專利名稱：污水處理控制設備和方法及污水處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及污水處理控制設備和方法及采用同樣設備和方法的污水處理 系統(tǒng)，以及更加特別地，涉及在污水處理控制設備和方法及采用同樣設備和方 法的污水處理系統(tǒng)中，如果檢測到測量設備設置水質目標值時的異常操作或失 敗，可以采用另一個測量設備設置所述水質目標值，以及可以采用改良的污水 處理設備，以減少操作的成本。
背景技術：
由于社會已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展，因此用水量已經(jīng)增加，并已采用污水處 理設備處理用過的水。在這樣的污水處理設備中，生物處理過程已被頻繁地應 用，以及除所述生物處理過程外，近期物理化學處理過程也已被應用。
該生物處理過程采用微生物分解污染物，以及當采用微生物分解污染物 時，可能產(chǎn)生廢污泥。更進一步地，在該物理化學處理過程中，添加化學藥品 和釆用攪拌器或類似物混合所述化學藥品，以使污染物可被快速有效地去除。 然而，所述物理化學處理過程是不經(jīng)濟的，因為化學藥品的持續(xù)供給，產(chǎn)生污 泥的增加，攪動操作等，導致處理成本的增加。更進一步地，該物理化學處理 過程是不合乎要求的，因為如果化學藥品的數(shù)量太少以至于不能去除污染物， 則污染物的去除效率可能降低，然而如果化學藥品的數(shù)量太多，則由于化學藥
品的不當利用(misappropriation)可能產(chǎn)生其他的污染。
同時，雖然不能快速去除污染物，但是所述生物處理過程還是有優(yōu)點的， 因為從長遠角度看，該生物處理過程是穩(wěn)定的、可靠的和經(jīng)濟的，而且不會產(chǎn) 生其他的環(huán)境污染。不過迄今為止，該生物處理過程遺留了許多改進的空間。
傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)接收水，以使污水處理系統(tǒng)的狀態(tài)可以變換為厭氧狀
態(tài)、缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)中的一個狀態(tài)，以及該污水處理系統(tǒng)包括污水處理設 備和污水處理控制設備，該污水處理設備有生物反應堆，為了改變流動的軌跡， 該生物反應堆的泄流部分被控制開啟/關閉，該污水處理控制設備用于依照給定 值，控制所述污水處理設備。
由上述各種過程控制的污水處理設*據(jù)流入污水的水質，在不同的條件 下控制污水處理過程，以能提高污水處理性能和經(jīng)濟效率，以及將其他的環(huán)境 污染降到最低。
上述污水處理控制設備已采用依靠可編程邏輯控制器(PLC, Programmable Logic Controller )、分散控制系統(tǒng)(DCS, Distributed Control System)和可編程 控制器(PC, Programmable Controller)控制設備，在預設的時間間隔內(nèi)重復 開啟/關閉操作的時間控制方法、為了定量控制而設置不變目標值的定量控制方 法、由操作員手動控制目標值的手動控制方法、或采用給定可變目標值程序控 制的可編程控制方法。
當采用不變目標值操作該污水處理控制設備時，不可能快速應付外部環(huán)境 的變化。同時，手動控制方法中，目標值依據(jù)操作員的專業(yè)水平手動控制。因 而，如果操作員不具備專業(yè)水平，則不可能有適當?shù)目刂?，而且污水處理過程 可能在操作員的主觀控制狀態(tài)下被控制。
因此，近期已被應用于控制污水處理過程的方法中，目標值依據(jù)水質載荷 和水質狀態(tài)被適當?shù)卦O置，以及有給定程序設置變化的目標值。
同時，傳統(tǒng)的污水生物處理過程不能有效去除污染物，例如除生化需氧量 (BOD, Biochemical Oxygen Demand)和懸浮固體(SS, Suspend Solid)外的 氮和磷，因為諸如生活污水、工業(yè)污水和家畜污水的污染物已經(jīng)增加，而且活 性污泥法(activated sludge method)的二次處理工具(facilities)是有限的，所 以水污染實際上仍在持續(xù)。
因此，為了有效去除諸如氮和磷的污染物的設備和方法已經(jīng)出現(xiàn)，并依據(jù) 這些方法的處理方式，將它們歸類為物理化學處理方法和生物處理方法。污7jc生物處理方法包4舌厭氧,更(anaerobic zone )、缺fU史(anoxic zone )、 好氧段(aerobiczone),或類似的段，以及可以被描繪為厭氧/缺氧/好氧脫氮除 磷工藝(A2/0 )、間歇通風方法和序列間歇式活性污泥法(SBR， Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process )。
在前述A2/0系列污水處理設備中，為了區(qū)分厭氧(段)狀態(tài)、缺氧(段) 狀態(tài)和好氧(段)狀態(tài)，內(nèi)部隔斷墻被安裝在生物反應堆中，以將生物反應堆 在空間上分割為多個小腔室。A2/0系列污水處理設備對于大規(guī)模污水處理非常 有用，能相對抵抗載荷變化，以及維持超過預設等級的穩(wěn)定處理過的水質。
參照圖1，圖1為傳統(tǒng)A2/0系列污水處理設備的操作流程圖，該傳統(tǒng)A2/0 系列污水處理設備接收流入水，例如污水和污染廢棄水，并將流入水引入生物 反應堆。為部分去除懸浮固體物，該流入水已經(jīng)在初次澄清池中被澄清和處理 過。
生物反應堆的內(nèi)部通過隔斷墻被分成厭氧段10、缺氧段12和好氧段14。 更進一步地，已經(jīng)流過生物反應堆的流入水被存儲在二次澄清池16中，在其 中，異物被沉淀后，水泄流出去。
在這個時候，在二次澄清池16中產(chǎn)生的污泥被重新引入?yún)捬醵危詧?zhí)行 再處理過程。
更進一步地，為了提高去除氮的效率，氨氮應該在好氧(段)狀態(tài)被轉化 為硝酸鹽氮，然后，應該采用內(nèi)部再循環(huán)泵或推進型的水下移動設備執(zhí)行內(nèi)部 再循環(huán)，進入缺氧(段)狀態(tài)。
如上所述，A2/0系列污水處理設備通過隔斷墻，將各處理階段彼此分割開 來，然而間歇通風和SBR系列污水處理設備通過時間控制，單獨操作厭氧狀 態(tài)、缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)。
也即，傳統(tǒng)間歇通風或SBR系列污水處理設備有一個生物反應堆，并被 控制隨著時間的過去，在不同條件下，在厭氧狀態(tài)、缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)操作 該生物反應堆，而不需要在傳統(tǒng)A2/0系列污水處理設備中描述的內(nèi)部再循環(huán)。
同樣地，傳統(tǒng)污水處理方法通過空間或時間的分離(控制)鑒別厭氧狀態(tài)、
缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)，以及當在好氧狀態(tài)中維持2.0mg/L或比2.0mg/L更高的 最小溶解氧濃度時，執(zhí)行傳統(tǒng)污水處理方法。另外，在缺氧或厭氧狀態(tài)下，在 生物反應堆中安裝攪拌器，以通過物理方法使在攪拌器中的物質可以被充分混 合，以及如果執(zhí)行內(nèi)部再循環(huán)，則需要內(nèi)部再循環(huán)泵或類似物。
