CN1185173C - 活性污泥法中控制进行澄清的污泥的停留时间的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在采用活性污泥处理废水的过程中，控制污泥澄清停留时间以便确保处理质量、可靠性与经济效益的方法，它包括将活性污泥从澄清步骤循环到生物釜，其中，污泥循环速率根据代表流经装置的水的通过量(Q_t)的信号进行变化以获得恒定的循环污泥浓度(C_r)并确保污泥澄清的停留时间(RT)低于临界值(RT_max)。

Description

活性污泥法中控制进行澄清的污泥的停留时间的方法及装置

本发明涉及对按照活性污泥法处理废水所进行的改进。更确切地，本发明涉及用于控制在通过活性污泥处理废水的方法中的澄清过程中污泥的停留时间的方法和装置，包括将活性污泥从澄清级循环到曝气级。

公知的是，在活性污泥方法中，污泥回收在净化站的整体操作中属于敏感单元。二级澄清池的作用包括从所处理的水中分离污泥，为此，污泥浓缩级在此净化站中是必不可少的。该浓缩级要求对澄清池中的污泥限定停留时间，而如果不控制该停留时间，该方法会失去控制，产生机能不良的必然结果。

停留时间太长首先导致缺氧条件，伴有立刻的潜在脱氮作用并在澄清池表面出现浮沫。其次，污泥进入厌氧条件，其后果对水系统和污泥处理影响通常是灾难性的，这是由于此时有利于丝状微生物的生长，在整个装置上导致发泡问题和低劣的絮凝体沉降问题(Mohlman指数增加)。随之，在水力浪涌下污泥外流的危险增加。此外，厌氧条件完全不适于生物脱磷过程，此时，磷释放到澄清池中导致排放立刻偏离技术要求。这些现象是水系统主要故障的特征。与此同时，从直接的经济观点出发，当絮凝体沉降性能低劣时，无论采用何种处理系统，污泥处理均达不到最佳。污泥处理系统的设备操作时间延长，固体含量降低并且对于相同质量的所处理的干物料而言，所提取的污泥体积立即增加。

因此，污泥在澄清级内的停留时间必须受到限制，这可能导致水处理出现故障。对通过延长曝气操作的活性污泥法，该限制约为2小时。在中等或高负荷的情况下，停留时间更短。

另一方面，澄清时过短或过于变化的污泥停留时间对污泥处理系统也可能是一个限制因素。这是因为当从循环管线提取污泥时，它导致对特定的浓缩和脱水结构不适宜的污泥浓度。这通常发生在设有通过排放进行浓缩的结构的小规模和中等规模的装置上。进入此类装置入口处稀释污泥导致捕获率不足或对絮凝聚合物的过量投放的需求，这有引起堵塞的危险。这些调节设备的负荷的变化往往导致与对初始调节操作期间预定的操作条件的改变有关的故障，如蠕动或堵塞。排放筛或台的最小容许浓度为约6g/l。这类装置所承受的负荷的变化为约10％到20％。这些对浓度(该浓度相应于在污泥井中碰到的浓度)的条件直接与对澄清过程中的最小停留时间的约束相关。该最小停留时间本身依赖于污泥的沉降性能。

因此，保持并控制进行澄清过程中污泥的平均停留时间对确保处理的质量、可靠性和经济性是最重要的。这正是本发明旨在解决的技术难题。

在水处理技术领域，关于活性污泥循环的作用，可将净化站内的循环分为两类：

●将污泥从澄清池返回曝气池的循环：目的是再循环部分生物污泥

  以便不致耗尽曝气池的净化物质；

●在具有缺氧池和曝气池的站内存在的混合液的循环；它们从富含

  硝酸盐的曝气池回收污泥以将污泥带入缺氧区以便脱氮作用能够

  减少排放物的含量。

形成本发明主题的方法涉及将活性污泥从澄清池循环到曝气池。考虑到活性污泥从澄清池循环到曝气池的不同方案构成水处理领域技术人员的传统技术知识的一部分，对此不再描述。关于这一点，读者可参考《水技术手册》(Mémento Technique de l’Eau，Ninth Edition)，第九版(1989)。

现下面阐述水处理中操作活性污泥循环的一般原则。

适于污泥循环的操作的对象必须满足以下标准：

●防止澄清池中污泥经历厌氧生活以降低发生任何故障的危险；

●使站的操作模式适合操作中碰到的条件(系统中的污泥质量、污

  泥沉降性能、降雨等)以便特别防止污泥床外流；

●操作总污泥质量在生物池和澄清池之间的分布以便加强生物处理

  可靠性。

参考附图1。图1表示建立污泥流量平衡的示意图，图中曝气池由1表示，澄清池由2表示。

从澄清池2进入曝气池1的污泥的循环率定义为循环流量与站的通过量的比值：

τ_rec＝Q_r/Q_t

式中τ_rec表示循环率(0＜τ_rec＜1)

Q_r表示循环流量(m³/h)

Q_t表示通过量(m³/h)。

这一循环率由现场碰到的条件确定。它循环流入和流出澄清池的污泥流量的总体平衡：

(Q_t+Q_r)×C_as＝Q_r×C_r

其中，C_as为曝气或生物池内的污泥浓度(g/l)

