CN103476711B - 对脱氮过滤器的碳源馈送进行控制的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种处理，用于优化脱氮过滤器中碳馈送。本处理利用处理变量的在线测量或离线测量与前馈和反馈控制相结合，并且基于以周期基础确定的计算重置馈送量，增加或减少所添加的碳量。计算出的重置馈送量可以是去除期望量硝态氦所需的必要碳馈送量之理论值的百分比。当出水硝态氮处于期望水平并且无需碳馈送量变化时，碳馈送量设定为一次或多次最后的过滤器运行的平均值。本处理也可以包括一种步骤，其中，紧接在反冲洗之后使碳添加提升量，以重建产生期望出水所需的生物量，在这样一种步骤中，一旦通过该增量重建了生物量，即恢复处理效率。

Description

对脱氮过滤器的碳源馈送进行控制的方法及系统

相关申请的交叉引用

本申请要求以在2011年2月14日提交的美国临时专利申请No.61/442,472为优先权，该申请的全部内容在此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明总体涉及对下流式脱氮介质过滤器或填充床过滤器的碳源馈送进行控制的方法，具体而言，涉及确定何时、隔多久、以及按何量来调节碳源馈送量的方法，以优化碳源利用并控制期望的出水(排水，effluent)质量。

背景技术

使用下流式脱氮介质或填充床过滤器从废水中去除硝酸盐。过滤器具有重力下流式填充介质床，将废水馈送通过该重力下流式填充介质床。微生物如缺氧性异养菌附着于过滤介质。随着含硝酸盐的水通过过滤器的介质，微生物利用碳源如甲醇来分解硝酸盐，并且释放氮气。如果过滤器中存在足够的脱氮生物，并且碳的供给量充足，能将出水硝态氮(NO₃-N)水平降低至期望值，并且，在许多情况下，低于1毫克/升。

当使用甲醇作为碳源时，其与脱氮的关系是已知的，如在1993年9月公布的美国环境保护局(EPA)氮控制指南(EPA/625/R-93/010)中所提及的。

反应式说明了关于硝态氮(NO₃-N)、亚硝态氮(NO₂-N)、以及溶解氧(DO)的化学计量因子，用来计算降低进水硝酸盐所需的甲醇(CH₃OH或MeOH)量以及其它碳消耗成分。对于本文披露的目的而言，术语硝酸盐、硝态氮或NO₃-N指NO₃-N或NO_x-N。NO_x-N也包括少量的亚硝态氮(NO₂-N)，该亚硝态氮通常出现在过滤器进水及出水中。

根据EPA公开，使用具有设定乘数的下列等式来说明总体甲醇需求量:

M=2.47(NO₃-N)+1.53(NO₂-N)＋0.87DO

其中:

M＝甲醇需要量，mg/L

NO₃-N=被去除的硝态氮，mg/L

NO₂-N＝被去除的亚硝态氮，mg/L

DO＝被去除的溶解氧，mg/L

对于本文披露的目的而言，根据此计算所计算出的量应视为100%的理论值。

发明内容

本发明针对一种处理，用于优化脱氮介质或填充床过滤器中的碳馈送，同时维持该处理的出水处于期望的硝态氮水平。本处理利用处理变量的在线测量或离线测量与前馈和反馈控制相结合，并且，基于计算出的重置碳馈送量使所添加的碳量增大或减小。计算出的重置碳馈送量可以以周期基础(其基于水行进通过过滤器所花费的时间)确定，并且，可以包括仪器响应时间和/或生物响应时间。计算出的重置碳馈送量可以确定为，去除期望量硝态氮所需的必要碳馈送量之理论值的百分比。当出水硝态氮浓度处于期望水平并且无需重置碳馈送量变化时，碳馈送量设定为一次或多次最后过滤器运行的平均值，或者维持相同。碳馈送化学试剂可以是甲醇，或者可以为脱氦生物所利用的任何其它合适碳源。

本处理还可以包括一种步骤，其中，紧接在反冲洗之后使碳添加提升(增量)，以重建产生期望出水所需的生物量，这是由于过滤器的反冲洗趋于从滤床清除一些生物。本处理还可以包括一旦通过该提升重建了生物量后恢复处理效率的步骤。

本处理可以与一组脱氮过滤器、单个过滤器、或具有一组或多组过滤器的系统一起使用。

附图说明

图1是具有一个过滤器的脱氮过滤系统的示意图;

