業(yè))的行為模式或惡劣的天氣來產(chǎn)生。如今的自動(dòng)化設(shè)計(jì)最早當(dāng)活化池中的濃度改變時(shí)才能夠?qū)ψ兓淖⑷霔l件作出反應(yīng)。然而在大多數(shù)情況下沒有自動(dòng)化反應(yīng)進(jìn)行。
另一問題時(shí)：在間歇性運(yùn)行中，對(duì)氧調(diào)節(jié)的困難的設(shè)定，因?yàn)閷?shí)際上通常硝化階段的時(shí)間上的持續(xù)時(shí)間不足，以便實(shí)現(xiàn)清潔地處理(sauberesEinschwingen)氧調(diào)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的目的是：改進(jìn)污水處理設(shè)施中的硝化的調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種調(diào)節(jié)設(shè)備或調(diào)節(jié)方法來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明基于如下知識(shí)：在硝化階段中，氧濃度僅表示用于為微生物的需氧的物質(zhì)代謝提供的適當(dāng)環(huán)境條件的輔助調(diào)節(jié)參量。在較長(zhǎng)時(shí)間恒定的養(yǎng)濃度并不能夠容易地實(shí)現(xiàn)，并且出于方法技術(shù)和生物方面的觀點(diǎn)是不需要的。
根據(jù)本發(fā)明，在硝化階段中的通風(fēng)的功率調(diào)節(jié)、即氣門的位置或鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)直接地針對(duì)主要感興趣的過程參量，即針對(duì)銨濃度。因?yàn)闉榱嗽陂g歇性運(yùn)行中檢測(cè)切換條件總歸提出使用適當(dāng)?shù)奶结�、例如NH4/NO3組合探針，所以已經(jīng)提供了銨測(cè)量值。
因此在常規(guī)的通風(fēng)調(diào)節(jié)中吹入與需要用于達(dá)到氧理論值那么多的空氣，更確切地說與為了分解污染物是否需要那么多的氧完全無關(guān)地，在此期間，通過將調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化到銨作為主調(diào)節(jié)參量的方式，僅還需要吹入一些空氣，這些空氣如實(shí)際需要那么多，以便用于為微生物充分地提供用于期望地分解銨的氧。因?yàn)楣娘L(fēng)機(jī)的能量消耗隨著轉(zhuǎn)速的三次方提高，所以根據(jù)本發(fā)明能夠顯著地節(jié)約能量。
調(diào)節(jié)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為模型預(yù)測(cè)的調(diào)節(jié)，這為本發(fā)明提供如下優(yōu)點(diǎn)或改進(jìn)可行性：
-通過自動(dòng)地驗(yàn)證學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的過程模型和在當(dāng)前的運(yùn)行中使用預(yù)測(cè)的過程性，能簡(jiǎn)單地匹配于具有大的延遲時(shí)間或甚至死時(shí)間的困難的路徑動(dòng)態(tài)(Streckendynamik)，
-借助于集成的參考參量過濾器低耗費(fèi)地實(shí)現(xiàn)作為匹配情況的時(shí)間變化曲線的理論值軌道，和
-低耗費(fèi)地、完全工具輔助地實(shí)現(xiàn)基于模型的動(dòng)態(tài)的干擾參量接入。
因此，優(yōu)選沿著對(duì)于廢水的按含量預(yù)設(shè)的理論值變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中理論值變化在對(duì)于硝化階段結(jié)束的預(yù)設(shè)時(shí)間低于預(yù)設(shè)的閾值。因此，銨濃度應(yīng)當(dāng)在從測(cè)量到的啟動(dòng)值到硝化階段開始的預(yù)設(shè)時(shí)間下降到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值上。只要上述內(nèi)容達(dá)成，吹入的空氣量就是足夠的。
銨濃度的下降的期望的時(shí)間變化曲線能夠經(jīng)由有利地集成在基于模型的預(yù)測(cè)的調(diào)節(jié)器中的參考參量過濾器來預(yù)設(shè)。 在內(nèi)部，調(diào)節(jié)器以未來的理論值變化曲線工作，所述理論值變化曲線與調(diào)節(jié)參量的預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)相比較。在沒有參考參量過濾器的情況下認(rèn)為：當(dāng)前的理論值也在未來不變地在預(yù)測(cè)范圍內(nèi)是有效的。在理論值突變的情況下這表示：也在較近的未來中已經(jīng)全數(shù)地需要新的理論值，盡管過程完全不能夠?qū)崿F(xiàn)。借助參考參量過濾器或理論值過濾器，計(jì)算從當(dāng)前實(shí)際值到所需要的理論值的漸進(jìn)的理論值軌跡，使得在給定時(shí)間達(dá)到所需要的理論值。在此，目標(biāo)理論值勉強(qiáng)低于用于切換以結(jié)束硝化階段的閾值之下，使得可靠地低于閾值并且進(jìn)行到脫硝的切換。特別地，在硝化開始時(shí)通過平緩地根據(jù)軌跡啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)能夠顯著地節(jié)約能量。
此外，優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)到活化池(Belebungsbecken)中的注入量的干擾參量接入以便能夠預(yù)先地對(duì)波動(dòng)做出反應(yīng)。干擾參量接入能夠在沒有附加組件的情況下，通過為考慮由于注入波動(dòng)產(chǎn)生的影響用于校正預(yù)測(cè)的時(shí)間變化曲線的方式來直接地借助基于模型的預(yù)測(cè)的調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。