C_r为循环污泥浓度(g/l)。

在此忽略了储存项，如同对处理后的水的排放出流的处理。

这一方程用于计算循环率τ_rec：

τ_rec＝Q_r/Q_t＝C_as/(C_r-C_as)。

C_as是能够直接在曝气池内测量的操作参数。对C_r必须进行控制以满足对污泥在澄清池内的停留时间的要求，这是由于经验表明，污泥停留时间与表示污泥沉降和浓缩性能的Mohlman指数关联，也与曝气池内或生物池内的污泥浓度和循环污泥浓度关联。在这些变量之间已建立了如下关联式：

RT/60＝(C_r MI/1000)³-(C_as MI/1000)³

其中，RT为澄清过程中污泥的停留时间(分)

MI是Mohlman指数(ml/g)。

这一公式是用于自动化循环操作逻辑方法的参考关系式，它基于由ATV(ATV Standard，A 131.(1991)；“Dimensioning of single-stageactivated sludge plants upwards from 5000 total inhabitants andpopulation equivalents”，Abwassertechnische Vereinigung e.V.，St.Augustin)发表的同类型公式。

$C_r=\frac{{1000}^3\sqrt{\mathrm{RT}/60}}{\mathrm{MI}}$

如果Mohlman指数的大小不代表污泥沉降不充分的事实，可以安全的方式定义沉降指数I_s，然后用在这些公式中。

I_s是未稀释的沉降指数(ml/g)。

实践上，澄清过程中污泥的最大容许停留时间仅取决于站的物料负荷。作为说明性内容，对低负荷，它大约为120分钟；对高的负荷，它可降低到40分钟。

对于给定的负荷，由于沉降指数和曝气或生物池内的污泥浓度是操作参数，因此有可能确定循环污泥浓度的设置值；该设置值总体上符合澄清过程中的最大容许停留时间这一与水处理可靠性有关的约束。

所确定的循环率由此将是曝气池中污泥浓度的函数，并且间接地是污泥沉降指数和站中物料负荷的函数，换句话说，是现场碰到的操作条件的函数。因此，这一循环率可表示为：

τ_rec＝Q_r/Q_t＝C_as/(C_r，set-C_as)

其中C_r，set＝1000/MI(RT_max/60+(C_asMI/1000)³)^1/3；

C_r，set为循环污泥浓度的设置值(g/l)；

RT_max是澄清过程中污泥的最大容许停留时间(分)。

实际上，为严密起见，有必要利用进入污泥处理系统的提取污泥的流量完成平衡方程。这个量有时对小装置的流出量可能是主要的。

(Q_t+Q_r)×C_as＝(Q_r+Q_ext)×C_r，set

其中Q_ext是提取流量(m³/h)。

由此，计算出的循环流量为：

Q_r＝[(Q_t×C_as)-(Q_ext×C_r，set)]/(C_r，set-C_as)。

现在叙述与在通过活性污泥处理水的领域内回收污泥相关的目前公知操作方法。

通常，采用两种操作方法：

●循环流量恒定，其大小为站的预定日废水流量的100-150％。超过

  该通过量的限度，循环设备可能必须加强；

●循环流量以正比的方式随进入的流量变化。

为使循环率成比例，设备的操作以固定流量继续进行，或者通过从动于日程安排或循环计量装置而切分。对大的装置，存在特定的调节机制，它们组合使用用于捕集通过量、循环流量、曝气池内和循环线路中的污泥重量、污泥层高度和出口处浊度的收集器。

良好操作的循环有利于高品质污泥和水的澄清。污泥不得储存在澄清池内以防止发酵。操作期必须总是比澄清池刮泥桥的旋转时间长或至少基于非谐波频率进行操作。

若对污泥浓度进行调节并且若循环受到良好操作，则污泥层是不可见的且不能被Secchi盘检测到：污泥层处在1m以上深处。

现有技术的这些操作方法具有以下缺点：

1-以固定流量或从动方式进行的传统的循环操作方法仍然依赖于平均循环率的确定，因此依赖于与操作条件有关的控制设置。通常，有效循环率在装置尺寸设计和投产时就已确定。除了在故障时(典型实例：观察到污泥床泄漏，直接的反应是增加循环率。不幸的是，这种操作反应发生得太迟了)，仅在极少数情况下对它们重新调节。其中一个重要的操作规则是当测量曝气池中的Mohlman指数和/或污泥浓度时，重新循环率并随之调整设置值。除了这一主要缺点外，通过固定流量进行的循环操作具有未充分考虑所遇到的水力事件的缺点。高峰操作极少按照日变化状态(工作日或周末)进行调节，不同季节工作状态也按照相同方式被处理(夏季，雨季，临时活动(葡萄收割等))，而由下雨天气造成的强制操作对时间、对事件的环境(突然或有规律的、短期或持久的降雨)未予以考虑。

2-从动于流量的操作方法在本领域显得更为合适。然而，从严格的观点看，看来迄今仍未考虑曝气池/澄清池系统内的污泥转移动力学。这是由于系统响应缓慢并受到缓冲作用而被减弱，对快速事件的反应不能由正比于激励的作用进行简单控制。

