申请日2015.07.15
公开(公告)日2017.04.19
IPC分类号C02F3/12; C02F3/34; G05B11/32; G05B11/36
摘要
求得处理槽的曝气风量的曝气风量计算装置(65)具备计算部(67)，该计算部(67)具有生成比处理槽入口NH4‑N浓度(Xin)小的目标值(XDV)的目标值计算元件(81);和基于处理槽出口NH4‑N浓度(Xout)与目标值(XDV)的偏差生成FB操作量(YB)的FB操作量计算元件(84)，并基于FB操作量(YB)算出作为曝气风量的操作量(Y)。处理槽入口NH4‑N的浓度是基于原水NH4‑N浓度(XRW)、原水流入量(u)、处理槽出口NH4‑N浓度(Xout)、以及循环流量(f)求得的值，或者，是由处理槽入口NH4‑N的浓度计(63)检测出的值。
权利要求书
1.一种曝气风量计算装置，是求得用活性污泥法净化被处理水的向处理槽的曝气风量的曝气风量计算装置，
具备计算单元，
所述计算单元具有生成比作为所述处理槽的入口的被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度小的目标值的目标值计算元件;和基于作为由所述处理槽所处理的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度与所述目标值的偏差生成反馈操作量的反馈操作量计算元件，并基于所述反馈操作量算出作为所述曝气风量的操作量。
2.根据权利要求1所述的曝气风量计算装置，其特征在于，
所述计算单元还具有：选择规定的基准目标值与由所述目标值计算元件生成的所述目标值中较小的一个作为所述目标值向所述反馈操作量计算元件输出的低值选择器。
3.根据权利要求1或2所述的曝气风量计算装置，其特征在于，
还具备获得单元，所述获得单元获得作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度、作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及作为从所述处理水分离并返回所述处理槽的污泥的流量的循环流量，
所述计算单元以基于所述原水氨态氮浓度、所述原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及所述循环流量计算所述处理槽入口氨态氮浓度的形式构成。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的曝气风量计算装置，其特征在于，
所述计算单元还具有：基于作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度生成前馈操作量的前馈操作量计算元件、和使所述前馈操作量与所述反馈操作量相加的加法计算器;并以将所述前馈操作量附加于所述反馈操作量而算出所述操作量的形式构成。
5.根据权利要求4所述的曝气风量计算装置，其特征在于，
所述计算单元还具有：求得补正系数的补正系数计算元件和使所述前馈操作量与所述补正系数相乘从而补正所述前馈操作量的乘法计算器，该补正系数用于在作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量大于规定的基准流入量时使所述前馈操作量增加，在所述原水流入量小于所述规定的基准流入量时使所述前馈操作量减少。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的曝气风量计算装置，其特征在于，
所述目标值为比所述处理槽入口氨态氮浓度小了规定值的值，
所述规定值为通过曝气而被处理水的COD或BOD为一定值时的、从该被处理水的氨态氮浓度的所述曝气开始时起的变化量的绝对值。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的曝气风量计算装置，其特征在于，
所述目标值为比所述处理槽入口氨态氮浓度小了从2~10(mg/L)的范围选择的值的值。
8.一种水处理系统，具备：
包括配备有散气装置的好氧槽并用活性污泥法净化被处理水的处理槽;
测定流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度计或测定所述处理槽的入口的所述被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度计;
测定从所述处理槽流出的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度计;
根据权利要求1至7中任意一项所述的曝气风量计算装置;和
基于由所述曝气风量计算装置求得的所述操作量控制所述散气装置的曝气风量控制装置。
说明书
曝气风量计算装置以及水处理系统
