申请日2007.07.03
公开(公告)日2009.01.07
IPC分类号C02F3/12
摘要
一种用于在序批式反应器中控制废水处理循环的需氧阶段的系统，包括槽、空气鼓风机、至少一个用于测量所述槽中的溶解氧浓度的传感器，及用于控制所述空气鼓风机将空气引入所述废水中的时间长度以及使通过空气鼓风机每次被引入的空气体积保持恒定水平的装置。空气鼓风机引入空气的时间长度取决于表示废水中溶解氧浓度的曲线的斜率变化。每次通过空气鼓风机将被引入的空气体积根据前一个废水处理循环的溶解氧的平均浓度而被确定。
权利要求书
1.一种用于序批式反应器的、用于控制带有至少两个循环的废水处理 循环的需氧阶段的系统，包括：
槽，其用于容纳待处理的废水，
空气鼓风机，其位于所述槽中用于将空气引入所述待处理的废水中，
至少一个传感器，位于所述槽内用于测量所述待处理的废水中的溶解 氧浓度，
控制装置，用于控制所述空气鼓风机将空气引入所述待处理的废水中 的时间长度，及
保持装置，用于保持通过所述空气鼓风机每次被引入到所述待处理的废水中的空气体积在恒定水平。
2.如权利要求1所述的系统，其中控制所述空气鼓风机引入空气的所 述时间长度的所述控制装置包括可编程逻辑控制器，其用于从所述至少一 个传感器在预设的时间间隔测定所述待处理的废水中的所述溶解氧浓度， 用于测定表示所述待处理的废水的所述溶解氧浓度的曲线的斜率变化何 时超过预设的设定点数值，以及用于当所述预设的设定点数值到达时停止 所述空气鼓风机。
3.如权利要求1所述的系统，其中用于保持通过所述空气鼓风机每次 被引入的所述空气体积在恒定水平的所述保持装置包括可编程逻辑控制 器，其用于从所述至少一个传感器测定来自之前的废水处理循环的需氧阶 段期间所述待处理的废水中的平均溶解氧浓度，以及用于将所述平均溶解 氧浓度输入到比例积分微分算法中以确定当前废水处理循环的需氧阶段 期间通过所述空气鼓风机每次要被引入的空气体积。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器包括第一传感 器和第二传感器，其中所述第一传感器位于所述第二传感器之上。
5.如权利要求4所述的系统，还包括位于所述槽中的上部浮动开关和 位于所述槽中的下部浮动开关，其中所述上部浮动开关位于所述第一传感 器之上，所述第一传感器位于所述下部浮动开关之上，以及所述下部浮动 开关位于所述第二传感器之上。
6.如权利要求5所述的系统，其中当所述槽中的待处理的废水的水平 升高到所述上部浮动开关的水平之上时，所述上部浮动开关被断开，以及 当所述槽中的待处理的废水的水平下降到所述下部浮动开关的水平以下 的时候，所述下部浮动开关被断开。
7.如权利要求6所述的系统，其中当所述上部浮动开关被断开时，所 述槽适合于停止允许待处理的废水进入。
8.如权利要求6所述的系统，其中当所述下部浮动开关被断开时，所 述槽适合于停止允许处理后的废水出去。
9.如权利要求4所述的系统，其还包括位于所述槽中的与所述第一传 感器在相同垂直水平的传感器浮动开关，其中当所述槽中待处理的废水的 水平降到所述传感器浮动开关的水平以下的时候，所述传感器浮动开关适 合于被断开。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述第一和第二传感器是可校准 的。
11.一种用于序批式反应器的、用于控制带有至少两个循环的废水处 理循环的需氧阶段的方法，其包括如下步骤：
用待处理的废水填充槽;
通过空气鼓风机将空气引入到所述待处理的废水中;
保持通过所述空气鼓风机每次被引入到所述待处理的废水中的空气 体积在恒定水平;
使用至少一个传感器在预定时间间隔测定所述待处理的废水中的溶 解氧浓度;
使用所述至少一个传感器测定所述待处理的废水中的溶解氧的平均 浓度;
通过输入之前的废水处理循环的需氧阶段期间的所述待处理的废水 中的溶解氧的平均浓度，确定每次通过所述空气鼓风机将被引入的空气体 积，通过输入所述溶解氧的平均浓度到比例积分微分算法中以确定当前废 水处理循环的需氧阶段期间的每次通过所述空气鼓风机将被引入的空气 体积;
