DE3780384T2

DE3780384T2 - Verfahren und system fuer biologische behandlung mit periodischer belueftung.

Info

Publication number: DE3780384T2
Application number: DE8787401982T
Authority: DE
Inventors: Youichi Hamamoto
Original assignee: Nishihara Om-Tech Co Ltd; Nishihara Environmental Sanitation Research Corp
Current assignee: Nishihara Om-Tech Co Ltd; Nishihara Environment Co Ltd
Priority date: 1986-09-09
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-09-05
Also published as: JPS6369595A; NO171360B; DE260187T1; NO171360C; DE3780384D1; NO873753L; AU7818487A; EP0260187A3; DK168759B1; AU612593B2; JPH0665399B2; NO873753D0; CA1323710C; DK466787D0; EP0260187B1; DK466787A; EP0260187A2; US4818408A

Description

Feld der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser und ein System dafür, und betrifft insbesondere ein aktiviertes Schlamm-Behandlungsverfahren, ein Kontakt-Belüftungsbehandlungsverfahren und Behandlungssysteme dafür. Ferner beschäftigt sich die Erfindung mit einem Operations-Steuerverfahren in einem aktivierten Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp zum Behandeln von Abwasser durch alternierende wiederholte Belüftung und Stoppen der Belüftung des Abwassers in einem Belüftungsbehälter und eine Operations-Steuereinheit dafür.