技术领域
本发明涉及使用活性污泥法进行净化处理的水处理系统。
背景技術
以往，在生活废水等的废水处理中，使用活性污泥净化废水的水处理系统被使用。例如，专利文献1中所记载的水处理系统具备：贮存原水的原水槽;通过活性污泥对原水中的污浊物质进行生物处理的一系列处理槽;和从原水与活性污泥混合后的被处理水将污泥沉淀分离的沉淀池。上述一系列处理槽包括：厌氧槽、无氧槽以及配备散气装置的好氧槽。在这些处理槽中进行原水所含有的碳类有机物、含氮化合物、含磷化合物等污浊物质的去除。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2004-275826号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
下水处理的废水基准项目包括T-N(总氮)、T-P(总磷)、BOD(生化需氧量)，所有这些项目必须满足规定的处理基准。然而，能够快速并且便宜地测定BOD的技术还未被开发。因此，为了确保处理水的BOD满足规定的处理基准，以能够充裕地达成处理基准的曝气风量进行好氧槽的曝气。
解决问题的手段：
然而，可知在活性污泥法的水处理过程中，被处理水的BOD具有从处理开始后比较早的阶段开始减少，随后变化变缓慢的特征，被处理水的氨态氮(以下，存在记载为“NH4-N”的情况)浓度具有在处理开始后几乎不立即变化，而从BOD的变化变缓慢左右才开始减少的特征。即，活性污泥法的水处理过程中，与硝化速度相比有机物的分解速度较快。(第一见解)。
发明人们为了验证上述第一见解而进行了下面会说明的实验。该实验中，对被填充于实验容器的被处理水A，B以规定的曝气风量进行曝气，并测定NH4-N浓度与COD(化学需氧量)。实验时的曝气风量大于最低风量，且为相对以往的水处理系统中基准的NH4-N浓度的被处理水而设定的曝气风量中较小的值。另外， BOD仅为生物分解性有机物的需氧量，与此相对，COD为有机物与无机物的两个的需氧量，所以两者不同，但存在将比BOD在短时间内能够测定的COD作为BOD的代替指标来使用的情况。该实验结果由如图14所示的好氧槽中的NH4-N浓度的处理行为与COD的处理行为的时序变化的图表所表示。该图表中，纵轴表示NH4-N浓度与COD，横轴表示处理时间，实线表示NH4-N浓度的时序变化，虚线表示COD的时序变化。
根据图14的图表，可看出关于被处理水A、B，NH4-N浓度的处理行为与COD的处理行为共通的特征。其共通的特征是，COD从开始处理后较早的阶段开始减少，随后变化慢慢变缓，不久处于即使继续曝气也几乎不变化的状态。又，共通的特征是，NH4-N浓度，超过某一处理时间之前几乎不变化，从超过某一处理时间之后开始急剧减少。
被处理水A中，处理时间TC1之后COD几乎不变化。从处理开始时到处理时间TC1被处理水A的NH4-N浓度变化量为ΔX1(mg/L)。另一方面，被处理水B中，处理时间TC2之后COD几乎不变化。从处理开始时到处理时间TC2被处理水B的NH4-N浓度的变化量为ΔX2(mg/L)。尽管被处理水A与被处理水B的水质不同，处理开始时的NH4-N浓度不同，但变化量ΔX1与变化量ΔX2大致为相同的值。又，虽然该说明书中没有记载，但是也可看出关于与被处理水A、B不同水质的被处理水与被处理水A，B同样的倾向。因此可知，即使处理开始时的被处理水的NH4-N浓度不同，NH4-N只有ΔX(mg/L)被硝化，COD被处理到一定水准(即、即使再继续曝气COD的值也几乎不变化的程度)(第二见解)。
基于上述第一见解，通过将硝化所需量的氧向好氧槽供给，能够供给有机物的分解所需量的氧。因此，本发明中，作为处理水的BOD的代替指标而使用NH4-N浓度，以处理水的NH4-N浓度达到规定的目标值以下的形式控制好氧槽的曝气风量。这样的曝气风量控制中，如果原水的NH4-N浓度为规定的目标值以下则不再需要硝化，所以如果将好氧槽的曝气风量控制为最低风量，则能够削减散气装置的运行能耗。然而，好氧槽的曝气风量少时，可能会使被处理水中的有机物不完全分解从而处理水的BOD超过规定的处理基准。因此，本发明中，再基于上述第二见解，通过适当地设定曝气风量的目标值，抑制曝气风量的同时可靠地进行被处理水中的有机物的处理。
根据本发明的曝气风量计算装置，是求得用活性污泥法净化被处理水的向处理槽的曝气风量的曝气风量计算装置，其特征在于，具备计算单元，所述计算单元具有生成比作为所述处理槽的入口的被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度小的目标值的目标值计算元件;和基于作为由所述处理槽所处理的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度与所述目标值的偏差生成反馈操作量的反馈操作量计算元件，并基于所述反馈操作量算出作为所述曝气风量的操作量。