图2是具有两个过滤器的脱氮过滤系统的示意图;以及

图3是本发明处理的一种实施例的流程图。

具体实施方式

利用本发明加工处理，使例如图1和图2中所示脱氮介质或填充床过滤器中的碳馈送优化，同时维持加工处理的出水具有期望的硝酸盐水平。图1示出具有一个过滤器和一个碳馈送系统的过滤系统，以及，图2示出具有两个过滤器和两个碳馈送系统的过滤系统。本加工处理利用在线测量设备进行的测量，或者利用可以离线测量的样本进行的测量。下文具体描述本发明加工处理中所使用的变量，包括进水硝态氮浓度和溶解氧浓度，它们可以在进水进入过滤器1之前的任何点处进行测量，优选在碳添加之前进行测量。在图1和图2中，这些测量可以在位置2处进行。本加工处理中还利用出水硝态氮浓度和溶解氧浓度，并且，浓度可以在出水离开过滤器之后的任何点处进行测量。在图1中，这些测量在位置4处进行。对于具有两个过滤器和两个碳馈送系统的过滤系统，如图2中所示，硝态氮分析器可以安装至一个共用出水管路上。可替代地，不同于安装在一个共用出水管路上，硝态氮分析器可以安装在各过滤器的出水管路上。

本加工处理中还利用流体通过过滤器的流量，以及，可以在系统中的任何点处测量该流量，优选的是在过滤系统的前面，图1和图2中的位置2。所有测量可以是从在线测量装置到计算机处理器的直接通信，计算机处理器能与过滤器以及任何在线测量工具通信、从它们接收输入、以及向它们发送输出，并且对它们进行控制。计算机处理器可以是PLC(可编程逻辑控制器)、PC(个人计算机)或能执行必要功能的任何计算机处理器。通过与用于这些目的的泵、进给泵4和/或甲醇进给泵6直接通信，计算机处理器还能控制对过滤器的碳添加、和/或水通过该系统的流动。通过与反冲洗泵8通信，计算机处理器还可以控制反冲洗循环的起动。

尽管本文所描述的加工处理适合用于任何类型的碳添加，将相对于作为最常用碳源的甲醇进行具体说明。其它碳源包括乙酸、乙醇、丙醇、糖、葡萄糖、糖蜜、工业废物、以及能为脱氮生物所用的其它合适的电子给予体。此外，尽管本文描述的各加工处理使用了计算机处理器，但应当理解，这些加工处理也可以不用计算机处理器，而是由人工进行必要的计算，并且，用来自在线测量工具的测量值、或者从过滤系统内的上述部位获取样本并进行离线测量得到的测量值，调节碳馈送量。

初始前馈计算:利用先前所讨论的化学计算式，可以理论上确定允许生物去除期望量硝态氮所必须的甲醇量:

M=2.47(NO₃-N)+1.53(NO₂-N)＋0.87DO

其中:

M＝甲醇需要量，mg/L

NO₃-N＝被去除的硝态氮，mg/L

NO₂-N=被去除的亚硝态氮，mg/L

DO=被去除的溶解氧，mg/L

对于本文披露的目的而言，根据此计算所计算出的量应当视为100%的理论值。由于实际操作条件、水的成分、以及其它因素，例如温度、水质、降雨事件、以及操作变化，该值可能大于或者小于由该计算式提供的标注理论量。例如，在正常的日常工作过程期间，进水硝态氮水平和过滤器水力负荷率的实质性变化很小。为了获得期望的出水，经常需要既采用前馈也采用反馈控制。

前馈/反馈控制采用上述理论甲醇计算式为基础，用于确定馈送到进水中的甲醇初始量。如果该甲醇量不足以降低出水硝态氮，可以进行调整，以按因子、百分比或者一定量增加甲醇量。相反，如果计算出的甲醇量过多，则可以减少该量。

为了杜绝过量馈送，必须注意只馈送够用的甲醇，以达到期望的出水品质。为了实现这一点，可以将期望的出水硝态氮设定为稍稍高于零，例如0.7mg/L的硝态氮。这种给定值可以由操作人员输入计算机处理器或存储在存储器中，并且可以取决于操作条件而改变。采用理论计算式，利用由在线测量装置测出的或基于离线测量由操作人员输入的进水和出水硝态氮浓度、亚硝态氮浓度、以及溶解氧浓度，计算机处理器进行计算:

甲醇＝2.47(进水处的NO₃-N-0.7mg/LNO₃-N出水给定值)＋1.53(NO₂-N)＋0.87DO

此计算式基于这样的假设:出水中没有亚硝酸盐、或具有低浓度的亚硝酸盐，而且，如果恰当控制本处理通常也会如此。

然后，相对于期望的出水硝态氮浓度，可以确定高、低两个反馈重置给定值。这些给定值基于期望如何严密地控制系统，以及，这些给定值可以由计算机处理器自动确定，或者可以由操作人员输入。在上述实施例中，可以使用1.0mg/L的反馈重置高给定值、以及0.5mg/L的反馈重置低给定值。如果出水硝态氮浓度在高、低范围给定值的区段内，不改变甲醇馈送量。如果实际出水硝态氮超过高给定值，按预定量或计算量增大甲醇馈送量。相反地，如果硝态氮浓度低于低给定值，按预定量或计算量减少甲醇馈送量。

由于脱氮所要求的甲醇量相对于理论计算式中标注的理论计算量经常会有变化，可以使用乘数或设定值加数，来补偿处理中的正常变化。例如，如下所示可以使用百分比乘数。这种乘数或加数可以存储在计算机处理器中或者由操作人员输入，并且可以与由在线测量装置给出的或由操作人员输入的特定测量相关联。此实施例描述了将115%的设定乘数用于所有分量，但也可以应用单独的乘数。

甲醇＝[2.47(进水处的NO₃-N-0.7mg/L出水给定值)×115%]+[1.53(NO₂-N)×115%]+[0.87DO×115%]

反馈控制：为了补偿效率、变化、以及可能改变效率的其它因素，乘数可以调高或调低。可以通过出水硝态氮浓度升到高于重置给定值、或降到低于重置给定值，触发该增大或减小。一且超过给定值，计算机处理器可以按因子或数值来改变百分比乘数或设定值。增大或减小的量可以为设定量，或者，按基于在线或离线测量得到的能满足加工处理需要的量。增大或减小的量可以应用于整个系统、系统的一部分、一组指定过滤器、或一组过滤器里的单个过滤器。对于过滤系统，例如图2中所示的具有一个以上过滤器的过滤系统，增大或减小的量，对于所有过滤器可以相同，或者，对于各过滤器或过滤器组也可以不同。

如上所述，甲醇馈送因子的增大或减小可以是百分比或固定数值。也可以是设定值或由计算导出。例如，在高极限或低极限重置期间，允许的增大或减小可以设定为2%。如果2%极限用于上述实施例，当超过高给定值时，百分比馈送将增大至117%，以及，当没有达到低给定值时，馈送因子将减小至113%的值。为了更易响应，对于超过高极限或低极限的情况，可将允许的甲醇馈送量变化设定为0.1%或更高。这些值可以相同地设定或独立地设定。

下面的反馈控制实施例关于甲醇供料不足(即，未超出高给定值)的情况、以及甲醇过量(即，未达到低给定值)的情况:

反馈控制(过量)

反馈控制(供料不足)

以上所示的控制重置高、低极限被用作“边界条件(clamp)”，以对处理加以限制。它们可以存储在计算机处理器的存储器申，或者可以由操作人员输入，以及，可以设定为取决于测得的变量而自动改变。

重置时间的计算以及控制：可以以预设间隔或者以满足加工处理所需要的间隔，进行增大或减小的重置。

重置间隔可以由计算机处理器基于总时间进行计算，水从进水流的预定点处、行进到出水流中采集水样进行测量的点或在线测量点处，其间所花费的时间(停留时间)是该总时间。预定进水点可以是甲醇注入点。计算机处理器必须供以或者具有必要的信息，以计算一个或多个过滤器元件的面积、在该一个或多个元件的流量、进水管道中的水体积、经过介质的水体积、介质中的水体积、出水管道和通道中的水体积、样品测量时间、以及关于联机仪器的任何仪器响应时间。

除了停留时间之外，还可以使用附加因素来计算生物响应时间。此值可以凭经验或者由已知的生物动力学计算导出。将停留时间作为因素计入，所计算出的总时间可以用作“重置响应时间”。

下面是计算机处理器如何计算重置响应时间的实施例，适用于表面积为500平方英尺的典型过滤器、孔隙体积为40%的6英尺介质，以及:

重置响应时间＝系统中的总水体积(加仑)/流量(加仑/分钟)