Hintergrund der Erfindung

Es ist bereits ein Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp bekannt, bei dem Abwasser dazu gebracht wird, in einen Belüftungsbehälter zu fließen und eine Belüftung in dem Belüftungsbehälter wiederholt gestoppt und gestartet wird, wodurch das Abwasser behandelt wird.
Gemäß dem herkömmlichen aktivierten Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp wird in vielen Operations-Steuerverfahren und in der Operations- Steuereinheit das Starten und Stoppen des Belüftungsschritts wiederholt in vorbestimmten Zeitintervallen durch Verwendung eines Zeitgebers oder dergleichen wiederholt.
Gemäß diesem Verfahren gibt es jedoch eine Zeitdauer für den Belüftungsschritt und eine Zeitdauer zum Stoppen des Belüftungsschritts, die festgelegt ist durch den Zeitgeber oder dergleichen, es besteht keine Reaktion auf Schwankungen der Flußgeschwindigkeit bzw. Flußrate des einfließenden Abwassers und auf eine Konzentration des aktivierten Schlamms. Insbesondere wenn die Flußgeschwindigkeit des einfließenden Abwassers und die Konzentration des aktivierten Schlamms gering sind, entsteht ein Problem der übermäßigen Belüftung aus der Belüftung bei einer konstanten Geschwindigkeit, die Qualität des behandelten Wassers wird verschlechtert, und die Rate der verschwendeten Betriebsenergie in der Belüftungsvorrichtung ist bemerkenswert hoch. Wenn auf der anderen Seite die Flußgeschwindigkeit des einfließenden Abwassers und die Konzentration des aktivierten Schlamms hoch sind, wird die Belüftung unzureichend und die Qualität des behandelten Wassers ist verschlechtert.
In der WO-A-8 603 734 ist ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser mit periodischer Belüftung offenbart, bei der einfließendes Abwasser aktivierten Schlamm in einem Belüftungsbehälter oder Tank kontaktiert, um eine gemischte Flotte zu bilden, die einer periodischen Belüftung unterzogen wird, bei der ein Belüftungsschritt und ein Belüftungs-Stop abwechselnd wiederholt werden. Während des Belüftungsschritts wird die Konzentration des gelösten Sauerstoffs gemessen und die Änderung dc/dt des gelösten Sauerstoffs wird in vorbestimmten Intervallen berechnet.
In der WO-A-8 603 734 wird der laufende Belüftungsschritt oder die Luft-Ein-Dauer durch Überwachen der Änderungsrate der gelösten Sauerstoffkonzentration dc/dt gesteuert bzw.
geregelt. Wenn die Änderungsrate der gelösten Sauerstoffkonzentration einen vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet, wird die Blasbelüftung des Behälters oder Tanks durch Kontrolleinrichtungen gestoppt. Somit hängt das Abbrechen des Belüftungsschritts ab von einem scharfen bzw. steilen Anstieg der Änderungsrate der Konzentration der gelösten Sauerstoffkonzentration. Um ein Nachlaufen bzw. Pendeln des periodischen Belüftungsschritts und einen Belüftungsabbruch zu verhindern, wird eine empirisch eingestellte zeitbezogene Bedingung in die Steuereinrichtung einprogrammiert.
Die DE-A-3 501 585 offenbart ein aktiviertes Schlammverfahren, das aufweist das Zuführen von Abwasser kontinuierlich und allmählich in eine gemischte Flotte in einem Behandlungsbehälter. Die gemischte Flotte (Liquor) wird abwechselnd einem Schüttelschritt und einem Belüftungsschritt unterworfen, die wenigstens zweimal wiederholt werden. Das Verhältnis zwischen den Dauern des Schüttelbzw. Nichtbelüftungsschritt und dem Belüftungsschritt wird eingestellt zwischen eins zu eins und fünf zu eins. Während des Belüftungsschritts wird die Zufuhrgeschwindigkeit von Luft so gesteuert bzw. geregelt, daß die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der gemischten Flotte eingestellt wird. Zu diesem Zweck ist die Anlage mit einem DO-Meter bzw. -Meßgerät zum Messen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der gemischten Flotte versehen, die zugeordnet ist einem Computer, welcher das Gebläse auf der Basis der gemessenen Konzentration des gelösten Sauerstoffs so steuert, daß die Konzentration auf die eines vorgegebenen Wertes eingestellt wird.
Die WO-A-8 300 143 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Abwasser-Behandlungswerks mit herkömmlichen Nitrifizierungs- und Denitrifizierungs-Phasen, bei denen der gelöste Sauerstoff überwacht wird. Die Änderungsrate des gelösten Sauerstoffs wird während des Abfalls der gelösten Sauerstoffkonzentration auf einen Schwellenwert überwacht, um die Dauer der nachfolgenden Denitrifizierung oder des Nichtbelüftungsschrittes zu bestimmen.
Das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem besteht darin, die nacheinander folgenden Belüftungsschritte in einem aktivierten Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp wirksam und automatisch zu steuern, und zwar trotz wesentlicher Schwankungen der Abwasser-Flußrate und der aktivierten Schlamm-Konzentration.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser mit periodischer Belüftung vorgesehen, bei dem einfließendes Abwasser aktivierten Schlamm in einem Belüftungsbehälter kontaktiert, um eine gemischte Flüssigkeit zu bilden, wobei die gemischte Flüssigkeit einer periodischen Belüftung unterzogen wird, bei der ein Belüftungsschritt und ein Abbruch der Belüftung abwechselnd wiederholt werden, wobei die gelöste Sauerstoffkonzentration (C) der gemischten Flüssigkeit während des Belüftungsschritts gemessen wird und die gelöste Sauerstoffrate der Änderung dc/dt in vorbestimmten Zeitintervallen berechnet wird; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die Schritte aufweist:
(a) Bestimmen der Fehlwerte des gelösten Sauerstoffs aus dem Sättigungskonzentrationswert (CS) des gelösten Sauerstoffs der gemischten Flotte und dem Meß- Konzentrationswert (C) des gelösten Sauerstoffs im laufenden Belüftungsschritt;
(b) Berechnen der Respirationsrate (Rr) des aktivierten Schlamms in der gemischten Flotte in Zeitabständen gemäß der Formel Rr = KLa (CS-C) - dc/dt, wobei KLa der Gesamt-Sauerstoffübertragskoeffizient in der gemischten Flotte ist;
(c) Integrieren der Respirationsrate Rr durch die Belüftungszeit (TA) des laufenden Belüftungsschritts, um den Sauerstoffbedarfswert (O&sub2;) zu bestimmen gemäß der Formel
Rr·dt, wobei V das Volumen des
Belüftungsbehälter ist;
