CN101654299A - 污水处理场的曝气风量控制装置 - Google Patents

Abstract

提供能够一直保持良好水质，同时使曝气风量减少的污水处理场的曝气风量控制装置。其特征是，在具有好氧槽的生物反应槽进行水处理时，根据曝气风量目标值向前述好氧槽供给空气的曝气装置，包括测量前述好氧槽内的氨性氮浓度的氨计；测定前述好氧槽内的溶解氧浓度的溶解氧浓度计；设定前述好氧槽内的氨性氮浓度目标值的氨控制目标设定手段；设定前述好氧槽内的溶解氧浓度的下限值的溶解氧浓度下限设定手段；以及曝气风量调节器，该曝气风量调节器包括为使测得的氨性氮浓度接近设定好的氨性氮浓度目标值而进行曝气风量目标值的运算的氨调节器，以及在测得的溶解氧浓度在设定好的溶解氧浓度的下限值以下时修正前述曝气风量目标值的溶解氧下限调节器。

Description

污水处理场的曝气风量控制装置

本申请是申请号为200510004175.0、申请日为2005年1月13日的标题为“污水处理场的曝气风量控制装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及利用具有好氧槽的生物反应槽进行水处理的污水处理场的曝气风量控制装置。

背景技术

以往的污水处理场中利用被称为活性污泥法的工艺方法主要是除去有机物。但是近年来，由于在湖沼、河湾等封闭性水域富营养化加剧，因此对污水深度处理的需求增高，即不仅要除去有机物，还要除去造成富营养化的物质氮、磷。

图9为应用本发明的污水处理场的一个系列的处理系统图。在该图中，由总输水管送入的污水经流入泵1被压送至一个系列。系列内的污水流入最初沉淀处2，其流出侧通过输水管51与厌氧槽10的流入侧相连。在该厌气槽10依次连接有无氧槽11和好氧槽12，而且好氧槽12的流出侧通过输水管52与最终沉淀池13的流入侧相连，在该最终沉淀处13的流出侧连接有排出处理水的输水管60。

此外，在好氧槽12的循环水管出口连接有输水管53，通过该输水管53循环泵14向无氧槽11供给循环水。在最终沉淀处13连接有输水管54及输水管55，其中，通过输水管54回流泵15将最终沉淀处13中的处理水的一部分返送至厌氧槽10，通过输水管55剩余污泥泵排出污泥。在最初沉淀处2还连接有初沉淀抽出泵18，由该初沉淀抽出泵18将沉淀于最初沉淀处2的污泥通过输水管58，和来自剩余污泥泵17的污泥一起排出。在该系列内的好氧槽12设置曝气装置9。

图9所示的污水处理工艺是典型的同时除去有机物、氮和磷的工艺，被称为厌氧-无氧-好氧工艺或A2O(Anaerobic Anoxic Oxic)工艺。以下，简要说明该工艺方法除去氮、磷的机理。

(a)除氮

在好氧槽12，利用由曝气装置9供给的氧，硝化菌将氨性氮(NH₄-N)氧化成亚硝酸性氮(NO₂-N)、硝酸性氮(NO₃-N)。在无氧条件下，利用将流入污水中的有机物作为营养源的脱氮细菌的硝酸性呼吸或亚硝酸性呼吸，将由循环泵14送入无氧槽11的亚硝酸性氮(NO₂-N)、硝酸性氮(NO₃-N)还原为氮气(N₂)，并将氮气排出到系统外。

如果用化学方程式表示除氮反应则如下所示，

硝化反应为：

NH₄ ⁺+2O₂→NO₂ ^-+2H₂O        …(1)

NO₂ ^-+1/2O₂→NO₃ ^-           …(2)

脱氮反应如果以使用甲醇作为有机物时的反应来表示则为：

6NO₃ ^-+5CH₃OH→3N₂+5CO₂+7H₂O+6OH^-  …(3)

(b)除磷

在配置于曝气槽的前段的厌气槽10内，活性污泥中的贮磷菌将醋酸等有机酸蓄积在体内，放出磷酸(PO₄)。对该过量释放的磷酸态的磷在配置于曝气槽的后段的好氧槽12中，利用贮磷菌的磷过量摄取作用，使厌氧槽10放出的以上的磷酸态的磷由活性污泥吸收，从而除去磷。

即，要使该反应进行，需要有醋酸等有机酸。在雨水流入时有机酸浓度变小，贮磷菌可利用的有机物减少，因此磷的排出反应不能够充分进行，有时还会进一步使磷的过量摄取反应也不充分，从而造成有时仅仅通过生物学上的除磷不能够获得所需水质的情况。

因此，为了弥补这一不足，还有以下所述的方法，即配备贮存聚氯化铝、硫酸铝、硫酸铁等絮凝剂的絮凝剂贮存槽，通过注入这些絮凝剂，使磷成分以磷酸铝或磷酸铁的形式沉淀，除去磷。该反应式如下所示。

Al³⁺+3PO₄-→Al(PO₄)₃               …(4)

在污水处理场中，工作时必须通过优化运行各系列的回流泵、循环泵、剩余污泥抽出泵、曝气装置，将回流流量、循环流量、剩余污泥抽出量、曝气风量控制在合理的数值，使氮、磷和有机物不超过各自的放出水质的规定值。其中，曝气装置9是供给微生物除去氮、磷和有机物时所需的溶解氧的装置，占污水处理场的运行成本的40～60％。

