CN1189407C - 废水生物处理过程中调节曝气的方法 - Google Patents
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Abstract
该方法特征在于它包括下述步骤：连续测量能够或无法使曝气设备运行的处理介质的氧化-还原电位值；在曝气过程中，以与氧化-还原电位值的测量配合的方式测量氧浓度并利用其值，以便：如果氧浓度相应于给定值范围，保持曝气；如果氧浓度高于给定值范围，减少曝气；如果氧浓度低于给定值范围，增加曝气并且，当“部分硝化作用/全部硝化作用”氧化-还原电位转变时，通过将氧的实际浓度与系统给定值范围进行比较并根据所述系统对氧的实际需要调节该给定值自动修改氧的给定值。
Description
本发明涉及用于去除含碳和含氮污染物的废水生物处理装置的曝气调节方法。
人们知道废水净化已成为一个主要问题。为此欧盟颁发了一个涉及限定未处理废水在自然环境中排放标准的城市废水处理规定(第91/271/CEE号)。因此，每种处理设备都被设定了涉及废水处理质量的确切目标，没有达到这一目标可能被罚款，甚至会受到刑事处罚。
大多数城市废水处理装置使用活性泥的方法。这种方法的主要步骤是采用分段曝气程序除去废水中含有的碳和氮。事实上，人们还知道，在废水处理装置中遇到的主要问题是使这种处理适合于待净化水进料流量的变化污染物载荷，以便得到质量稳定的净化水并使排放到自然环境中的污染物量达到法定最低量。为此，鉴于这种碳和氮的去除应该满足两个要求，因而需要非常严格和精确地控制曝气。按照第一个要求，应该保证每天足够的总曝气时间，以便氧化废水中的含碳组分和稳定活性泥；第二个要求更直接地与每天分配曝气段相关，以便很好地除去氮。一方面，必需遵守为使活性泥进行硝化作用而在需氧条件下保持足够的时间，另一方面，脱氮作用需要流出液在缺氧条件下停留适当的时间。为此，在单个曝气槽实施的使用低负荷活性泥的方法中，去除含氮化合物的过程可通过严格控制交替变换的曝气和非曝气顺序完成。
供氧设备的所有控制或运行缺陷都表现在废水净化站的机能障碍，以及对处理流出物质量、净化的生物量平衡和产生的活性泥特性的影响。
因此，未对曝气程序进行适应性调节在短期内会对所得到水的质量产生影响，如果曝气时间不够长，该水可能含有未氧化的含氮化合物，如果缺氧时间过短则含有硝酸盐。相反地，若非曝气时间过长，待处理流出液遇到应该绝对避免的厌氧条件。事实上，在处理槽中与某些区域的低氧化作用相关的厌氧现象可长期地诱发丝状菌产生，这些微生物促使絮凝物结构改变并使其倾析性能降低，这样当然对处理质量与成本会产生不利的影响。曝气累积时间不足的另一个结果涉及活性泥的质量，具体地影响其稳定性。
应该理解，调节曝气是水处理方法中的关键点之一。曾采用各种不同的调节方法。其中可以列举下述技术：
1)在生物槽曝气领域中最通俗的技术是定时机构，根据开发者确定的程序，定时机构能够在每天预定的时刻加氧，与装置实际需求无任何关联；
2)稍微改进的技术是根据装置所测定的氧化-还原电位的高阈值和低阈值决定曝气：根据在T时刻获取的精确度为几秒钟的信息决定曝气；
3)曾由本申请人研制的更精确技术(FR-A-2724646)。这种方法考虑了不同的氧化-还原电位，这种氧化-还原电位变化导数和净化站沿革，于是接近专家系统概念；
4)其他的调节逻辑方法基于测量待净化水中氧的浓度；这种概念没有实在的意义，槽处于非曝气阶段时，定时机构取代测量氧浓度，定时机构规定了非曝气时间(缺氧时间)，例如40-60分钟，接着是根据氧的给定值有效地进行调节的时间，例如逐个地逐渐停止曝气涡轮；
5)通过表征硝化作用和脱氮作用效率、进而表征净化站的需氧量，以曝气槽中氨化合物和含硝基化合物浓度测量值为基准进行某些调节尝试。
上述现有技术中各种不同技术的实施表现出许多对其自身构成限制的缺陷。其中，具体地列举如下：
1)定时机构的伺服装置显然对于由于无规则地将待处理水供给净化站所造成的污染物负载变化没有作任何考虑。
2)氧化-还原阈值法没有考虑净化站的沿革变化，如临时超负荷、设备偶然故障等。
3)FR-A-2724646的方法能够保证对含碳污染物在硝化作用和脱氮作用方面产生有效的去污作用。但是，这种方法的目标是保证足够曝气，因此表现在总是使用过量的氧。然而，这样过量会带来经济损失。另外，从水处理的观点来看，曝气阶段容易出现波动，因为该阶段是在相对高氧含量，例如7-8毫克/升下运行，在开始使用氧之前应该除去硝酸盐。对于同样的脱氮作用时间，在一天里曝气停止时间更长，有效的处理时间则降低了。