(d) Berechnen der notwendigen Belüftungszeit-Dauer (TA) gemäß der Formel TA = O&sub2;/OC, wobei OC den gesamten während des laufenden Belüftungsschritts übertragenen Sauerstoff bezeichnet; und
(e) Durchführen des nächsten Belüftungsschritts in einer Dauer, die der notwendigen Belüftungszeit-Dauer (TA) gleich ist, die für den vorangegangenen Belüftungsschritt berechnet wurde.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein biologisches Behandlungssystem für periodische Belüftung vorgesehen, das einen Belüftungsbehälter mit einem Einlaß für einfließendes Abwasser und einem Auslaß für behandeltes ausfließendes Wasser aufweist, wobei der Belüftungsbehälter beim Gebrauch eine gemischte Flotte enthält, die aktivierten Schlamm und Abwasser aufweist, eine Belüftungseinrichtung zum Belüften von Schlamm in dem Belüftungsbehälter, eine Steuereinheit zum Stoppen und Starten der Belüftungseinrichtung, eine Messeinrichtung für gelösten Sauerstoff zum Messen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der gemischten Flotte, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungssystem ferner aufweist
(a) eine Berechnungs-Integrier-Betriebseinheit für den Sauerstoffbedarf, die mit der Meßeinrichtung für den gelösten Sauerstoff verbunden ist;
(b) eine Antriebsschaltung, die mit der Berechnungs-Integrier-Betriebseinheit für den Sauerstoffbedarfswert und der Belüftungseinrichtung verbunden ist;
(c) wobei die Meßeinrichtung für den gelösten Sauerstoff mit der Berechnungs-Integrier-Betriebseinheit verbunden ist, um dieser Konzentrationswerte des gelösten Sauerstoffs zuzuführen;
(d) wobei die Integrier-Betriebseinheit so programmiert ist, daß sie berechnet:
(i) die Respirationsrate Rr des aktivierten Schlamms gemäß der Formel Rr = KLa (CS-C) - dc/dt, wobei CS die Sättigungskonzentration des gelösten Sauerstoffs der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter ist, dc/dt die Änderungsgeschwindigkeit des gelösten Sauerstoffs und KLa der Gesamtsauerstoff-Koeffizient für die gemischte Flotte in dem Belüftungsbehälter;
(ii) den Sauerstoffbedarfswert O&sub2; während eines laufenden Belüftungsschritts gemäß der Formel
Rr·dt,
wobei V das Volumen des Belüftungsbehälters ist, und T die Belüftungszeit-Dauer in dem laufenden Belüftungsschritt ist, und
(iii) die notwendige Belüftungszeit-Dauer TA des nächsten Belüftungsschritts gemäß der Formel TA = O&sub2;/OC, wobei OC der gesamtübertragene Sauerstoff des laufenden Belüftungsschritts ist.
Die begleitende Fig. 1 zeigt das Sauerstoffgleichgewicht in dem Belüftungsbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dieser Fig. 1 wird das Sauerstoffgleichgewicht in dem Belüftungsbehälter durch die folgende Gleichung (1) dargestellt
wobei
Q: die Flußrate des einfließenden Abwassers in den Belüftungstank ist (m³/Tag),
r: die Schlamm-Rückflußrate zu dem Belüftungsbehälter ist (-)
V: das Volumen des Belüftungstanks (m³) ist,
C: die DO-Konzentration der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter ist (mg/l)
CO: die DO-Konzentration der in den Belüftungsbehälter übertragenen Flotte (mg/l) ist
CS: die gesättigte DO-Konzentration der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter ist (mg/l),
Rr: die Respirationsrate des aktivierten Schlamms in der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter ist (mg/l/H),
dc/dt: die Rate der DO-Konzentration in der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter ist (mg/l/H) ist, und
KLa: der gesamte Sauerstoff-Übertragungskoeffizient in der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter (l/H) ist.
Dementsprechend ist die Respirationsrate (Rr) des aktivierten Schlamms in der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter dargestellt durch die folgende Gleichung (2), die durch Ändern der Form von Gleichung (1) erhalten wird.
Bei der biologischen Behandlung vom periodischen Belüftungstyp sind die Werte von Q, r, V und KLa in dieser Gleichung (2) in einer im wesentlichen bestimmten Beziehung. Beispielsweise ist es in Abwasser-Behandlungseinrichtungen eines erweiterten Belüftungsverfahrens normalerweise bekannt, daß die folgenden Werte angenommen werden.
Q = 0.2 Q&sub0;-0.8 Q&sub0;(Q&sub0;: vorgegebene Flußrate)
r = 1-5
V = Q&sub0;
KLa = 1.5-5
Der Koeffizient in dem ersten Term der Gleichung (2) ist
Der Koeffizient in dem zweiten Term
KLa = 1.5-5
Somit ist der Koeffizient in dem ersten Term 0.002-0.1 mal dem Koeffizienten in dem zweiten Term, so daß normalerweise der erste Term von Gleichung (2) durch den zweiten Term vernachlässigt werden kann. Dementsprechend kann die Respirationsrate (Rr) des aktivierten Schlamms normalerweise aus der folgenden Gleichung (3) berechnet werden.
Rr = KLa (CS - C) (3)
Da ein Sauerstoffbedarfswert (O&sub2;) in dem Belüftungsbehälter ein Sauerstoffwert ist, der zur Respiration des aktivierten Schlamms während des Belüftungsschritts erforderlich ist, kann O&sub2; aus der folgenden Gleichung (4) berechnet werden, in der die Respirationsraten (Rr) in vorbestimmten Zeitintervallen integriert sind.
wobei
O&sub2;: der Sauerstoffbedarfswert ist, während eines Zyklus in dem aktivierten Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp (kgO&sub2;/Zyklus), und
T: die Belüftungszeit-Dauer in einem Zyklus ist (hr/ Zyklus).
Der Wert des gelösten Sauerstoffs in der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter, d. h. der gesamte auf den Belüftungsbehälter übertragene Sauerstoff (OC) kann aus der folgenden Gleichung (5) berechnet werden.
OC = KLa - CS·V - 10&supmin;³ (5)
wobei
OC: der gesamte auf den Belüftungsbehälter (kgO&sub2;/H) übertragene Sauerstoff ist, und
V: das Volumen des Belüftungsbehälters (m³) ist.
Die notwendige Belüftungszeit-Dauer (TA) während eines Zyklusses des aktivierten Schlamm-Behandlungsverfahrens vom periodischen Belüftungstyp kann aus der folgenden Gleichung (6) berechnet werden.
TA = O&sub2;/OC (6)
wobei
TA: die notwendige Belüftungszeit-Dauer für einen Zyklus ist (hr/Zyklus).
Der gesamte Sauerstoff-Übertragungskoeffizient (KLa) in dem Belüftungsbehälter, korrigiert in der Wassertemperatur von dem Frischwasser-Zustand zu dem Abwasser-Zustand kann aus der Gleichung (7) berechnet werden.