同時，污水處理設備的操作控制主要依賴于條件，例如流入污水量，流入 污水的污染物載荷，和生物反應堆中的孩t生物濃度。以及這些條件通過流速測 量裝置、水質檢測裝置、試驗值等確定。
在污水處理設備的這些操作條件中，流入污水量是最有影響力的，流入污 水量依賴時間、日期、月份和季節(jié)是非常不固定(highly fluid)的。因此，如 果污水處理設備才艮據(jù)確定的定量控制條件進行操作，則可能浪費大量的時間和 預算來維持正常的操作，因此，實現(xiàn)正常的操作并不容易。更進一步地，因為 依賴于試驗值的操作條件的變化，導致試驗的過程變得復雜和需要更長時間， 因此很難適應實時變化的諸如流速與污染物載荷量的條件。當目標值是手動確 定的時，由于永久駐扎在那里的管理者需要依據(jù)可變的條件調整目標值，而存 在問題。
最近，盡管許多采用流速傳感器和水質測量傳感器的自動操作控制方法已 經(jīng)出現(xiàn)，但是隨著時間的過去(with the passage of time),與傳感器最初安裝時 相比，水質測量傳感器的測量靈敏度誤差范圍增大，以及傳感器維修發(fā)生 (maintenance occurrence)的頻率增加，使得存在諸如元件更換和定期維修的 技術問題，以及存在諸如元件更換和二次安裝成本的經(jīng)濟問題。因此，依賴于 傳感器的污水處理過程的操作控制并沒有真正地實現(xiàn)。
圖2是結構圖，示意性的示出了基于現(xiàn)有技術的污水處理系統(tǒng)的污水處理 控制設備。參照圖2，污水處理控制設備50裝備有測量單元51,測量單元51 具有檢測水中特定成分的傳感器，以及測量單元51連接到目標值設定單元52 上。當輸入來自測量單元51測量出的成分值時，目標值設定單元52設定污水
處理所需的操作條件的目標值。
除了污水處理控制設備50通過測量單元51測量出的設定值自動操作的方 法外，污水處理控制設備50具有手動設定單元53,在手動設定單元53中，目 標值基于操作員輸入的成分值設定。更進一步地，污水處理控制設備50配備 有信號選擇單元55,以選擇性地連接到目標值設定單元52或手動設定單元53 上，還配備有自動/手動模式選擇單元54，在自動/手動模式選擇單元54中，操 作員可以選擇自動模式或手動模式，來選擇信號選擇單元55。更進一步地，來 自信號選擇單元55的目標值輸入被傳送到比例、積分、微分(PID, Proportional Integral Derivative )控制單元56，并通過比例、積分或微分操作，轉換為控制 信號，另外，PID控制單元56連接到污水處理設備57上，以及污水處理設備 57基于轉換出的控制信號操作，以處理污水。
同時，污水處理控制設備50包括控制補償單元，在控制補償單元中輸入 的來自信號選擇單元55的目標值，與從流過污水處理設備57的水測量出的測 量值相比較，然后將被輸入到PID控制單元56的目標值可以被補償。所述控 制補償單元包括最終測量單元58,最終測量單元58具有安裝到污水處理設備 57出口側的傳感器，用來檢測水的特定成分。所述控制補償單元還包括比較單 元59，比較單元59安裝在PID控制單元56的入口側，用來比較從設定目標 值預測出的特定成分值和由最終測量單元58檢測出的特定成分值，并校正目 標值，以使預測出的特定成分值可以聚合到檢測出的特定成分值中。
盡管構造如上的污水處理系統(tǒng)通常采用一個水質測量單元，來測量一個特 定的成分，但是當該水質測量單元已使用很長時間后，可能產(chǎn)生傳感器靈敏度 的差異。因此，產(chǎn)生了測量誤差和諸如維修的經(jīng)濟問題。
為了解決這些問題，在傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)中提出了一個方案，在該方案中， 安裝大量的水質測量單元，以將每兩個水質測量單元的測量值相互比較，或者 當一個水質測量單元故障時，故障的水質測量單元可以被另一個水質測量單元 替換，以測量水質。然而，因為水質測量單元貴，該方案并未作為現(xiàn)實可選的
方案被采用。
因此，歸因于傳感器的維修增加或不斷調整，通常在國內(nèi)區(qū)域采用的大多 數(shù)污水處理系統(tǒng)，并未在初始安裝后使用很長時間。存在不能快速適應外部因 素的問題，因此可能失去了污水處理過程的功能，所述外部因素例如有^^生物 消失、系統(tǒng)故障、流入水的流速變化以及載荷量的變化。
更進一步地，盡管傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)提供采用實時水質監(jiān)測的監(jiān)測與控制 系統(tǒng)，但其并不提供檢測該監(jiān)測與控制系統(tǒng)是否正常的系統(tǒng)，因此，該監(jiān)測與 控制系統(tǒng)的可靠性相當?shù)?。另外，如果傳統(tǒng)的污水處理廠通過先進的處理方法 進行改進，安裝隔斷墻和水下機器所需的時間太長，以至于污水處理廠的處理 效率可能在建設期間急劇降低，從而使鄰近的河流污染加重。
更進一步地，在傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)中，在好氧狀態(tài)下維持高溶解氧濃度， 以及在厭氧或缺氧狀態(tài)下安裝攪拌器并持續(xù)攪拌，需要大的操作成本以運行污 水處理設備。
因此，存在提高傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)中的污水處理設備的需求，還存在控制 污水處理設備的控制方法的基礎改進需求。

發(fā)明內(nèi)容
設計本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術中的上述問題。本發(fā)明的一個目標是提供污水 處理控制設備和方法，以及采用同樣設備和方法的污水處理系統(tǒng)，以能判定當
測量單元中傳感器異常操作時可能發(fā)生的，測量出的測量值是否異常；當用于 測量特定成分的貴的測量單元故障時，用于測量另一個特定成分的便宜的測量 單元可以被用來轉換目標值，從而用所述便宜的測量單元替換所述貴的測量單 元，因此大幅降低了安裝測量單元的費用；測量單元的數(shù)目可以被最小化，以 容易實施維修；故障的出現(xiàn)可以被最小化；以及盡管多個測量單元中的任何一 個測量單元故障，可以采用另一個測量單元，以執(zhí)行持續(xù)的測量，以使無需手 動操作，因此能夠安全地和準確地控制污水處理過程。
更進一步地，本發(fā)明的另一個目標是提供污水處理控制設備和方法以及采 用同樣設備和方法的污水處理系統(tǒng)，其能普遍應用于污水處理過程，其中，可
以實現(xiàn)最好的控制條件；可以提高氮和磷的去除效率；以及維修的時間和人力 可以被最小化，以減少相應預算。
依據(jù)本發(fā)明為了實現(xiàn)目標的一個方面，提供了一種污水處理控制設備，包 括多個測量單元，分別具有用于檢測水中特定成分的傳感器；多個有效性驗 證單元，分別連接到所述多個測量單元，用于為測量出的成分值確定有效性； 多個目標值設定單元，分別連接到所述多個有效性驗證單元，用于為在所述多 個測量單元測量出的成分值設定目標值；手動設定單元，用于依據(jù)操作員輸入 的成分值，設定目標值；信號選擇單元，用于允許所述多個目標值設定單元中 的任一個目標值設定單元或所述手動設定單元^皮連接；PID控制單元，用于為 由所述信號選擇單元輸入的目標值執(zhí)行比例、積分或微分操作，將所述目標值 轉換為控制信號；以及"^喿縱單元，用于依據(jù)在所述PID控制單元中轉換出的所 述控制信號，操縱污水處理設備。