3-最后，循环设备的操作方法通常被切分，而对设置值的调整往往导致切分频率与澄清池刮泥桥的旋转时间相一致。所谓非谐波频率不再被遵守，并且循环的污泥仍然来自于澄清池底部的相同区域。这是由于因污泥层的相对致密度限制了通过朝向污泥井的抽吸而进行的污泥的均匀回收，所以刮泥器具有主要地破坏结构的作用。刮泥器的通道使污泥层局部流态化并在开动循环泵时促进对新被破坏结构的污泥的回收。在谐波频率(例如对刮泥桥旋转时间为30分钟而言，操作15分钟，停车15分钟)，污泥回收仅在澄清池的某部分有效。

对污泥循环的不合适的操作面临下述危险：

a)-过度循环

过度循环所引起的危险是在对要处理的通量(不良沉降)起分布器作用的沉降器(″clifford’)的内“裙”内的过高速度和水/污泥界面上的不平衡：污泥泵送速率将比颗粒沉降速度高得多，由此产生水力短路。此外，过高的循环液量使循环管线内的污泥浓度降低，这可能对污泥处理系统的进料造成限制。

b)-循环不足

循环不足所引起的危险与可能的不受控制的脱氮有关，并与进入澄清池内厌氧条件的污泥有关(释放磷、促进丝状微生物和气泡的生长等)。澄清池周期性地转变为污泥储存器和浓缩器。

c)-具有非谐波频率的切分循环

这种危险与循环不足的危险相同，但通过建立其停留时间长的未回收污泥区或袋而受到较少关注。

对具有抽吸桥的澄清池，循环流量绝不能

-低于消除虹吸作用的流量

-使在吸管上的负荷损失不平衡(这密切依赖于底部污泥浓度的分布)。

考虑到现有的操作活性污泥循环的策略不令人满意，本发明目的是提供对这种循环进行自动操作的方法，旨在对在活性污泥法中进行二级澄清的污泥的停留时间进行控制。其首要的目标是将澄清池内的污泥的停留时间限制在低于最大限度，目的是使水处理可靠。其第二个目标是通过在循环线路中保持恒定浓度，促进对采用例如排放设备的污泥处理系统的操作。

因此，本发明的主题是一种在通过活性污泥处理废水的方法中控制澄清过程中污泥的停留时间的方法，它包括活性污泥从澄清级到生物池的循环，其特征在于，改变污泥循环流量Q_r以维持恒定的循环污泥浓度C_r，与此同时确保澄清过程中污泥的停留时间RT小于临界值RT_max。

根据本发明的一个实施方法，根据代表流经装置的水的通过量Q_t的信号改变污泥循环流量Q_r，以限制澄清级内的污泥停留时间。

根据另一个实施方法，当代表流过装置的水的通过量的信号的有效性不能得到认可时，根据操作水处理站的低效(repli)操作方式对污泥循环进行控制。

根据实施本发明方法的另一个方法，根据通过位于循环线路中的传感器所获得的代表循环污泥浓度C_r的信号改变污泥循环流量Q_r，该信号被输送到一自动逻辑工具，该自动逻辑工具根据所接收的信号的变化将循环流量Q_r改变以使循环污泥浓度C_r保持恒定；当怀疑所述信号的代表性时，根据从动操作方法对污泥循环进行自动控制，所述操作方法的目的是限制污泥在澄清级的停留时间，所述从动操作方法基于曝气或生物池内的污泥浓度C_as值的分析和流经装置的水的通过量Q_t进行操作。