KLa = a1.024(t-20)KLat (20) (7)
wobei
KLa in Abwasser
α: KLa in Frischwasser (=0.9) (-)
t: die Wassertemperatur in der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter (ºC), und
KLa (20): KLa in Frischwasser bei 20ºC (1/H).
(Unter Bezugnahme auf W.W. Eckenfelder, Jr. und D.J. O'Connor: "Biological Waste Treatment", Pergamon Press (1961), Seiten 91 und 94).
Korrekturen der gesättigen DO-Konzentration (CS) in der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter gemäß der Wassertemperatur, dem Abwasser und der Wassertiefe werden mit Gleichung (8) vorgenommen.
wobei
CS in Abwasser
β: CS in Frischwasser (=0.95) (-)
H: die Luft-defundierte Wassertiefe (m)
(Unter Bezugnahme auf W.W. Eckenfelder, Jr. und D.J. O'Connor: "Biological Waste Treatment", Pergamon Press (1961) (Seite 76 und 77).
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun das Volumen (V) des Belüftungsbehälters, die DO-Konzentration (C) der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter, die gesättigte DO-Konzentration (CS) der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter und der gesamte Sauerstoff-Übertragskoeffizient (KLa) der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter berechnet durch Messen, Berechnen und dergleichen, und die Gleichungen (3) bis (6) werden für den Betrieb verwendet, wodurch die notwendige Zeitdauer für den Belüftungsschritt berechnet wird und die Operations-Zeitdauer der Belüftungsvorrichtung in dem folgenden Belüftungsschritt gesteuert wird, so daß der Belüftungsschritt des aktivierten Schlamm- Behandlungsverfahrens vom periodischen Belüftungstyp wirksam gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Wenn ferner erfindungsgemäß ein Temperaturmeßgerät in dem Belüftungsbehälter vorgesehen ist, und die gesättigte DO- Konzentration (CS) der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter und der gesamte Sauerstoff-Übertragskoeffizient (KLa) in der Temperatur gemäß dem Wert der so gemessenen Temperatur korrigiert werden, um die notwendige Zeitdauer für den Belüftungsschritt zu berechnen, dann kann eine wirksamere Belüftungssteuerung durchgeführt werden.
Wenn ferner beim Stoppen des erfindungsgemäßen Belüftungsschritts ein Schütteln bzw. Rühren in dem Belüftungsbehälter durchgeführt wird, kann die Entfernung von biologischem Stickstoff und Phosphor weiter erleichtert werden.
Gemäß dem biologischen Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp der vorliegenden Erfindung können die Respirationsrate des aktivierten Schlamms, variabel gemäß den Schwankungen der Flußrate des Abwassers, das in dem Belüftungsbehälter fließt und der Konzentration des aktivierten Schlamms, aus dem DO-Fehlwert und der Änderungsrate bzw. Änderungsgeschwindigkeit des DO-Wertes berechnet werden, welche erhalten werden durch Messung des DO-Wertes in dem Belüftungsbehälter. Ferner werden die so berechneten Respirationsraten in vorbestimmten Zeitintervallen integriert, um die notwendige Zeitdauer für den Lüftungsschritt des aktivierten Schlamms zu erhalten, wodurch die Zeitdauer für den folgenden Belüftungsschritt gesteuert wird, so daß auch im Falle des Auftretens von Schwankungen der Flußrate des einfließenden Abwassers die Qualität des einfließenden Wassers, die Konzentration des aktivierten Schlamms und dergleichen, der mindestnotwendige Belüftungsschritt gemäß den Schwankungen konstant gemessen werden kann, im Unterschied zu herkömmlichen Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp.
Ferner wird in dem aktivierten Schlamm-Behandlungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung vom periodischen Belüftungstyp der DO-Wert in dem Belüftungsbehälter automatisch und fortlaufend gemessen durch die DO-Meßvorrichtung, die Zwischen-Respirationsrate wird berechnet aus dem DO- Fehlwert und dem DO-Änderungswert, die auf der Basis des so gemessenen DO-Wertes berechnet werden, die Zwischen- Respirationsraten werden durch eine Integrier-Operations- Einheit integriert, die notwendige Zeitdauer für den Belüftungsschritt in dem laufenden Belüftungsschritt wird berechnet. Beispielsweise wird der Steuerwert der Steuereinheit gemäß dem Wert der notwendigen Zeitdauer für den Belüftungsschritt berechnet und die Belüftungs-Zeitdauer der Belüftungsvorrichtung in dem folgenden Belüftungsschritt wird automatisch gesteuert. Wenn somit Schwankungen in der Flußrate des einfließenden Abwassers auftreten, kann die Qualität des einfließenden Wassers, die Konzentration des aktivierten Schlamms und dergleichen, die mindestnotwendige Belüftung gemäß den Schwankungen automatisch und wirksam zu allen Zeiten gemessen werden, im Unterschied zu herkömmlichen aktivierten Schlamm-Behandlungssystemen vom periodischen Belüftungstyp.
Ferner kann im Vergleich zu herkömmlichen aktivierten Schlamm-Behandlungssystemen vom periodischen Belüftungstyp in dem erfindungsgemäßen System, auch wenn die Flußrate des einfließenden Abwassers und/oder die Konzentration des aktivierten Schlamms gering ist, die Belüftungszeit-Dauer gemäß den Schwankungen verkürzt werden, so daß im Vergleich zu einem herkömmlichen periodischen Belüftungssystem eine Vergeudung von Arbeitsenergie ausgeschaltet werden kann, wobei ausreichend behandelte Wasserqualität fortlaufend erhalten werden kann, und der höchste Energie-Sparbetrieb erreicht werden kann. Ferner kann die Entfernungsgeschwindigkeit des Sauerstoffs und Phosphors verbessert werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das das Sauerstoffgleichgewicht in dem Belüftungsbehälter zeigt;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform des aktivierten Schlamm-Behandlungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung vom periodischen Belüftungstyp zeigt;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Signal-Verarbeitungsvorrichtung in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform zeigt;
Fig. 4 ist eine Grafik, die ein Beispiel der Änderungsrate der DO in dem Belüftungsbehälter in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform zeigt; und
Fig. 5 ist eine Grafik, die ein Beispiel der Änderung der korrigierten Respirationsraten des aktivierten Schlamms in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform zeigt.

