專利名稱：通過(guò)交替地進(jìn)行連續(xù)和序列曝氣的水的生物處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及通過(guò)含氮和含 碳污染物的去除工藝進(jìn)行的城市或工業(yè)排放物處理，該污染物的去除
背景技術(shù)：
水的去污染常規(guī)技術(shù)使用生物反應(yīng)器，例如生物過(guò)濾器或活性污泥。
根據(jù)該技術(shù)，將反應(yīng)器曝氣以保證對(duì)污染物的處理。然而，必須 對(duì)該曝氣的程度進(jìn)行合適的控制，以使兩種相反的反應(yīng)在同一反應(yīng)器
中共存 一種反應(yīng)需氧，為硝化作用(N)，另一種反應(yīng)要求不存在氧， 為反硝化作用(DN)。實(shí)際上，反應(yīng)器中可使用的氧過(guò)量得越多，反 硝化作用越受到抑制，反之亦然。
因此，去污染方法的總體效率(rendement )直接取決于對(duì)曝氣的 調(diào)節(jié)。
在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，為了根據(jù)待處理的污染來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)生物質(zhì)的 曝氣，通常在反應(yīng)器中或在其出口處進(jìn)行給定參數(shù)的測(cè)量。這些測(cè)量 旨在確定在精確時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)?；谠摖顟B(tài)，計(jì)算氣體流量控制 (commande)然后應(yīng)用。通常測(cè)量銨、硝酸鹽、氧化還原電勢(shì)或溶解 氧...。也使用可被稱為"復(fù)合參數(shù)"的其他參數(shù)。它們包括所測(cè)變量 的線性組合。
因此，在城市廢水處理工藝管理(conduite)方面，已將污染物 負(fù)荷指標(biāo)(N-NH4的質(zhì)量，以每天每立方米膝氣反應(yīng)器的千克數(shù)計(jì)) 建立為對(duì)該管理有用的數(shù)據(jù)。
實(shí)際上，公開(kāi)號(hào)為W0 01/02306 Al的專利申請(qǐng)由電導(dǎo)率和濁度的測(cè)量定義了該污染物負(fù)荷的估計(jì)量。
然而，這涉及估計(jì)而不是直接測(cè)量。然而，在要求高精確度的調(diào) 整的情況下，不能使用這樣的工具。
使用這種估計(jì)量的一個(gè)理由是購(gòu)買和維護(hù)特定分析器的成本。因 此應(yīng)當(dāng)理解的是，該低成本伴隨著很有限的性能。
目前，現(xiàn)有技術(shù)中區(qū)分不同類型的調(diào)整策略。
根據(jù)這些調(diào)整策略之一，計(jì)算生物質(zhì)使用分布氧(oxyg6ne distribu" "Ct"的效率以調(diào)整氣體流量。這由公開(kāi)號(hào)為FR 2 764 817 的專利進(jìn)行說(shuō)明。
該技術(shù)需要使用基準(zhǔn)Ct,該基準(zhǔn)Ct自身取決于待處理的污染。 然而，困難在于污染物負(fù)荷隨著時(shí)間變化，并且該基準(zhǔn)Ct應(yīng)當(dāng)定期改 變以始終保持一致，這排除了其在高度變化的排放物的情況下使用。
其他技術(shù)使用系統(tǒng)的輸入變量(銨、硝酸鹽...)的線性組合，以 計(jì)算將要采用的氣體流量控制，特別是如公開(kāi)號(hào)為WO 93/07089的國(guó)
際專利申請(qǐng)中所述。
然而，這些技術(shù)基于經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。使用的控制函?shù)基本上 基于由在先的操作實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。如果模型由于過(guò)濾器性能或生物 質(zhì)的變化而不合適，則曝氣將不再是最優(yōu)的。
通過(guò)使用系統(tǒng)的輸入測(cè)量以估計(jì)要采用的控制值，獲得顯著的改 進(jìn)。然而，這總是涉及序列曝氣。
現(xiàn)有技術(shù)還已提出使用所謂"反饋/前饋"調(diào)整回路(也可稱為逆 反應(yīng)回路/趨勢(shì)回路)的控制系統(tǒng)。
根據(jù)這些系統(tǒng)的一種途徑， 一些作者提出旨在通過(guò)測(cè)量入口的銨 來(lái)控制生物反應(yīng)器中的溶解氧濃度的策略。
根據(jù)另一種途徑，使用待處理的銨負(fù)荷概念來(lái)預(yù)測(cè)溶解氧設(shè)定點(diǎn) 的所需變化。
根據(jù)其他技術(shù)，曝氣體積的調(diào)整基于反應(yīng)器的隔間化(而不是基 于氣流速度或流量的調(diào)整)。然而，這種策略本質(zhì)上的不連續(xù)性(曝 氣體積的不連續(xù)變化)導(dǎo)致作者總是通過(guò)調(diào)整溶解氧來(lái)完成其系統(tǒng)。