该曝气装置9的溶解氧的供给量如果过少，则水质恶化。而如果溶解氧的供给量过多则运行成本高。即通过将该曝气装置9控制在一个合理的运行状态，能够保持水质和削减运行成本。

另一方面，在引入了深度处理的污水处理场中，多要求完全硝化，如尽可能使放出水的氨性氮浓度(以下，简称为氨浓度)为零。这是因为，要使如(1)式～(3)式所示的脱氮反应充分进行，必须先在好氧槽使氨尽可能地转变为硝酸，以及作为污水处理场的规定值之一BOD(生化需氧量)的要求，如果残存有氨则BOD增高。

图10为将这种以往的污水处理场的曝气风量控制装置的结构和图9所示的污水处理系统一并显示的框线图。它呈如下的结构，由构成曝气风量调节器201的DO调节器30控制曝气装置9，使设置于污水处理系列的好氧槽12的溶解氧浓度计25的测量值达到由设定装置101设定的溶解氧浓度(以下溶解氧也称为DO)控制目标值31(参考日本特開平11-244894号公报)。

图11为将这种以往的另一种污水处理场的曝气风量控制装置的结构和图9所示的污水处理系统一并显示的框线图。它呈如下的结构，由构成曝气风量调节器202的氨调节器40控制曝气装置9，使设置于污水处理系列的好氧槽12的氨计26的测量值达到由设定装置102设定的氨控制目标值41(参考日本特開2003-136086号公报)。

发明内容

图10所示的曝气风量控制装置利用与图11所示的氨计26相比更价廉且更易于保养管理的溶解氧浓度计25，初期成本低，易保养管理。但同时也存在如下的问题，即由于是根据溶解氧这一间接的指标控制曝气量，因此要一直保持放出水质就必须在较高的溶解氧目标值下运行，从而使曝气所需的运行成本增大。

而图11所示的曝气风量控制装置与图10所示的溶解氧浓度计25相比，初期成本高，传感器的保养管理麻烦。但另一方面，它又具有如下的优点，它是通常基于与有机物的除去、磷的吸收速度相比，硝化菌的硝化速度慢，如果供给硝化所需的氧，就能够确保除去有机物、磷和氮所必需的风量的观点，将氨浓度作为指标，进行曝气风量控制的装置，因此能够实现在保持放出水质的基础上，削减曝气所需的运行成本的运行。

但是，例如雨天时流入水的总氮浓度显著降低，降低到10mg/L以下时，硝化所需的曝气风量必然减少，因此图11所示的装置中仅以好氧槽12的氨作为指标进行控制，在好氧槽12的末端部的溶解氧浓度有时会降低到1mg/L的程度，其后在流入水质的浓度上升时使处理恶化。

此外，从监视水质的观点出发，图11所示的装置中的氨计26多设置在好氧槽12的出口附近。在好氧槽12的出口部分，必须使氨的控制目标值为接近于零的值，但存在氨计26的测定精度在低浓度时不太好的问题，而且还存在如下的问题，即氨浓度和曝气风量的关系呈非线性关系，浓度越低，要除去每单位量氨所需的风量就越多，因此曝气风量对传感器误差的灵敏度大，变得难以控制。

实际上，好氧槽12内的氨越是进入到后段，处理就越深入，因此从入口到出口具有浓度分布。本来在靠近放出水的好氧槽的出口附近设置氨计是较为理想的，但由于受到上述问题的影响存在控制性能不佳的问题。

本发明就是为了解决上述问题点而完成的，其目的是提供能够在一直保持良好的水质的同时，削减曝气风量的污水处理场的曝气风量控制装置。

本申请的第1项发明的特征是：在具备在利用具有好氧槽的生物反应槽进行水处理时，根据曝气风量目标值向好氧槽供给空气的曝气装置的污水处理场的曝气风量控制装置中，具有测量好氧槽内的氨性氮浓度的氨计；设定好氧槽内的放出水的氨性氮浓度目标值的氨控制目标设定手段；为使测得的氨性氮浓度接近设定好的氨性氮浓度目标值，运算曝气风量目标值的氨调节器；将氨计设置在相对好氧槽的总长度，从出口部分向上游方向回溯约20～40％的位置，并且将氨性氮浓度的控制目标值设定为约1mg/L～3mg/L。

本申请的第2项发明的特征是：在具备在利用具有好氧槽的生物反应槽进行水处理时，根据曝气风量目标值向前述好氧槽供给空气的曝气装置的污水处理场的曝气风量控制装置中，具有测量前述好氧槽内的氨性氮浓度的氨计；测定前述好氧槽内的溶解氧浓度的溶解氧浓度计；设定前述好氧槽内的氨性氮浓度目标值的氨控制目标设定手段；设定前述好氧槽内的溶解氧浓度的下限值的溶解氧浓度下限设定手段；以及曝气风量调节器，该曝气风量调节器含有为使测得的氨性氮浓度接近设定好的氨性氮浓度目标值而进行曝气风量目标值的运算的氨调节器，以及在测得的溶解氧浓度在设定好的溶解氧浓度的下限值以下时，修正前述曝气风量目标值的溶解氧下限调节器。