Beispiel 1

Ein Arbeitsbeispiel des aktivierten Schlamm-Behandlungsverfahrens vom periodischen Belüftungstyp und des Systems dafür gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Zunächst wird eine Operations-Steuereinheit in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.
In dieser Ausführungsform weist die Belüftungsvorrichtung ein Gebläse 2 und einen Diffusor (nicht gezeigt) etc. auf, um von dem Gebläse 2 in den Belüftungsbehälter 1 gelieferte Versorgungsluft zu diffundieren. Eine DO-Meßvorrichtung weist einen DO-Meter mit einem Sensor 3 auf. Ein Microcomputer 4 weist eine Integrier-Operationseinheit zum Verarbeiten von gemessenen Werten der DO von dem Sensor 3 auf, um die Respirationsraten des aktivierten Schlamms in vorbestimmten Zeitintervallen während des Belüftungsschritts zu berechnen, und den Sauerstoff-Bedarfswert des aktivierten Schlamms und die notwendige Zeitdauer für den Belüftungsschritt aus dem Ergebnis der vorangegangenen Verarbeitung zu berechnen. Der Microcomputer 4 weist ferner eine An-/Aus-Steuereinrichtung für den An-/Aus-Betrieb des Gebläses aus dem Ergebnis der zuvor genannten Berechnung auf.
Abwasser wird dazu gebracht, in dem Belüftungsbehälter 1 zu fließen, wo eine aktivierte Schlamm-Behandlung vom periodischen Belüftungstyp durchgeführt wird, bei der ein Belüftungsschritt zum Zuführen von Luft durch Antreiben des Gebläses 2 und zum Stoppen des Belüftungsschritts durch Stoppen des Gebläses 2 abwechselnd wiederholt werden.
In dieser Belüftungsbehandlung verändern sich die DO-Werte gemäß den Schwankungen in der Flußrate des einfließenden Abwassers und die Konzentration des aktivierten Schlamms wird fortlaufend gemessen durch den Sensor 3 in dem Belüftungsbehälter 1, und die so gemessene DO-Wertinformation wird zu vorbestimmten Zeitintervallen in den Microcomputer 4 eingegeben. Der Microcomputer 4 führt Berechnungen auf der Basis der so eingegebenen Information des DO-Wertes durch und gibt An-/Aus-Steuersignale und dergleichen an das Gebläse 2. Auf Empfang dieses Signals bewirkt das Gebläse 2 den Betrieb und den Stop des Betriebs. In dieser Ausführungsform wird die Belüftungs-Zeitdauer automatisch durch den Microcomputer gesteuert. Bei Beendigung der aktivierten Schlamm-Behandlung in dem Belüftungsbehälter 1 vom periodischen Belüftungstyp wird die gemischte Flotte in einen Absetzbehälter 5 zur Absetzung eingeleitet. Ein Teil des so abgesetzten Schlamms wird in den Belüftungsbehälter zurückgeführt, und überstehende Flüssigkeit wird als behandeltes Wasser abgeführt.

