申请日2011.08.11
公开(公告)日2013.12.11
IPC分类号C02F3/12; C02F3/30
摘要
再生水制造系统(1)具备由厌氧槽(3)、无氧槽(4)和好氧槽(5)组成的一系列的生物反应槽(10);测量原水的氨态氮浓度的第一测氨计(31);生成目标操作量的曝气风量计算部(41)以及基于目标操作量控制曝气装置(9)的曝气风量的曝气风量控制部(91)。曝气风量计算部(41)具有包含基于原水氨态氮浓度生成目标操作量先行信号的FF操作量函数F1(x)元件(71)、对目标操作量先行信号修正原水流入至好氧槽(5)所需时间的无用时间元件(75)的前馈控制系统(48);基于好氧槽氨态氮浓度进行反馈控制的反馈控制系统(49)。于是，通过提高针对好氧槽氨态氮浓度的变动的氨分解能力的追随性，总体上降低曝气风量。
权利要求书
1.一种水处理系统，其特征在于，具备：
具有具备曝气装置的好氧槽和设置于该好氧槽的上游侧的至少一个以上的厌氧槽或无氧槽，基于活性污泥法进行水处理的一系列的生物反应槽;
测量流入所述一系列的生物反应槽的原水的氨态氮浓度的第一测氨计;
生成所述曝气装置的目标操作量的曝气风量计算装置;以及
基于生成的所述目标操作量控制所述曝气装置的曝气风量的曝气风量控制装置;
所述曝气风量计算装置具有前馈控制系统，所述前馈控制系统包含基于原水的氨态氮浓度生成目标操作量先行信号的第一操作量计算元件和对所述目标操作量先行信号进行对应于所述原水流入至所述好氧槽所需的时间的修正的无用时间元件。
2.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，所述水处理系统还具备测量所述好氧槽的氨态氮浓度的第二测氨计;
所述曝气风量计算装置还具有包含基于所述好氧槽的氨态氮浓度与氨态氮浓度设定值之间的偏差生成目标操作量反馈信号的第二操作量计算元件的反馈控制系统和将修正的所述目标操作量先行信号与所述目标操作量反馈信号进行加法运算的加法元件。
3.根据权利要求1或2所述的水处理系统，其特征在于，所述曝气风量计算装置的所述前馈控制系统还包含修正所述目标操作量先行信号以对应于流入至所述好氧槽的混合液的流入量的增减而增加或减少目标操作量的、好氧槽流入量修正元件。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的水处理系统，其特征在于，所述曝气风量计算装置的所述前馈控制系统还包含修正所述目标操作量先行信号以对应于所述曝气装置的曝气风量的移动平均的增减而减少或增加目标操作量的、曝气风量移动平均修正元件。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的水处理系统，其特征在于，所述第一操作量计算元件是基于由原水的氨态氮浓度与处理水的氨态氮浓度之间的关系决定的函数而生成所述目标操作量先行信号的计算元件。
6.一种方法，是具备具有具备曝气装置的好氧槽和设置于该好氧槽的上游侧的至少一个以上的厌氧槽或无氧槽，基于活性污泥法进行水处理的一系列的生物反应槽的水处理系统的曝气风量控制方法，其特征在于，
该方法测量流入所述一系列的生物反应槽的原水的氨态氮浓度;
基于测量的所述原水的氨态氮浓度生成目标操作量先行信号;
对所述目标操作量先行信号修正对应于流入所述一系列的生物反应槽的原水流入至所述好氧槽所需的时间的无用时间;
基于修正的所述目标操作量先行信号生成目标操作量;