5存在另一種曝氣模式，它涉及同時(shí)曝氣。該模式在于使硝化作用 和反硝化作用這兩種相反的反應(yīng)在同 一時(shí)間和同 一空間在同 一反應(yīng)器 中共存。
然而，必須合適地控制該曝氣的程度，以保持反應(yīng)平衡。
該最后一種模式記栽于公開(kāi)號(hào)為WO2006/000680的專利文獻(xiàn)中， 并且比上述曝氣模式表現(xiàn)出更高的效率和更好的性能。
然而，在一天中很高的污染物負(fù)荷峰時(shí)(污染物負(fù)荷流量乘以 污染物濃度)，獲得的亞穩(wěn)平衡被弱化，并且觀察到反硝化作用性能 的降低，因而觀察到工藝性能的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的特別是克服現(xiàn)有技術(shù)的這些缺點(diǎn)。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明的目的在于提供在采用曝氣的生物質(zhì)的水的 生物處理方法方面的曝氣技術(shù)，其在所有情況下均是性能良好的，特 別是不受可能出現(xiàn)的污染物負(fù)荷峰的限制。
本發(fā)明的目的還在于提供易于實(shí)施的，其中包括在現(xiàn)有裝置上實(shí) 施的這種技術(shù)。
這些目的以及以下將要出現(xiàn)的其他目的通過(guò)本發(fā)明達(dá)到，本發(fā)明 涉及借助生物反應(yīng)器處理水以減少所述水中所含的含氮污染物的水處 理方法，所述反應(yīng)器結(jié)合了 ( integrant )用曝氣措施(moyens )膝氣 的生物質(zhì)，所述處理包括同時(shí)的硝化作用/反硝化作用階段，其特征在 于所述處理交替地實(shí)施兩種啄氣模式
-所謂連續(xù)膝氣模式；
-序列(s的uencO啄氣模式，在該序列啄氣模式的過(guò)程中當(dāng)氨 濃度達(dá)到預(yù)定的低閾值時(shí)停止曝氣，并當(dāng)氨濃度達(dá)到預(yù)定的高 閾值時(shí)起動(dòng)爆氣，
從一種曝氣模式向另一種曝氣模式的轉(zhuǎn)換根據(jù)所述水中的硝酸鹽濃度 進(jìn)行起動(dòng)，所述所謂連續(xù)曝氣模式在所述硝酸鹽濃度達(dá)到預(yù)定的低閾 值時(shí)被起動(dòng)，并且所述序列曝氣模式在所述硝酸鹽濃度達(dá)到預(yù)定的高閾值時(shí)纟皮起動(dòng)。
因此，本發(fā)明提出根據(jù)實(shí)施條件(對(duì)到達(dá)工廠的污染物的處理) 自動(dòng)轉(zhuǎn)換膝氣模式，這使得可以優(yōu)化含氮和含碳污染物去除方法的效 率。
與施加到生物反應(yīng)器的污染物負(fù)荷最適合的曝氣模式的自動(dòng)選擇 根據(jù)經(jīng)處理的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，特別是根據(jù)硝酸鹽濃度來(lái)進(jìn)行。
此外，本發(fā)明使得可以確定與這些模式的每一種相關(guān)的調(diào)整器的 設(shè)定點(diǎn)，從而有助于操作者優(yōu)化處理方法。
將選擇概念51入到應(yīng)用于低級(jí)調(diào)整器的設(shè)定點(diǎn)和調(diào)整模式中的高 水平調(diào)整器的使用具有一定的原創(chuàng)性。
這是因?yàn)?，即使本領(lǐng)域技術(shù)人員知道曝氣的各種可能的調(diào)整類型， 此前也沒(méi)有能夠使所用的曝氣模式及其設(shè)定點(diǎn)連續(xù)變化的工具。
相反，這些控制策略(連續(xù)曝氣和序列曝氣)迄今為止是互相排 斥的。
本發(fā)明提出能夠應(yīng)用隨著時(shí)間最適合的策略的技術(shù)方案。這是根 據(jù)處理得到的硝酸鹽濃度確定的。它也使得能夠根據(jù)硝酸鹽的形成來(lái)
確定氨的最佳處理濃度。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的是不可能對(duì)所形成 的硝酸鹽和氨同時(shí)確定處理設(shè)定點(diǎn)，盡管它們的總和代表了總污染指 標(biāo)。通常，序列或連續(xù)曝氣模式使用由操作者確定的氨(冊(cè)4)設(shè)定點(diǎn)， 其確定期望的含氮污染物的處理水平經(jīng)處理的水中所含的總氮量。
本發(fā)明通過(guò)計(jì)算確定將定義為硝酸鹽與氨之和的總氮濃度最小化 的氨設(shè)定點(diǎn)。
根據(jù)優(yōu)選參數(shù)，所述所謂連續(xù)曝氣模式在所述硝酸鹽濃度下降達(dá) 到約4mg/1的閾值時(shí)被起動(dòng)，并且所述序列啄氣模式在所述硝酸鹽濃 度升高達(dá)到約10 mg/1的閾值時(shí)被起動(dòng)。
