申请日2015.10.19
公开(公告)日2016.05.04
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明涉及一种用于污水处理设施的调节设备和方法。在污水处理设施中，在活化池(1)中将废水经由可控制的通风装置(5)通过间歇性的通风来硝化和脱硝，其中测量废水的铵含量，并且当所测量的铵含量低于阈值(9)时，通过切断通风来结束硝化阶段。为了改进硝化的调节，在硝化阶段的开始和结束之间的持续时间期间根据废水的当前测量的铵含量和阈值(9)调节通风装置(5)的功率。优选地，以基于模型预测的方式且沿着对于铵含量的预设的理论值变化曲线进行调节(10)，其中在对硝化阶段结束的预设时间，理论值变化曲线低于预设的阈值(9)。此外，优选废水到活化池(1)中的注入量(19)对于调节而言作为干扰参量接入。
权利要求书
1.一种用于污水处理设施的调节设备，在所述污水处理设施中，在活化池(1)中将废水经由能控制的通风装置(5)通过间歇性的通风来硝化和脱硝，所述调节装置具有用于测量所述废水的铵含量的探针(7)，其中所述调节设备构成用于：当所测量的所述铵含量低于阈值(9)时，通过切断通风来结束硝化阶段，其特征在于，所述调节设备具有调节器(10)，所述调节器构成用于：在所述硝化阶段的开始和结束之间的持续时间期间，根据所述废水的当前测量的所述铵含量和所述阈值(9)产生调节参量(u)，借助所述调节参量调节所述通风装置(5)的功率。
2.根据权利要求1所述的调节设备，其特征在于，所述调节器(10)构成为具有所述污水处理设施的路线模型(12)和预测器(13)的模型预测的调节器，以便根据当前产生的所述调节参量(u)和所述废水的当前测量的所述铵含量在没有调节干预的情况下为所述铵含量的未来的变化曲线计算预测(y0(k))，并且根据所述预测(y0(k))和所述铵含量的理论值变化曲线(w(k))执行调节参量改变(Δu)形式的调节干预。
3.根据权利要求2所述的调节设备，其特征在于，所述调节器(10)包含理论值过滤器(14)，所述理论值过滤器计算所述废水的所述铵含量的理论值变化曲线(w(k))，其中所述理论值变化曲线(w(k))在对于所述硝化阶段结束的预设时间低于预设的所述阈值(9)。
4.根据权利要求2或3所述的调节设备，其特征在于，所述调节器(10)包含另一预测器(15)和优化器(16)，以便在没有调节干预的情况下从所述铵含量的理论值变化曲线(w(k))和所述铵含量的所 述预测(y0(k))之间的偏差(e0(k))中计算未来的调节参量改变(Δu(k))，将所述未来的调节参量改变的各当前的调节参量改变(Δu)用于当前的调节干预。
5.根据前述权利要求中任一项所述的调节设备，其特征在于，为所述调节器(10)接入所述废水到所述活化池(1)中的注入量(19)作为调节参量。
6.一种用于污水处理设施的调节方法，在所述污水处理设施中，在活化池(1)中将废水经由能控制的通风装置(5)通过间歇性的通风来硝化和脱硝，其中测量所述废水的所述铵含量，并且当所测量的所述铵含量低于阈值(9)时，通过切断通风来结束硝化阶段，其特征在于，在所述硝化阶段的开始和结束之间的持续时间期间，根据所述废水的当前测量的所述铵含量和所述阈值(9)调节所述通风装置(5)的功率。
7.根据权利要求6所述的调节方法，其特征在于，所述调节实施为模型预测的调节，其中根据用于调节所述通风装置(5)的功率的当前产生的调节参量(u)和所述废水的当前测量的所述铵含量，在没有调节干预的情况下计算对所述铵含量的未来变化曲线的预测(y0(k))，并且根据所述预测(y0(k))和所述铵含量的理论值变化曲线(w(k))执行调节参量改变(Δu)形式的调节干预。
8.根据权利要求6或7所述的调节方法，其特征在于，所述调节沿着所述废水的所述铵含量的理论值变化曲线(w(k))进行，其中在为所述硝化阶段结束的预设时间，所述理论值变化曲线(w(k))低于预设的阈值(9)。
9.根据权利要求6、7或8所述的调节方法，其特征在于，为所述调节将所述废水到所述活化池(1)中的注入量(19)作为调节参量接入。
说明书
用于污水处理设施的调节设备和方法
技术领域
本发明涉及一种调节设备。
本发明还涉及一种调节方法。
背景技术
在根据活性污泥法或活化法的生物废水清洁中，废水通过物质代谢活性从需氧的微生物、所谓的活性污泥中去除有机污染物。在此，通过硝化和脱硝分解氮。在硝化期间需氧条件必须占优，以便能够通过自养的微生物进行硝酸盐(NO3)中的铵(NH4)。在随后的脱硝期间将硝酸盐转换成氮(N2)。对此，必须存在缺氧的条件，以便异养的微生物使用硝酸盐氧用于呼吸并且能够执行转换成氮。