4)使用基于简单测定待净化水中氧浓度的技术不能够控制在活性泥槽中进行的脱氮反应进程，因为完成这个阶段需要氧浓度为零。此外，具体地根据在生物反应器中活性泥的氧化态，用于保证硝化作用所需要的氧浓度变化范围为3-7毫克/升。
5)基于测定在曝气槽中氨化合物和硝化化合物浓度的技术，考虑到高设备成本，只适用于大的净化站。另外，这种技术对活性泥的氧化态没有任何考虑，而根据FR-A-2724646测量氧化-还原电位能够评价活性泥的生理状态。
因此，上述现有技术解决方案存在的缺陷促使人们寻求通过可更合理地控制加氧使净化站曝气槽中的不同反应达到优化的方法。这正是本发明要解决的问题。
因此，本发明的目的是一种在废水生物处理装置中调节曝气的方法，该方法采用除碳步骤、硝化步骤和脱氮步骤，其特征在于该方法包括下述步骤：
1)连续测量能够使曝气设备运行或不运行的处理介质的氧化-还原电位值；
2)在曝气过程中，以与氧化-还原电位值的测量配合的方式测量氧浓度和利用其值，以便：
-如果氧浓度相应于给定值范围，保持曝气；
-如果氧浓度高于给定值范围，减少曝气；
-如果氧浓度低于给定值范围，增加曝气；
3)当“部分硝化作用/全部硝化作用”氧化-还原电位转变时，将氧的实际浓度与系统给定值范围进行比较，并根据所述系统对氧的实际需要调整该给定值，自动修改氧的给定值。
根据本发明，当“部分硝化作用/全部硝化作用”氧化-还原电位在氧浓度给定值范围的低值区域中发生转变时，降低这个给定值。
根据本发明，当对于这个氧浓度给定值没有达到“部分硝化作用/全部硝化作用”氧化-还原电位转变值，增加该氧浓度给定值。
应该理解本发明的方法是如FR-A-2724646中定义的包括一组氧化-还原电位变化导数的方法与一组仅在曝气阶段出现的“氧浓度”信号的组合。概括地，分析氧化-还原电位值能够确定装置的运行和停止序列的时间，分析氧浓度值能够控制进行曝气过程的强度。
根据本发明，在这种组合中增加了氧化-还原电位测量与氧浓度绝对值[Q2]测量，连续比较所述参数，能够导出和证实净化站所收到信息的相关性。因此，通过实施本发明的方法，获得各种与净化站状态相关的最初干预信息和可能性，具体地如：
-氧化还原电位检测器可靠性和氧浓度的控制；
-设备可靠性控制或污染过载识别；
-活性泥生物状态的更精确分析；
-根据活性泥性能调节氧浓度给定值的可能性，以及
-利用较低残留氧含量进行脱氮作用阶段并保证脱氮作用阶段快速运转。
结合附图由下面所作的说明可得出本发明的其他特点和优点：
-图1是由上述本发明方法各个不同步骤得到的示意图，
-图2是用于理解本发明方法实施方案的示意图，
-图3表示在工业装置上测定的氧浓度阈值随时间变化的曲线。
因此，如上所述，图1说明的本发明方法的不同步骤可概括如下：
首先，运行该阶段时，保证装置最大限度地曝气，以便加大量的氧；试验表明这种加大量氧适用于正常地进行净化。
步骤1：
连续测量能够或无法使曝气设备(曝气升压泵)运行的处理介质的氧化还原(EH)电位值。
步骤2：
研究这个氧化还原电位：如果这个电位值升高，则表明硝化作用和除碳过程进行顺利；如果氧化还原电位值低，这是由于硝化作用和除碳过程不充分，这样需要检查调节过程中供氧组件。
步骤3：
测量处理介质的氧浓度，并研究这个浓度(参见图2)。可能有下述几种情况：
a)或者氧浓度[O2]值处于称之“氧给定值范围”的图2区域，应该保持曝气强度，
b)或者氧浓度[O2]值处于在图2上用标号2表示的区域(即低于[O2]给定值范围)；应该增加氧化强度，或不这样，则保持曝气升压泵最大限度运行，以便加入必需量的氧，
c)或者[O2]值处于在图2上用标号3表示的区域(即高于[O2]给定值范围)；氧化还原电位可以不足，但是超过氧的给定值；减少曝气，或不这样，则保持曝气升压泵以最小限度运行；
d)或者[O2]值处于在图2上用标号1表示的区域(氧化还原电位和氧浓度太低)，这种情况可能对应于净化站过载(活性泥强呼吸)或对应于设备或检测器损坏：在这种情况下，本发明设有警报起动装置。
e)或者[O2]值处于在图2上用标号4表示的区域：高氧含量和中等氧化还原电位可能表明检测器损坏或生物量中毒(低的活性泥呼吸)：在这种情况下，本发明预设了警报起动装置。
最后步骤：
由上述看到，本发明设有用于自动修改氧浓度给定值的附加步骤。
氧化还原电位从“部分硝化作用”区域转变到“全部硝化作用”区域时，本发明考虑到测量系统的氧浓度，以便修改氧给定值，这样能够重新评价为完成硝化反应和完全氧化活性泥组分对于氧的实际需要。