Beispiel 2

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Signalverfahren-Steuervorrichtung mit einem Microcomputer zeigt, der in dieser Ausführungsform verwendet wird.
In diesem Beispiel ist der Sensor 3 mit der Steuer-Verarbeitungseinheit (CPU) 7 durch den Analog-Digital (A/D) Wandler 6 verbunden. Alternativ ist die CPU 7 mit dem Zufalls- Zugriffsspeicher (RAM) 8 und dem Nur-Sesespeicher (ROM) 9 verbunden. Der Ausgangsanschluß 10 für die Steuerung des Microcomputers ist mit einer Leistungsschaltung des Gebläses 2 durch die Relay-Ausgangssteuerschaltung 11 verbunden.
Die Signal-Verarbeitungssteuervorrichtung in diesem Beispiel hat die oben beschriebene Anordnung, so daß beim Betreiben des Belüftungsbehälters die gesättigte DO-Konzentration (CS) der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter bei einem durch JIS (Japan Industrial Standard) vorbestimmten Wert oder dergleichen wird in dem ROM gespeichert und der gesamte Sauerstoff-Übertragskoeffizient (KLa) der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter unterscheidet sich, in Abhängigkeit von den Einrichtungen und deren Werten, die für die jeweiligen Einrichtungen bestimmt und in dem RAM gespeichert sind.
Wenn der Belüftungsbehälter betrieben wird während eines Belüftungsschritts, werden die DO-Konzentrationen (C) der gemischten Flotte fortlaufend durch den DO-Sensor 3 gemessen. Ein analoges DO-Wert-Meßsignal von dem Sensor 3 wird an den A/D-Wandler 6 über eine Signalleitung 12 gegeben, in ein digitales Signal umgewandelt und in die CPU 7 eingegeben. Die CPU 7 empfängt dieses digitale Signal in vorbestimmten Zeitintervallen und gibt es an den RAM 8. Dieser Betrieb wird fortlaufend durchgeführt während des Belüftungsschritts. Bei Beendigung des Belüftungsschritts wird ein Programm der Gleichung (3), das in dem ROM 9 gespeichert ist, durch die CPU 7 aufgerufen, während die jeweiligen DO-Werte des RAM 8 für diesen Vorgang ausgelesen werden. Der berechnete Wert der Respirationsrate des aktivierten Schlamms, der gemäß dem Programm der Gleichung (3) verarbeitet wird, ist in dem RAM 8 gespeichert. Die Programme der Gleichungen (4) (5) (6), die in dem ROM 9 gespeichert sind, werden nacheinander durch die CPU ausgelesen. Danach werden die in dem RAM 8 gespeicherten berechneten Werte nacheinander durch die CPU aufgerufen, das Programm des Sauerstoff-Bedarfswerts der Gleichung (4) und die Programme der notwendigen Belüftungszeitdauer der Gleichungen (5) und (6) werden durchgeführt, um dadurch die notwendige Belüftungszeit-Dauer zu berechnen und diese an die Relay-Ausgangssteuerschaltung 11 zu geben. Bei Empfang des Steuersignals von der CPU 7 führt die Relay- Ausgangssteuerschaltung 11 fortlaufend An-/Aus-Operationen der Stromschaltung bzw. Leistungsschaltung des Gebläses 2 durch, bis die CPU 7 das nachfolgende Signal abgibt. Wie oben beschrieben, wird das Gebläse 2 durch den Microcomputer gesteuert, wodurch die Belüftungszeit-Dauer des periodischen Belüftungsschritts gesteuert ist.

Beispiel 3

Ein Beispiel der speziellen Techniken der Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
(1) Wenn die Schwankungen in der einfließenden Last gering sind, werden die jeweiligen Belüftungsschritte einer Vielzahl von Zyklen, die an einem Tag durchgeführt werden, miteinander kombiniert, die Respirationsrate durch Integration berechnet, der Gesamtwert des Sauerstoffbedarfswert pro Tag berechnet, der Gesamtwert der nötigen Belüftungszeit-Dauer pro Tag aus dem Ergebnis der zuvor genannten Berechnung verarbeitet, und die jeweiligen Belüftungszeit-Dauern derselben Zyklen für den nächsten Tag aus dem Ergebnis der zuvor genannten Verarbeitung gesteuert bzw. geregelt.
(2) Die Respirationsrate eines Belüftungsschritts wird integriert, der Sauerstoff-Bedarfswert berechnet, die notwendige Belüftungszeit-Dauer aus dem Ergebnis der vorgenannten Berechnung berechnet, und die Zeitdauer für den nachfolgenden Belüftungsschritt aus dem Ergebnis der vorangegangenen Berechnung gesteuert.

Beispiel 4

In Tabelle 1 ist ein Beispiel der Respirationsrate des aktivierten Schlamms gezeigt, die erhalten wird durch Korrigieren des Ergebnisses der Verarbeitung, die durch einen Computer in einem automatischen Steuerschritt in dem vorliegenden Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp ausgegeben wird. Ferner zeigt Fig. 4 die Änderung der DO in dem Belüftungsbehälter in diesem Beispiel und Fig. 5 zeigt die Änderung der Respirationsraten zu bestimmten Zeitintervallen, die korrigiert sind.