基于生成的所述目标操作量控制所述曝气装置的曝气风量。
7.一种方法，是具备具有具备曝气装置的好氧槽和设置于该好氧槽的上游侧的至少一个以上的厌氧槽或无氧槽，基于活性污泥法进行水处理的一系列的生物反应槽的水处理系统的曝气风量控制方法，其特征在于，
该方法测量流入所述一系列的生物反应槽的原水的氨态氮浓度;
基于测量的所述原水的氨态氮浓度生成目标操作量先行信号;
对所述目标操作量先行信号修正对应于流入所述一系列的生物反应槽的原水流入至所述好氧槽所需的时间的无用时间;
测量所述好氧槽的氨态氮浓度;
基于所述好氧槽的氨态氮浓度与氨态氮浓度设定值之间的偏差生成目标操作量反馈信号;
将修正的所述目标操作量先行信号和所述目标操作量反馈信号进行加法运算而生成目标操作量;
基于生成的所述目标操作量控制所述曝气装置的曝气风量。
8.根据权利要求6或7所述的水处理系统的曝气风量控制方法，其特征在于，修正所述目标操作量先行信号以进一步对应于流入至所述好氧槽的混合液的流入量的增减而增加或减少目标操作量。
9.根据权利要求6～8中的任一项所述的水处理系统的曝气风量控制方法，其特征在于，修正所述目标操作量先行信号以进一步对应于所述曝气装置的曝气风量的移动平均的增减而减少或增加目标操作量。
10.根据权利要求6～9中的任一项所述的水处理系统的曝气风量控制方法，其特征在于，所述目标操作量先行信号是基于由原水的氨态氮浓度与处理水的氨态氮浓度之间的关系决定的函数而生成的。
说明书
水处理系统及其曝气风量控制方法
技术领域
本发明涉及设置于污水处理设备等中的、具备包含好氧槽的生物反应槽的水处理系统。特别是，涉及上述水处理系统中的好氧槽的曝气风量的控制。
背景技术
以往，作为生活排水等的污水的水处理系统之一，已知通过用膜分离活性污泥法(MBR：Membrane Bio-Reactor)处理而制造再生水的再生水制造系统。这样的再生水制造系统具备，例如，储存原水(流入脏水)的原水槽、用活性污泥生物处理原水中的污浊物质的一系列生物反应槽、从混合原水与活性污泥的混合液中膜分离污泥的膜分离槽以及过滤后的处理水流入的过滤水槽。在一系列的生物反应槽中，包含厌氧槽、无氧槽和具备曝气装置的好氧槽等。在这些生物反应槽中，进行碳系有机物、含氮化合物和含磷化合物等的原水所包含的污浊物质的去除。
在上述再生水制造系统的好氧槽上，具备用于曝气好氧槽的曝气装置。通过用曝气装置将微小气泡供给至混合好氧槽的原水和活性污泥的混合液中，可以提高微生物的活动所需的混合液中的溶解氧，搅拌混合液。如果通过曝气装置向好氧槽的混合液中供给的空气的供给量(以下称“曝气风量”)不足，则处理水的水质恶化。因此，以往，在好氧槽上设置溶解氧浓度计，控制曝气风量，以使该溶解氧浓度计的测定值达到设定的溶解氧浓度的目标值。但是，由于基于溶解氧浓度这样的间接的指标，因此为了使处理水的水质维持于规定值内而应设定较高的溶解氧浓度目标值，运行系统会使曝气风量经常过剩。因而，运转需要能量的曝气装置成为削减再生水制造系统的运行成本和节能化的障碍。
因此，在专利文献1中，基于由于与有机物的去除和磷的吸收速度相比硝化细菌的硝化速度迟缓，因此如果供给硝化所需的氧则可以确保有机物的去除、磷的吸收和氮的去除所需的曝气风量这样的想法，提出了基于好氧槽内的氨态氮浓度控制好氧槽的曝气风量的曝气风量控制装置。该曝气风量控制装置具备测量好氧槽内的氨态氮浓度的测氨计、设定好氧槽的放流水的氨态氮浓度的目标值的目标设定单元以及计算能够使测量的氨态氮浓度接近设定的目标值的曝气风量的目标值的控制器。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005-199116号公报。