对于1,000加仑/分钟的流量，总停留时间计算为29分钟。

29,000加仑/1,000加仑每分钟=29分钟

对于仪器响应时间，可以加入附加时间，例如，2分钟，导致自甲醇馈送调节时刻开始至少31分钟的响应时间，这会与预期看到结果的时间产生差异。

在此实施例中，进水/出水管道、进水通道、以及介质中的水都是固定体积。经过介质的水可能是可变体积，其体积在操作过程期间实质性变化。可以根据过滤器液面传感器和过滤器横截面积(由操作人员输入)以及联机过滤器数量，计算该经过介质的水。

流量可以是固定的，但经常是变数，并且易受昼夜波动的影响。考虑此变化性，计算出的重置碳馈送量利用实际测得处理值，由于其允许针对变化的条件进行适当响应，因而是对设定重置碳馈送量的改进。为了计算流动变化性，计算机处理可以使用下列计算式来不断更新总停留时间。参见下列计算:

$T=\frac{A\×\frac{1}{n}\×\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(L_n-h)+V1+V2+V3}{F}$

其中:

V1=甲醇给料点与出水硝态氮感测点之间的进水以及出水管道体积(立方米)

V2＝进水通道体积(立方米)

V3＝介质中的水(立方米)＝面积(平方米)×h(米)×v×n，其中h是介质高度，以及，v是介质的孔隙百分比

A＝使用中的过滤器的总面积(平方米)

n=使用中的过滤器的总数

L_n=过滤器n中的水位(米)

F＝流量(立方米/分钟)

如先前所提及的，对于给定过滤系统，V1和V3是常数。使用介质面积(其为常数)、介质高度、介质孔隙百分比、以及联机过滤器数量，计算机处理器可以计算V3。流量可以由在线感测装置确定并传送给计算机处理器。

除了停留时间的变化性之外，必须及时提供给定生物量，以响应加工处理的变化。此“生物响应时间”或者反应时间可以是基于经验观察或者理论计算，该理论计算考虑了:温度、期望的出水硝态氮浓度给定值与测量到的出水硝态氮浓度之间的差值、设施运行的总效率、水力负荷、生物成熟(thematurityofthebiology)、硝酸盐负荷量、期望的硝酸盐去除量、碳源的总体动力学、预处理系统的独特处理方面、以及其它潜在未知因素。下面是计算机处理器用来计算停留时间的计算实施例，其中包括5分钟的设定附加时间，将此设定附加时间加入计算中，以计入生物响应时间和其它变化性。

重置碳馈送量的计算以及控制：对于如上面反馈控制部分中详述的甲醇馈送量(methanolfeedrate)变化设定量，替代方案为：可以由计算机处理器利用实际处理条件来计算甲醇馈送量变化。可以将单元或系统操作作为因素计入，以提供关于单元操作效率的百分比。采用该百分比，计算机处理器可以计算将甲醇馈送量调节到什么程度。

下文给出必须传送给计算机处理器的必要变量以及从何处进行传送，还给出了各变量的值，各变量的值用来提供由计算机处理进行的计算实施例。

使用理论计算式，计算机处理器可以计算:必须的甲醇添加(M_SP)，以达到出水硝态氮浓度给定值，在本实施例中，14mg/L(进水中15mg/L-出水中1mg/L的给定值);以及，以当前馈送速度得出的实际添加量(M_A)，本示例中为110%的理论值。

M_SP或M_A=[2.47×(进水处15mg/L的NO₃-N-出水给定值1.0mg/L)]+[1.53×0.2NO₂-N]+[0.87×6mg/LDO]×(100%或110％)

达到给定值所要求的计算甲醇(M_SP)＝40.11mg/L

110%理论碳馈送量下甲醇实际馈送(M_A)＝44.12mg/L

然后，基于进水硝态氮含量和出水硝态氮含量(其由在线传感器测量并传送给计算机处理器、或者由操作人员基于离线测量输入)，使用理论计算式，计算机处理器可以确定计算式表明的脱除被实际脱除硝态氮量所需要的甲醇量(M_C)。在本实施例中，脱除了11mg/L的硝态氮(进水中15mg/L-出水中4mg/L)。以100%的理论甲醇添加计算，在其它所有情况等同的情况下，仅仅脱除11mg/L，基于上述情况，需要的甲醇将只有32.70mg/L：

M_C＝[2.47×(进水处的15mg/LNO₃-N-出水中4.0mg/L)]+[1.53×0.2NO₂-N]+[0.87×6mg/LDO]

脱除被实际脱除甲醇量的计算甲醇(M_C)＝32.70mg/L

然后，通过将“脱除被实际脱除硝态氮量应当需要的计算甲醇量”与“实际用来脱除被实际脱除硝态氮的甲醇量”比较，计算机处理器能计算实际甲醇利用效率、近似处理效率。在本实施例中，分别为32.70mg/L以及44.12mg/L。