Tabelle 1

Gemessene Werte der Respirationsraten in dem aktivierten Schlamm-Behandlungssystem vom periodischen Belüftungstyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 5 gezeigt
Als Ergebnis des obigen war der integrierte Wert der Respirationsraten 82.3 mg/l/Zyklus, der Sauerstoff-Bedarfswert war 57.8 kgI&sub2;/Zyklus und die notwendige Belüftungszeit- Dauer war 3,06 Std/Zyklus. In der Vergangenheit wurde die Belüftungszeit-Dauer bei einem festen Wert von 15 Std./Tag betrieben. In diesem Beispiel war die Belüftungszeit-Dauer 7,9 Std./Tag bei einem mittleren Wert für eine Woche.
Wenn die automatische Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, durchgeführt wird, kann die mindestnotwendige Belüftungsdauer zu allen Zeiten vorgenommen werden und der höchste energiesparende Betrieb durchgeführt werden.
Ferner ist in diesem Beispiel beim Verarbeiten der Gleichungen (3) bis (6) ein wassertemperatur-Meßgerät in dem Belüftungsbehälter vorgesehen, wodurch KLa und der gesättigte DO-Konzentrationswert (CS) von denen beide in der Temperatur durch den Wassertemperaturwert gemäß den Gleichungen (7) und (8) korrigiert sind, verwendet werden, so daß die Steuerung mit größerer Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Beispiel 5 (zum Vergleich)

Im Falle von Abwasser-Entladung in einem Einkaufszentrum, wo das Volumen (V) des Belüftungsbehälters: 702 (m³), KLa: 244 (l/H) und die gesättigte DO-Konzentration CS: 8.84 (mg/l) ist, und zwar in dem herkömmlich aktivierten Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp, wurden die Belüftungsschritte und das Anhalten der Belüftungsschritte sechsmal am Tag wiederholt, und die eine Belüftungszeit-Dauer betrug 2,5 Std./Zyklus des festgelegten Wertes. Wenn im Gegensatz dazu das erfindungsgemäße aktivierte Schlamm-Behandlungsverfahren vom periodischen Belüftungstyp auf die zuvor genannte Abwasser- Entladung angewendet wurde, wurden Ergebnisse erhalten, die in der folgenden Tabelle 2 gezeigt sind. Tabelle 2
Die Ergebnisse der Berechnungen durch den Computer gemäß den Gleichungen (3) bis (6) aus den in Tabelle 2 gezeigten Werten zeigten die integrierten Werte der Respirationsrate von 24.0 (mg/l/Zyklus) und des Sauerstoff-Bedarfswertes von 16.8 (kg/O&sub2;/Zyklus). In diesem Beispiel betrug die notwendige Belüftungs-Zeitdauer 1.11 (hr/Zyklus) und die nötige Belüftungs-Zeitdauer von 1.11 Std./Zyklus wurde angenommen.
In diesem Beispiel war das Wassertemperatur-Meßgerät in dem Belüftungsbehälter vorgesehen und die DO-Meßgeräte zum Messen der DO des Abwassers, das in den Belüftungsbehälter fließt, und des zurückzuführenden Schlamms, sowie die Geräte zum Messen der Flußrate des einfließenden Abwassers und der Flußrate des zurückzuführenden Schlamms waren vorgesehen in einer vorangehenden Stufenausrüstung, die mit dem Belüftungsbehälter verbunden ist, wodurch die Wassertemperatur (t) der gemischten Flotte in dem Lüftungsbehälter, die Flußrate (Q) des Abwassers, das in dem Belüftungsbehälter fließt, die Rate (r) des in dem Lüftungsbehälters zurückgeführten Schlamms, die DO-Konzentration (C&sub0;) der in den Belüftungsbehälter übertragenen Flüssigkeit und die luftdefundierte Wassertiefe (H) gemessen wurden.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt.

Tabelle 3

Wassertemperatur der gemischten Flotte in dem Belüftungsbehälter t = 22.0 (ºC)
Flußgeschwindigkeit des in dem Belüftungsbehälter fließenden Abwassers Q = 321 (m³/Tag)
Rate des Schlamms, der in den Belüftungsbehälter zurückgeführt ist r = 1.0 (-)
DO-Konzentration der Flüssigkeit, die in den Belüftungsbehälter übertragen wird C&sub0; = 1.0 (mg/l)
Luft-deffundierte Wassertiefe H = 3.5 (m)
Die notwendige Belüftungs-Zeitdauer, die aus den in Tabelle 3 gezeigten Werten berechnet wurde, gemäß den Gleichungen (2) bis (8) war 1.13 Std./Zyklus. Dieses Ergebnis war befriedigend.
Eine Ausführungsform der Erfindung wurde vorstehend beschrieben. Verschiedene wirksame Modifikationen sind auf der Basis der vorliegenden Erfindung erhältlich. Beispielsweise wurde in der obigen Ausführungsform nur das aktivierte Schlamm- Behandlungsverfahren beschrieben, bei dem der Absetzbehälter getrennt vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung braucht jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt sein, und die vorliegende Erfindung kann auch auf ein zyklisches aktiviertes Schlamm-Behandlungsverfahren angewandt werden, bei dem die Absetzung auch in dem Belüftungsbehälter auftritt, ein Oxidations-Ableitungsverfahren und ein Kontakt-Belüftungsverfahren, wobei Kontakt-Filtermedien in dem Belüftungsbehälter vorgesehen sind.
Ferner kann die vorliegende Erfindung als ein Respirationsmeßgerät des aktivierten Schlamms verwendet werden, da die Respirationsraten des aktivierten Schlamms in vorbestimmten Zeitintervallen während des Belüftungsschritts in dem Verfahren der automatischen Steuerung gemessen werden.