本发明的第3项发明特征是：在具备在利用具有好氧槽的生物反应槽进行水处理时，根据曝气风量目标值向前述好氧槽供给空气的曝气装置的污水处理场的曝气风量控制装置中，具有测量前述好氧槽内的氨性氮浓度的氨计；测量前述好氧槽内的溶解氧浓度的溶解氧浓度计；设定前述好氧槽内的氨性氮浓度目标值的氨控制目标设定手段；设定前述好氧槽内的溶解氧浓度的下限值的溶解氧浓度下限设定手段；以及曝气风量调节器，该曝气风量调节器含有为使测得的氨性氮浓度接近设定好的氨性氮浓度目标值而进行曝气风量目标值的运算的氨调节器，以及为使测得的溶解氧浓度接近运算所得的溶解氧浓度目标值，运算曝气风量目标值，并且在由氨调节器运算出的溶解氧浓度目标值在设定好的溶解氧浓度下限值以下时，以溶解氧浓度的下限值作为溶解氧浓度目标值，运算曝气风量目标值的溶解氧调节器的曝气风量调节器。

本发明通过采用如上所述的构成，能提供能够在一直保持良好的水质的同时，削减曝气风量的污水处理场的曝气风量控制装置。

附图说明

图1是将本发明的实施例1的结构和其应用对象一并显示的框线图。

图2是为说明实施例1的动作而显示设置在好氧槽的氨计的流水方向的设置位置和氨浓度及平均曝气风量的关系的线形图。

图3为将本发明的实施例2的结构和其应用对象一并显示的框线图。

图4为将本发明的实施例3的结构和其应用对象一并显示的框线图。

图5是为说明实施例3的动作而显示控制氨浓度和溶解氧浓度中某一个浓度的控制量的分界的模式转换图。

图6为将本发明的实施例4的结构和其应用对象一并显示的框线图。

图7为将本发明的实施例5的结构和其应用对象一并显示的框线图。

图8为将本发明的实施例6的结构和其应用对象一并显示的框线图。

图9为应用本发明的污水处理场的一个系列的处理系统图。

图10为将图9所示的污水处理场的以往的曝气风量控制装置的结构和污水处理系统一并显示的框线图。

图11为将图9所示的污水处理场的以往的另一种曝气风量控制装置的结构和污水处理系统一并显示的框线图。

具体实施方式

以下，根据附图所示的较佳实施方式详细说明本发明。

图1为将本发明的实施例1的结构和其应用对象一并显示的框线图，在图中标记和表示以往装置的图11相同符号的部分分别表示相同的构成部件。这里所示的污水处理工艺为含有前述厌氧槽10、无氧槽11和好氧槽12的A2O(Anaerobic-Anoxic-Oxic)工艺。为了控制好氧槽12的曝气装置9，在好氧槽12设置了氨计26。由设置在未图示的监视装置上的设定手段102设定氨控制目标值41A，曝气风量调节器202具有氨调节器40，氨计26的测量值和设定手段102的氨控制目标值41A分别通过信号线输入。曝气风量调节器202的输出通过信号线输入至曝气装置9。特别是，在本实施例中，将氨计26设置在如下位置，即相对从好氧槽12的入口部分至出口部分的距离，以入口部分为起点的70％的位置，也就是以出口部分为起点的30％的位置，并且通过设定手段102将氨控制目标值定为2mg/L。此外，曝气风量调节器202内装微型处理器等信号处理装置，能够通过程序软件实现氨调节器40的功能。

以下，就如上所述构成的实施例1的动作，特别是以和以往装置结构不同之处为重点进行说明。流入污水处理场的污水由流入泵1供给含有厌气槽10、无氧槽11和最终沉淀池13的生物反应槽。设置在好氧槽12的氨计26的测量值被输入到曝气风量调节器202中。为了跟踪监视装置上的设定手段102的氨控制目标值41A，位于曝气风量调节器202内部的氨调节器40例如通过PI调节器运算曝气装置9的风量目标值。本实施例的曝气风量运算式的一例如(5)、(6)式所示。

$\mathrm{Qair}\left(t\right)={\mathrm{Qair}}_0+K{p}_{\mathrm{NH}4}\{e\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{INH}4}}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}\}...\left(5\right)$

e_NH4(t)＝PV_NH4(t)-SV_NH4(t)                   …(6)

其中：

Qair(t)：t时刻的曝气风量目标值(m³/min)

Qair₀：曝气风量初始值(m³/min)

Kp_NH4：比例增益(m⁶/g·min)

T_INH4：积分常数(min)

e_NH4(t)：偏差(mg/L)

SV_NH4(t)：氨控制目标值(mg/L)

PV_NH4(t)：氨计测量值(mg/L)

为了使曝气装置9满足按照(5)、(6)式运算所得的曝气风量目标值，通过调整曝气风量调节阀的开度，和利用反用换流器对曝气装置(鼓风机)进行速度控制来调节曝气风量。

图2是将某个处理厂的实际的流入水质数据和流入流量数据作为输入值，利用活性污泥模型，进行氨调节器的控制模拟的结果。模拟是通过改变氨计26的设置位置进行的。图2中，将在各位置上的氨浓度控制在2mg/L时的放出水最大氨浓度和平均曝气风量作成了曲线。图中的曲线P表明，越是将氨计26往后段部设置(图中的左侧)，平均曝气风量越小，但同时如曲线Q所示，放出水的氨浓度恶化。平均曝气风量的减小会带来成本的降低。处理水的氨浓度接近于零虽然较为理想，但同时曝气风量增大。