甲醇利用的实际百分比(近似处理效率)=M_C/M_A

32.70/44.12＝74%处理效率，或者，约134.9%的理论利用率

然后，仅使用理论计算式的硝态氮部分，计算机处理器可以计算馈送多少额外甲醇(M_ADD)，以便脱除额外硝态氮而达到出水硝态氮给定值。在本实施例中，出水中有3mg/L(测得的4mg/L-1mg/L给定值)的超量硝态氮:

M_ADD=3mg/L硝态氮×2.47×134.90%=10.0mg/L

计算机处理器将此额外甲醇量(M_ADD)加到当前正在被馈送进系统的量(M_A)，以确定达到出水硝态氮给定值所需的总甲醇量(M_T)。在本实施例中，对应110%馈送量添加10.0mg/L：

M_T＝M_A＋M_ADD=44.12＋10.0＝54.12mg/L

计算机处理器将此总甲醇值(M_T)与理论计算式表示为达到出水硝态氮给定值所需的甲醇量(M_SP)比较，以确定在当前运行条件及效率下为达到给定值实际需要的理论值百分比。

要求馈送量:M_T/M_SP=54.12/40.12=134.9%

然后，计算机处理器与甲醇馈送泵通信，以增大甲醇含量达到此馈送量，在本实施例中导致24.9%升高(134.9%要求馈送-110%当前馈送)。

基于设定的重置响应时间或者如上所述由计算机处理器计算的重置响应时间，计算机处理器按时间间隔重复这些计算并重新调整甲醇馈送量，直至出水硝态氮浓度下降到上文反馈控制部分所述的高反馈控制重置给定值以下。在下降到该给定值以下之后，理论百分比将自动恢复末次平均值，如下文所述，并且脱离反馈控制，直至出水硝态氮浓度再次落到高、低反馈控制重置给定值之外。

虽然先前讨论集中于出水硝态氮浓度超过高给定值的情形，但在出水硝态氦浓度低于低给定值时，计算机处理器利用相同的计算式，并遵循相同的逻辑，以降低馈送量。

当出水硝态氮浓度在高、低反馈控制重置给定值之间并且不需要重置时，基于如下文所述的末次反冲洗，由计算机处理器计算的理论甲醇消耗平均百分比，对甲醇馈送量进行控制，或者维持不变。

基于脱氮负荷的理论百分比及运行时间预测：在各过滤器运行期间，从一个反冲洗循环运行至下一反冲洗循环，计算机处理器将保持运行累加，将“被脱除的总硝态氮”，与“如果加工处理以100%的理论条件工作时应当被馈送进系统的甲醇所脱除的硝态氮理论量”相比较。此值包括用于溶解氧部分所必须的甲醇量。

$P=\frac{{\∫}_{\mathrm{To}}^{\mathrm{Tf}}\mathrm{MeOH}\×\frac{F}{n}\×\mathrm{dt}}{{\∫}_{\mathrm{To}}^{\mathrm{Tf}}\{(N_i-N_e)\×2047+{\mathrm{NIT}}_i\×1.53+({\mathrm{DO}}_i-{\mathrm{DO}}_e)\×0.87\}\×\frac{F}{n}\×\mathrm{dt}}$

符号	代表	由哪里传送给计算机处理器
			P	甲醇消耗的理论百分比
Ni	即时进水硝态氮浓度	在线测量传感器
			Ne	即时出水硝态氮浓度	在线测量传感器
NITi	即时进水亚硝态氮浓度	在线测量传感器
			DOi	即时进水深解氧浓度	在线测量传感器
DOe	即时出水深解氧浓度	在线测量传感器
			MeOH	即时甲醇剂量	甲醇添加泵
F	流量	在线测量传感器8 -->
			n	使用中的过滤器数量
t	时间	计算机处理器内部时钟
			T0	反冲洗之后的即时时刻	计算机处理器存储器
Tf	下次反冲洗之前的时刻

T_f可以是设定时间周期，由操作人员输入或者存储在计算机处理器存储器中，或者，可以通过比较“被脱除的被脱除硝态氦的当前累积量”以及“硝态氮负荷率的当前量”与“根据过去n次运行的被脱除硝态氮的平均累积量”，计算T_f。可以由操作人员选择用来确定被脱除的平均总硝态氮的先前运行的总数。