當(dāng)然，這些閾值可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。
有利地，在所述序列曝氣模式過(guò)程中，啄氣由定時(shí)系統(tǒng) (temporisation)在時(shí)間上進(jìn)行限定。
同樣有利地，在所述序列曝氣模式過(guò)程中，曝氣的停止由定時(shí)系統(tǒng)在時(shí)間上進(jìn)行限定。
根據(jù)一種優(yōu)選的方案，所述連續(xù)曝氣模式采用對(duì)所述水中的硝酸 鹽和氨濃度的預(yù)測(cè)控制方法。
采用相應(yīng)算法的這種方法已在NH4/02/空氣級(jí)聯(lián)(cascade)回路 情況下用于同時(shí)NDN調(diào)整，并且在這種情況下已表明其性能適合于該 類型的問(wèn)題。
根據(jù)一種有利的方案，所述預(yù)測(cè)控制方法包括根據(jù)要達(dá)到的硝酸 鹽設(shè)定點(diǎn)調(diào)整要達(dá)到的氨設(shè)定點(diǎn)的相繼步驟。
根據(jù)另 一有利特征，所述預(yù)測(cè)控制方法包括當(dāng)所述硝酸鹽濃度達(dá) 到預(yù)定的高閾值時(shí)調(diào)整曝氣設(shè)定點(diǎn)的相繼步驟。
在這種情況下，調(diào)整所述氨設(shè)定點(diǎn)的所述步驟和調(diào)整所述曝氣設(shè) 定點(diǎn)的所述步驟有利地凈皮定時(shí)(cadencies)，并且優(yōu)選在時(shí)間上彼此 錯(cuò)開(kāi)。


通過(guò)閱讀以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的其 他特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加清楚，該優(yōu)選實(shí)施方案僅僅是示例性的而非限 制性的，其中附圖中
-圖1是在本發(fā)明的方法中從一種曝氣模式轉(zhuǎn)換到另一種曝氣模 式的示意-圖2是本發(fā)明的方法中的序列曝氣模式的示意圖； -圖3是本發(fā)明的方法中的連續(xù)曝氣模式的示意圖； -圖4是用于實(shí)施本發(fā)明方法的中試單元的示意圖； -圖5是表明在恒定NH4設(shè)定點(diǎn)的同時(shí)硝化作用/反硝化作用調(diào)整 的圖表；
-圖6是表明通過(guò)N03和NH4調(diào)整器的級(jí)聯(lián)進(jìn)行的硝化作用/反硝 化作用調(diào)整的圖表；
-圖7和圖8是表明通過(guò)本發(fā)明的連續(xù)和序列膝氣之間的結(jié)合進(jìn) 行的硝化作用/反硝化作用調(diào)整的圖表；
8-圖9是表明根據(jù)不同的方法具有給定的污泥生產(chǎn)量的天數(shù)的分 布的圖表。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的原理在于對(duì)城市或工業(yè)廢水的生物處理方法實(shí)施自動(dòng)的 曝氣方式管理，其中曝氣交替地為連續(xù)的或序列的。
所使用的調(diào)整基于在活性污泥槽中的硝酸鹽和氛的在線測(cè)量。根 據(jù)以下將要說(shuō)明的實(shí)施方案，這包括對(duì)經(jīng)處理的水的測(cè)量，因?yàn)槟み^(guò)
濾的使用使得可以將經(jīng)處理的水視為槽的代表。這是因?yàn)?，槽這時(shí)類 似于充分?jǐn)嚢璧姆磻?yīng)器?？刂频?操縱的)變量是中試裝置中的空氣 流量。
所采用的策略使用分級(jí)控制原理主要控制涉及曝氣類型的選擇 序列的或連續(xù)的。次級(jí)控制對(duì)應(yīng)于用于實(shí)現(xiàn)所需曝氣類型的專門(ad hoc)調(diào)整系統(tǒng)。
曝氣模式的管理1的原理(圖1 )是使用硝酸鹽濃度測(cè)量2作為 施加到處理站的污染物負(fù)荷的指標(biāo)。
從管理連續(xù)曝氣的調(diào)整器符合氨設(shè)定點(diǎn)的角度看，硝酸鹽濃度將 表明處理能力，并且使得能夠估計(jì)系統(tǒng)在同時(shí)硝化作用/反硝化作用下 的工作能力。
實(shí)際上，只要為符合氨設(shè)定點(diǎn)所需的曝氣不抑制反硝化作用，則 硝酸鹽濃度保持低水平并且該方法進(jìn)行連續(xù)曝氣模式3。
相反，如果為了符合上述要求必須強(qiáng)曝氣，那么溶解氧的升高降 低了反硝化作用的動(dòng)力，并且硝酸鹽濃度快速升高。
因此，當(dāng)觀察到硝酸鹽的累積時(shí)，它通常對(duì)應(yīng)于污染物負(fù)荷峰， 并且優(yōu)選轉(zhuǎn)換到序列模式，因?yàn)閷?duì)于同時(shí)進(jìn)行硝化作用和反硝化作用 來(lái)說(shuō)，生物槽不再處于令人滿意的條件下。
