申請日2015.10.19
公開(公告)日2016.05.04
IPC分類號C02F3/12
摘要
本發(fā)明涉及一種用于污水處理設施的調(diào)節(jié)設備和方法。在污水處理設施中，在活化池(1)中將廢水經(jīng)由可控制的通風裝置(5)通過間歇性的通風來硝化和脫硝，其中測量廢水的銨含量，并且當所測量的銨含量低于閾值(9)時，通過切斷通風來結束硝化階段。為了改進硝化的調(diào)節(jié)，在硝化階段的開始和結束之間的持續(xù)時間期間根據(jù)廢水的當前測量的銨含量和閾值(9)調(diào)節(jié)通風裝置(5)的功率。優(yōu)選地，以基于模型預測的方式且沿著對于銨含量的預設的理論值變化曲線進行調(diào)節(jié)(10)，其中在對硝化階段結束的預設時間，理論值變化曲線低于預設的閾值(9)。此外，優(yōu)選廢水到活化池(1)中的注入量(19)對于調(diào)節(jié)而言作為干擾參量接入。
權利要求書
1.一種用于污水處理設施的調(diào)節(jié)設備，在所述污水處理設施中，在活化池(1)中將廢水經(jīng)由能控制的通風裝置(5)通過間歇性的通風來硝化和脫硝，所述調(diào)節(jié)裝置具有用于測量所述廢水的銨含量的探針(7)，其中所述調(diào)節(jié)設備構成用于：當所測量的所述銨含量低于閾值(9)時，通過切斷通風來結束硝化階段，其特征在于，所述調(diào)節(jié)設備具有調(diào)節(jié)器(10)，所述調(diào)節(jié)器構成用于：在所述硝化階段的開始和結束之間的持續(xù)時間期間，根據(jù)所述廢水的當前測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)所述通風裝置(5)的功率。
2.根據(jù)權利要求1所述的調(diào)節(jié)設備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(10)構成為具有所述污水處理設施的路線模型(12)和預測器(13)的模型預測的調(diào)節(jié)器，以便根據(jù)當前產(chǎn)生的所述調(diào)節(jié)參量(u)和所述廢水的當前測量的所述銨含量在沒有調(diào)節(jié)干預的情況下為所述銨含量的未來的變化曲線計算預測(y0(k))，并且根據(jù)所述預測(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。
3.根據(jù)權利要求2所述的調(diào)節(jié)設備，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))在對于所述硝化階段結束的預設時間低于預設的所述閾值(9)。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的調(diào)節(jié)設備，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器(10)包含另一預測器(15)和優(yōu)化器(16)，以便在沒有調(diào)節(jié)干預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 述預測(y0(k))之間的偏差(e0(k))中計算未來的調(diào)節(jié)參量改變(Δu(k))，將所述未來的調(diào)節(jié)參量改變的各當前的調(diào)節(jié)參量改變(Δu)用于當前的調(diào)節(jié)干預。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的調(diào)節(jié)設備，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施的調(diào)節(jié)方法，在所述污水處理設施中，在活化池(1)中將廢水經(jīng)由能控制的通風裝置(5)通過間歇性的通風來硝化和脫硝，其中測量所述廢水的所述銨含量，并且當所測量的所述銨含量低于閾值(9)時，通過切斷通風來結束硝化階段，其特征在于，在所述硝化階段的開始和結束之間的持續(xù)時間期間，根據(jù)所述廢水的當前測量的所述銨含量和所述閾值(9)調(diào)節(jié)所述通風裝置(5)的功率。
7.根據(jù)權利要求6所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)實施為模型預測的調(diào)節(jié)，其中根據(jù)用于調(diào)節(jié)所述通風裝置(5)的功率的當前產(chǎn)生的調(diào)節(jié)參量(u)和所述廢水的當前測量的所述銨含量，在沒有調(diào)節(jié)干預的情況下計算對所述銨含量的未來變化曲線的預測(y0(k))，并且根據(jù)所述預測(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。
8.根據(jù)權利要求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))進行，其中在為所述硝化階段結束的預設時間，所述理論值變化曲線(w(k))低于預設的閾值(9)。
9.根據(jù)權利要求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
用于污水處理設施的調(diào)節(jié)設備和方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)設備。
本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)方法。
背景技術