当表示所述待处理的废水中的溶解氧浓度的曲线斜率的变化超过预 定的设定点数值时，停止通过所述空气鼓风机的所述空气引入，以及
从所述槽释放已被处理的废水。
12.如权利要求11所述的方法，其中用待处理的废水填充所述槽的所 述步骤继续直到所述槽中的废水水平升高到位于所述槽中的上部浮动开 关的水平以上。
13.如权利要求11所述的方法，其中从所述槽释放所述已被处理的废 水的所述步骤持续直到所述槽中的废水水平下降到位于所述槽中的下部 浮动开关的水平以下。
14.如权利要求11所述的方法，其中在预定时间间隔测定所述待处理 的废水中的所述溶解氧浓度的所述步骤使用第一传感器和第二传感器，其 中所述第一传感器位于所述槽中和所述第二传感器之上。
15.如权利要求14所述的方法，还包括校准所述第一传感器和所述第 二传感器的步骤，其中校准所述第一传感器和所述第二传感器的所述步骤 包括如下所述步骤：
当所述第一传感器暴露于空气时，根据标准空气氧校准值校准所述第 一传感器，及
在后续处理循环的需氧阶段期间，当两个传感器都被浸没于待处理的 废水中时，将所述第二传感器校准到所述第一传感器。
16.如权利要求15所述的方法，其中当所述槽中的待处理的废水的水 平下降到位于所述槽中的与所述第一传感器在相同水平的传感器浮空开 关的水平之下时，校准所述第一传感器的所述步骤发生。
17.如权利要求15所述的方法，还包括当所述第一传感器和所述第二 传感器之间的校准的差在预定范围之外时发送警告的步骤。
说明书
改进的序批式反应器废水处理方法
发明领域
本发明涉及废水处理。尤其涉及用于通过需氧微生物方法控制的城市 和工业废水的生物处理系统。
发明背景
尽管水覆盖了行星的大约三分之二，这种水的大多数对于任何用途是 过咸的。由于随着世界人口的逐渐增加，对于水的需求连续增加，废水处 理已经成为非常重要的。
传统的生物学废水处理方法通常使用活性污泥配置并结合至少两个 槽：活性污泥反应器和二次澄清器。这种活性污泥法被用于处理有机碳(例 如，作为BOD、或生化需氧量的测定)和悬浮固体。为了去除污泥和悬 浮固体需要二次澄清器。
为了完成诸如氮和磷等营养素的高级处理，必须结合附加处理阶段。 常规的生物营养素去除(BNR)设备可以包括附加的两到三个槽。即使这 种BNR配置可以提供关于营养素去除的高级二次污水处理，但他们的大 型地面足迹(land footprint)和高成本经常阻碍他们的安装，尤其在下水 道干线还未建立的地方的分散需要中。
对于较大废水处理设备，能源费用是操作成本的主要贡献者，并可以 总计为每年几十万美元。例如，普通的二次活性污泥处理设备使用它的能 量消耗的大约65%用于通气。
序批式反应器(SBR)技术在空间和费用方面改进了其他活性污泥生 物废水处理方法，因为所述处理方法的所有阶段(诸如缺氧处理、需氧处 理和沉降)可以在一个槽中被执行。不需要二次澄清器。
SBR处理顺序由以下处理阶段的反复循环构成：填充、缺氧(可选)、 需氧、沉降、和倾注。
SBR技术已经减少了与常规活性污泥法相关联的地面足迹和成本。然 而，生物处理法的一个缺点，其对于活性污泥和SBR两种方法是普遍固 有的，即是缺少高级处理控制。常规SBR法控制通常包括根据操作人员 的废水负载估算来预置处理阶段(诸如需氧和缺氧阶段)的长度。这种类 型的SBR操作被称为定时控制。因为废水负载可以在天、星期或季度自 始至终是变化的，定时控制趋向于废水过度通气或通气不足。过度通气导 致过量的能量消耗以及损害污泥的性能。不足的通气循环不能完全处理废 水。
关于使用实时反应器监测、诊断和数据收集的“高级处理控制”是不普 遍的。此外，许多SBR系统不使用溶解氧(DO)控制用于他们的方法， 导致非常有限的对于缺氧和需氧生物方法的控制。