在這里，所述有效性驗證單元可以通過比較對應所述測量出的成分值的信 號，是否滿足預設的電壓、預設的變動范圍、預設的變動速度或在預設時段中 的變動數(shù)目，來確定所述有效性。更進一步較佳地，所述目標值為依據(jù)所述測 量出的成分值設定，用以處理污水的操作條件。此外，所述信號選擇單元可以 包括選擇邏輯單元，所述選擇邏輯單元控制以允許所述多個目標值設定單元中 具有在對應的有效性驗證單元中確定有效的成分值的一個目標值設定單元，或 所述手動設定單元被連接。而且，所述選擇邏輯單元可以控制以依據(jù)預設的優(yōu) 先級，選擇所述多個目標值設定單元中的一個目標值設定單元。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種污水處理控制方法，包括步驟檢測 水的特定成分；確定在所述檢測步驟檢測出的成分值的有效性；為所述成分值 設定目標值；選取與在所述確定有效性的步驟中被確定有效的成分值對應的目 標值；將在所述選取步驟中選取出的所述目標值轉換為控制信號；以及依據(jù)在
所述轉換步驟中轉換出的所述控制信號，操縱污水處理設備。
此處，所述檢測步驟可以由檢測水的所述特定成分的對應的傳感器執(zhí)行。 另外，所述設定目標值的步驟可以通過設定操作條件來執(zhí)行，所述操作條件用 于對在所述檢測步驟中檢測出的所述特定成分進行污水處理。更進一步地，在 所述確定有效性的步驟中，所述有效性可以通過比較對應所述測量出的成分值 的信號，是否滿足預設的電壓、預設的變動范圍、預_沒的變動速度或在預設時 段中的變動數(shù)目，來確定。
依據(jù)本發(fā)明又一個的方面，提供了一種污水處理系統(tǒng)，包括污水處理設備
和污水處理控制設備。所述污水處理設備包括至少兩個生物反應堆，每個生 物反應堆分別連接到流入部分和泄流部分，所述生物反應堆構造有隧道，用于 允許所述至少兩個生物反應堆彼此連通；擴散體，安裝在所述每個生物反應堆 的較低部分，用于選擇性地提供空氣，以使每個生物反應堆轉變?yōu)閰捬醵螤顟B(tài)、 缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)中的一個狀態(tài)；以及多個水位調節(jié)設備，分別安裝在所述 生物反應堆的泄流部分，用于調節(jié)所述泄流部分的關閉/開啟，以改變流動的軌 跡。所述污水處理控制設備包括多個測量單元，分別具有用于檢測水中特定 成分的傳感器；多個有效性驗證單元，分別連接到所述多個測量單元，用于為 測量出的成分值確定有效性；多個目標值設定單元，分別連接到所述多個有效 性驗證單元，用于為在所述多個測量單元中測量出的所述成分值設定目標值； 手動設定單元，用于依據(jù)操作員輸入的成分值，設定目標值；信號選擇單元， 用于允許所述多個目標值設定單元中的任一個目標值設定單元或所述手動設 定單元被連接；PID控制單元，用于為由信號選擇單元輸入的目標值執(zhí)行比例、 積分或微分操作，將所述目標值轉換為控制信號；以及操縱單元，用于依據(jù)在 所述PID控制單元中轉換出的所述控制信號，操縱所述污水處理設備。


圖1為傳統(tǒng)A2/0系列污水處理i殳備的流程圖2為示意性的示出基于現(xiàn)有技術的污水處理控制設備的結構圖3為示意性的示出基于本發(fā)明的污水處理控制設備的結構圖4為示出在基于本發(fā)明的污水處理控制設備中確定有效性過程的流程
圖5為示意性的示出基于本發(fā)明的生物反應堆的透視圖6為示意性的示出基于本發(fā)明的污水處理設備的結構圖7為示出基于本發(fā)明的污水處理設備的生物反應堆內(nèi)部的剖視圖8為基于本發(fā)明的污水處理設備的改進實施例的結構圖9為示出基于本發(fā)明另 一個實施例的污水處理設備的結構圖10為示出基于本發(fā)明的另 一實施例的污水處理設備的結構圖11為示出基于本發(fā)明的又另一實施例的污水處理設備的結構圖12為示出基于本發(fā)明的污水處理設備中調整系統(tǒng)的估計單元的結構圖13為示出基于本發(fā)明的污水處理設備的一個應用實例的圖示。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖對依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述。 圖3為示意性的示出基于本發(fā)明的污水處理系統(tǒng)的污水處理控制設備的結 構圖；以及圖4為示出在基于本發(fā)明的污水處理系統(tǒng)的污水處理控制設備中確 定有效性過程的流程圖。
基于本發(fā)明的污水處理系統(tǒng)包括包含生物反應堆的污水處理設備108，其 中，水被引入所述生物反應堆，他們的狀態(tài)被轉變?yōu)閰捬醵螤顟B(tài)、缺氧狀態(tài)和 好氧狀態(tài)中的一個狀態(tài)，以及所述生物區(qū)的泄流部分的關閉/開啟被調整，以改 變流動的軌跡；還包括污水處理控制設備100,用于為對水的特定成分測量出 的成分值確定有效性，并通過產(chǎn)生與所述目標值成比例的控制信號，來控制污 水處理設備。
此處，污水處理控制設備100具有多個測量單元101，用于分別檢測水的
多個特定成分值。提供的測量單元101的個數(shù)，與將被測量的水的特定成分的 數(shù)目一致，以及在所述每個測量單元101中提供的傳感器用來分別檢測所述每 個特定成分值。例如，所述每個測量單元101可以測量溶解氧(DO, Dissolved Oxygen )、硝酸鹽(N03 )、氨((NH4 )、磷酸鹽(P04 )、混合溶液懸浮固體(MLSS, Mixed Liquor Suspended Solid)濃度、氣流速度和氣壓、水4立或污泥界面、濁 度、pH、以及類似的特定成分值。在這里，所述溶解氧可被用于測量與氨物質 起反應所必須的氧氣數(shù)量，以用微生物去除污水污染物。更進一步地，所述硝 酸鹽可被用于測量已由微生物處理過的氨氮反應物。此外，所述混合溶液懸浮 固體表示包含在將被處理的污水中的懸浮固體，并可被用于測量污水處理過程 中微生物的濃度。另外，所述測量單元101可以測量水的溫度、生化需氧量 (BOD, Biochemical Oxygen Demand )、化學需氧量(COD， Chemical Oxygen Demand )、氧化還原電位(ORP, Oxidation-Reduction Potential )，以及類似物。
此外，所述多個測量單元101 :故分別連接到多個有效性-瞼證單元102。所
述多個有效性驗證單元102確定在所述多個測量單元101中測量出的成分值的 有效性。
所述有效性驗證單元102確定所述測量出的成分值的信號是否由預先確定 的電壓激活，或所述測量出的成分值的變動范圍是否包含在預先確定的范圍 內(nèi)。更進一步地，所述多個有效性驗證單元102通過確定所述測量出的成分值 的變動速度來確定有效性，以及可以通過在預定時間段內(nèi)的變動數(shù)目來確定所 述傳感器是否正常地運行。
另外，所述多個有效性驗證單元102分別連接到多個目標值設定單元103 上，在所述目標值設定單元103中，為在每個測量單元101中測量出的成分值 設定目標值。
在所述目標值設定單元103中，將被輸入的成分值的目標值已經(jīng)預先經(jīng)函 數(shù)關系設置。例如，如果氨(NH4)的成分值被輸入，所述目標值設定單元103 可以獲得溶解氧(DO， Dissolved Oxygen)的目標值。此處，NH4的所述目標
值函數(shù)可以表示為化學式1: 化學式1
冊4+(92 — AA03