根据上述本发明的方法的另一个特征，周期性地测量沉降的污泥的体积以评估污泥沉降指数I_s和曝气或生物池内的污泥浓度并确定操作控制器的设置值。

根据本发明，这样设计污泥循环的自动化操作逻辑工具，以便

-基于曝气池中的污泥浓度C_as值和重新更新的沉降指数I_s，周期性地更新污泥平均循环率τ_rec以使它适应处理站的条件；

-对水力事件迅速响应并根据基于通过量Q_t的变化的澄清池/曝气池系统的响应时间而处理反应滞后；和

-使循环污泥浓度C_r保持恒定。

本发明还涉及实施上述方法的装置。

根据第一个实施方案，该装置包括：

-分别使测量通过量Q_t成为可能的传感器；

-确保对上述活性污泥循环流量Q_r进行可调控制的装置；

-测量已沉降的污泥的体积并评估沉降指数I_s和曝气或生物池内的污泥浓度C_as的装置；

-确保对循环的自动操作的控制器，它包括配备有一信号输入公共级的两个主要模块：

-提供用户和控制器之间的界面并使显示污泥循环浓度设置值C_r，set成为可能的第一模块；

-形成控制循环流量的单元的第二模块，它包括：

-基于通过量Q_t控制澄清池内的污泥停留时间的控制逻辑工具，以便计算用于控制循环流量Q_r的信号；

-对操作循环装置的逻辑工具的安全作用进行操作的模块；以及

-涉及对来自传感器和设备操作的逻辑指示器的信号进行参数化、接收、处理、分析和确认以供给所述各模块的级。

根据第二个实施方案，本装置包括：

-分别使测量下列量成为可能的传感器：

-将活性污泥从澄清池循环到曝气池的线路中的污泥浓度(C_r)；

-曝气或生物池内的污泥浓度C_as；和

-通过量Q_t；

-确保对上述活性污泥循环流量Q_r进行可调控制的装置；

-使测量已沉降的污泥的体积并评估沉降指数I_s成为可能的装置；

-确保对循环的自动操作的控制器，它包括配备有一信号输入公共级的三个主要模块；

-提供用户和控制器之间的界面并使显示污泥循环浓度设置值C_r，set成为可能的第一模块；

-形成控制循环流量的单元的第二模块，它包括：

-基于循环污泥浓度C_r的测量确保对循环流量Q_r进行控制和调节以便保持循环浓度恒定的第一控制逻辑工具；

-基于曝气或生物池内的污泥浓度C_as的测量和通过量Q_t的测量确保对澄清池内的污泥的停留时间进行控制以便计算控制循环流量Q_r的信号的第二控制逻辑工具；

-对操作循环装置的逻辑工具的安全作用进行操作的模块；以及

-计算澄清池/生物池系统内存在的污泥的质量以确定污泥提取并且按进度进行提取的第三模块；以及

-涉及对来自传感器和设备操作的逻辑指示器的信号进行参数化、接收、处理、分析和确认以便供给所述各模块的级。

应该理解，形成本发明主题的方法使得能够改变循环流量以便维持循环污泥的恒定浓度，同时确保停留时间低于临界值。其中一项功能进一步使得能够评估系统内存在的污泥总质量以促进对提取的操作。最后，控制器所提供的安全检测防止了污泥质量或提供循环功能的部件上的任何偏离，并通知何时要进行异常的维修操作。

形成本发明主题的方法使得尤其能够消除仅操作二级澄清池时所出现的丝状菌。由此，这使水处理系统可靠并能够通过维持污泥的质量使污泥系统的操作最优化。最后，提取浓度的恒定性和更新预定设置或在任何时间操作设备的可能性使得能够有助于与通过排放进行浓缩有关的操作。实施这一自动控制的优势可表现在操作费用上：

●改善或维持由低Mohlman指数所表示的污泥的质量(污泥处理设

  备的生产能力提高、操作时间缩短，固含量提高、体积减小，提

  取所得到的污泥的费用降低、反应物计量费用减少、返回到顶部

  的量减少)。

●有助于污泥处理并消除排放故障(组织操作人工)。

●符合排放标准(Water Agency Agreements and Premiums)。

●防止故障，尤其是极端操作条件下和阵雨期间的故障(组织人工

  并消除故障处理费用)。

●澄清池的视觉外观。

参考描述不同实施方法和实施方案的附图，通过下面的描述，本发明进一步的特征和优势将更明显。

-图1是本发明适合的水处理装置的示意图，该图已用在前面的序言部分有关污泥循环操作的一般原理的解释；

-图2为表示本发明方法所采用的操作逻辑工具的运行方式示意图；

-图3以框图示意表示本发明采用的污泥循环操作逻辑工具的结构；

-图4示意表示使得能够使操作逻辑工具的不同模块维持运行的本发明装置的级；

-图5是表示污泥循环率的变化作为操作条件的函数的曲线；

-图6是表示进行澄清的污泥的质量变化动力学的曲线；

-图7是表示在降雨后维持高的排放循环流量的作用的曲线；

-图8是表示在降雨条件下在循环线路中维持污泥浓度恒定的作用的曲线；

-图9到12是对图解不同条件下操作本发明方法的各种方法的记录。

参考图2，形成本发明主题的方法和装置所采用的控制器的作用包括通过对循环设备的作用、也就是说通过对设计用于循环活性污泥的泵的作用来改变污泥循环流量Q_r。可采用转换器以可变频率或通过网络以确定的频率使这些泵持续运行。优选采用变频器。

这一作用使得能够达到依赖于现场操作条件的循环污泥浓度的设置值C_r，set。本发明的方法按照来自位于装置的污泥井的传感器的循环污泥浓度C_r改变循环流量Q_r。依赖于所接收的信号的变化，自动逻辑工具将改变循环流量以使循环浓度维持尽可能恒定。

当对由上述传感器传送的信号C_r的代表性有怀疑时，控制器立即转换到从动操作模式。这种安全保护逻辑工具的唯一目的是限制澄清池中的污泥停留时间。循环浓度的恒定性不再能保证。通过分析曝气或生物池内的污泥浓度C_as和流经装置的流量值，也就是说仅分析通过量Q_t值，对这种从动模式进行操作。

当来自所有传感器的测量的有效性不再得到确认时，控制器处于“简化”模式且循环过程处于该站的低效操作方式。

因此，用于本发明的污泥循环的自动操作的逻辑工具依赖于传感器的操作和污泥沉降指数I_s的周期性指示。这就是为什么根据本发明，要对已沉降的污泥的体积进行周期性测量的原因，例如至多每8天测一次，使得能够评估该沉降指数并由此确定控制器的设置值以便最为精确地调节循环流量。