尽管在实时(“实时控制”)中使用DO测量的SBR需氧阶段处理长度 控制的研究和发展已经在实验室和中试规模反应器中被研究，但这项研究 还没有被广泛商业化。例如，通过Battistoni等人的研究(Ind.Eng.Chem. Res.，2003，4：509-515)，在意大利的Ancona大学使用专利(Battistoni，P.， Italian Patent No.NR99A000018，1999)方法控制器，其解释了ORP和DO 信号以在小型延长通气废水处理工厂中控制通气。所述文件的权利要求在 于控制器使用氨弯曲(ammonia elbow)的DO检测以控制通气循环长度。 这种技术不同于现有技术的在于它不包括自动DO校准和实时气流控制。 由于没有自动DO传感器校准，实时DO测量可能是不准确的，因此将整 个方法的有效性限制到仅仅是DO传感器被手动校准的那些情况。由于没 有实时气流控制，它将是不可靠的，如果系统的DO可以被保持在已知特 定范围内(如同在本发明中)以连贯的检测DO分布图中的氨弯曲以确保 完全的硝化作用和处理。因此，结果显示完全硝化作用(氨的去除)是矛 盾的。
其他公司，例如位于澳大利亚的Ondeo Services已经使技术商业化， 其应用其他传感器参数的用途。Ondeo Services OGAR(Optimized manaGement of Aeration by Redox)方法控制技术使用氧化还原电位(ORP) 控制硝化作用(氨到硝酸盐的转变)并控制通气长度。
发明概述
本发明包括利用了高级处理控制的改善的SBR废水处理系统。高级 处理控制允许SBR处理方法不仅完成有机碳和悬浮固体的去除，还增强 生物营养素的去除。此外，它提供了显著改善的能量效率。本发明使用用 于优化废水处理的需氧处理阶段长度和气流控制的“实时”处理控制法。独 特的DO传感器校准方法有助于高等级的精确和准确。
根据发明的一个实施方案，提供一种用于序批式反应器的用于控制带 有至少两个循环的废水处理循环的需氧阶段的系统，其包括用于容纳待处 理的废水的槽，位于槽中用于将空气引入待处理的废水中的空气鼓风机， 位于槽内用于测量待处理的废水中的溶解氧浓度的至少一个传感器，用于 控制空气鼓风机将空气引入待处理的废水中的时间长度的控制装置，以及 用于保持每次通过空气鼓风机被引入到待处理的废水中的空气体积在恒 定水平的保持装置。
本发明的另一个实施方案中，控制空气鼓风机引入空气的时间长度的 控制装置包括可编程逻辑控制器，其用于从至少一个传感器在预设的时间 间隔测定待处理的废水中的溶解氧浓度，用于测定表示待处理的废水的溶 解氧浓度的曲线的斜率变化何时超过预设的设定点数值，以及用于当预设 的设定点数值到达时停止空气鼓风机。
本发明的另一个实施方案中，用于保持通过空气鼓风机每次被引入的 空气体积在恒定水平的保持装置包括可编程逻辑控制器，其用于从至少一 个传感器测定来自之前的废水处理循环的需氧阶段期间待处理的废水中 的平均溶解氧浓度，以及用于将平均溶解氧浓度输入到比例积分微分算法 (proportional integral derivative algorithm)中以确定当前废水处理循环的 需氧阶段期间每次通过空气鼓风机要被引入的空气体积。
本发明的一个实施方案中，提供了用于序批式反应器的用于控制带有 至少两个循环的废水处理循环的需氧阶段的方法，其包括如下步骤：以待 处理的废水填充槽;通过空气鼓风机将空气引入到待处理的废水中;将每 次通过所述空气鼓风机被引入到待处理的废水中的空气体积保持在恒定 水平;使用至少一个传感器在预定时间间隔测定待处理的废水中的溶解氧 浓度;使用所述至少一个传感器测定废水中的平均溶解氧浓度;通过输入 之前的废水处理循环的需氧阶段期间的待处理的废水中的溶解氧的平均 浓度，确定每次通过空气鼓风机将被引入的空气体积，通过输入溶解氧的 所述平均浓度到比例积分微分算法中以确定当前废水处理循环的需氧阶 段期间每次通过空气鼓风机将被引入的空气体积;当表示待处理的废水中 的溶解氧浓度的曲线的斜率变化超过预定的设定点数值时，停止通过空气 鼓风机的空气引入;以及从槽释放已被处理的废水。
仍旧是本发明的另外一个实施方案，这里还提供校准第一传感器和第 二传感器的步骤，其中校准第一传感器和第二传感器的步骤包括如下步 骤：当第一传感器暴露于空气时，根据标准空气氧校准值校准第一传感器， 及后续处理循环的需氧阶段期间，当两个传感器都被浸没于待处理的废水 中时，将第二传感器校准到第一传感器。
前述仅被当作广泛的概述以及发明的仅仅一些方面。不能意图为限定 发明的限制或条件。发明的其他方面通过参考优选实施方案的详细说明和 权利要求书将会更加清楚。