用于污水處理設(shè)施的調(diào)節(jié)設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)設(shè)備。
[0002] 本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在根據(jù)活性污泥法或活化法的生物廢水清潔中，廢水通過物質(zhì)代謝活性從需氧的 微生物、所謂的活性污泥中去除有機污染物。在此，通過硝化和脫硝分解氮。在硝化期間需 氧條件必須占優(yōu)，以便能夠通過自養(yǎng)的微生物進行硝酸鹽（N03)中的銨（NH4)。在隨后的脫 硝期間將硝酸鹽轉(zhuǎn)換成氮（N2)。對此，必須存在缺氧的條件，以便異養(yǎng)的微生物使用硝酸鹽 氧用于呼吸并且能夠執(zhí)行轉(zhuǎn)換成氮。
[0004] 為了能夠在僅一個活化池中執(zhí)行硝化和脫硝，池子被時間交替地（間歇性地）通 風(fēng)和不通風(fēng)。在壓縮空氣通風(fēng)的情況下，通過壓縮機或鼓風(fēng)機的接通和斷開和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)進 行對通風(fēng)功率的調(diào)節(jié)，其中當(dāng)由一個壓縮機供應(yīng)多個池子時，壓縮的空氣經(jīng)由可控制的氣 門導(dǎo)入到池子中。
[0005] 在現(xiàn)代自動化設(shè)計中，根據(jù)銨和硝酸鹽含量在硝化和脫硝之間切換，所述銨和硝 酸鹽含量借助于 NH4/N03 組合探針測量（US 2012/006414 Al, US 2014/263041 Al, US 7 416 669 BI)。一旦銨充分地分解，即銨氮（NH4-N)的濃度下降到例如0. 5mg/l的閾值之下， 就結(jié)束硝化階段進而結(jié)束通風(fēng)。一旦硝酸鹽充分地分解，即硝酸鹽氮（N03)的濃度下降到 例如8mg/l的閾值之下，就結(jié)束脫硝階段。
[0006] 也已知的是：通過測量活化池中溶解的氧的濃度并且經(jīng)由PID調(diào)節(jié)器確保例如1 至2mg/l的盡可能恒定的氧濃度的方式，在硝化階段期間調(diào)節(jié)通風(fēng)的功率。如果由一個鼓 風(fēng)機供應(yīng)多個池子（US 2014/0263041 Al)，那么或者經(jīng)由鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速或者氣門的位置來進 行調(diào)節(jié)干預(yù)。
[0007] 在污染物的量和/或濃度方面的注入波動表現(xiàn)了對于污水處理設(shè)施的運營商的 高要求，因為必須在全部情況下遵守對于污水清潔設(shè)施流出到流動水中的法律極限值，其 中所述污染物例如通過所連接的用戶（家用或工業(yè)企業(yè)）的行為模式或惡劣的天氣來產(chǎn) 生。如今的自動化設(shè)計最早當(dāng)活化池中的濃度改變時才能夠?qū)ψ兓淖⑷霔l件作出反應(yīng)。 然而在大多數(shù)情況下沒有自動化反應(yīng)進行。
[0008] 另一問題時：在間歇性運行中，對氧調(diào)節(jié)的困難的設(shè)定，因為實際上通常硝化階段 的時間上的持續(xù)時間不足，以便實現(xiàn)清潔地處理（sauberes Einschwingen)氧調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所基于的目的是：改進污水處理設(shè)施中的硝化的調(diào)節(jié)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一種調(diào)節(jié)設(shè)備或調(diào)節(jié)方法來實現(xiàn)。
[0011] 本發(fā)明基于如下知識：在硝化階段中，氧濃度僅表示用于為微生物的需氧的物質(zhì) 代謝提供的適當(dāng)環(huán)境條件的輔助調(diào)節(jié)參量。在較長時間恒定的養(yǎng)濃度并不能夠容易地實 現(xiàn)，并且出于方法技術(shù)和生物方面的觀點是不需要的。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，在硝化階段中的通風(fēng)的功率調(diào)節(jié)、即氣門的位置或鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速的調(diào) 節(jié)直接地針對主要感興趣的過程參量，即針對銨濃度。因為為了在間歇性運行中檢測切換 條件總歸提出使用適當(dāng)?shù)奶结槨⒗鏝H4/N03組合探針，所以已經(jīng)提供了銨測量值。
[0013] 因此在常規(guī)的通風(fēng)調(diào)節(jié)中吹入與需要用于達(dá)到氧理論值那么多的空氣，更確切地 說與為了分解污染物是否需要那么多的氧完全無關(guān)地，在此期間，通過將調(diào)節(jié)設(shè)計轉(zhuǎn)化到 銨作為主調(diào)節(jié)參量的方式，僅還需要吹入一些空氣，這些空氣如實際需要那么多，以便用于 為微生物充分地提供用于期望地分解銨的氧。因為鼓風(fēng)機的能量消耗隨著轉(zhuǎn)速的三次方提 高，所以根據(jù)本發(fā)明能夠顯著地節(jié)約能量。
[0014] 調(diào)節(jié)優(yōu)選實現(xiàn)為模型預(yù)測的調(diào)節(jié)，這為本發(fā)明提供如下優(yōu)點或改進可行性：