當(dāng)然，如果進(jìn)行中的模式是序列曝氣，測(cè)量到硝酸鹽濃度高于對(duì) 應(yīng)于峰的閾值將導(dǎo)致進(jìn)行中的模式得到保持5。
實(shí)際上，該策略在于采用通過(guò)用于各模式的定時(shí)(最小和最大時(shí)間)以及高和低硝酸鹽水平(滯后)管理曝氣^f莫式的系統(tǒng)。例如，在
中試中驗(yàn)證的閾值為
-{氐閾值=4 mg N-N03/L;
-高閾值=10 mg N-N03/L。
下面更詳細(xì)地說(shuō)明每種曝氣模式。
序列曝氣處理4如下進(jìn)行(圖2):它也涉及對(duì)高閾值42和低閾 值43的管理，但是具有氨測(cè)量41以起動(dòng)曝氣"和停止曝氣45 (滯 后)，其中加入最小和最大定時(shí)以防失效。
這種操作模式可以應(yīng)用于僅配備有曝氣機(jī)而沒(méi)有常規(guī)NDN的變換 器(variateur)的處理站。通過(guò)氨的測(cè)量直接測(cè)量污染物使得該方法 可以更具反應(yīng)性地且更簡(jiǎn)單地進(jìn)行管理。
用于實(shí)施同時(shí)硝化作用/反硝化作用(NDNs )的連續(xù)曝氣調(diào)整策略 在于使用所謂PFC (預(yù)測(cè)函數(shù)控制)的調(diào)整器級(jí)聯(lián)。該調(diào)整器的細(xì)節(jié) 在下面說(shuō)明。
圖3示出了控制回路的操作。
根據(jù)應(yīng)符合的硝酸鹽設(shè)定點(diǎn)31 (選自3-6 mg-N-N03/L),第一調(diào) 整器計(jì)算要達(dá)到的在l-4 mg-N-NH4/L范圍內(nèi)的氨設(shè)定點(diǎn)。這涉及根據(jù) 施加的污染物負(fù)荷間接保持硝化和反硝化反應(yīng)之間的平衡，其中氨濃 度測(cè)量32和硝酸鹽濃度測(cè)量33類似地變化。
在這種情況下，假定當(dāng)負(fù)荷升高時(shí)硝酸鹽升高，這意味著反硝化 作用(DN )效率降低且硝化作用(N )效率升高，這導(dǎo)致整體效率(NDNs ) 降低。
該策略因而對(duì)經(jīng)處理的水的銨是不夠嚴(yán)格的，并允許較高的殘留 水平。實(shí)際上，已試圖重建N和DN效率的平衡，并且控制器改變工藝 的操作點(diǎn)35 (空氣減少)以達(dá)到新的最優(yōu)化。
相反，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)，可以在不降低反硝化作用效率的情況下得 到更好的經(jīng)處理的水的質(zhì)量。需要指出的是，兩個(gè)調(diào)整器不在相同的 速度(cadence)下操作，以避免系統(tǒng)不穩(wěn)定。用于N03的調(diào)整器每四 分之一小時(shí)改變氨設(shè)定點(diǎn)，用于NH4的調(diào)整器每分鐘改變。由J. Richalet ( J. Richalet ( 1993 ) "Pratique de la commande pr6dictive"(預(yù)測(cè)控制程序)，HERMES版)沈明的該算法已應(yīng)用于 恒定增益的一級(jí)系統(tǒng)的情況下，然而可以根據(jù)情況使用可變?cè)鲆?。?控制的具體特征之一在于參考軌跡的概念。它明確了將工藝與預(yù)測(cè)水 平的設(shè)定點(diǎn)相聯(lián)系的途徑。這等于同時(shí)設(shè)定多個(gè)重合點(diǎn)。大多數(shù)時(shí)間， 為返回設(shè)定點(diǎn)，選擇一級(jí)動(dòng)力學(xué)。
在本發(fā)明的情況下，希望使偏差以操作者設(shè)定的時(shí)間常數(shù)遵循指 數(shù)降低。
另 一個(gè)重要特征是該模型的自由變化它獨(dú)立于該方法的變化， 這使得可以利用該傳遞函數(shù)的遞歸性質(zhì)，并因此減少計(jì)算。 該控制的表達(dá)式描述如下。 等式1: PFC控制
f i、
'M(M —1)
W (")-c("))"m("))
該調(diào)整器的設(shè)置是容易的，因?yàn)槌嗽撃Ｐ偷淖R(shí)別以外，僅存在
調(diào)節(jié)參數(shù)k。，其定義為TRBO (開(kāi)環(huán)響應(yīng)時(shí)間，即沒(méi)有調(diào)整)與TRBF (閉環(huán)響應(yīng)時(shí)間，即調(diào)整^皮起動(dòng))之比。最優(yōu)的k。通常為3。
在進(jìn)行中試的系統(tǒng)具有純延遲6=八的情況下，則存在另一種 控制表達(dá)式。
等式2:帶有純延遲的PFC控制
"(")=丄(sp (")- c(")+sm (" - r)- s ("))+ sm (" - 0)
PFC算法比PID (比例積分衍生調(diào)整器)易于實(shí)施，但是更有效。 該算法已在NH4/02/空氣級(jí)聯(lián)回路情況下用于同時(shí)NDN調(diào)整(公開(kāi)號(hào) 為WO 2006/000680的專利文獻(xiàn))，且已表明在這種情況下其性能適合 于該類型的問(wèn)題。