$t=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Ni}\×t_i)}{n\×N}$

其中:

t=预测的过滤器运行时间

t_i＝第i次过滤器运行的运行时间

Ni＝先前第i次运行中被脱除硝态氮的累积量

n＝先前运行的次数

N＝当前运行中被脱除硝态氮的累积量

关于先前运行中被脱除硝态氮的累积量，Ni，可以由计算机处理器在运行期间使用下列计算式进行计算，并存储在计算机处理器存储器中:

$N=\underset{T_0}{\overset{T_f}{\∫}}(N_i-N_e)\×\frac{F}{n}\mathrm{dt}$

其中:

N＝被脱除硝态氮的累积量

N_i＝即时出水硝态氦浓度

N_e=即时出水硝态氮浓度

F=流量

n＝使用中的过滤器个数

t=时间

T₀=反冲洗之后的即时时刻

T_f＝启动下次反冲洗之前的时刻

关于当前运行中被脱除硝态氮的累积量，N，使用相同计算式确定，其中T_f是当前时刻。

作为用于操作人员的诊断工具，被脱除硝态氮的总量可以显示为“先前运行循环负荷”，并且，将其与如美国EPA氮控制手册中所描述的负荷理论量比较。

先前单次或多次过滤器运行的平均效率P，可以用作一种标识，此标识表示当前以及过去完成的过滤器运行与累积平均相比较状况如何。被平均的比较过滤器运行的总量可以由操作人员选择，并且，这些值可以由计算机处理器显示。例如:

计算机处理器将不断更新有关当前运行的平均效率，直至使本单元脱机进行反冲洗。当因除反冲洗之外的其他原因使该过滤器脱机时，平均效率将保持不变，直至该单元恢复过滤。此时，计算机处理器将恢复更新平均效率。

当出水硝态氮浓度在高、低反馈控制重置给定值之间，并且还不需要重置时，甲醇馈送量设定为关于前次运行或过去若干次运行的平均效率值，或者维持相同。用来确定平均值的运行次数可以是由操作人员选择的。

为了防止过滤器、过滤器组、或者系统出现“失控事件”(在这种失控事件中，变化的百分比或量连续增大或减小而超出合理限制(零甲醇输出或达到最大甲醇输出值))，可以构造一组高、低极限，以提供防护措施，使得本处理不会被测量故障或其它异常所连累。使用百分比乘数时的极限可以是:

关于甲醇消耗的最大允许乘数=101%或更高

关于甲醇消耗的最小允许乘数=99%或更低

可以计算并显示累积平均运行循环负荷(CARCL)，用作正常操作期间被脱除硝酸盐负荷的标识。这使用下面的计算式计算: $\mathrm{CARCL}=\frac{1}{A}\×\underset{T_0}{\overset{T_f}{\∫}}(N_i-N_e)\×\mathrm{Fdt}$

N_i＝即时出水硝态氮浓度

N_e=即时出水硝态氮浓度

F＝流量

t=时间

T₀＝反冲洗之后的即时时刻

T_f＝启动下次反冲洗之前的时刻

A＝使用中的过滤器的总面积

累积平均运行循环负荷将基于最后50次或用户可选数量的过滤器运行的平均值。以及，典型显示可以如下所列:

反冲洗之后碳馈送量的提升控制：有另外一些时段，在该时段内要求比由理论计算加上上述附加量所表示量更多的甲醇。这些时间段之一的情形是紧接在反冲洗之后。操作数据提示，反冲洗既扰动又清除一些脱氮生物量。操作数据还提示，反冲洗之后所增加的甲醇增大量提供了额外的碳，需要这些碳以促进被清除生物量的重建和再生长。

如上所述的计算也能用来计算紧接在反冲洗之后的必要甲醇馈送量，但操作经验提示，以刚好在反冲洗之前所施加理论甲醇馈送量的百分比来重建过滤器操作，通常不足以重建失去的生物量。为了适应这种状况，对完成反冲洗的该过滤器或过滤器组进行预定量的“反冲洗之后增量”，起到促进满足加工处理要求所需生物量重建的作用。