又，根据本发明的水处理系统，其特征在于，具备：包括配备有散气装置的好氧槽并用活性污泥法净化被处理水的处理槽;测定流入所述处理槽的原水氨态氮浓度的原水氨态氮浓度计或测定所述处理槽的入口的所述被处理水的氨态氮浓度的处理槽入口氨态氮浓度计;测定从所述处理槽流出的处理水的氨态氮浓度的处理槽出口氨态氮浓度计;所述曝气风量计算装置;和基于由所述曝气风量计算装置求得的所述操作量控制所述散气装置的曝气风量控制装置。
根据上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统，处理槽出口NH4-N浓度的目标值为总是低于处理槽入口的NH4-N浓度的值。而且，基于目标值与处理槽出口NH4-N浓度(控制值)的偏差通过反馈控制决定操作量(曝气风量)，所以为了降低被处理水的NH4-N浓度继续进行充分的曝气。借此，能够避免曝气风量明显减少而被处理水中的有机物不被充分分解的情况，并能可靠地进行被处理水中的有机物的处理。此外，处理槽出口NH4-N浓度的目标值根据处理槽入口的NH4-N浓度的变化而变化，所以曝气风量不会过剩，能够抑制曝气风量以及散气装置的运行能耗。
在上述中，所述目标值为比所述处理槽入口氨态氮浓度小了规定值的值，该规定值也可以是，通过曝气而被处理水的COD或BOD达到一定值时的，从该被处理水的氨态氮浓度的所述曝气开始时的变化量的绝对值。另外，上述“COD或BOD为一定值”，严格来说包括：COD或BOD达到一定值的状态，加上COD或BOD的减少幅度与曝气开始时相比较小，即使继续曝气COD或BOD的变动也较小(例如，每1小时的减少率为5%以下或10%以下)的状态。又，也可以是所述目标值为比所述处理槽入口氨态氮浓度小了从2~10(mg/L)的范围选择的值的值。
以往，为了确保处理水的BOD满足规定的处理基准，以能够充裕地达成处理基准的曝气风量进行好氧槽的曝气，但是根据上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统，能够可靠地进行被处理水中的有机物的处理，同时适当地抑制被处理水中曝气风量増大，所以能够削减散气装置的运行能耗。
上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统中，所述计算单元优选为还具有选择规定的基准目标值与由所述目标值计算元件生成的所述目标值中较小的一个作为所述目标值向所述反馈操作量计算元件输出的低值选择器。根据该结构，处理槽出口NH4-N浓度的目标值总是为规定的基准目标值以下，所以在处理水的水质基准中含有NH4-N浓度的情况中有效。
也可以是上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统还具备获得单元，所述获得单元获得作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度、作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及作为从所述处理水分离并返回所述处理槽的污泥的流量的循环流量，所述计算单元以基于所述原水氨态氮浓度、所述原水流入量、所述处理槽出口氨态氮浓度、以及所述循环流量算出所述处理槽入口氨态氮浓度的形式构成。根据该结构，能够基于原水NH4-N浓度等求得处理槽入口NH4-N浓度，能够在水处理系统的处理系列为多系统时抑制NH4-N浓度计的数量的增加。
上述曝气风量计算装置以及上述水处理系统中，所述计算单元优选为还具有基于作为流入所述处理槽的原水的氨态氮浓度的原水氨态氮浓度生成前馈操作量的前馈操作量计算元件、和使所述前馈操作量与所述反馈操作量相加的加法计算器，并以基于所述反馈操作量以及所述前馈操作量算出所述操作量的形式构成。此处，也可以是所述计算单元还具有用于求得补正系数的补正系数计算元件和使所述前馈操作量与所述补正系数相乘从而补正所述前馈操作量的乘法计算器，该补正系数在作为流入所述处理槽的所述原水的流入量的原水流入量大于规定的基准流入量时使所述前馈操作量增加，在所述原水流入量小于所述规定的基准流入量时使所述前馈操作量减小。根据该结构，能够将基于原水氨态氮浓度的变化预测的曝气风量的增加量作为前馈操作量算出，并将其附加于操作量。而且，通过用补正系数补正前馈操作量，操作量根据流入处理槽的原水的量而变化，所以能够抑制曝气风量，同时可靠地进行被处理水中的有机物的处理。
发明效果：
根据本发明，处理槽出口NH4-N浓度的目标值随着处理槽入口 NH4-N浓度的变化而变化，并且，总是为低于处理槽入口的NH4-N浓度以及处理槽出口NH4-N浓度的值。因此，能够通过抑制曝气风量同时继续进行曝气，能够可靠地进行被处理水中的有机物的处理。