本發(fā)明的基本原理可以總結(jié)如下。含氮污染物的分解包括兩個(gè)反應(yīng)硝化作用和反硝化作用。硝化 作用是需氧反應(yīng)，導(dǎo)致NH4轉(zhuǎn)變成N03。反硝化作用是厭氧反應(yīng)，導(dǎo)致 冊(cè)3分解成氣態(tài)N2。
本發(fā)明在于通過(guò)交替進(jìn)行連續(xù)曝氣模式和序列曝氣模式來(lái)改善含 氮污染物的處理，在連續(xù)曝氣模式過(guò)程中這兩種反應(yīng)同時(shí)發(fā)生(在同 一時(shí)間段并在同一空間)，在序列曝氣模式中交替進(jìn)行非曝氣階段和 曝氣階段并且在該過(guò)程中這兩種反應(yīng)交替發(fā)生。當(dāng)經(jīng)處理的排放物的 N03濃度達(dá)到預(yù)定的高鬮值時(shí)，發(fā)生向序列曝氣模式的轉(zhuǎn)變。在序列曝 氣模式中，當(dāng)經(jīng)處理的排放物的NH4濃度達(dá)到預(yù)定的低閾值時(shí)，曝氣 停止，并且當(dāng)經(jīng)處理的排放物的NH4濃度達(dá)到預(yù)定的高閾值時(shí)，曝氣 被激活。
只要硝化作用即把冊(cè)4分解成即3所需的曝氣不抑制反硝化作用， N03濃度就不超出預(yù)定的高闊值。該系統(tǒng)能夠在NDNs (同時(shí)進(jìn)行硝化 作用和反硝化作用)下操作。此時(shí)維持連續(xù)曝氣模式。
N03的升高意味著反硝化作用效率的降低，有利于硝化作用效率的 提高。當(dāng)N03濃度超過(guò)該預(yù)定高閾值時(shí)，該系統(tǒng)不再能夠使兩種反應(yīng) 同時(shí)共存，即在NDNs下操作。為重建這兩種反應(yīng)之間的平衡，因而需 要起動(dòng)序列模式以使反硝化作用階段和硝化作用階段交替進(jìn)行。該系 統(tǒng)從而在NDNc下操作(常規(guī)硝化作用和反硝化作用)。
在起動(dòng)序列爆氣模式時(shí)，停止曝氣以促進(jìn)通過(guò)反硝化作用除去過(guò) 量的N03。這逐漸導(dǎo)致觀察到NH4升高，這是由于硝化作用被抑制。當(dāng) NH,濃度到達(dá)預(yù)定的高閾值時(shí)，激活曝氣以通過(guò)硝化作用促進(jìn)其分解。 當(dāng)冊(cè)4濃度低時(shí)，意味著N03濃度已升高，再次停止曝氣以促進(jìn)反硝化 作用。
交替進(jìn)行反硝化作用階段和硝化作用階段的序列模式保持到N03 濃度達(dá)到預(yù)定的低閾值。在硝化作用階段的終點(diǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)N山低閾值 時(shí)，如果測(cè)量的冊(cè)3濃度低于預(yù)定的低閾值，意味著再次能夠在NDNs 下操作。因而起動(dòng)連續(xù)模式。
因此， 一旦該效果要求的條件得到滿足，就將系統(tǒng)從一種曝氣模式轉(zhuǎn)換成另一種曝氣模式。
本發(fā)明還通過(guò)實(shí)施預(yù)測(cè)方法使得能夠優(yōu)化NDNs，其原理總結(jié)如
下
原水(eau brute)的負(fù)荷，即其中污染物的濃度，隨著時(shí)間而變 化。例如，已發(fā)現(xiàn)在早晨城市廢水的負(fù)荷增加，然后在下午降低，在 夜晚達(dá)到 一個(gè)基本穩(wěn)定的水平。
污染物負(fù)荷的升與降之間的轉(zhuǎn)變表現(xiàn)為污染峰的出現(xiàn)，這通常對(duì) 應(yīng)于即3的累積。
在連續(xù)曝氣模式下，N03濃度的升高表明系統(tǒng)在NDNs下操作的不 適應(yīng)。然而，只要N03濃度還在高閾值之下(在高閾值之上時(shí)激活序 列曝氣模式)，系統(tǒng)就繼續(xù)在NDNs下操作。然而，相對(duì)高的N03濃度 表明硝化作用效率高于反硝化作用效率。換言之，兩種反應(yīng)之間的平 衡并非最優(yōu)。
為克服該問(wèn)題，合適的是在污染峰期間通過(guò)促進(jìn)反硝化作用同時(shí) 將硝化作用維持在較低的效率，使這兩種反應(yīng)再平衡。
本發(fā)明在這方面提出一種幫助優(yōu)化NDNs的解決方案。該方案在于 實(shí)施預(yù)測(cè)方法。
該預(yù)測(cè)方法在于給予負(fù)責(zé)實(shí)施處理工藝的操作者以改變一天當(dāng)中
將達(dá)到的冊(cè)3和冊(cè)4濃度的設(shè)定點(diǎn)值的權(quán)限。
因此，根據(jù)一天中的時(shí)間，即根據(jù)預(yù)計(jì)的待處理的水的污染物負(fù) 荷，操作者可以從一定濃度范圍內(nèi)選擇要符合的N03設(shè)定點(diǎn)?；诓?作者的設(shè)定點(diǎn)，第一 PFC調(diào)整器計(jì)算要達(dá)到的NH,設(shè)定點(diǎn)。基于計(jì)算 的NH4濃度設(shè)定點(diǎn)，第二PFC調(diào)整器確定曝氣設(shè)定點(diǎn)。