为了实现这一点，计算机处理器可以使用末次过滤器运行之前的平均理论效率为基础，并且用具有预定量或计算量的额外甲醇补充该值。此补充量可以是附加百分比或人工设定数值。

操作经验表明，对于如先前所述使过滤器加入控制过程之前生物量再生长所花费的时间段，增加的量是必须的。生物量再生长所需的时间可以是由操作人员输入的一组值，或者可以是计算机处理做出的计算结果。甲醇的提升量取决于所采用反冲洗方式的强度。下面说明一种实施例。观察到:在12℃下，3分钟的空气，8分钟的气水混合(其中5标准立方英尺每分钟/平方英尺(SCFM/ft²)的空气、7加仑每分钟/平方英尺(gpm/ft²)的水)，以及9分钟只用水，以上述方式进行反冲洗，紧接其后，需要额外20%的甲醇。基于这种或其它经验导出值，使用下列计算式，计算机处理器可以基于由在线传感器确定的系统温度，来确定应当提升的甲醇馈送量:

提升的百分比＝a^12-T×20%

其中:

a=阿雷尼厄斯(Arrhenius)系数，并且，对于固定膜式脱氦过滤器，其值在1.03与1.09之间

T＝温度(℃)

关于甲醇提升所需的时间也可以由计算机处理器计算。生物量再生长所要求的时间接近于微生物加倍的时间，并且可以如下计算:

$\frac{\mathrm{dX}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{\μX}$

$t=\frac{\mathrm{Ln}\left(2\right)\×24}{\mathrm{\μ}}$

其中:

X＝生物量-生物量密度(克/立方米)

t＝生物量再生长时间(小时)

μ＝生物量特定生长速度(/天)，与温度有关

Ln＝自然对数

为方便实现这种功能，可以使用附加甲醇输送泵，其带有一组螺线管、自动阀、人工阀、或其它装置，使得甲醇的提升(增量)仅仅针对刚完成反冲洗的过滤器。对其它运行过滤器、过滤器元件或工厂其余部分的正常补充，将继续接收如先前描述的甲醇量。

图3示出本发明加工处理的一种实施例的流程图，既应用了计算的碳馈送量，也应用了本文所述的反冲洗之后提升。

Claims (24)

1.一种自动方法，用于在脱氮处理中对外部碳源调剂供给及控制，该脱氮处理用于具有流入水流、流出水流、以及容留有微生物的过滤床的废水过滤系统，所述方法包括：

a)以预定馈送量向所述废水提供含碳化学试剂；

b)基于进水成分值、进水流量、以及期望出水值，计算起始碳馈送量；

c)为出水硝态氮浓度设定高给定值和低给定值；

d)测量实际出水硝态氮浓度；

e)基于周期基础，比较所述实际出水硝态氮浓度与期望的给定值，其中，从流入水流中测量进水硝态氮浓度的点到所述流出水流中测量出水硝态氮浓度的点，该废水流过所述过滤系统，所述周期基础由上述废水流过所述过滤系统的时间确定；

f)当所述出水硝态氮浓度下降到所述低给定值之下，或在所述高给定值之上时，改变所述碳馈送量，其中，按照用户输入量或者基于处理效率的计算量，改变所述碳馈送量；以及

g)依照流体停留时间、仪器响应时间、生物响应时间、或其组合确定提供适当时间，以使碳馈送量调节生效并且被测量到。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定馈送量是去除期望量硝态氮所必须的计算理论量，其中，基于进水流量、进水硝酸盐和亚硝酸盐浓度、进水溶解氧浓度、以及期望出水硝酸盐浓度，确定所述计算理论量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，计算出的碳馈送量变化，被确定为去除期望量硝态氮所需的必要碳馈送量之理论量的百分比。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述流入水流中的测量点是注入所述含碳化学试剂的点。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，基于流体停留时间、仪器响应时间、生物响应时间、或其组合的时间量，使所述周期基础增加。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述出水硝态氮浓度处在所述高给定值与所述低给定值之间时，将所述碳馈送量设定为一次或多次先前过滤器运转的平均馈送量，或维持相同馈送量，过滤器运转定义为反冲洗之间的工作时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过滤系统包括多于一个的过滤床，并且，将本处理单独地应用于各过滤床。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过滤系统包括多于一个的过滤床，并且，将本处理应用于作为整体的所述过滤系统。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，采用了一种计算机处理器，其具有存储器，并且能与所述过滤系统以及在线测量工具通信、从其接收输入、向其发送输出、并且对其进行控制。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含碳化学试剂是甲醇、乙酸、乙醇、丙醇、糖、葡萄糖、糖蜜、工业废物、以及其它能为脱氮生物所用的电子供体。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将碳馈送量的实际效率与去除期望量硝态氮所需的必要碳馈送量之理论值比较，确定计算出的碳馈送量变化。