Claims

1. Verfahren zur biologischen Behandlung mit periodischer Belüftung von Abwasser, wobei einfließendes Abwasser in einem Belüftungstank aktivierten Schlamm kontaktiert, um eine gemischte Flotte zu bilden, und die gemischte Flotte einer periodischen Belüftung unterzogen wird, bei der ein Belüftungsschritt und eine Unterbrechung der Belüftung abwechselnd wiederholt werden, wobei die gelöste Sauerstoffkonzentration (C) der gemischten Flotte während des Belüftungsschritts gemessen wird, und die Änderungsgeschwindigkeit des gelösten Sauerstoffs dc/dt zu vorbestimmten Zeitabständen berechnet wird;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

(a) Bestimmen der Fehlwerte des gelösten Sauerstoffs aus dem Sättigungskonzentrationswert (C&sub2;) des gelösten Sauerstoffs der gemischten Flotte und dem Meßkonzentrationswert (C) des gelösten Sauerstoffs im laufenden Belüftungsschritt;

(b) Berechnen der Respirationsrate (Rr) des aktivierten Schlamms in der gemischten Flotte in Zeitabständen gemäß der Formel Rr = KLa (CS-C) - dc/dt, wobei KLa der Gesamt-Sauerstoffübertragskoeffizient in der gemischten Flotte ist;

(c) Integrieren der Respirationsrate Rr durch die Belüftungszeit (TA) des laufenden Belüftungsschritts, um den Sauerstoffbedarfswert (O&sub2;) zu bestimmen gemäß der Formel

Rr·dt, wobei V das Volumen des Belüftungstanks ist;

(d) Berechnen der notwendigen Belüftungszeit-Dauer (TA) gemäß der Formel, TA = O&sub2;/OC, wobei OC den gesamten während des laufenden Belüftungsschritts übertragenen Sauerstoff bezeichnet; und

(e) Durchführen des nächsten Belüftungsschritts in einer Dauer, die der notwendigen Belüftungszeit-Dauer (TA) gleich ist, die für den vorangegangenen Belüftungsschritt berechnet wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beendigung der periodischen Belüftungsschritte die gemischte Flotte in einen Absetztank eingeführt wird, und ein Teil des abgesetzten Schlamms aus dem Absetztank zum Belüftungstank rückgeführt wird und überstehende Flüssigkeit als behandeltes Wasser abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Zeitabstände zwischen 1 und 10 Minuten liegen.

4. Biologisches Behandlungssystem für periodische Belüftung des Typs, der einen Belüftungstank (1) mit einem Einlaß für einfließendes Abwasser und einen Auslaß für ausfließendes behandeltes Wasser aufweist, wobei der Belüftungstank beim Gebrauch eine gemischte Flotte enthält, die aktivierten Schlamm und Abwasser aufweist; eine Belüftungseinrichtung (2) zum Belüften von Schlamm in dem Belüftungstank, eine Steuereinheit zum Starten und Stoppen der Belüftungseinrichtung, eine Meßeinrichtung (3) für gelösten Sauerstoff zum Messen der Konzentration (C) des gelösten Sauerstoffs in der gemischten Flotte, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungssystem ferner aufweist

(a) Eine Berechnungs-Integrier-Betriebseinheit (4) für den Sauerstoffbedarf, die mit der Meßeinrichtung für den gelösten Sauerstoff verbunden ist;

(b) eine Antriebsschaltung, die mit der Berechnungs-Integrier-Betriebseinheit für den Sauerstoffbedarfswert und der Belüftungseinrichtung verbunden ist;

(c) wobei die Meßeinrichtung (3) für den gelösten Sauerstoff mit der Berechnungs-Integrier-Betriebseinheit (4) verbunden ist, um dieser Konzentrationswerte des gelösten Sauerstoffs zuzuführen;

(d) wobei die Integrier-Betriebseinheit so programmiert ist, daß sie berechnet:

(i) die Respirationsrate Rr des aktivierten Schlamms gemäß der Formel Rr = KLa (C&sub2;-C) - dc/dt, wobei CS die Sättigungskonzentration des gelösten Sauerstoffs der gemischten Flotte in dem Belüftungstank ist, dc/dt die Änderungsgeschwindigkeit des gelösten Sauerstoffs, und KLa der Gesamtsauerstoff-Koeffizient für die gemischte Flotte in dem Belüftungstank;

(ii) den Sauerstoffbedarfswert O&sub2; während eines laufenden Belüftungsschritts gemäß der Formel

Rr·dt,

wobei V das Volumen des Belüftungstanks ist, und T die Belüftungszeit-Dauer in dem laufenden Belüftungsschritt ist, und

(iii) die notwendige Belüftungszeit-Dauer TA des nächsten Belüftungsschritts gemäß der Formel TA = O&sub2;/OC, wobei OC der gesamtübertragene Sauerstoff des laufenden Belüftungsschritts ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtung ein Gebläse und einen Diffusor aufweist.

6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrier-Betriebseinheit einen Mikrocomputer aufweist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrier-Betriebseinheit eine Einrichtung zum Betreiben des Gebläses aufweist.