換句話說，如果輸入NH4的所述成分值，則可以獲得經(jīng)化學方法轉化為硝 酸鹽(N03)所必須的02的所述成分值。另一方面，如果輸入N03的所述成 分值，則可以獲得轉化NH4所必須的02的所述成分值。
如上所述，可以采用特定成分的可選函數(shù)，例如，氧的吸收速度(OUR, Oxygen Uptake Rate )可以通過采用BOD和MLSS輸入流速度計算得到，因此， DO可以;陂測出。
隨后介紹設定原則，通過所述設定原則可以替換所述目標值。
氮化合反應是在好氧狀態(tài)中，通過氮化合微生物將氨氮氧化為亞硝酸和硝 酸的過程，以及氮化合反應被歸類為氨氧化過程和亞硝酸氧化過程，并被表示 成化學式2:
化學式2
NH: +1.502 — NO; + H20 + 2H + Energe NO; + 0.5O2 ~> N03— + Energe
理論上將氨氧化為硝酸的總需氧量大約為4.57g-02/g-N,其中在氨氧化和 亞硝酸氧化過程中的需氧量分別為3.43g-02/g-N和1.14-02/g-N。此時，氪化 合微生物將廢水中的碳酸氧用作無機碳源，以及在氮化合過程中產(chǎn)生的氫離子 (If)將導致廢水中的堿度減小。理論上，需要7.14mg的堿度(例如CaC03) 氧化lmg的NH4+-N。
在氮化合反應的細胞合成過程中需要無機碳。此時，大部分從氮的氧化獲 得的能量被用來將二氧化碳還原為細胞。所述考慮細胞合成的化學計算式可以 被表示為化學式3:
化學式3 1NH: +1.4402 + 0.0496CO2 4 0.99NO; + 0.01C5H7NO2 + 0.97H2O +1.99H+ +0.5O2 +0.031C02 +0.00619NH^ +0.0124H2O +0.00619C5H7NO2 +0.00619H+
氨氧化劑和氮氧化劑的產(chǎn)量分別被應用為0.08g-VSS/g-NH4+-N和 0.05g-VSS/g-NO2、N。此處，C5H7N02表示亞硝化單胞菌。
通常熟知的是，氮化合反應主要由化能自養(yǎng)的細菌引起。在涉及氮化合反 應的微生物中，亞硝化單胞菌(Nitrosomonassp.)是一種典型的微生物，通過 亞硝化單胞菌，氮通過羥胺氧化為亞硝酸，以及涉及氮化合反應的微生物還有 其他諸如亞硝酸螺菌(Nitrosospira briensis )、 亞硝化5求菌氮(Nitrosococcus nitrous)和亞硝酸葉菌(Nitrosolobus multiformis )。將亞硝酸氧化為硝酸的主 要微生物是硝化桿菌(Nitrobacter sp.)，以及還知道有諸如硝酸棘突菌 (Nitrosospina gracilis)和運動亞硝化球菌(Nitrosococcus mobils)的海里的微 生物。
如上所述，因為涉及氮化合過程的反應發(fā)生在場反應堆中(在通風狀態(tài) 中)，所述控制關系和流動被類推為簡化的反應式，例如'NH4的量+02的量 N03的量，，所以凈皮控制的物質為02 (或溶解氧(DO, Dissolved Oxygen)), 以及控制所需的關聯(lián)參數(shù)為NH4和NCb。
更進一步地，通過定量化學反應關系、氨(NH4)(也就是所述反應量)、 氧(也就是所述所需的量)和硝酸鹽(也就是所述產(chǎn)品量)，通過在控制系統(tǒng) 中安裝NH4、 N03和DO測量單元，能測量所述反應堆的狀態(tài)(定量反應的量)， 以及在通風過程中所需氧的數(shù)量能通過測出的NH4和N03來估計。
而且，因為在所述反應式中反應從左側流到右側，相互的反比例運算依據(jù) 與消耗和產(chǎn)出關系相符的反應式，發(fā)生在,4和N03之間。更確切地說，不
斷地02消耗反應使得NH4減少、N03增多。
依據(jù)所述相互的反應關系，所需02量可以通過NH4和N03設置。所述DO需求量的負荷曲線與NH4成正比，而所述DO需求量的負荷曲線與N03成 反比。
盡管每個負荷曲線理論上是線性的，然而歸因于實際操作的狀態(tài)參數(shù)，例 如季節(jié)、時間、負載、水質構成比例、微生物活性、水溫和氣候，他們是非線 性比例的。更進一步地，每個非線性比例曲線參照為引入污水處理廠的污水執(zhí) 行的多種經(jīng)驗操作或初始試運行中獲得的數(shù)據(jù)繪制。
更進一步地，所述污水處理控制設備100可基于上述每個測量單元101檢 測出的成分值，自動設置目標值。如果有大的狀態(tài)變化，例如污水處理控制設 備100故障或氣候巨變(Climate Flood),所述污水處理控制設備100可以令操 作員自由設置目標值。最終，可以包括用于使操作員直接輸入成分值的手動設 定單元104。
同時，所述污水處理控制設備100包括信號選擇單元106，用于選擇性地 允許多個目標值設定單元103中的任一個目標值設定單元或所述手動設定單元 104被連接。所述信號選擇單元106包括選擇邏輯單元105,用于控制所述多
的一個目標值設定單元被連接，或控制手動設定單元104被連接。
所述選擇邏輯單元105選擇目標設定單元103中有效性被基于預先確定的 優(yōu)先級驗證了的一個目標設定單元。更確切地說，所述選擇邏輯單元105依據(jù) 時序邏輯，檢測指定為第一優(yōu)先級的第一成分值，以及如果無異常，選擇所述 第一成分值。然而，如果所述指定為第一優(yōu)先級的第一成分值異常，選擇邏輯 單元105檢測并選擇指定為第二優(yōu)先級的第二成分值。如上所述，所述選擇邏 輯單元105基于每個成分值的優(yōu)先級檢測每個成分值，以及如果所有的成分值 都異常，所述目標值基于操作員輸入所述手動設定單元104的設定值設置。
更進一步地，所述污水處理控制設備100包括PID控制單元107,用于為 從信號選擇單元106輸入的目標值，執(zhí)行比例、積分或《效分操作，以將所述目 標值轉換為控制信號。另外，所述污水處理控制設備100可以進一步包括控制
補償單元，在所述控制補償單元中，從所述信號選擇單元106輸入的目標值， 與通過從流過所述污水處理設備108的水中測量獲得的測量值彼此相互比較， 于是即將凈皮輸入到PID控制單元107的目標值可以;故補償。
所述控制補償單元包括最終測量單元109，最終測量單元109具有安裝在 所述污水處理設備108出口側的傳感器，以檢測水的特定成分；還包括比較單 元IIO，比較單元IIO安裝在所述PID控制單元107的入口側，并比較從所述 設定的目標值預測出的特定成分值，與通過所述最終測量單元109檢測出的特 定成分值，以校正所述目標值，從而所述預測出的特定成分值被聚合到所述檢 測出的特定成分值中。
如上所述，所述污水處理控制設備100能夠快速應對出現(xiàn)的或未出現(xiàn)的任 何問題、歸因于新流入水的環(huán)境變化或處理狀態(tài)，、和外部環(huán)境的變化，因此 能夠維持穩(wěn)定處理過的水質，處理費用也能大幅下降。
由上述所述污水處理控制設備100控制的所述污水處理設備的構造和操作 將在下面闡述。
圖5為示意性地示出了基于本發(fā)明的生物反應堆的透視圖，另外，圖6為 示意性的示出了基于本發(fā)明的污水處理設備的結構圖，以及圖7為示出了基于 本發(fā)明的污水處理設備的生物反應堆內(nèi)部的剖視圖。
如圖5-7所示，所述污水處理設備108具有兩個生物反應堆210和220(適 合于大量液體)，所迷兩個生物反應堆構造有隧道216和226，通過所述隧道， 生物反應堆210和220互相連通，以及污水可以互流。另外，所述每個生物反 應堆210和220被連接到流入部分211， 212， 221和222，用于使污水被引入 流過所述生物反應堆210和220的較高和較低端，以及連接到泄流部分214和 224,用于泄流經(jīng)每個生物反應堆210和220凈化后的污水。最終，所述生物 反應堆210和220具有流入和泄流部分，分別連接到所述流入部分211、 212、 221和222，以及所述泄流部分214和224。