12.一种自动方法，用于在脱氮处理中对外部碳源调剂供给及控制，该脱氮处理用于具有流入水流、流出水流、以及容留有微生物的过滤床的废水过滤系统，所述方法包括：

a)以预定馈送量向所述废水提供含碳化学试剂；

b)基于进水成分值、进水流量、以及期望出水值，计算起始碳馈送量；

c)为出水硝态氮浓度设定高给定值和低给定值；

d)测量实际出水硝态氮浓度；

e)比较所述实际出水硝态氮浓度与期望的给定值；

f)当所述出水硝态氮浓度下降到所述低给定值之下，或在所述高给定值之上时，改变所述碳馈送量，其中，按用户输入量或按基于处理效率的计算量，改变所述碳馈送量；

g)依照流体停留时间、仪器响应时间、生物响应时间、或其组合确定提供适当时间，以使碳馈送量调节生效并且被测量到；

h)紧接在反冲洗之后，提升化学试剂馈送量至预定水平并且持续预定时间，足以使生物能再生长至反冲洗前水平；以及

i)在使所述化学试剂馈送量提升预定时间之后，返回至步骤a-g中所描述的对所述系统的碳源控制。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述碳馈送量被提升量是设定量，或者由温度以及其它因素的函数确定。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，提升的碳馈送量的应用时间是设定量，或者基于加倍微生物的时间计算。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述过滤系统包括多于一个的过滤床，以及，使用辅助碳馈送系统，使提升碳馈送量只应用于刚刚完成反冲洗的单独的过滤床。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述预定时间之后，通过断开所述辅助碳馈送系统，使已经应用了提升碳馈送量的所述单独过滤床回复到其它过滤床采用的当前碳馈送量。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，采用了一种计算机处理器，其具有存储器，以及，能与所述过滤系统以及在线测量工具通信、从其接收输入、向其发送输出、并且对其进行控制。

18.一种自动方法，用于在脱氮处理中对外部碳源调剂供给及控制，该脱氮处理用于具有流入水流、流出水流、以及容留有微生物的过滤床的废水过滤系统，所述方法包括：

a)以预定馈送量向所述废水提供含碳化学试剂；

b)基于进水成分值、进水流量、以及期望出水值，计算起始碳馈送量；

c)为出水硝态氮浓度设定高给定值和低给定值；

d)测量实际出水硝态氮浓度；

e)比较所述实际出水硝态氮浓度与期望的给定值；

f)当所述出水硝态氮浓度下降到所述低给定值之下，或在所述高给定值之上时，改变所述碳馈送量，其中，按用户输入值或基于处理效率的计算量，改变所述碳馈送量；

g)依照流体停留时间、仪器响应时间、生物响应时间、或其组合确定提供适当时间，以使碳馈送量调节生效并且被测量到；

h)紧接在反冲洗之后，将所述化学试剂馈送量提升至预定水平并且持续预定时间，足以使微生物能再生长至反冲洗前水平；以及

i)使所述化学试剂馈送量提升预定时间之后，在提升碳馈送量应用完成之后，使所述碳馈送量回复至一次或多次先前过滤器运转的平均馈送量，过滤器运转定义为反冲洗之间的工作时间。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述过滤系统包括多于一个的过滤床，以及，使用辅助碳馈送系统，使提升碳馈送量只应用于刚刚完成反冲洗的单独过滤床。

20.根据权利要求19所述的方法，在所述预定时间之后，通过断开所述辅助碳馈送系统，使已经应用了提升碳馈送量的所述单独过滤器回复一次或多次先前过滤器运转的平均馈送量。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，采用了一种计算机处理器，其具有存储器，并且能与所述过滤系统以及在线测量工具通信、从其接收输入、向其发送输出、并且对其进行控制。

22.一种对过滤系统的碳添加进行控制的系统，该过滤系统具有流入水流、流出水流、以及容留有微生物的过滤床，所述系统包括用于给所述进水提供碳的化学试剂源的两个系统，其中，第一系统提供将出水硝态氮浓度降低至期望水平所必须的碳量，以及，紧接在所述过滤系统完成反冲洗循环之后，第二系统提供碳的增量至预定水平并且持续预定时间，足以使生物能再生长至反冲洗前水平。

23.根据权利要求22所述的系统，进一步包括计算机处理器，用于对提供碳的化学试剂源的两个系统进行控制。

24.根据权利要求22所述的系统，其中，所述过滤系统包括多于一个的过滤床，以及，所述第二系统能够仅仅对刚完成反冲洗的过滤床提供碳源的增量。