现参考示意表示用在形成本发明主题的方法和装置中的自动逻辑工具的结构的附图3和4。

本发明的自动循环操作逻辑工具包括配备有一信号输入公共级的三个主要模块。

模块A是用户和控制器之间的界面，它允许有关测量和期望设置的手工信息、过程约束和期望设置之间的相容性的校验，并显示来自控制器的操作数据和信息。

模块B是控制循环流量的单元。它包括两个控制逻辑工具B1和B2，它们根据信息资源和实施用于控制循环设备的B3作用的公共模式的可获得性激活。

●控制逻辑工具B1属于调节模式。它的目的是将循环浓度C_r维持

  在围绕设置值的±1g/l内，以便确保进行澄清的污泥的停留时间

  并有利于提取操作。循环污泥浓度的测量在此用于控制并调节循

  环流量Q_r。这种调节允许对操作本发明的方法的逻辑工具的三个

  原理做自动校验，也就是说，使循环率符合操作条件、对相对于

  水力事件作用滞后的控制以及在循环线路中维持恒定的浓度。下

  面将对这三个原理进行解释。这是本发明的优选操作模式。

●逻辑工具B2以从动模式操作。对曝气或生物池内的污泥浓度C_as

  和通过量Q_t的测量在此用来计算用于控制循环流量Q_r的信号。对

  所施加的作用不加控制—由此它是单纯从动模式。它的优势在于

  使循环率τ_rec与操作条件适应并与对相对于主要水力事件的作用

  滞后的操作相适应。根据流量平衡原理，这种从动操作模式应该

  允许将循环污泥浓度C_r维持在严格的变化范围内。这种从动操作

  模式构成操作本发明方法的安全保护模式，它相应于控制澄清中

  停留时间的目的。

●实施作用B3的模式使得能够确定所采用的设备的组合，并且如

  上所述，可以变频(转换器)或固定频率(网络)维持用于将污

  泥从澄清池循环到曝气池的泵运行。转换器每一时刻仅服务一台

  泵，其它泵被关闭或供以固定频率运行。来自逻辑工具的流量控

  制信号值表示为m³/h，它必须被转换成设备的组合和供应频率以

  便达到循环流量设置。模块B3进一步允许对循环操作逻辑工具

  的安全保护作用进行控制。

最后，模块C使得能够估计曝气池/澄清池系统内存在的污泥质量，该值自动更新用于操作。这一信息使得能够监测或确定站内的污泥提取流进度。假定澄清池内所含污泥的质量可忽略或可通过平衡计算获得，根据曝气或生物池内的污泥浓度C_as值可进行快速估计。然而，由于这些假设并没有得到检验，日间难于肯定性地进行这样的估计。一方面，日间澄清池内的污泥质量并非是可以忽略的，特别在主要水力事件时更是如此。另一方面，除非已达到平衡流动，否则不可能进行评估，而日间流量的周期变化使站进入频繁的转变状况。模块C用于计算在建立了平衡流动时，自动更新的稳态系统内的污泥质量。

最后，本发明的装置进一步包括一涉及对来自传感器的信号进行参数化、接收、分析、处理和确认的级(图4)，操作的回返使得能够提供给这些不同的模块。控制器接收来自所用的不同传感器的模拟信息(与循环污泥浓度C_r有关的信号，表示曝气或生物池中的污泥浓度C_as的信号，表示通过量Q_t的信号)和与设备如循环泵、提取泵、转换器和曝气设备的操作有关的逻辑信息。

上面已说明，为了满足对进行二级澄清的污泥的停留时间进行控制和帮助提取，本发明的自动污泥循环操作逻辑工具必须符合以下三个主要原理：

●平均循环率与站中碰到的条件周期性匹配。这是由于一旦

  Mohlman指数或总污泥质量在现场变化，一年间可能容易地碰到

  从50％到400％以上范围内的变化。

●对水力事件的瞬时响应和对作用滞后的控制依赖于澄清池/曝气

  池系统的响应时间。这一点对协调澄清池内储存污泥的现象和从

  澄清池排放污泥的现象是重要的，并对防止导致厌氧条件的过长

  污泥累积是重要的。

●在循环线路中维持恒定的污泥浓度。这一规则使得在循环与提取

  线路耦合时，能够对以紧密的流量操作的污泥系统的特定设备的

操作进行优化。

对这三个原理解释如下：

1.-循环率与站中碰到的条件匹配。

为使水处理可靠，重要的是以适应操作条件的方式周期性地更新与循环率τ_rec有关的设置值。

除事故(烃类流入、盐水溶液流入等)外，对低负荷下每周沉降指数I_s变化的动力学至多约为50ml/g。根据站负荷，当提取线路或污泥处理系统发生故障时，曝气或生物池中的污泥浓度C_as每日能够迅速地从0.2g/l变化到0.6g/l。

这种条件的变化可能导致需要显著和迅速地增加循环率，主要在限制性条件的组合(高C_as和高I_s)下需要如此。否则，污泥循环率将太低，进行澄清的污泥的停留时间将增加，会伴随在水处理系统中引起或持续故障的危险。

图5表示在恒定的物料负荷下(进行澄清的污泥的停留时间：RT＝120min.)，所必需的循环率τ_rec的变化与操作条件C_as和I_s的函数关系。

有关操作条件的信息一方面被浓度C_as的传感器所接收，另一方面，作为由操作器更新I_s测量值的结果，与自检试验和过程监测的频率一致。此后，在控制器中对污泥循环率进行自动调节。通过观测，当手动设置的设置值有必要时，几乎不进行这种调节。