如果这种氧化还原转变涉及氧浓度值的区域1或2(图2)，生物量对氧的需求少，根据本发明，降低氧化作用给定值，这样有利于节省与曝气相关的能量。
相反地，当在所提出的氧浓度给定值条件下氧化还原电位转变值不能有规律地达到，则需要大量氧，因此必需增加[O2]给定值。这种增加能够确保该方法进行，在这种情况下还有利于活性泥再氧化。
附图3表示了氧浓度阈值随时间的变化，该图表明如何通过实施本发明的方法，自动修改[O2]给定值阈值。
这个图3表明研究期间(约1年)内氧阈值的变化。所述实际值的点□表示当氧化还原电位表明在“阶段3”中从“部分硝化作用”到达“全部硝化作用”时所达到的溶解氧的浓度。这种连续的比较稳定的线是以实际值为基础，通过上述控制方法得出的必然结果确定的氧的给定值。这些变化在这里被减弱，以便通过提高该方法可靠性来限制给定值修改。
重要的是要指出，这个给定值[O2]变化范围说明生物量实际需要(种群更新…)变化非常大。因此，图3曲线说明了生物系统在全部硝化作用时运行非常好，溶解的氧含量为约2-3毫克/升(在“老化”活性泥的情况)，而在某些情况下(较“年轻”活性泥)，含量为5-6毫克/升，为保证全部硝化作用显然是不充分的。本发明能够克服这种困难，并能够达到自动修改运行条件。
在下表中，列出了分别使用无自动调节(A)、仅用氧化还原电位EH自动调节(B)和本发明的用氧化还原电位EH和氧浓度自动调节(C)的废水生物处理方法在三台装置上获得的对比结果。这个表清楚地反映出使用本发明方法带来的优点，尤其是经济方面的优点。
| 装置1 | 装置2 | 装置3 | ||||
| 额定电容量(EH) | 40000 | 12000 | 100000 | |||
| 使用方法 | A | B | C | B | C | C |
| 满意生物需氧量(DBO)平衡 | 2/2 | 11/11 | 5/5 | 8/8 | 16/16 | 57/57 |
| 满意总氮(NGL)平衡 | 0/2 | 11/11 | 5/5 | 8/8 | 16/16 | 56/57 |
| 生物需氧量(DBO)和总氮(NGL)相似性 | 否 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 |
| 降低生物需氧量(DBO)％ | 86 | 97 | 97 | 97 | 97 | 98 |
| 降低总氮(NGL)％ | 62 | 90 | 88 | 90 | 90 | 85 |
| 经济评价C/B | -20％ | -15％ | ||||
在本发明方法带来的优点中，具体地可以列举下述优点：
-对完成含碳和含氮污染物处理反应所需的曝气强度进行调节；
-检测净化站有限突发事件与核实收集的信息相关性的可能性；
-通过更精确评价活性泥的需求，自动修改系统调节的原有给定值，以便使其可靠。
当然，本发明不受所描述的和/或上面提到的实施例的限制，但是本发明包括所有处于附带的权利要求保护范围之内的具体实施方案。
Claims (5)
1、在废水生物处理装置中调节曝气的方法，该方法使用除碳步骤、硝化步骤和脱氮步骤，其特征在于该方法包括下述步骤：
1)连续测量能够或无法使曝气设备运行的处理介质的氧化-还原电位值；
2)在曝气过程中，以与氧化-还原电位值的测量配合的方式测量氧浓度和利用其值以便：
-如果氧浓度相应于给定值范围，保持曝气；
-如果氧浓度高于给定值范围，减少曝气；
-如果氧浓度低于给定值范围，增加曝气；
3)当“部分硝化作用/全部硝化作用”氧化-还原电位转变时，通过将氧的实际浓度与系统给定值范围进行比较，并根据所述系统对氧的实际需要调节所述给定值，从而自动调节氧的给定值。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于当氧化-还原电位从部分硝化作用区域向全部硝化作用区域的转变处于氧浓度给定值的低值区域中时，则降低这个给定值。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于对于氧浓度给定值，当氧化-还原电位没有达到从部分硝化作用区域向全部硝化作用区域的转变值时，则增加该氧浓度给定值。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于当氧浓度值与氧化-还原电位都过低时，起动警报。
5、根据权利要求1的方法，其特征在于当高氧含量和低氧化-还原电位同时出现时，起动警报。
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