因此，當(dāng)在峰時(shí)段污染物負(fù)荷升高且N03濃度升高時(shí)，操作者可 以選擇比非峰時(shí)段高的N03濃度設(shè)定點(diǎn)。然后，計(jì)算將達(dá)到的N出濃度 設(shè)定點(diǎn)。該設(shè)定點(diǎn)的值高于峰時(shí)段的值。換言之，在峰時(shí)段容許NH4 濃度暫時(shí)較高。容許較高的NH4濃度導(dǎo)致硝化作用效率的降低，并因 此減少由NH4的分解形成N03。通過(guò)減少曝氣達(dá)到該結(jié)果。減少曝氣必 然導(dǎo)致反硝化作用效率的升高，并因此促進(jìn)N03的分解。
13這樣，在這兩種反應(yīng)之間保持了平衡，這兩種反應(yīng)同時(shí)發(fā)生以降
低污染峰導(dǎo)致的冊(cè)3濃度。由此產(chǎn)生的水在考慮環(huán)境的情況下具有最 優(yōu)質(zhì)量。這是因?yàn)?，代表要除去的含氮污染物的?cè)3和NH4濃度之和較 低。
當(dāng)污染物負(fù)荷降低時(shí)，原水的NHr濃度降低，并且N03的濃度很低。 因此可以以較低的N03和NH4濃度為目標(biāo)。因而操作者可以選擇降低N03 濃度設(shè)定值。計(jì)算的NH,設(shè)定點(diǎn)因此降低，并且曝氣設(shè)定點(diǎn)升高。硝 化作用效率因此升高。然而，由于N03濃度低(非峰值期間)，反硝 化作用效率未降低。因此非污染峰期間生產(chǎn)的水具有較好的質(zhì)量。
該預(yù)測(cè)方法的實(shí)施因而使得能夠根據(jù)實(shí)施條件，特別是根據(jù)待處 理的水的污染物負(fù)荷的變化，最好地利用該工藝在NDNs下操作的能 力。當(dāng)然，如果污染物負(fù)荷按比例升高，使得到達(dá)N03的預(yù)定高閾值， 則系統(tǒng)不能在NDNs下操作，并且起動(dòng)序列模式，使得該系統(tǒng)在NDNc 下操作。
下面將說(shuō)明用于對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行測(cè)試的中試單元。
膜生物反應(yīng)器結(jié)合了膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器。對(duì)常規(guī)活性污泥 系統(tǒng)(filUre)的主要改變是用膜過(guò)濾單元6替換澄清器，它保證混 合液與經(jīng)處理的水的分離。
該膜生物反應(yīng)器基于一種混合技術(shù)將過(guò)濾模塊浸在隔室中，該 隔室置于生物反應(yīng)器外的再循環(huán)回路上。
直接用城市廢水供給該中試單元。首先將其在旋轉(zhuǎn)篩上進(jìn)行l(wèi)mm 篩分，然后泵向生物反應(yīng)器。原水的供應(yīng)根據(jù)柱中的水平面(niveau) 進(jìn)行間斷供給(s—en") 0
生物反應(yīng)器7的體積為大約1. 7ffl3,配備有攪拌器71以對(duì)活性污 泥進(jìn)行均化。通過(guò)細(xì)泡型空氣擴(kuò)散器72保證槽的曝氣?？諝獾恼{(diào)整是 本發(fā)明的目的。
為了監(jiān)視生物反應(yīng)器中的溶解氧濃度，將氧探測(cè)器7 3浸在活性污 泥槽中。
污泥的排放通過(guò)打開(kāi)排放閥74自動(dòng)進(jìn)行，該排放閥位于再循環(huán)回路741上，膜隔室6的入口處。
污泥的齡期在測(cè)試期間變化。在整個(gè)參考期間，它約為16天。對(duì) 于同時(shí)的NDN階段，在該期間過(guò)程中它從16天到22天，然后到30 天。這些修改的主要原因是在槽中保持合適的懸浮物(MES)水平，這 與污泥產(chǎn)量的降低有關(guān)，如以下結(jié)果部分中所述。
在物理化學(xué)去磷酸化期間，在反應(yīng)器中直接進(jìn)行氯化鐵的注射 75。來(lái)自注射泵76的流量取決于排放(soutirage)流量77，以獲得 恒定的處理率。
浸在膜隔室中的膜模塊6包括一組由Memcor (澳大利亞，注冊(cè)商 標(biāo))制造的微濾中空纖維?；旌弦旱倪^(guò)濾61通過(guò)模塊頂部以自動(dòng)化系 統(tǒng)調(diào)整的排放流量通過(guò)抽吸來(lái)進(jìn)行。滲透物儲(chǔ)存在用于反向洗滌的槽 中，然后排放到下水道中。過(guò)濾和反向洗滌(對(duì)流滲透物注射)的周 期分別為12分鐘和30秒。大泡曝氣系統(tǒng)62使得可以攪動(dòng)膜纖維并抑 制在其表面上結(jié)塊。