2.-对水力事件的响应和对作用滞后的控制。

当站内的水力条件发生大的变化时，必需改变所采用的作用的响应时间。基于平衡概念的计算对瞬时值或滞后达1小时的值不再有效。必须考虑不同结构之间的污泥输送动力学。

通过量Q_t的显著增加导致污泥逐步转移到二级澄清池。在进行澄清的污泥流量的衡算中，储存项不再是可忽略的。曝气池的大体积产生缓冲作用；对二级澄清池内的污泥储存速率起减弱的作用。由平衡概念计算的进行澄清的大量污泥仅在高水力流动状态维持数小时时存在。

图6表示进行澄清的污泥质量M_clar随时间变化的动力学曲线。

一旦建立了这种稳态，通过量Q_t的突然减少不能使污泥立即转移到曝气池。进行澄清的污泥的流量衡算中的排放项在此也是不可忽略的。已沉降在二级澄清池内的污泥充其量也不过是在最大循环流量下被回收，并因此在数小时内逐步排放。

从数学观点来看，能够建立进入澄清池的流入污泥和流出澄清池的流出污泥的流动平衡方程。剩下的是必须采用沉淀模型以便模拟污泥的分布和污泥层内浓度在空间和时间上的变化。然而，为简单计，有可能获得表示澄清池内所含污泥的质量变化的一阶微分方程。该方程使得能够确定系统的响应时间，对于在生物级内的污泥质量的分布，这些是达到稳态的特征。

由此，在增加水力运行方式后，储存时间ST代表累积澄清池内的平衡污泥质量所需的时间。反之，排放时间DT是排放部分污泥和进入较低水力运行方式后达到平衡所需的时间特征。根据定义，在某一位置不能确定这些值ST和DT。它们依赖于站的流量、循环设备的可获得性，并且对于DT，还依赖于曝气或生物池内的污泥浓度。

实际上，这种系统动力学观念的结果是，对于水力运行方式的大的变化(主要是下雨)必需改变循环操作的作用滞后。

●当检测到通过量突然升高时，不希望等待太久才增加循环流量，

  等待太久将加速澄清池内的污泥储存过程。因此希望操作逻辑工

  具立即响应。

●在降雨后，若通过量逐渐减少，循环流量的自动更新本身将允许

  正进行澄清的污泥逐渐排放。反之，若突然减少，更新计算将导

  致低的循环流动状态，尽管大量污泥仍然在进行澄清。此后，排

  放将太漫长，污泥的实际停留时间将容易地超过大约12小时。

  因此，必须继续进行在降雨期间激活的高循环作用，并维持直至

  将存在于澄清池内的所有污泥实际排放为止。这种强制作用持续

  一段依赖于系统当前条件的时间-这种强制时间通常在1-8小时

  之间。

附图7表示循环流量Q_r和通过量Q_t随时间的变化。它表示对降雨后的排放维持高循环流量的作用(调节模式)。这种条件下，对通过量减少的响应需要4小时实际滞后。

3.-在循环线路中维持恒定的污泥浓度。

维持恒定的循环污泥的浓度使得在污泥处理系统由循环线路给料时能够帮助操作。开动污泥处理系统的特定设备如排放板或筛受进料负荷调节的制约，这主要是出于设置原因和出于加入恒定剂或絮凝剂的原因。

立刻使循环流量与站的水力运行方式相匹配使得能够消除由通过量的峰值和谷值的影响造成的循环污泥浓度的变化，并缓解刮泥桥的通过对进行澄清的污泥的回收操作造成的后果。

进一步，循环泵的切分运行导致浓度的大的变化，这限制了浓缩设备的操作性能。另一方面，采用用于维持循环泵运行的变频器使得正相反地能够改变所产生的流量，同时仍维持循环污泥流量的连续性。由此，处理系统的进料通过设备的连续和恒定的负荷的可获得性得以匹配。

图8表示循环污泥浓度C_r、通过量Q_t和循环流量Q_r随时间的变化；这些曲线表示降雨条件下在循环线路中维持恒定的污泥浓度。

现参考图9到12，它们是分别图示根据本发明的方法和设备在下列条件下的操作的记录。

-干燥天气，调节模式(图9和图10)；

-降雨天气，调节模式(图11和图12)。

下面对这些不同的记录进行解释。这使本发明提供的结果能被清楚地理解。

干燥天气下的典型记录—调节模式

图9表示干燥天气下对一种典型水力运行方式而言，循环污泥浓度C_r、通过量Q_t和循环流量Q_r随时间的变化，所述自动控制器以调节模式操作。本图表示在一日内进入站的流量的正常变化。日间维持循环浓度的设置值8g/l，但夜间实际的浓度较低。循环浓度的周期性振荡显著，它们的振荡频率为25分钟，这相应于澄清池的旋转桥的通过时间。实际上，已证实了在澄清结构内有污泥存在量更高或更低的区域。由此，当桥位于污泥井的回收区的上方时，所记录的浓度增加，当桥离开这一区域时，所记录的浓度降低。因此，这导致所观察到的浓度的变化。

夜间，相应于注释①，浓度不再能达到设置浓度。由于最小循环流量太高而不能达到设置值，浓度从4g/l变到7g/l。

当流量更高时，在8小时的峰值时(注释②)，浓度在7g/l到9g/l之间变化。因此在这些水力条件下，控制器调节循环浓度位于浓度设置值之间，变化范围为正或负的1g/l。