更進一步地，所述流入部分211， 212, 221和222分別連接到所述生物反 應堆210和220的所述較高和較低端。開啟和關閉單元270 ^皮安裝在所述流入 部分211, 212, 221和222的出口部分，以4吏所述泄流部分214和224的開啟 狀態(tài)能被所述開啟和關閉單元270的控制來調節(jié)。
每個開啟和關閉單元270是電功率水閘，以及包括具有垂直移動桿274的 汽缸272,和連接到所述汽缸272的所述桿274的遮擋^反276，以遮擋所述流 入部分211， 212， 221或222的出口部分。
更進一步地，用于提供空氣的擴散體(diffUsers ) 230被安裝在每個生物反 應堆210或220的較低部分。所述擴散體230選擇性地提供空氣到所述生物反 應堆210或220中，從而，所述生物反應堆210或220可以被轉變?yōu)閰捬醺镓碃?態(tài)、缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)中的一個狀態(tài)。另外，通過控制從擴散體230提供空 氣的射入位置，所述厭氧段狀態(tài)、缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)可以在所述生物反應堆 210或220中共存。
更進一步地，可以安裝多個擴散體230。較佳地，所述擴散體230被安裝 為朝向流入部分211， 212, 221和222。從而所述每個擴散體230放置在對應 的流入部分211, 212， 221和222的較低部分。
另外，用于提供空氣的主要供氣管232被連接到所述擴散體230,以及送 風機236安裝在主要供氣管232上提供空氣。更進一步地，用于調節(jié)供應空氣
分。所述閥裝置234可以包括整流針形閥(electric needle valve )、整流蝶形閥 (electric butterfly valve )或整流J求形閥(electric ball valve ),以及所述閥裝置 234的調節(jié)可以使得提供給每個擴散體230的空氣量被控制。從而所述污水處 理設備108能在不暫停所述送風機236的運作的前提下，阻止或調節(jié)通過所述 擴散體230,提供給所述生物反應堆210和220的每個部分的供氣。
此外，用于調整提供的污水流速的流速調整區(qū)域(未示出)可以被安裝到 所述生物反應堆210和220的所述流入部分211， 212， 221和222的入口部分。 從而恒定的污水流速可被提供給所述生物反應堆210和220。
更進一步地，用于調整所述泄流部分214和224的關閉/開啟，以改變流動 軌跡的7M立調節(jié)設備280j皮安裝在所述生物反應堆210和220的泄流部分214 和224上。從而，在所述生物反應堆210和220中的所述水位調節(jié)設備280的 調節(jié)，可使在缺氧(段)狀態(tài)中的硝酸鹽污水受重力作用而流動，因此，可以 通過相對小的動力獲得內(nèi)在的再循環(huán)效應。
所述水位調節(jié)設備280用于通過調節(jié)所述泄流部分214和224的開口高度， 來調節(jié)所述泄流部分214和224的關閉/開啟，以及用于通過調節(jié)所述泄流部分 214和224溢流處的流動速度，來改變流動軌跡。最終，所述水位調節(jié)設備280 包括用于關閉其開口的關閉/開啟裝置，和用于調節(jié)所述關閉/開啟裝置高度的 高度調節(jié)裝置。
圖8為基于本發(fā)明的污水處理設備108改進實施例的結構圖。用于初次澄 清流入的污水中包含的異物的初次澄清池240，可以被安裝在流速調節(jié)區(qū)域與 流入部分211, 212， 221和222的入口部分之間。更進一步地，用于二次澄清 處理過的污水中包含的異物的二次澄清池250,可以被安裝在所述生物反應堆 210和220的泄流部分214和224上。此處，可以安裝多個初次澄清池240和 多個二次澄清池250,以增強異物的沉淀性能。
同時，所述二次澄清池250裝備有返流通道255,用于允許所述二次澄清 池250與所述生物反應堆210和220的所述流入部分211， 212, 221和222相 連通，因此所述返流通道255使得在二次澄清池250中沉淀的污泥部分，通過 所述流入部分211， 212, 221和222，被返回到所述生物反應堆210和220， 并在其中被重新處理。
如圖9所示，示出了基于本發(fā)明另一個實施例的污水處理設備108的結構
端，所述流入的污水和所述從返流通道255返回的污泥纟皮引入該附加厭氧段 218和228。較佳地，用于混合和提供污水和污泥的所述附加厭氧4殳218和228 可以裝備有攪拌器，用于物理地攪拌所述污水和污泥。
在本發(fā)明中，所述附加厭氧段218和228可被分別安裝在所述生物反應堆 210和220的側面，以及一個附加厭氧段可以:故安裝在所述生物反應堆210和 220的前端，以允許污水和污泥在混合狀態(tài)中被混合并提供。
另外，參照圖10,示出了基于本發(fā)明另 一實施例的污水處理設備的結構圖， 代替前述附加厭氧段218和228，用于混合和分配流入的污水和返回的活性污 泥的混合及分配池245,可被安裝在所述生物反應堆210和220的前端。可以 安裝多個混合及分配池245，以使所述流入的污水和返回的活性污泥可被完全 混合和分配。
更進一步地，如圖11所示，所述污水處理設備108可進一步在所述生物 反應堆210和220中分別包括過濾單元260。所述過濾單元260由膜片 (membrane film)組成，并被用于過濾包含在將被泄流的污水中的異物，從而 阻擋異物通過所述泄流部分214和224被泄流。因此，如果所述過濾單元260 被安裝在所述生物反應堆210和220中，則將泄流的污水中不包含沉淀的物質， 以使用于沉淀異物的附加二次澄清池(在圖8-10中參考數(shù)字250)可以不被安 裝。此處，盡管在圖11中示出了在過濾單元260與生物反應堆210和220的 出口部分之間形成了空隙，然而這是為了展示所述過濾單元260的構造，因此， 所述過濾單元260與所述生物反應堆210和220的出口部分可以彼此相互接 觸。
更進一步地，依據(jù)本發(fā)明，所述污水處理設備108具有控制系統(tǒng)，所述控 制系統(tǒng)可以快速地和靈活地適應外部環(huán)境和流入負荷量。
所述控制系統(tǒng)被劃分為水質監(jiān)測控制系統(tǒng)和調節(jié)系統(tǒng)。所述水質監(jiān)測控制 系統(tǒng)基于預先輸入的控制邏輯，實時分析數(shù)據(jù)，并管理和控制每個控制部分。 同樣，所述調節(jié)系統(tǒng)被允許接收并診斷輸入到所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和 操作結果，以及監(jiān)測和確定依據(jù)前述控制邏輯的操作是否合理。更進一步地， 所述調節(jié)系統(tǒng)采用所述輸入數(shù)據(jù)，執(zhí)行自仿真，以實現(xiàn)對當前操作狀態(tài)和預測 的理解。更進一步地，在所述數(shù)據(jù)已被審閱后，所述調節(jié)系統(tǒng)分析所述審閱出 的結果，以構建新的控制邏輯，將所述新的控制邏輯傳送回所述水質監(jiān)測控制 系統(tǒng)，以及隨后允許所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)通過所述新的控制邏輯被操作。