每周，通過(guò)注射對(duì)流的300 ppm溶液用氯進(jìn)行維護(hù)清潔。 當(dāng)膜的滲透率達(dá)到約80 L. h—i.m—2. bai^的低閾值時(shí)，用檸檬酸進(jìn) 行化學(xué)清潔。
這些膜為組裝成模塊的帶有外皮的中空纖維形式(從外向內(nèi)過(guò) 濾)，具有10 012的過(guò)濾面積。它們的截止閾值為約0.1微米。
結(jié)果
僅用恒定NH4設(shè)定點(diǎn)的同時(shí)硝化作用/反硝化作用調(diào)整
用PFC控制器調(diào)整氨濃度的測(cè)試(圖5)表明控制空氣流量的能
力是令人滿意的，并且因此通過(guò)控制注射空氣的量可以獲得可接受的
設(shè)定點(diǎn)的跟蹤。
此外觀察到，單獨(dú)使用反饋系統(tǒng)可以適合該方法，以預(yù)測(cè)排放物 的變化。實(shí)際上，在我們的實(shí)施例中，流量不在一天的過(guò)程中變化。
在峰過(guò)程中可以注意到泵效應(yīng)，如果供應(yīng)流量顯著變化，這可以 是破壞性的，并且該點(diǎn)將通過(guò)使用公開(kāi)號(hào)為WO2006/000680的專利文獻(xiàn)中所述的控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。
還觀察到在處理過(guò)程中溶解氧的濃度幾乎為零，最大值為0.3 mg-02/L。不存在殘余氧(盡管有幾個(gè)偶然的峰)是同時(shí)NDN控制方法 的效果的良好指標(biāo)。
然而，在污染物負(fù)荷峰期間硝酸鹽濃度仍然高。因此需要調(diào)節(jié)氨 設(shè)定點(diǎn)以避免通過(guò)甚至輕微過(guò)量的氧合而抑制反硝化作用動(dòng)力。
隨時(shí)間調(diào)節(jié)氨設(shè)定點(diǎn)(N03/NH4級(jí)聯(lián)回路)
級(jí)聯(lián)調(diào)整使得可以連續(xù)調(diào)節(jié)氨處理目標(biāo)。圖6顯示了 N03和NH4 濃度的級(jí)聯(lián)調(diào)整的效果。通過(guò)與圖5的對(duì)比，觀察到在類似的處理?xiàng)l 件下硝酸鹽峰值的降低。
在該測(cè)試中，為經(jīng)處理的水中的硝酸鹽含量設(shè)定的最大閾值為6 mg-N-N03/L。
調(diào)整器的效果通過(guò)氨濃度的變化進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便使設(shè)定點(diǎn)適應(yīng)處 理?xiàng)l件。
實(shí)際上，NH4設(shè)定點(diǎn)(2至6 mg-N-NH4/L)在一天過(guò)程中變化， 以便適應(yīng)反硝化作用的可能性。因此，在峰期間(早晨)，經(jīng)處理的 水的NH4濃度到達(dá)6 mg-N-NH4/L。
相反，在非峰時(shí)間內(nèi)，它接近2 mg-N-NH4/L，硝酸鹽濃度保持低 于6 mg-N-N03/L。該實(shí)施例清楚地表明硝酸鹽和氨測(cè)量?jī)烧叩幕パa(bǔ)性， 以優(yōu)化同時(shí)NDN。
曝氣模式自動(dòng)改變的貢獻(xiàn)
盡管通過(guò)級(jí)聯(lián)調(diào)整(N03， NH4)進(jìn)行連續(xù)處理設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)，這些 改進(jìn)有時(shí)可能對(duì)某些處理?xiàng)l件來(lái)說(shuō)是不充分的特別是對(duì)于偶爾高的 每質(zhì)量或體積單位的負(fù)荷。
圖7和8顯示了序列和連續(xù)曝氣相結(jié)合的效果。本發(fā)明的調(diào)整器
使得能夠根據(jù)高和低硝酸鹽閾值從一種模式轉(zhuǎn)變到另一種模式。
因此，當(dāng)施加的負(fù)荷使得不能進(jìn)行令人滿意的同時(shí)NDN時(shí)，使用促進(jìn)反硝化作用的非曝氣時(shí)間段。
結(jié)果表明，這可以在每天發(fā)生二至三小時(shí)。優(yōu)點(diǎn)在于顯著降低經(jīng)
處理的水中的平均硝酸鹽濃度。觀察圖8證實(shí)了在不損害氨值的情況 下在峰期間降低了硝酸鹽峰的峰度。
通過(guò)用相關(guān)指標(biāo)使得可以自動(dòng)回退到常規(guī)曝氣，該系統(tǒng)因而為活 性污泥槽和其它生物處理方法的管理帶來(lái)進(jìn)一步的穩(wěn)固性。
此外，本發(fā)明的調(diào)整模式的轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要的額外效果是降低污 泥產(chǎn)量。圖9顯示了每種設(shè)置的污泥產(chǎn)量的分布(星期數(shù)/生產(chǎn)的污泥 量)。觀察到轉(zhuǎn)變成同時(shí)NDN使分布的重心從0.40 kg MES/kg DC0 移動(dòng)到0. 35 kg MES/kg DC0。