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)的微生物進行硝酸鹽(NO3)中的銨(NH4)。在隨后的脫硝期間將硝酸鹽轉換成氮(N2)。對此，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)行轉換成氮。
為了能夠在僅一個活化池中執(zhí)行硝化和脫硝，池子被時間交替地(間歇性地)通風和不通風。在壓縮空氣通風的情況下，通過壓縮機或鼓風機的接通和斷開和轉速調(diào)節(jié)進行對通風功率的調(diào)節(jié)，其中當由一個壓縮機供應多個池子時，壓縮的空氣經(jīng)由可控制的氣門導入到池子中。
在現(xiàn)代自動化設計中，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，就結束硝化階段進而 結束通風。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，就結束脫硝階段。
也已知的是：通過測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)通風的功率。如果由一個鼓風機供應多個池子(US2014/0263041Al)，那么或者經(jīng)由鼓風機轉速或者氣門的位置來進行調(diào)節(jié)干預。
在污染物的量和/或濃度方面的注入波動表現(xiàn)了對于污水處理設施的運營商的高要求，因為必須在全部情況下遵守對于污水清潔設施流出到流動水中的法律極限值，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。如今的自動化設計最早當活化池中的濃度改變時才能夠?qū)ψ兓淖⑷霔l件作出反應。然而在大多數(shù)情況下沒有自動化反應進行。
另一問題時：在間歇性運行中，對氧調(diào)節(jié)的困難的設定，因為實際上通常硝化階段的時間上的持續(xù)時間不足，以便實現(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：改進污水處理設施中的硝化的調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種調(diào)節(jié)設備或調(diào)節(jié)方法來實現(xiàn)。
本發(fā)明基于如下知識：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)代謝提供的適當環(huán)境條件的輔助調(diào)節(jié)參量。在較長時間恒定的養(yǎng)濃度并不能夠容易地實現(xiàn)，并且出于方法技術和生物方面的觀點是不需要的。
根據(jù)本發(fā)明，在硝化階段中的通風的功率調(diào)節(jié)、即氣門的位置或鼓風機轉速的調(diào)節(jié)直接地針對主要感興趣的過程參量，即針對銨濃度。因為為了在間歇性運行中檢測切換條件總歸提出使用適當?shù)奶结�、例如NH4/NO3組合探針，所以已經(jīng)提供了銨測量值。
因此在常規(guī)的通風調(diào)節(jié)中吹入與需要用于達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地，在此期間，通過將調(diào)節(jié)設計轉化到銨作為主調(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。因為鼓風機的能量消耗隨著轉速的三次方提高，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)選實現(xiàn)為模型預測的調(diào)節(jié)，這為本發(fā)明提供如下優(yōu)點或改進可行性：
-通過自動地驗證學習數(shù)據(jù)中的過程模型和在當前的運行中使用預測的過程性，能簡單地匹配于具有大的延遲時間或甚至死時間的困難的路徑動態(tài)(Streckendynamik)，
-借助于集成的參考參量過濾器低耗費地實現(xiàn)作為匹配情況的時間變化曲線的理論值軌道，和
-低耗費地、完全工具輔助地實現(xiàn)基于模型的動態(tài)的干擾參量接入。
因此，優(yōu)選沿著對于廢水的按含量預設的理論值變化進行調(diào)節(jié)，其中理論值變化在對于硝化階段結束的預設時間低于預設的閾值。因此，銨濃度應當在從測量到的啟動值到硝化階段開始的預設時間下降到預設的目標值上。只要上述內(nèi)容達成，吹入的空氣量就是足夠的。
銨濃度的下降的期望的時間變化曲線能夠經(jīng)由有利地集成在基于模型的預測的調(diào)節(jié)器中的參考參量過濾器來預設。 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)參量的預測的運動相比較。在沒有參考參量過濾器的情況下認為：當前的理論值也在未來不變地在預測范圍內(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，計算從當前實際值到所需要的理論值的漸進的理論值軌跡，使得在給定時間達到所需要的理論值。在此，目標理論值勉強低于用于切換以結束硝化階段的閾值之下，使得可靠地低于閾值并且進行到脫硝的切換。特別地，在硝化開始時通過平緩地根據(jù)軌跡啟動鼓風機能夠顯著地節(jié)約能量。
此外，優(yōu)選地實現(xiàn)到活化池(Belebungsbecken)中的注入量的干擾參量接入以便能夠預先地對波動做出反應。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產(chǎn)生的影響用于校正預測的時間變化曲線的方式來直接地借助基于模型的預測的調(diào)節(jié)器實現(xiàn)。