如上所述，所述調節(jié)系統(tǒng)可以快速應對出現(xiàn)的或未出現(xiàn)的任何問題、歸因 于新輸入水質的環(huán)境變化或處理狀態(tài)、以及外部環(huán)境的變化，從而可以維持穩(wěn) 定的處理過的水質，處理費用也能被大幅降低。
最終，用于分析水質的測量傳感器被安裝在所述生物反應堆210和220的 每一個中，以及由所述測量傳感器傳送的用于分析水質的數(shù)據(jù)被輸入到所述水 質監(jiān)測控制系統(tǒng)中。
此時，所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)將所述數(shù)據(jù)輸入已編程的控制邏輯中，以自 動控制基于部分(sector-based)的狀態(tài)變化、污水和污泥被引入位置的變化、 污泥返回速度的調節(jié)、污水流入量的調節(jié)、以及在所述生物反應堆210和220 的好氧部分中基于部分的合適的溶解氧濃度。
更進一步地，所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)將所述輸入的數(shù)據(jù)和所述結果值傳送 給所述調節(jié)系統(tǒng)。
所述調節(jié)系統(tǒng)依據(jù)輸入到所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和所述結果值，監(jiān) 測所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)的操作狀態(tài)，從而防止異常操作。更進一步地，所述 調節(jié)系統(tǒng)依據(jù)所述輸入數(shù)據(jù)和所述結果值執(zhí)行仿真，用以預測所述污水處理設 備108的操作，從而診斷和估計當前狀態(tài)，然后提取出合適的控制邏輯。
圖12為示出了基于本發(fā)明的污水處理設備108中調節(jié)系統(tǒng)的估計單元的 結構圖。所述估計單元包括測量單元，所述測量單元由用于測量NH4、 N03、 P04、 DO、流通空氣量、混合溶液懸浮固體(MLSS， Mixed Liquid Suspended Solids)、流速，以及類似物的傳感器組成；所述估計單元還包括控制器，用于 控制好氧/缺氧狀態(tài)、DO設置點、返回流速，以及類似物；所述估計單元還包 括操縱器，由所述控制器控制執(zhí)行。此處，所述好氧/缺氧狀態(tài)控制器由關于 NH4、 N03、 P04、 DO、以及類似物的信息控制，而所述DO設置點控制器則 由關于NH4、 DO、流通空氣量、以及類似物的信息控制。更進一步地，所述
返回流速控制器由關于MLSS、流速、以及類似物的信息控制。
另夕卜，每個操縱器靈活地確定所述好氧/缺氧狀態(tài)、確定在通風狀態(tài)中適當 的DO值，、或維持反應堆中適當?shù)腗LSS濃度。
如上所述，所述基于仿真結果提取出的新的控制邏輯被傳送到所述水質監(jiān) 測控制系統(tǒng)中，以實時控制所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)。
除DO測量傳感器外，氫離子濃度(pH)傳感器、MLSS傳感器、氨氮 (NH4+-N)傳感器，硝酸鹽氮(N(V-N)傳感器、磷酸鹽磷(P(V-P)傳感器、 氧化還原電位(ORP, Oxidation Reduction Potential)傳感器、以及類似的傳感 器可以作為測量傳感器附加安裝在所述生物反應堆210和220中，且每個傳感 器通常在線連接到所述水質監(jiān)測控制系統(tǒng)。
同時，分別控制生物反應堆210和220的每個區(qū)域的所述水質監(jiān)測控制系 統(tǒng)，與傳統(tǒng)的方案(schemes)不同，在傳統(tǒng)方案中，
在整個處理過程的所有好氧狀態(tài)中，溶解氧濃度用恒定標準(例如，至少 2.0 mg/L)相等地維持，或空氣供應量依據(jù)通風過程是否發(fā)生來控制、或由調 頻方案(frequency modulation scheme )來控制。
另夕卜，傳統(tǒng)的水質監(jiān)測控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)，或類似系統(tǒng)， 當其與基于傳統(tǒng)的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA， Supervisory Control and Data Acquisition)安裝在中心位置的主服務計算機通信時，允許管理者通過人機界 面直接控制所述系統(tǒng)，SCADA已被用于監(jiān)測和控制在另一個遠端位置(例如 所述中心位置)處遠程安裝的裝置和設備；或所述系統(tǒng)由預先輸入的控制邏輯 自動操作。如果結合了附加仿真，則仿真的結果將通過預先輸入的類似^假定， 呈現(xiàn)給操作者作為操作方法。
因此，所述傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)不具有能檢查問題是否出現(xiàn)的配置，所以管理 者直接控制所述控制系統(tǒng)。這是因為在國內(nèi)先進的污水處理方案中需要被控制 的部分是非常小的，從而被控制的需要可能相當?shù)?，以及即使真實的污水處?廠控制系統(tǒng)被安裝，其與操作的人力并無差別。
同時，所述依據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)實時接收從傳感器輸入的信息，以及即 使當諸如外部環(huán)境變化、流速變動，以及類似的狀態(tài)依據(jù)所迷輸入的信息變化 時，所述調節(jié)系統(tǒng)被允許產(chǎn)生最適宜的控制邏輯。因此所述依據(jù)本發(fā)明的控制 系統(tǒng)能快速地和靈活地應對污水處理環(huán)境的變化，提高有機物質、氮和磷的處 理效率，以維持穩(wěn)定的處理后的水質，以及降低操作人力，從而減少維持和管 理費用。
參照圖13 (a)至(d),示出了依據(jù)本發(fā)明的污水處理設備108的應用實 例，下面將描述依據(jù)本發(fā)明的污水處理方法。
首先，如圖13 (a)所示，污水和返回的活性污泥被引入到第一生物反應 堆210的較低端。所述污水和返回的活性污泥在不提供空氣的厭氧狀態(tài)下被引 入第一生物反應堆210中，此時，所述污水和返回的活性污泥未被完全混合， 所以其以活塞流形式(plug-flowtype)流動。另外，第一生物反應堆210的中 部和較高端轉變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)。
同時，第二生物反應堆220維持好氧狀態(tài)并泄流已被完全處理過的污水。
然后，如果預設時間已過，流入第一生物反應堆210的污水停止，如圖13 (b)所示。然后，污水和返回的活性污泥被引入第二生物反應堆220的較高 端。此時，第一生物反應堆210的較高和較低端以及中間部分被提供空氣，以 使他們可以轉變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)。
同時，第二生物反應堆220的較高和較低端以及中間部分未被提供空氣， 從而他們可以轉變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)，以泄流處理過的污水。