獲得的值對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)的污泥量降低13%。此外，如果將與磷的物 理化學(xué)處理相關(guān)的礦物部分(在0. 1 kg MES/kg DC0量級(jí))視為不變， 則生物污泥的產(chǎn)量降低17%。這能夠使得在不受膜過(guò)濾性能限制的情 況下提高槽中污泥的齡期。產(chǎn)量的降低是應(yīng)用所述調(diào)整規(guī)則獲得的重 要優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.借助生物反應(yīng)器處理水以減少所述水中所含的含氮污染物的水處理方法，所述反應(yīng)器結(jié)合了用曝氣措施曝氣的生物質(zhì)，所述處理包括同時(shí)的硝化作用/反硝化作用階段，其特征在于所述處理交替地實(shí)施兩種曝氣模式-所謂連續(xù)曝氣模式；-序列曝氣模式，在該序列曝氣模式的過(guò)程中當(dāng)氨濃度達(dá)到預(yù)定的低閾值時(shí)停止曝氣，并當(dāng)氨濃度達(dá)到預(yù)定的高閾值時(shí)起動(dòng)曝氣，從一種曝氣模式向另一種曝氣模式的轉(zhuǎn)換根據(jù)所述水中的硝酸鹽濃度進(jìn)行起動(dòng)，所述所謂連續(xù)曝氣模式在所述硝酸鹽濃度達(dá)到預(yù)定的低閾值時(shí)被起動(dòng)，并且所述序列曝氣模式在所述硝酸鹽濃度達(dá)到預(yù)定的高閾值時(shí)被起動(dòng)。
2. 權(quán)利要求1的水處理方法，其特征在于所述所謂連續(xù)曝氣模式在 所述硝酸鹽濃度下降達(dá)到約4 mg/1的閾值時(shí)被起動(dòng)。
3. 權(quán)利要求1和2之一的水處理方法，其特征在于所述序列曝氣模 式在所述硝酸鹽濃度升高達(dá)到約10 rag/1的閾值時(shí)被起動(dòng)。
4. 權(quán)利要求1至3任意之一的水處理方法，其特征在于在所述序列 曝氣模式過(guò)程中，曝氣由定時(shí)系統(tǒng)在時(shí)間上進(jìn)行限定。
5. 權(quán)利要求1至4任意之一的水處理方法，其特征在于在所述序列 曝氣模式過(guò)程中，曝氣的停止由定時(shí)系統(tǒng)在時(shí)間上進(jìn)行限定。
6. 權(quán)利要求1至5任意之一的水處理方法，其特征在于所述連續(xù)曝 氣模式釆用對(duì)所述水中的硝酸鹽和氨濃度的預(yù)測(cè)控制方法。
7. 權(quán)利要求6的水處理方法，其特征在于所述預(yù)測(cè)控制方法包括根 據(jù)要達(dá)到的硝酸鹽設(shè)定點(diǎn)調(diào)整要達(dá)到的氨設(shè)定點(diǎn)的相繼步驟。
8. 權(quán)利要求6和7任意之一的水處理方法，其特征在于所述預(yù)測(cè)控 制方法包括當(dāng)所述硝酸鹽濃度達(dá)到預(yù)定的高閾值時(shí)調(diào)整曝氣設(shè)定點(diǎn)的 相繼步驟。
9. 權(quán)利要求7和8的水處理方法，其特征在于調(diào)整所述氨設(shè)定點(diǎn)的所述步驟和調(diào)整所述曝氣設(shè)定點(diǎn)的所述步驟被定時(shí)。
10.權(quán)利要求9的水處理方法，其特征在于調(diào)整所述氨設(shè)定點(diǎn)的所 述步驟和調(diào)整所述曝氣設(shè)定點(diǎn)的所述步驟被定時(shí)，并且在時(shí)間上彼此錯(cuò) 開(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及借助生物反應(yīng)器處理水以減少所述水中所含的含氮污染物的水處理方法，所述反應(yīng)器結(jié)合了用曝氣措施曝氣的生物質(zhì)，所述處理包括同時(shí)的硝化作用/反硝化作用階段，其特征在于所述處理交替地實(shí)施兩種曝氣模式所謂連續(xù)曝氣模式；序列曝氣模式，在該序列曝氣模式的過(guò)程中當(dāng)氨濃度達(dá)到預(yù)定的低閾值時(shí)停止曝氣，并當(dāng)氨濃度達(dá)到預(yù)定的高閾值時(shí)起動(dòng)曝氣；從一種曝氣模式向另一種曝氣模式的轉(zhuǎn)換根據(jù)所述水中的硝酸鹽濃度進(jìn)行起動(dòng)，所述所謂連續(xù)曝氣模式在所述硝酸鹽濃度達(dá)到預(yù)定的低閾值時(shí)被起動(dòng)，并且所述序列曝氣模式在所述硝酸鹽濃度達(dá)到預(yù)定的高閾值時(shí)被起動(dòng)。
文檔編號(hào)C02F3/00GK101616871SQ200780045457
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
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