发明内容
发明要解决的问题
在上述那样的再生水制造系统中，如果作为缓冲器发挥功能的原水槽为大容量，则流入生物反应槽的原水的氨态氮浓度的急剧的变动在原水槽被吸收。但是，如果原水槽为小容量，则流入生物反应槽的原水的氨态氮浓度会急剧地变动。又，好氧槽中硝化氨态氮的硝化细菌的繁殖速度比一般的活性污泥中的异养细菌迟缓。由于上述原因，在流入生物反应槽的原水的氨态氮浓度急剧地增加的情况下，即使如专利文件1的记载检查好氧槽的氨态氮浓度的上升而增加曝气风量，利用硝化细菌的硝化反应(氨分解反应)也不能追随好氧槽的氨态氮浓度的上升，可能发生从好氧槽中放流的处理水的氨态氮浓度超过规定值的事态。
本发明鉴于上述问题，其目的在于在设置于污水处理设备的水处理系统中，通过基于原水的氨态氮浓度控制好氧槽的曝气风量，提高针对好氧槽的氨态氮浓度的变动的氨分解能力的追随性，从总体上降低曝气风量。进而，其目的在于谋求水处理系统的运行的节能。
解决问题的手段
根据本发明的水处理系统具备具有具备曝气装置的好氧槽和设置于该好氧槽的上游侧的至少一个以上的厌氧槽或无氧槽，基于活性污泥法进行水处理的一系列的生物反应槽;测量流入所述一系列的生物反应槽的原水的氨态氮浓度的第一测氨计;生成所述曝气装置的目标操作量的曝气风量计算装置;以及基于生成的所述目标操作量控制所述曝气装置的曝气风量的曝气风量控制装置;所述曝气风量计算装置是具有包含基于原水的氨态氮浓度生成目标操作量先行信号的第一操作量计算元件和对所述目标操作量先行信号进行对应于所述原水流入至所述好氧槽所需的时间的修正的无用时间元件的前馈控制系统的装置。
同样，根据本发明的水处理系统的曝气风量控制方法是具备具有具备曝气装置的好氧槽和设置于该好氧槽的上游侧的至少一个以上的厌氧槽或无氧槽，基于活性污泥法进行水处理的一系列的生物反应槽的水处理系统的曝气风量控制方法，该水处理系统的曝气风量控制方法是测量流入所述一系列的生物反应槽的原水的氨态氮浓度;基于测量的所述原水的氨态氮浓度生成目标操作量先行信号;对所述目标操作量先行信号修正对应于流入所述一系列的生物反应槽的原水流入至所述好氧槽所需的时间的无用时间;基于修正的所述目标操作量先行信号生成目标操作量;基于生成的所述目标操作量控制所述曝气装置的曝气风量的方法。
根据上述水处理系统或水处理系统的曝气风量控制方法，可以用原水的氨态氮浓度预测流入好氧槽的混合液(混合原水与活性污泥的液体)的氨浓度的变动，从而改变好氧槽的曝气量。特别是，虽然在好氧槽中硝化氨态氮的硝化细菌与其他的活性污泥微生物相比达到活性化之前费时，但根据上述水处理系统或水处理系统的曝气风量控制方法，通过在混合液的氨态氮浓度急剧变动的不连续面到达好氧槽之前预先增大曝气风量，可以事先活性化硝化细菌。如上所述，通过根据原水的氨态氮浓度的增减改变曝气风量，针对流入好氧槽的混合液的氨浓度的变动的、在好氧槽的氨分解能力的追随性变高。因此，为防止氨浓度的急剧的变动没有必要进行经常过剩的曝气而事先不断活性化硝化细菌，使通常时维持低曝气量，而仅在必要时增加曝气量这样的运行成为可能。其结果是，使总体上降低好氧槽的曝气风量成为可能，从而可以谋求水处理系统的运行的节能。