然后，如果預設的時間已過，如圖13 (c)所示，當污水和返回的活性污 泥被引入到第二生物反應堆220的較低端時，流入第二生物反應堆220的較高 端的污水和返回的活性污泥被阻止。此時，污水和返回的活性污泥尚未充分混 合，所以其以活塞流形式流動。另外，第二生物反應堆220的中部和較高端被 轉變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)。更進一步地，第一生物反應堆210被轉變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)，以及 完全處理過的污水;陂泄流。
然后，如果預設的時間已過，如圖13(d)所示，流入第二生物反應堆220 較低端的污水^^阻止。然后，污水和返回的活性污泥;故引入到第一生物反應堆 210的較高端。
此時，第一生物反應堆210的較高和較低端以及中間部分被轉變?yōu)槿毖鯛?態(tài)。然后，完全處理過的污水被泄流。更進一步地，第二生物反應堆220的較 高和較低端以及中間部分被轉變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)。
如上所述，針對每一階段的處理時間依據(jù)流入污水的載荷而改變，以及增 加每一階段的處理時間或省略個別階段都是可能的。
同時，在污水-故引入生物反應堆210和220之前的階段，生物反應堆210 和220被維持在好氧狀態(tài)并去除其中的有機物質。更進一步地，通過氨氮 (NH/-N)被轉化為硝酸鹽氮(N(V-N)的氮化合過程，將被處理的污水和返 回的活性污泥與其中積累的硝酸鹽氮(N(V-N)被引入，并執(zhí)行擴散過程。與 此同時，執(zhí)行硝酸鹽氮(N(V-N)的脫氮過程。
同時，參照美國環(huán)保署(EPA, Environmental Protection Agency)提議的 氮控制手冊(1993 ),脫氮過程中的主要因素是食物與微生物的比例，污泥有 機負荷(F/M)比例，以及特定的脫氮比率(SDNR， Specific Denitrification Rate) 和F/M比例彼此成比例。
按照慣例，SDNR可以等同于0.03倍的F/M比例與0.029的和，表示為等 式一
等式一
SDiW = 0.03^ + 0.029 M
因此，在傳統(tǒng)A2/0、間歇通風或SBR方法中，污水和污泥在充分混合狀 態(tài)下相互反應，流入的水中的有機物(F)量減少，而微生物(M)量不變， 從而可以維持低的F/M比例。因此，在碳源不足時，碳源被優(yōu)先用在生物累積 或細胞合成中，而不是用在實際的脫氮過程中，從而由于碳源已絕對不足，則 需要延長的水壓保留時間，以提高脫氮的效率。
正相反，為了維持F/M比例在恒定的高度，當前系統(tǒng)控制返回的活性污泥 量，以使返回的活性污泥可以與流入的水混合，或可以被引入與流入水的位置 不同的另一位置，從而通過控制缺氧狀態(tài)中的MLSS，維持高的F/M比例。生 物反應堆210和220中的活性污泥，與生物反應堆210和220中的污水適當?shù)?混合，而不是完全沉淀在生物反應堆210和220中，乂人而可以以理想的活塞流 形式被擴散。因此，利用流入的污水，活性污泥與生物反應堆210和220中的 大量的硝酸鹽氮(NCV-N)接觸，以使脫氮過程可以執(zhí)行。
此時，高F/M比例使得脫氮過程的執(zhí)行比完全混合反應更加快速，從而在 缺氧(段)狀態(tài)的水壓保留時間可大幅減少。在所述過程中最重要的控制因素 是在引入階段前好氧狀態(tài)中的溶解氧濃度，和用于阻止微生物在空氣未被提供 的時間點和在厭氧/缺氧狀態(tài)中被沉淀。眾所周知，如果生物反應堆210和220 中的溶解氧濃度不低于0.2mg/L，那么氧被激活作為電子受體，從而真正的脫 氮過程可能不被執(zhí)行。所以，如果在好氧狀態(tài)中維持高的溶解氧濃度，則在空 氣不再被提供的時間點和溶解氧濃度降低到小于或等于0.2 mg/L的時間點之 間，需要大量的時間。
特別地，因為攪拌過程不被執(zhí)行，生物反應堆210和220中微生物和各種 污染物之間的接觸比例大幅降低，從而生物反應堆210和220中的溶解氧濃度 不能被降低到小于或等于0.2 mg/L。
更進一步地，如果溶解氧濃度維持在不低于0.2mg/L,則流入的水中的有 機物與生物反應堆210和220中的氧結合，使得脫氮過程中所需的有機物顯著 不足，從而脫氮比例不可避免地維持在較低水平。由于前述提及的問題，好氧 狀態(tài)中的溶解氧濃度被維持在不小于0.2mg/L，從而在空氣不被提供的時間點 后引入的大量有機物可能不被用于執(zhí)行脫氮過程，依據(jù)傳統(tǒng)間歇空氣提供過程 中的時間控制方案的厭氧/好氧方案呈現(xiàn)出非常低的脫氮效率。
為了解決這些問題，在線溶解氧測量傳感器被安裝在擴散體230的每個區(qū) 域，擴散體230被分別安裝在生物反應堆210和220的較低部分。除了在線溶 解氧測量傳感器外，在線pH傳感器、MLSS傳感器、氨氮(NH4+-N)傳感器、 硝酸鹽氮(N(V-N )傳感器、磷酸鹽磷(PO"P )傳感器、氧化還原電位(ORP ) 傳感器、以及類似傳感器也可被安裝，以監(jiān)測生物反應堆210和220的狀態(tài)。 此時，依據(jù)預設值，水質監(jiān)測控制系統(tǒng)利用實時測量出的每種污染物濃度，分 別控制通風過程是否出現(xiàn)和在每一好氧狀態(tài)中的溶解氧濃度。此時，在好氧狀 態(tài)中的溶解氧濃度被維持在0.5 mg/L至2.0 mg/L的范圍內(nèi)，但是在所有好氧 狀態(tài)中的每一溶解氧濃度彼此不同。
在氮化合過程中實際的限制因素是受溫度影響的微生物的最大特定增長 率^。這個因素可從EPA提議的氮控制手冊(1993 )中獲知(^ = 0.47e0098(溫 度—15))。
因此，通過注入有機物的氧化和氮化合過程所需的最少的空氣量，可以減 少多余的能量，以降低操作成本。
傳統(tǒng)的污水處理方法已嚴格阻止空氣被提供，因為在厭氧或缺氧(段)狀 態(tài)中提供空氣使得氮化合效率降低。更進一步地，為了在生物反應堆中維持溶 解氧濃度低于或等于0.2mg/L，傳統(tǒng)的污水處理方法已將攪拌器維持在低的速 度，以使歸因于在生物反應堆表面上的再通風過程的溶解氧濃度的增加可被阻 止。
然而，這是因為歸因于包含在內(nèi)部再循環(huán)水中的溶解氧，使在厭氧或缺氧 狀態(tài)中的溶解氧濃度增加，因此，如果在內(nèi)部再循環(huán)水中的溶解氧濃度維持在 低水平，以及空氣被即時引入，那么在生物反應堆中的溶解氧濃度不增加。
因此，因為在現(xiàn)有污水處理方法中，生物反應堆厭氧/缺氧狀態(tài)中的微生物 被快速沉淀，所以樣t生物與生物反應堆210和220中硝酸鹽氮的接觸比例可能 減小。因此，依據(jù)生物反應堆中的微生物濃度，少量的空氣通過安裝在較低部 分的擴散體被即時提供，以使能阻止微生物快速沉淀，所述生物反應堆中的微 生物濃度被預先在監(jiān)測系統(tǒng)中設定。
此時，為了阻止歸因于在厭氧/缺氧狀態(tài)中的空氣提供導致的活塞流分解，
空氣持續(xù)地通過安裝的擴散體中的僅僅部分線路來提供，而不是通過整個較低 的通風來提供，以及如果高濃度微生物是安全的，那么當污泥少量沉淀時，空 氣不可以被提供。
空氣提供主要由監(jiān)控系統(tǒng)控制，以及調節(jié)系統(tǒng)確定所述空氣提供是否被控制。
如上所述依據(jù)本發(fā)明的污水處理控制設備和方法，以及采用同樣方法和設 備的污水處理系統(tǒng)具有優(yōu)點，其中，當測量單元中傳感器異常操作時，可以判
定來自所述傳感器的測量值是否異常；當用于測量特定成分的貴的測量單元故