因此从图2可以断定，与好氧槽12的出口部分相比，将最大氨浓度设定在0.5mg/L时的最佳设置位置是向上游方向回溯30％的位置，这样就确定了该设置位置。

采用本发明的实施例1，通过将氨计26的设置位置设定在从好氧槽出口回溯30％处，能够在氨计的测定精度高的浓度2mg/L下进行控制，并且在流入流量、流入水质有变动的情况下也能够将放出水的氨浓度几乎控制在零(最大0.5mg/L以下)。这样，与图11所示的以往的曝气风量控制装置相比，由于能够在测定精度高的浓度下进行控制，因此可更有效地控制曝气风量，能够获得曝气风量减少所带来的成本降低的效果。

此外，氨浓度的控制目标值并不限于2mg/L，只要是测定精度高、控制性优良的1mg/L～3mg/L的范围即可，只要这时的氨计设置位置为从出口部分向上游方向回溯约好氧槽的总长度的25％～35％的位置，就能够获得和上述实施例基本相同的效果。

实施例2

图3为将本发明的实施例2的结构和其应用对象一并显示的框线图，图中对和表示实施例1的图1相同的构成部件标记相同的符号，并省略其说明。本实施例中，在好氧槽12设置溶解氧浓度计25和氨计26，在监视装置301上配备氨控制目标设定器41和DO下限设定器131，曝气风量调节器203具备氨调节器40和DO下限调节器130。这里，溶解氧浓度计25和氨计26通过信号线与曝气风量调节器203的输入端相连，DO下限设定器131和氨控制目标设定器41也通过信号线与曝气风量调节器203的输入端相连。曝气风量调节器203的输出端通过信号线与曝气装置9相连。除此以外，具有和图1所示的实施例1同样构成。曝气风量调节器203内装微型处理器等信号处理装置，能够通过程序软件实现氨调节器40和DO下限调节器130的功能。

以下，就如上所述构成的本实施例的动作，特别是以和图1所示的实施例1结构不同的部分为重点进行说明。流入污水处理场的污水由流入泵1供给生物反应槽。设置在好氧槽12的氨计26的测量值被输入到曝气风量调节器中。为了跟踪由监视装置301上的氨控制目标设定器41设定的氨控制目标值，构成曝气风量调节器203的氨调节器40例如采用PI调节器运算曝气装置9的风量目标值。另一方面，如果溶解氧浓度计25的测量值被输入到曝气风量调节器203中，则在DO下限值调节器130中进行曝气风量的修正，使溶解氧浓度计25的测量值尽可能不低于由监视装置的DO下限设定器131设定的DO下限设定值。本发明的曝气风量运算式的一个示例如(7)、(8)式所示。

$\mathrm{Qair}\left(t\right)={\mathrm{Qair}}_0+K{p}_{\mathrm{NH}4}\{e_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{INH}4}}{\∫}_0^t{e}_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)\mathrm{dt}\}+\mathrm{\Δ}{R}_{D0}\left(t\right)...\left(7\right)$

e_NH4(t)＝PV_NH4(t)-SV_NH4(t)               …(8)

其中：

Qair(t)：t时刻的曝气风量目标值(m³/min)

Qair₀：曝气风量初始值(m³/min)

Kp_NH4：比例增益(m⁶/g·min)

T_INH4：积分常数(min)

e_NH4(t)：偏差(mg/L)

SV_NH4(t)：氨控制目标值(mg/L)

PV_NH4(t)：氨计测量值(mg/L)

ΔR_DO(t)：曝气风量修正值

这里，(7)式中的曝气风量修正值(ΔR_DO(t))的一个示例如(9)、(10)式所示：

PV_DO(t)≥MIN_DO(t)时，

ΔR_DO(t)＝0                         …(9)

PV_DO(t)＜MIN_DO(t)时，

ΔR_DO(t)＝K_DO{MIN_DO(t)-PV_DO(t)}     …(10)

其中：

MIN_DO(t)：DO下限设定值(mg/L)

PV_DO(t)：溶解氧浓度(DO)计测量值(mg/L)

K_DO：比例增益(m⁶/g·min)

为了使曝气装置9满足(7)、(8)式，(9)、(10)式运算所得的曝气风量目标值，通过调整曝气风量调节阀的开度，和利用反用换流器对曝气装置(鼓风机)进行速度控制来调节曝气风量。

采用实施例2，由于利用氨计26的测量值控制曝气装置9，因此与图10所示的以往的装置相比，能够减少曝气风量，并且与图11所示的以往的装置相比，由于将溶解氧浓度控制在下限值以上，因此在流入水质突然剧烈变动的情况下，也能够供给稳定的处理水。