[0015] -通過自動地驗證學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的過程模型和在當(dāng)前的運行中使用預(yù)測的過程性， 能簡單地匹配于具有大的延遲時間或甚至死時間的困難的路徑動態(tài)（Streckendynamik)，
[0016] -借助于集成的參考參量過濾器低耗費地實現(xiàn)作為匹配情況的時間變化曲線的理 論值軌道，和
[0017] -低耗費地、完全工具輔助地實現(xiàn)基于模型的動態(tài)的干擾參量接入。
[0018] 因此，優(yōu)選沿著對于廢水的按含量預(yù)設(shè)的理論值變化進行調(diào)節(jié)，其中理論值變化 在對于硝化階段結(jié)束的預(yù)設(shè)時間低于預(yù)設(shè)的閾值。因此，銨濃度應(yīng)當(dāng)在從測量到的啟動值 到硝化階段開始的預(yù)設(shè)時間下降到預(yù)設(shè)的目標(biāo)值上。只要上述內(nèi)容達(dá)成，吹入的空氣量就 是足夠的。
[0019] 銨濃度的下降的期望的時間變化曲線能夠經(jīng)由有利地集成在基于模型的預(yù)測的 調(diào)節(jié)器中的參考參量過濾器（Fiihrungsgrofienfilter)來預(yù)設(shè)。在內(nèi)部，調(diào)節(jié)器以未來的理 論值變化曲線工作，所述理論值變化曲線與調(diào)節(jié)參量的預(yù)測的運動相比較。在沒有參考參 量過濾器的情況下認(rèn)為：當(dāng)前的理論值也在未來不變地在預(yù)測范圍內(nèi)是有效的。在理論值 突變的情況下這表示：也在較近的未來中已經(jīng)全數(shù)地需要新的理論值，盡管過程完全不能 夠?qū)崿F(xiàn)。借助參考參量過濾器或理論值過濾器，計算從當(dāng)前實際值到所需要的理論值的漸 進的理論值軌跡，使得在給定時間達(dá)到所需要的理論值。在此，目標(biāo)理論值勉強低于用于切 換以結(jié)束硝化階段的閾值之下，使得可靠地低于閾值并且進行到脫硝的切換。特別地，在硝 化開始時通過平緩地根據(jù)軌跡啟動鼓風(fēng)機能夠顯著地節(jié)約能量。
[0020] 此外，優(yōu)選地實現(xiàn)到活化池（Belebungsbecken)中的注入量的干擾參量接入 (St6rgr0fienaufschaltung)，以便能夠預(yù)先地對波動做出反應(yīng)。干擾參量接入能夠在沒 有附加組件的情況下，通過為考慮由于注入波動產(chǎn)生的影響用于校正預(yù)測的時間變化曲線 的方式來直接地借助基于模型的預(yù)測的調(diào)節(jié)器實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0021] 為了進一步闡述本發(fā)明，下面參考所附的附圖；詳細(xì)地
[0022] 圖1示出具有用于通風(fēng)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)設(shè)備的污水處理設(shè)施的一個實例，
[0023] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)設(shè)備的一個實例，
[0024] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法的仿真結(jié)果，和
[0025] 圖4為了比較示出已知的調(diào)節(jié)中的結(jié)果。
【具體實施方式】
[0026] 在圖1中示出具有活化池1的污水處理設(shè)施的極其簡化示意的視圖，所述活化池 經(jīng)由入口 2獲得來自沉砂池的且要清潔的廢水。在活化池1中將廢水通過間歇性的硝化和 脫硝進行生物清潔。污泥水混合物經(jīng)由出口 3到達(dá)到污水再處理池4中，在那里活性污泥 從被清潔的廢水中分離出，并且作為返回污泥輸送回到活化池1中。
[0027] 在硝化階段期間，在活化池1中包含的、由廢水和活性污泥構(gòu)成的混合物經(jīng)由通 風(fēng)裝置5以壓力的方式通風(fēng)。通風(fēng)裝置5能夠根據(jù)要求具有一個或多個鼓風(fēng)機6或壓縮機， 所述鼓風(fēng)機或壓縮機能夠被接通或斷開，并且至少在鼓風(fēng)機的情況下能夠關(guān)于其轉(zhuǎn)速進行 調(diào)節(jié)。如果經(jīng)由氣門將空氣輸送到活性池1中，那么也能夠調(diào)節(jié)該空氣輸送。
[0028] 在活性池1中，借助于適當(dāng)?shù)奶结?、例如NH4/N03組合探針測量污泥水混合物的 銨和硝酸鹽含量。借助于另外的探針8能夠測量其他的參數(shù)、如溶解的氧含量、氧化還原電 勢或pH值。一旦銨氮濃度下降到例如0. 5mg/l的閾值9之下，就將硝化階段進而通氣結(jié)束。 在硝化期間，如下面還詳細(xì)闡述的那樣，借助于調(diào)節(jié)器10根據(jù)測量的銨氮濃度調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機 轉(zhuǎn)速或氣門位置。一旦硝酸鹽-氮濃度下降到例如8mg/l的閾值之下，就結(jié)束緊隨硝化階 段的脫硝階段。
[0029] 圖2同樣以極其簡化示意的視圖示出基于模型的預(yù)測的調(diào)節(jié)器形式（預(yù)測調(diào)節(jié) 器）的調(diào)節(jié)器10的實例。調(diào)節(jié)路線（RegelstreckeUl、即污水處理設(shè)施或在其中運行的過 程的調(diào)節(jié)路線接入