障時，用于測量另一個特定成分的^f更宜的測量單元可:^皮用來轉換目標值，以橫_
貴的測量單元能被便宜的測量單元替換，從而大幅降低安裝測量單元的費用； 測量單元的數(shù)目可以被最小化，從而很容易實施維修；故障的出現(xiàn)可以被最小 化；以及即使任一個測量單元故障，另一個測量單元可被繼續(xù)用于執(zhí)行測量， 以使無需人為操作，從而可以安全地和準確地控制污水處理過程。另外，本發(fā) 明可被普遍地應用于污水處理過程；實現(xiàn)最佳的控制條件；以及最小化維修時 間和與之相關的維修人力，從而降低預算。更進一步地，當活性污泥方法被改
進為改良的處理結構，本發(fā)明不需要安裝附加內(nèi)部隔斷墻，從而大幅減少了構 造時間間隔和阻止了在構造時間間隔內(nèi)，鄰近的河水被污染。此外，每個生物 反應堆可被轉換為厭氧狀態(tài)、缺氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)，以及每種狀態(tài)可以共存， 以使有極好的空間適應性。而且，在好氧狀態(tài)的每個區(qū)域中的溶解氧濃度能被 分別控制在0.5 mg/L到2.0 mg/L的區(qū)間內(nèi)，以使操作成本降低。另外，污水 被引入的部分維持在活塞流形式的缺氧狀態(tài)，以提高脫氮比率，因此高水平脫 氮作用可以提高磷的散發(fā)速度。更進一步地，采用水位調節(jié)設備能調節(jié)泄流部 分的開口高度，而不用另外釆用內(nèi)部循環(huán)泵的攪動和內(nèi)部再循環(huán)，操作費用可 以大幅降低。同樣，在線水質測量單元被安裝在生物反應堆中，以使生物反應 堆中的水質可被實時檢測。安裝依據(jù)預先輸入的控制邏輯，用于控制生物反應 堆的水質監(jiān)測控制系統(tǒng)，以及采用用于監(jiān)測、控制、診斷和預測水質監(jiān)測控制 系統(tǒng)的操作狀態(tài)的調節(jié)系統(tǒng)，來管理水質監(jiān)測控制系統(tǒng)，從而可以提高污水處 理設備的操作效率。
盡管參照附圖對依據(jù)本發(fā)明的污水處理控制設備和方法進行了說明，本發(fā) 明的保護范圍并不僅限于上述實施例和附圖。顯然，本領域的技術人員可以在 通過權利要求定義的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)，對其進行各種改動和變形。
權利要求
1、一種污水處理控制設備，其特征在于，包括多個測量單元，分別具有用于檢測水中特定成分的傳感器；多個有效性驗證單元，分別連接到所述多個測量單元，用于為測量出的成分值確定有效性；多個目標值設定單元，分別連接到所述多個有效性驗證單元，用于為在所述多個測量單元中測量出的成分值設定目標值；手動設定單元，用于依據(jù)操作員輸入的成分值，設定目標值；信號選擇單元，用于允許所述多個目標值設定單元中的任一個目標值設定單元或所述手動設定單元被連接；PID控制單元，用于對從所述信號選擇單元輸入的目標值執(zhí)行比例、積分或微分操作，以將所述目標值轉換為控制信號；以及操縱單元，用于依據(jù)所述PID控制單元中轉換出的所述控制信號，操縱污水處理設備。
2、 如權利要求1所述的污水處理控制設備，其特征在于，所述有效性驗 證單元通過比較對應所述測量出的成分值的信號，是否滿足預設的電壓、預設 的變動范圍、預設的變動速度或在預設時段中的變動數(shù)目，來確定所述有效性。
3、 如權利要求1所述的污水處理控制設備，其特征在于，所述目標值為 依據(jù)所述測量出的成分值設定，用以處理污水的操作條件。
4、 如權利要求1所述的污水處理控制設備，其特征在于，所述信號選擇 單元包括選擇邏輯單元，所述選擇邏輯單元控制以允許所述多個目標值設定單 元中的一個目標值設定單元或所述手動設定單元被連接，所述允許被連接的目 標值設定單元具有在對應的有效性驗證單元中確定有效的成分值。
5、 如權利要求4所述的污水處理控制設備，其特征在于，所述選擇邏輯 單元控制以依據(jù)預設的優(yōu)先級，選擇所述多個目標值設定單元中的一個目標值 設定單元。
6、 一種污水處理控制方法，其特征在于，包括步驟 檢測水的特定成分；確定在所述檢測步驟中檢測出的成分值的有效性； 為所述成分值設定目標值；選取與在所述確定有效性的步驟中被確定有效的成分值對應的目標值； 將在所述選取步驟中選取出的所述目標值轉換為控制信號；以及 依據(jù)在所述轉換步驟中轉換出的所述控制信號，操縱污水處理設備。
7、 如權利要求6所述的污水處理控制方法，其特征在于，所述檢測步驟 由用于檢測水的所述特定成分的對應的傳感器執(zhí)行。
8、 如權利要求6所述的污水處理控制方法，其特征在于，所述設定目標 值的步驟通過設定操作條件來執(zhí)行，所述操作條件用于對在所述檢測步驟中檢 測出的所述特定成分進行污水處理。
9、 如權利要求6所述的污水處理控制方法，其特征在于，在所述確定有 效性的步驟中，所述有效性通過比較對應所述測量出的成分值的信號，是否滿 足預設的電壓、預設的變動范圍、預設的變動速度或在預設時段中的變動數(shù)目， 來確定。
10、 一種污水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括污水處理設備，包括至少兩個生物反應堆，每個生物反應堆分別連接到 流入部分和泄流部分，所述生物反應堆構造有隧道，用于允許所述至少兩個生 物反應堆彼此連通；擴散體，安裝在所述每個生物反應堆的較低部分，用于選 擇性地提供空氣，以使每個生物反應堆轉變?yōu)閰捬醵螤顟B(tài)、缺氧狀態(tài)和好氧狀 態(tài)中的一個狀態(tài)；以及多個水位調節(jié)設備，分別安裝在所述生物反應堆的泄流 部分，用于調節(jié)所述泄流部分的關閉/開啟，以改變流動的軌跡；以及污水處理控制設備，包括多個測量單元，分別具有用于檢測水中特定成 分的傳感器；多個有效性驗證單元，分別連接到所述多個測量單元，用于為測 量出的成分值確定有效性；多個目標值設定單元，分別連接到所述多個有效性 驗證單元，用于為所述多個測量單元中測量出的所述成分值i殳定目標值；手動 設定單元，用于依據(jù)操作員輸入的成分值，設定目標值；信號選擇單元，用于 允許所述多個目標值設定單元中的任一個目標值設定單元或所述手動設定單 元被連接；PID控制單元，用于對從所述信號選擇單元輸入的目標值執(zhí)行比例、 積分或微分操作，將所述目標值轉換為控制信號；以及操縱單元，用于依據(jù)所 述PID控制單元轉換出的所述控制信號，操縱所述污水處理設備。
全文摘要
本發(fā)明涉及污水處理控制設備和方法及污水處理系統(tǒng)，該設備包括多個測量單元，分別具有檢測水中特定成分的傳感器；多個有效性驗證單元，連接到多個測量單元，用于分別為測量出的成分值確定有效性；多個目標值設定單元，連接到多個有效性驗證單元，用于分別為測量出的成分值設定目標值；手動設定單元，用于據(jù)操作員輸入的成分值設定目標值；信號選擇單元，用于允許任一目標值設定單元或手動設定單元被連接；PID控制單元，用于為由信號選擇單元輸入的目標值執(zhí)行比例、積分或微分操作，以將目標值轉換為控制信號；操縱單元，用于依據(jù)該轉換出的控制信號操縱污水處理設備。采用本發(fā)明方案能降低成本、容易維修及安全準確地控制污水處理過程。
文檔編號C02F3/30GK101364083SQ200810126770
公開日2009年2月11日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權日2007年6月22日
發(fā)明者文永學 申請人:兌和鋼材產(chǎn)業(yè)株式會社