实施例3

图4为将本发明的实施例3的结构和其应用对象一并显示的框线图，图中对和表示实施例2的图3相同的构成部件标记相同的符号，并省略其说明。本实施例中，在好氧槽12设置溶解氧浓度计25和氨计26，在监视装置301上配备氨控制目标设定器41和DO下限设定器131，曝气风量调节器204具有氨调节器40、DO调节器30和切换判断部50，该切换判断部50的作用是根据溶解氧浓度计25和氨计26的各测量值，从DO调节器30输出和氨调节器40输出之中选择一种进行输出，该切换判断部50的输出端通过信号线与曝气装置9相连。此外溶解氧浓度计25通过信号线与DO调节器30和切换判断部50相连；氨计26通过信号线与氨调节器40和切换判断部50相连。并且，DO下限设定器131通过信号线与DO调节器30相连；氨控制目标设定器41通过信号线与氨调节器40相连。除此以外，具有和图3所示的实施例2同样构成。曝气风量调节器204内装微型处理器等信号处理装置，能够通过程序软件实现氨调节器40和DO下限调节器130和切换判断部50的各项功能。

以下，就如上所述构成的本实施例的动作，特别是以和图1所示的实施例1结构不同的部分为重点进行说明。流入污水处理场的污水由流入泵1供给至生物反应槽。设置在好氧槽12的氨计26的测量值被输入到构成曝气风量调节器的氨调节器40中。为了跟踪由监视装置上的氨控制目标设定器41设定的氨控制目标值，氨调节器40例如采用如(11)、(12)式所示的PI调节器运算曝气装置9的风量目标值。另一方面，溶解氧浓度计25的测量值被输入到构成曝气风量调节器的DO下限调节器130。DO下限调节器130例如采用如(13)、(14)式所示的PI调节器运算曝气风量9的风量目标值，以使溶解氧浓度计25的测量值达到由监视装置的DO下限设定器131设定的DO值。

切换判断部50对使用氨调节器40和DO调节器30中的哪一个的风量目标值进行判断。以下说明该切换逻辑。这时，为了避免在控制切换时发生振动现象，在增加趋势的情况和减少趋势的情况下使实际的切换值具有一定的差值，按照滞后特性进行切换。

这里，如果将由氨调节器40进行的控制定义为氨控制，将由DO调节器30进行的控制定义为DO控制，

则在[氨控制和((PV_DO(t)≤DO_min-α_DO)和(PV_NH4(t)≤SV_NH4(t)-α_NH4))或(PV_DO(t)≤DO_最下限值-α_DO)}]时，切换为以DO_min为目标值的DO控制(SV_DO(t)＝DO_min)。

在[DO控制和{(PV_DO(t)≥DO_min+α_DO)或((PV_DO(t)≥DO_最下限值+α_DO)和(PV_nh4(t)≥SV_nh4(t)+α_NH4))}]时，切换为氨控制。

其中：

PV_DO(t)：DO计的测量值

SV_DO(t)：DO浓度目标值

α_DO：DO滞后值

α_NH4：氨滞后值

DO_最下限值：DO最下限值*

DO_min：DO下限设定值

PV_nh4(t)：氨计的测量值

SV_nh4(t)：氨浓度目标值

设定DO最下限值*是由于在实施以DO下限值为目标的控制时，每1小时中可能会有数分钟时间低于下限值，为了在这种情况下也不会发生控制上的问题而设定的，可以预先使该值存储在调节器内部，无需从监视装置上设定。

图5是表示上述选择关系的模式转换图，对氨设定一个阈值NH_4ref，对DO设定DO下限值DO_min和DO最下限值DO_最下限。氨浓度超过阈值NH_4ref，且DO超过DO最下限值DO_最下限时，选择氨调节器40的输出，DO低于DO最下限值DO_最下限时，选择DO调节器30的输出。此外，在氨浓度低于阈值NH_4ref时，如果DO超过DO下限值DO_min则选择氨调节器40的输出，如果没有超过DO下限值DO_min则选择DO调节器30的输出。

氨调节器40采用下述(11)、(12)式运算曝气风量。在切换调节器时，进行跟踪处理(Qair₀使用前一次的风量值)，以使切换顺利进行。

$\mathrm{Qair}\left(t\right)={\mathrm{Qair}}_0+{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{NH}4}\{e_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{INH}4}}{{\∫}_0}^t{e}_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)\mathrm{dt}\}...\left(11\right)$

e_NH4(t)＝PV_NH4(t)-SV_NH4(t)                         …(12)

其中：

Qair(t)：t时刻的曝气风量目标值(m³/min)

Qair₀：曝气风量初始值(m³/min)

Kp_NH4：比例增益(m⁶/g·min)

T_INH4：积分常数(min)

e_NH4(t)：偏差(mg/L)

SV_NH4(t)：氨控制目标值(mg/L)

PV_NH4(t)：氨计的测量值(mg/L)

DO调节器30采用下述(13)、(14)式运算曝气风量。

$\mathrm{Qair}\left(t\right)={\mathrm{Qair}}_0+{\mathrm{Kp}}_{D0}\{e_{D0}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{IDO}}}{{\∫}_0}^t{e}_{D0}\left(t\right)\mathrm{dt}\}...\left(13\right)$

e_DO(t)＝MIN_DO(t)-PV_DO(t)                    …(14)

其中：

Qair(t)：t时刻的曝气风量目标值(m³/min)

Qair₀：曝气风量初始值(m³/min)

Kp_DO：比例增益(m⁶/g·min)