日间，当流量变低时，从正午12时到午后10时(注释③)，循环浓度从6.5g/l变化到9.5g/l。控制器将其变化范围增大到正或负的1.5g/l。

日间10-20％的这些变化完全可以接受。

在澄清池排放后上述浓度变化消失。观察到一团致密的污泥将位于该结构底部的污泥回收井的大部分填满。用于该井的刮泥器也不得不被脱出。将固化污泥除去并安装一个新的刮泥器。此后，不再出现由桥的旋转造成的浓度变化。相应的记录示于图10。该图相应于调节模式、干燥天气下，对典型水力运行方式的污泥回收理想状态。但应该注意，若达到最小循环流量，相对于设置值而言，夜间运行方式可能经受污泥浓度的降低。

降雨天气下的典型记录—调节模式

图11也表示降雨天气下对水力运行方式而言，调节模式下循环污泥浓度C_r、通过量Q_t和污泥循环流量Q_r随时间的变化。本图表示在两个降雨日内浓度的变化，第一日的条件根据干燥期略做调整，第二日在高水力运行方式下进行。在第一日，大约下午2:00时流量瞬时升高到150m³/h，这迫使由控制器进行的调节随之改变循环流量，以便将污泥浓度维持在期望的设置值上。另外，在此期间，值得注意的是浓度变化的幅度降低，在澄清池有污泥负荷时这使调节更易于进行。第二日表现出极端水力运行方式的特征。控制器保持在调节模式并伴随着大约在3:00am时通过量的巨大增加，循环流量增大直至饱和。超过这一点，循环污泥浓度不再能被控制而位于设置值之上。这种状况在通过量突然降低后重新出现，保持高的循环流量以便维持循环浓度设置值。约正午12时的第二个水力事件表现控制器的相同行为。值得注意的是，随着通过量和循环流量逐步降低，在它们之间存在一个相位差，这表明在澄清过程中的污泥沉降和污泥在不同结构之间转移的现象的动力学。

图12所示的第二个实施例表示与图11相似的曲线。本例表示对两个相同大小但在不同期间的水力事件，控制器在调节模式下的行为。循环流量增加直至达到相同的值，控制器的响应与阵雨期匹配，而且在这两种情况下均有相位差。应该注意的是，与第一次降雨相比，由于第二水力事件时间之长已将站带入完全平衡运行方式，所以第二个事件的排放时间显得更长。

本发明的用于自动污泥循环操作的方法和设备可用于任意采用活性污泥法并具有允许污泥循环流量显著变化的澄清池的净化站。对水处理系统，不存在其它的技术制约。

根据一个实施方法，通过将曝气与搅拌隔离达到曝气池的均匀性。若不能实现这种均匀性，只要有关曝气或生物池内的污泥浓度的信息代表进入澄清池的污泥入流，总是有可能由上述的逻辑工具操作污泥循环，以便在进入和流出该结构的污泥质量之间进行平衡计算。此外，在不考虑曝气或生物池内的污泥浓度C_as值、不包括曝气的情况下，仍然能够估计系统中的总污泥质量。

本发明可以在生物级采用单釜曝气结构或采用任意多釜站构型来实施，条件是在流入澄清池的污泥质量和流出澄清池的污泥质量之间重新建立平衡方程并能够在特定的结构内任选地综合最小和最大流动约束。在厌氧条件、缺氧条件或内生条件下操作的特定结构的存在、或多釜曝气结构的存在并不构成对实施本发明的障碍。附加一些传感器或测量污泥流量和浓度的计量装置对多生物釜可能是必须的。

同样地，本发明可应用于具有一个二级澄清池或多个澄清池的装置，方法是将传感器和控制装置设在所有污泥循环线路中。若水处理线路的平衡不存在疑问，可接受相同模式的操作。

进一步，循环流量的控制可如上所述，通过由变频器维护运行的循环泵进行控制。然而，可以设想利用其它设备(提升杆、自动阀等)。

最后，对污泥处理系统不存在技术上的限制。对这种系统，情况依然是这样，实施本发明的优势在于，从循环线路(排放板和筛)直接向设备提供紧密流量。

在本发明所提供的优势中，特别强调以下优势：

-Mohlman指数平均值的降低改善污泥的质量。这种改善导致对污泥系统中的浓缩和脱水设备的结果的优化(生产能力提高、结构和设备的操作时间缩短，固含量增加、所产生的污泥的体积减小、除去污泥的费用降低、反应物的消耗降低、返回顶部的量减少等)。潜在的是，这是降低操作费用的主要方面。

-有助于污泥处理并消除排放故障(组织操作人工)。

-符合排放标准(Water Agency Agreements and Premiums)。

-防止故障，尤其是极端操作条件下以及降雨期间的故障(组织人工并消除故障处理费用)。

-澄清池的视觉外观(操作形象管理)。

当然，仍然要指出，本发明并不限于本文描述的和/或表示的实施方案，而是覆盖其所有的变化形式。

Claims (9)