又，根据本发明的水处理系统还具备测量所述好氧槽的氨态氮浓度的第二测氨计;所述曝气风量计算装置是还具有包含基于所述好氧槽的氨态氮浓度与氨态氮浓度设定值之间的偏差生成目标操作量反馈信号的第二操作量计算元件的反馈控制系统和将修正的所述目标操作量先行信号与所述目标操作量反馈信号进行加法运算的加法元件的装置。
同样，根据本发明的水处理系统的曝气风量控制方法是具备具有具备曝气装置的好氧槽和设置于该好氧槽的上游侧的至少一个以上的厌氧槽或无氧槽，基于活性污泥法进行水处理的一系列的生物反应槽的水处理系统的曝气风量控制方法，该水处理系统的曝气风量控制方法是测量流入所述一系列的生物反应槽的原水的氨态氮浓度;基于测量的所述原水的氨态氮浓度生成目标操作量先行信号;对所述目标操作量先行信号修正对应于流入所述一系列的生物反应槽的原水流入至所述好氧槽所需的时间的无用时间;测量所述好氧槽的氨态氮浓度;基于所述好氧槽的氨态氮浓度与氨态氮浓度设定值之间的偏差生成目标操作量反馈信号;将修正的所述目标操作量先行信号与所述目标操作量反馈信号进行加法运算而生成目标操作量;基于生成的所述目标操作量控制所述曝气装置的曝气风量的方法。
根据上述水处理系统或水处理系统的曝气风量控制方法，可以通过反馈控制补偿利用前馈控制的曝气风量的目标操作量。借助于此，可以更好地追随流入好氧槽的混合液的氨态氮浓度的变化而增减曝气风量，可以更准确地控制从一系列的生物反应槽中流出的混合液(或处理水)的氨态氮浓度。
又，在所述水处理系统中，所述曝气风量计算装置的所述前馈控制系统可以还包含修正所述目标操作量先行信号以对应于流入所述好氧槽的混合液的流入量的增减而增加或减少目标操作量的、好氧槽流入量修正元件。在这里，“混合液”是指混合流入生物反应槽的原水与生物反应槽中的活性污泥的液体，也就是说，活性污泥混合液。
同样，在所述水处理系统的曝气风量控制方法中，可以修正所述目标操作量先行信号以进一步对应于流入所述好氧槽的混合液的流入量的增减而增加或减少目标操作量。
根据上述水处理系统或水处理系统的曝气风量控制方法，可以对应于伴随流入好氧槽的混合液的量的增大的、应处理的氨态氮的增加，增加曝气风量。
在所述水处理系统中，所述曝气风量计算装置的所述前馈控制系统可以还包含修正所述目标操作量先行信号以对应于所述曝气装置的曝气风量的移动平均的增减而减少或增加目标操作量的、曝气风量移动平均修正元件。
同样，在所述水处理系统的曝气风量控制方法中，可以修正所述目标操作量先行信号以进一步对应于所述曝气装置的曝气风量的移动平均的增减而减少或增加目标操作量。
利用好氧槽的活性污泥微生物的活动的氨态氮的分解能力依存于曝气风量的历史。因此，根据上述水处理系统或水处理系统的曝气风量控制方法，通过修正目标操作量以在曝气风量的移动平均多时减少曝气风量、在曝气风量的移动平均少时增加曝气风量，可以更有效地进行曝气。
又，在所述上述水处理系统或水处理系统的曝气风量控制方法中，所述目标操作量先行信号可以是基于由原水的氨态氮浓度与处理水的氨态氮浓度之间的关系决定的函数而生成的。在此，“处理水”是指从一系列的生物反应槽中放出的水处理后的液体。
如上所述，由于可以根据处理水氨浓度的目标值，基于原水的氨浓度生成目标操作量先行信号，因此可以根据处理水氨浓度的目标值更有效地进行曝气。
发明效果
根据本发明，在再生水制造系统中，通过谋求具备好氧槽的曝气装置的曝气风量的最佳化，可以实现节能化。