T_IDO：积分常数(min)

e_DO(t)：偏差(mg/L)

MIN_DO(t)：DO下限值(mg/L)

PV_NH4(t)：DO计的测量值(mg/L)

为了使曝气装置9满足按照(11)、12)式或(13)、(14)式运算所得的曝气风量目标值，通过调整曝气风量调节阀的开度，和利用反用换流器对曝气装置(鼓风机)进行速度控制来调节曝气风量。

采用实施例3，由于利用氨计的测量值控制曝气装置9，因此与图10所示的以往的装置相比，能够减少曝气风量，并且与图11所示的以往的装置相比，由于将溶解氧浓度控制在阈值以上，因此在流入水质突然剧烈变动的情况下，也能够供给稳定的处理水。

由于能够分别对氨调节器、DO调节器进行独立地调整，因此和实施例2相比，易于确定比例增益及积分常数的控制参数。根据这一特点，还能获得如下优点，即在现有设备中只引入了DO调节器的情况下，易于再引入氨调节器。

实施例4

图6为将本发明的实施例4的结构和其应用对象一并显示的框线图，图中对和表示实施例3的图4相同的构成部件标记相同的符号，并省略其说明。本实施例中，在好氧槽12设置溶解氧浓度计25和氨计26，在监视装置301上配备氨控制目标设定器41和DO下限设定器131，曝气风量调节器205具有氨调节器40A和DO调节器30。其中，溶解氧浓度计25通过信号线与DO调节器30相连接，氨计26通过信号线与氨调节器40A相连接。此外，DO下限设定器131通过信号线与DO调节器30相连，氨控制目标设定器41通过信号线与氨调节器40A相连。这时，氨调节器40A的曝气风量目标值被输入到DO调节器30中，该DO调节器30的输出端通过信号线与曝气装置9相连。除此以外，具有和图4所示的实施例3同样构成。曝气风量调节器205内装微型处理器等信号处理装置，能够通过程序软件实现氨调节器40A和DO调节器30的功能。

以下，就如上所述构成的本实施例的动作，特别是以和图4所示的实施例3结构不同的部分为重点进行说明。流入污水处理场的污水由流入泵1供给至生物反应槽。设置在好氧槽12的氨计26的测量值被输入到构成曝气风量调节器205的氨调节器40A中。为了跟踪由监视装置301上的氨控制目标设定器41设定的氨控制目标值，氨调节器40A例如采用如(15)、(16)式所示的PI调节器，运算DO的控制目标值。另一方面，溶解氧浓度计25的测量值被输入到构成曝气风量调节器的DO调节器30，在DO调节器30中，运算曝气装置9的风量目标值，以使溶解氧浓度计25的测量值达到由氨调节器40A运算所得的DO的控制目标值。由氨调节器40A运算所得的DO控制目标值低于DO下限值设定器130的值时，运算曝气装置9的风量目标值，以达到由DO下限设定器131设定的DO。

即，氨调节器40A按照下述(15)、(16)式运算DO控制目标值，其值大于DO下限设定器131的设定值时，DO调节器30按照(17)、(18)式运算曝气量目标值，由氨调节器40A运算所得的DO控制目标值小于由DO下限设定器131设定的DO下限值时，按照(19)、(20)式运算曝气风量目标值。

当SV_DO(t)≥MIN_DO(t)时，

${\mathrm{SV}}_{D0}\left(t\right)={D0}_0+{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{NH}4D0}\{e_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{INH}4\mathrm{DO}}}{\∫}_0^t{e}_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)\mathrm{dt}\}...\left(15\right)$

e_NH4(t)＝PV_NH4(t)-SV_NH4(t)                           …(16)

$\mathrm{Qair}\left(t\right)=Q{\mathrm{air}}_0+{\mathrm{Kp}}_{D0}\{e_{D0}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{IDO}}}{\∫}_0^t{e}_{\mathrm{DO}}\left(t\right)\mathrm{dt}\}...\left(17\right)$

e_DO(t)＝SV_DO(t)-PV_DO(t)                              ...(18)

当SV_DO(t)＜MIN_DO(t)时，

$\mathrm{Qair}\left(t\right)={\mathrm{Qair}}_0+{\mathrm{Kp}}_{D0}\{e_{D0}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{IDO}}}{{\∫}_0}^t{e}_{D0}\left(t\right)\mathrm{dt}\}...\left(19\right)$

e_DO(t)＝MIN_DO(t)-PV_DO(t)                             …(20)

其中：

SV_DO(t)：DO控制目标值(mg/L)

DO₀：DO初始设定值(mg/L)

Qair(t)：t时刻的曝气风量目标值(m³/min)

Qair₀：曝气风量初始值(m³/min)

Kp_NH4DO：氨调节器的比例增益(-)

T_INH4DO：氨调节器的积分常数(min)

e_NH4(t)：氨偏差(mg/L)

SV_NH4(t)：氨控制目标值(mg/L)

PV_NH4(t)：氨计测量值(mg/L)

Kp_DO：DO调节器的比例增益(m⁶/g·min)

T_IDO：DO调节器的积分常数(min)

e_DO(t)：DO偏差(mg/L)

MIN_DO(t)：DO下限值(mg/L)