为了能够在仅一个活化池中执行硝化和脱硝，池子被时间交替地(间歇性地)通风和不通风。在压缩空气通风的情况下，通过压缩机或鼓风机的接通和断开和转速调节进行对通风功率的调节，其中当由一个压缩机供应多个池子时，压缩的空气经由可控制的气门导入到池子中。
在现代自动化设计中，根据铵和硝酸盐含量在硝化和脱硝之间切换，所述铵和硝酸盐含量借助于NH4/NO3组合探针测量(US2012/006414A1,US2014/263041A1,US7416669B1)。一旦铵充分地分解，即铵氮(NH4-N)的浓度下降到例如0.5mg/l的阈值之下，就结束硝化阶段进而 结束通风。一旦硝酸盐充分地分解，即硝酸盐氮(NO3)的浓度下降到例如8mg/l的阈值之下，就结束脱硝阶段。
也已知的是：通过测量活化池中溶解的氧的浓度并且经由PID调节器确保例如1至2mg/l的尽可能恒定的氧浓度的方式，在硝化阶段期间调节通风的功率。如果由一个鼓风机供应多个池子(US2014/0263041Al)，那么或者经由鼓风机转速或者气门的位置来进行调节干预。
在污染物的量和/或浓度方面的注入波动表现了对于污水处理设施的运营商的高要求，因为必须在全部情况下遵守对于污水清洁设施流出到流动水中的法律极限值，其中所述污染物例如通过所连接的用户(家用或工业企业)的行为模式或恶劣的天气来产生。如今的自动化设计最早当活化池中的浓度改变时才能够对变化的注入条件作出反应。然而在大多数情况下没有自动化反应进行。
另一问题时：在间歇性运行中，对氧调节的困难的设定，因为实际上通常硝化阶段的时间上的持续时间不足，以便实现清洁地处理(sauberesEinschwingen)氧调节。
发明内容
本发明所基于的目的是：改进污水处理设施中的硝化的调节。
根据本发明，该目的通过一种调节设备或调节方法来实现。
本发明基于如下知识：在硝化阶段中，氧浓度仅表示用于为微生物的需氧的物质代谢提供的适当环境条件的辅助调节参量。在较长时间恒定的养浓度并不能够容易地实现，并且出于方法技术和生物方面的观点是不需要的。
根据本发明，在硝化阶段中的通风的功率调节、即气门的位置或鼓风机转速的调节直接地针对主要感兴趣的过程参量，即针对铵浓度。因为为了在间歇性运行中检测切换条件总归提出使用适当的探针、例如NH4/NO3组合探针，所以已经提供了铵测量值。
因此在常规的通风调节中吹入与需要用于达到氧理论值那么多的空气，更确切地说与为了分解污染物是否需要那么多的氧完全无关地，在此期间，通过将调节设计转化到铵作为主调节参量的方式，仅还需要吹入一些空气，这些空气如实际需要那么多，以便用于为微生物充分地提供用于期望地分解铵的氧。因为鼓风机的能量消耗随着转速的三次方提高，所以根据本发明能够显著地节约能量。
调节优选实现为模型预测的调节，这为本发明提供如下优点或改进可行性：
-通过自动地验证学习数据中的过程模型和在当前的运行中使用预测的过程性，能简单地匹配于具有大的延迟时间或甚至死时间的困难的路径动态(Streckendynamik)，
-借助于集成的参考参量过滤器低耗费地实现作为匹配情况的时间变化曲线的理论值轨道，和
-低耗费地、完全工具辅助地实现基于模型的动态的干扰参量接入。
因此，优选沿着对于废水的按含量预设的理论值变化进行调节，其中理论值变化在对于硝化阶段结束的预设时间低于预设的阈值。因此，铵浓度应当在从测量到的启动值到硝化阶段开始的预设时间下降到预设的目标值上。只要上述内容达成，吹入的空气量就是足够的。
铵浓度的下降的期望的时间变化曲线能够经由有利地集成在基于模型的预测的调节器中的参考参量过滤器来预设。 在内部，调节器以未来的理论值变化曲线工作，所述理论值变化曲线与调节参量的预测的运动相比较。在没有参考参量过滤器的情况下认为：当前的理论值也在未来不变地在预测范围内是有效的。在理论值突变的情况下这表示：也在较近的未来中已经全数地需要新的理论值，尽管过程完全不能够实现。借助参考参量过滤器或理论值过滤器，计算从当前实际值到所需要的理论值的渐进的理论值轨迹，使得在给定时间达到所需要的理论值。在此，目标理论值勉强低于用于切换以结束硝化阶段的阈值之下，使得可靠地低于阈值并且进行到脱硝的切换。特别地，在硝化开始时通过平缓地根据轨迹启动鼓风机能够显著地节约能量。
此外，优选地实现到活化池(Belebungsbecken)中的注入量的干扰参量接入以便能够预先地对波动做出反应。干扰参量接入能够在没有附加组件的情况下，通过为考虑由于注入波动产生的影响用于校正预测的时间变化曲线的方式来直接地借助基于模型的预测的调节器实现。