1.在采用活性污泥处理废水的过程中控制进行澄清的污泥的停留时间的方法，它包括将活性污泥从澄清级循环到生物池，其中(1)根据代表流经装置的水的通过量(Q_t)的信号改变污泥循环流量(Q_r)以维持恒定的循环污泥浓度(C_r)并同时确保进行澄清的污泥的停留时间(RT)低于临界值(RT_max)，根据代表循环污泥浓度(C_r)的信号改变污泥循环流量(Q_r)，所述代表循环污泥浓度(C_r)的信号通过位于循环线路中的传感器获得，该信号被输送到一自动逻辑工具，该自动逻辑工具根据所接收的信号的变化来改变循环流量(Q_r)，以使循环污泥浓度(C_r)保持恒定；(2)万一怀疑所述代表循环污泥浓度(C_r)的信号的代表性时，根据从动操作方法自动控制污泥循环，该从动操作方法的目的是限制污泥在澄清级的停留时间，所述从动操作方法是基于曝气或生物池内的污泥浓度(C_as)值的分析和流经装置的水的通过量(Q_t)被控制的。

2.权利要求1的方法，其中当来自所有传感器的测量的代表性信号的有效性不能得到认可时，根据水处理站的低效操作方式控制循环。

3.权利要求1的方法，其中周期性地测量沉降的污泥的体积以评估污泥沉降指数(I_s)和曝气或生物池内的污泥浓度(C_as)并确定用于操作控制器的循环线路中污泥浓度的设置值。

4.权利要求1的方法，其中这样设计操作污泥循环的自动逻辑工具，以便

(a)基于曝气或生物池内的污泥浓度(C_as)值和重新更新的沉降指数(I_s)，周期性地更新平均污泥循环率(τ_rec)以使它适应处理装置的条件；

(b)对水力事件迅速响应并根据基于通过量(Q_t)的变化的澄清池/曝气池系统的响应时间而处理反应滞后；和

(c)使循环污泥浓度(C_r)保持恒定。

5.用于在采用活性污泥处理废水的过程中控制进行澄清的污泥的停留时间的装置，其中活性污泥从澄清池循环到生物池，并且改变污泥循环流量(Q_r)以维持恒定的循环污泥浓度(C_r)并同时确保进行澄清的污泥的停留时间(RT)低于临界值(RT_max)，所述装置包括：

-分别使测量通过量(Q_t)成为可能的传感器；

-确保对上述活性污泥循环流量(Q_r)进行可调控制的装置；

-用于测量已沉降的污泥的体积并评估沉降指数(I_s)和曝气或生物池内的污泥浓度(C_as)的装置；

-确保对循环的自动操作的控制器，它包括配备有一信号输入公共级的两个主要模块：

-提供用户和控制器之间的界面并使显示循环污泥浓度的设置值(C_r，set)成为可能的第一模块(A)；

-形成控制循环流量的单元的第二模块(B)，它包括：

(a)基于通过量(Q_t)对澄清池内的污泥的停留时间进行控制的控制逻辑工具(B2)，以便计算控制循环流量(Q_r)的信号；

(b)用于对操作循环装置的逻辑工具的安全作用进行操作的模块(B3)；以及

(c)涉及对来自传感器和设备操作的逻辑指示器的信号进行参数化、接收、处理、分析和确认以便供给所述各模块的级。

6.用于在采用活性污泥处理废水的过程中控制进行澄清的污泥的停留时间的装置，其中活性污泥从澄清池循环到生物池，并且改变污泥循环流量(Q_r)以维持恒定的循环污泥浓度(C_r)并同时确保进行澄清的污泥的停留时间(RT)低于临界值(RT_max)，所述装置包括：

-分别使测量下列量成为可能的传感器：

(a)在用于将活性污泥从澄清池循环到曝气空间的线路中的循环污泥浓度(C_r)；

(b)曝气或生物池内的污泥浓度(C_as)；和

(c)通过量(Q_t)；

-用于确保对上述活性污泥循环流量(Q_r)进行可调控制的装置；

-使测量已沉降的污泥的体积并评估沉降指数(I_s)成为可能的装置；

-用于确保对循环的自动操作的控制器，它包括配备有一信号输入公共级的三个主要模块：

(d)提供用户和控制器之间的界面并使显示循环污泥浓度的设置值(C_r，set)成为可能的第一模块(A)；

(e)形成用于控制循环流量的单元的第二模块(B)，它包括：用于基于循环污泥浓度(C_r)的测量确保对循环流量(Q_r)的控制和调节的第一控制逻辑工具(B1)，以便保持循环浓度恒定；基于曝气或生物池内的污泥浓度(C_as)和通过量(Q_t)的测量确保对澄清池内的污泥的停留时间进行控制的第二控制逻辑工具(B2)，以便计算用于控制循环流量(Q_r)的信号；

用于对操作循环装置的逻辑工具的安全作用进行操作的模块(B3)；以及

(f)用于计算澄清池/生物池系统内存在的污泥的质量以确定和设置污泥提取率的第三模块(C)；以及

-涉及对来自传感器和设备操作的逻辑指示器的信号进行参数化、接收、处理、分析和确认以便供给所述各模块的级。

7.权利要求6的装置，其中第一模块(A)被设计成允许有关测量和期望设置的手工信息、对处理过程的约束和期望设置之间的相容性的检验，以及显示来自控制器的操作数据和信息。

8.权利要求6的装置，其中所述涉及对信号的参数化、接收、分析、处理和确认的级一方面接收来自所采用的不同传感器的模拟信息，另一方面接收与设备如循环泵和它们的控制系统和它们的曝气设备的操作有关的逻辑信息。

9.权利要求6的装置，其中包括污泥的循环泵并且通过变频器控制所述泵的输出。

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