PV_NH4(t)：DO计测量值(mg/L)。

采用实施例4，由于利用氨计的测量值控制曝气装置9，因此与图10所示的以往的装置相比，能够减少曝气风量，并且与图11所示的以往装置相比，由于将溶解氧浓度控制在阈值以上，因此在流入水质剧烈变动的情况下，也能够供给稳定的处理水。

此外，和实施例3相比，由于没有控制模式的切换，因此具有无需担心有波动，能够进行稳定的控制的优点。

实施例5

图7为将本发明的实施例5的结构和其应用对象一并显示的框线图，图中对和表示实施例3的图4相同的构成部件标记相同的符号，并省略其说明。本实施例中，和图4在结构上不同之处是，在最初沉淀处2和厌氧槽10之间，设置流入流量计3和流入总氮计4，通过信号线将它们与构成曝气风量调节器206的氨调节器40B相连，使氨调节器40B也参考流入流量和流入总氮量运算曝气风量目标值。除此之外，全部和图4同样构成。曝气风量调节器206内装微型处理器等信号处理装置，能够通过程序软件实现氨调节器40B、DO调节器30和切换判断部50的各项功能。

以下，就如上所述构成的实施例5的动作，特别是以和图4所示的实施例3结构不同的部分为重点进行说明。氨调节器40B接收安装于最初沉淀处2的出口配管的流入流量计3和流入总氮计4的信息，通过如下述(21)、(22)式的运算，算出曝气风量目标值。

$\mathrm{Qair}\left(t\right)=\mathrm{Qin}\left(t\right)\×S_{T-\mathrm{Nin}}\left(t\right)\×[c_0+{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{NH}4}\{e_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{INH}4}}{\∫}_0^t{e}_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)\mathrm{dt}\left\}\right]...\left(21\right)$

e_NH4(t)＝PV_NH4(t)-SV_NH4(t)                            …(22)

其中：

Qair(t)：t时刻的曝气风量目标值(m³/min)

Qin(t)：t时刻的流入流量计的测量值(m³/min)

S_T-Nin(t)：流入总氮计的测量值(mg/L)

C₀：氮负荷率初始值(L/mg)

Kp_NH4：比例增益(L²/mg²)

T_INH4：积分常数(min)

e_NH4(t)：偏差(mg/L)

SV_NH4(t)：氨控制目标值(mg/L)

PV_NH4(t)：氨计的测量值(mg/L)。

除了氨调节器40B不按照上述(10)、(11)式，而按照(21)、(22)式运算曝气风量目标值以外，进行和实施例3同样的动作。

采用图7所示的实施例5，由于接收流入流量和流入总氮浓度的信息，运算曝气风量目标值，因此能够迅速应对流入流量、流入水质的负荷变动，提高对氨控制的目标值的随动性，由此能够稳定地保持良好的水质。

实施例6

图8为将本发明的实施例6的结构和其应用对象一并显示的框线图，图中对和表示实施例5的图7相同的构成部件标记相同的符号，并省略其说明。本实施例中，和图7所示的实施例5结构不同之处是，设置总氮计异常判断部4j，其作用是根据流入总氮计4的输出信号，判断该设备的异常，或判断在流入总氮计4没有导入测定对象污水，该总氮计异常判断部4j输出异常信号时，构成曝气风量调节器206的氨调节器40C不使用流入总氮计4的测量值，按照和正常时不同的运算式，算出曝气流量目标值。除此以外，具有和实施例5同样构成。曝气风量调节器207内装微型处理器等信号处理装置，能够通过程序软件实现氨调节器40C、DO调节器30的功能。

以下，就如上所述构成的实施例6的动作，特别是以和图7所示的实施例5结构不同的部分为重点进行说明。氨调节器40C接收安装于最初沉淀处2的出口配管的流入流量计3和流入总氮计4的信息，进行如前述(21)、(22)式的运算，算出曝气风量目标值。与此相对，当总氮计异常判断部4j判定流入总氮计4异常时，不使用流入总氮计4的测量值，进行(23)、(24)式所示的运算，算出曝气风量目标值。

$\mathrm{Qair}\left(t\right)=\mathrm{Qin}\left(t\right)\×[d_0+{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{NH}4}\{e_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)+\frac{1}{T_{\mathrm{INH}4}}{\∫}_0^t{e}_{\mathrm{NH}4}\left(t\right)\mathrm{dt}\left\}\right]...\left(23\right)$

e_NH4(t)＝PV_NH4(t)-SV_NH4(t)                        …(24)

其中：

Qair(t)：t时刻的曝气风量目标值(m³/min)

Qin(t)：t时刻的流入流量计测量值(m³/min)

d₀：空气倍率初始值(-)

Kp_NH4：比例增益(L/mg)

T_INH4：积分常数(min)

e_NH4(t)：偏差(mg/L)

SV_NH4(t)：氨控制目标值(mg/L)

PV_NH4(t)：氨计测量值(mg/L)。

总氮计异常判断部4j不仅监视流入总氮计4仪器本身的故障和测量值的传输异常等通常的故障，而且还如下述(25)、(26)式所示，监视总氮计测量值的时间序列数据的偏差，如偏差在某个阈值以上时就判定为异常。

S_T-Nin(t)-S_T-Nin(t-Δt)＝ΔS_T-Nin(t)           …(25)

ΔS_T-Nin(t)≥S_T-Ninmax时，异常                 …(26)

其中：

S_T-Nin(t)：t时刻的流入总氮计测量值(mg/L)

S_T-Nin(t-Δt)：t-Δt时刻的流入总氮计测量值

S_T-Ninmax：总氮计偏差异常判定值。

采用实施例6，由于在流入总氮计4异常时，能自动切换到仅使用流入流量信息的(23)、(24)式，因此不会发生因传感器异常造成控制异常的情况，而且与仅使用氨计26的调节器相比，能够进行跟踪性好的控制。

此外，在由取样泵将污水导入流入总氮计4，进行测量的这类总氮计有时会因设置在配管上的过滤机堵塞而无法导入对象水。在这种情况下，就会出现测量值急速降低的现象，而测量器自身有时不能够判断出仪器异常。这时，通过监视测量值的偏差，就可以解决这一问题。

其它的实施例

上述的各实施例中，对曝气流量控制对象的工艺为A2O工艺的情况进行了说明，但本发明并不仅限于此应用，只要是例如标准活性污泥工艺、循环式硝化脱氮工艺、AO工艺、载体投入型工艺、分段流入工艺等进行曝气的污水处理工艺，无论何种工艺都能够适用。

在图7所示的实施例5或图8所示的实施例6中，将流入流量计3和流入总氮计4设置在最初沉淀处2的出口配管处，但本发明并不限于该位置，可以是最初沉淀处2的内部，也可以是最初沉淀处2的入口配管，只要是能够测量到流入处理系列中的流入流量和总氮浓度，无论在哪个位置都可以。

此外，在上述各实施例中，氨调节器以及DO调节器采用了由(5)式～(24)式表示的位置型的PI调节器，但本发明并不限于此，可以是速度型的，也可以是PID调节器，只要是能发挥跟踪控制目标值的作用的调节器，无论何种都可以。

还有，通过将如在实施例1中所述的技术，即，将氨计设置于以好氧槽12中的水流方向看，从出口部分向上游方向回溯约20～40％处的位置，并且将氨性氮浓度的控制目标值设定在约1mg/L～3mg/L的技术应用于上述实施例2～6，能够更加有效地充分地获得如下效果，即在一直保持良好的水质的基础上，减少曝气风量。

Claims (7)

1、污水处理场的曝气风量控制装置，它包括在通过具有好氧槽的生物反应槽进行水处理时，根据曝气风量目标值向前述好氧槽供给空气的曝气装置，其特征在于，包括

测量前述好氧槽内的氨性氮浓度的氨计；

测定前述好氧槽内的溶解氧浓度的溶解氧浓度计；

设定前述好氧槽内的氨性氮浓度目标值的氨控制目标设定手段；

设定前述好氧槽内的溶解氧浓度的下限值的溶解氧浓度下限设定手段；

以及曝气风量调节器，该曝气风量调节器包括为使测得的氨性氮浓度接近设定好的氨性氮浓度目标值而进行曝气风量目标值的运算的氨调节器，以及在测得的溶解氧浓度在设定好的溶解氧浓度的下限值以下时修正前述曝气风量目标值的溶解氧下限调节器。

2、根据权利要求1所述的污水处理场的曝气风量控制装置，其特征在于，前述曝气风量调节器包括前述氨调节器、以及为使测得的溶解氧浓度接近设定好的溶解氧浓度下限值而进行曝气风量目标值的运算的溶解氧调节器；根据测得的溶解氧浓度、氨性氮浓度的值、设定好的溶解氧浓度下限值、氨性氮浓度目标值，进行氨调节器和溶解氧浓度调节器的切换。

3、根据权利要求1所述的污水处理场的曝气风量控制装置，其特征在于，将前述氨计设置在以前述好氧槽中的水流方向看，从终端向上游回溯25～35％的位置，并且将氨性氮浓度的控制目标值设定为1mg/L～3mg/L。

4、根据权利要求1所述的污水处理场的曝气风量控制装置，其特征在于，具有测量前述生物反应槽的流入水量的流入流量计、和测量流入水的总氮浓度的流入总氮计；前述氨调节器也采纳分别测得的流入水量和总氮浓度运算曝气风量目标值。

5、根据权利要求4所述的污水处理场的曝气风量控制装置，其特征在于，具有对前述流入总氮计的异常作出判断的异常判断部，判定为异常时，前述氨调节器只采纳前述流入流量计的测量值信息，运算曝气风量目标值。

6、根据权利要求5所述的污水处理场的曝气风量控制装置，其特征在于，除了前述流入总氮计仪器自身的异常和传输异常硬件故障之外，前述异常判断部还以测量值的时间序列数据的偏差超过规定的阈值作为异常判断基准。

7、根据权利要求1所述的污水处理场的曝气风量控制装置，其特征在于，前述曝气风量调节器包括为使测得的氨性氮浓度接近设定好的氨性氮浓度目标值而进行溶解氧浓度目标值的运算的氨调节器，以及为使测得的溶解氧浓度接近运算所得的溶解氧浓度目标值、运算曝气风量目标值且在由氨调节器运算出的溶解氧浓度目标值在设定好的溶解氧浓度下限值以下时以溶解氧浓度的下限值作为溶解氧浓度目标值运算曝气风量目标值的溶解氧调节器。

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