专利名称：污水处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理系统，在公共下水和产业排水等污水处理中，其能够在提高处理水水质，或者不降低处理水水质的情况下减少剩余污泥量，同时能够最适化系统的运用，减少处理经费，还可有助于减少二氧化碳排放量。
背景技术：
污水的处理法中的活性污泥法处理性能高，所以被广泛利用于下水处理等各个领域。其净化原理利用了微生物以污水中的有机物作为食物分解消除有机物的作用，所以微生物增殖，这样处理的结果是产生了剩余污泥。这种污泥的最终处理量对于全产业废弃物最终处理量的比例大，在日本国内，有时最终处理场的残余容量极少，从而成为了很大的成本负担。根据这种状况，希望能够尽可能减少剩余污泥，因此对于引入使用各种方式减少污泥量的方法一直在进行研究。
关于以往的污泥处理系统中减少污泥量的方法，通过采用污泥改质装置对污泥进行改质来提高生物分解性，然后通过使污泥再次返回生物反应罐来对污泥中的有机物进行生物氧化，减少剩余污泥量，所述污泥改质装置中，利用对送返污泥的一部分进行臭氧处理等(例如参照专利文献1)。
图3是说明以往的污水处理系统的说明图。
图3中，1是污水，2是生物反应罐，3是供氧鼓风机，4是最终沉淀池，5是处理水，6是污泥，7是污泥改质装置，8是水质模拟器，9是控制装置，10是数据积累装置。S1是检测生物反应罐2的各种水质的传感器。
从供氧鼓风机3供氧，含有有机物的污水1在生物反应罐2被微生物处理后，在最终沉淀池4被固液分离，获得处理水5。沉降的污泥6被抽出并被再次送回到生物反应罐2，此时进行的操作如下将送返污泥的一部分在利用臭氧的污泥改质装置7处理后，送返到生物反应罐2。此时，活性污泥中的MLSS成分大部分是来自生物的有机物，所以构成生物体的细胞壁和细胞膜被氧化能力强的臭氧破坏，从细胞中放出有机酸和糖等。通过这样的作用，污泥变得容易生物分解，若返回到生物反应罐2，则被分解成无机物从而不再有污泥。
此时的臭氧产生量或处理污泥量等污泥改质装置中的运转操作量是仅根据经验数据来设定的。
如上所述，以往的污水处理系统中减少污泥量的方法是通过引入利用臭氧的污泥改质装置来将送返污泥的一部分改质成易生物分解性，从而减少剩余污泥量。
另外，为了提高生物反应罐中的处理效率，得到稳定的处理水质，还设计了有效地使用水质模拟器作为用以设定最佳的罐的设计值或设定供氧鼓风机的运转条件的工具的系统。(例如参见专利文献2)。
专利文献1日本发明专利第2973761号专利文献2特开2002-336889号发明内容但是，根据水质或水量、水温、生物反应罐的溶氧浓度的变动，或者根据污泥改质装置的运转操作量等，生物反应罐内微生物的行为发生变化。
对于不进行减少污泥量的污水处理系统，由于一般将生物反应罐中由供氧鼓风机供给的氧量设定为过量，所以较好地稳定了处理水质，但是经常产生能量消耗量的浪费。
另一方面，引入污泥改质装置，设定大幅减少剩余污泥量的操作条件时，因为必要氧消耗量的增加，有时存在氧量不足、处理水的COD和磷浓度的上升或者在硝化反应中产生阻碍而导致处理水质下降的情况。这种情况下，必须进行下述操作，·控制适当的污泥改质装置的运作操作量
·控制适当的氧气供给运转操作量·提高供氧鼓风机的性能等。
对应于这样的状况变化，有必要适当地控制污泥改质装置的运转操作量、供氧鼓风机的运转操作量，但是以往的污水处理系统并没有掌握生物反应罐内的微生物对应时间的变化或对应污泥改质装置的运转操作量和供氧鼓风机的运转操作量产生的行为。因此，仅仅以其中一个的运转操作量作为主体进行控制时，存在上所述的问题，有大幅减少剩余污泥量的操作处理导致水质下降，或相反地导致供氧鼓风机的运转量过剩的问题。
本发明是鉴于这种问题提出的，本发明提供一种污水处理系统，在提高处理水水质，或者不降低处理水水质的情况下，其能够根据水质或水量、水温等状况的变化可以适当地设定减少剩余污泥量的运转条件，同时还能够将此时的供氧鼓风机的运转操作量设定为最佳并使其进行自动运转。
图1是说明本发明的污水处理系统的说明图。
图2是说明图1的污泥改质装置的详细情况的说明图。
图3是说明以往的污水处理系统的说明图。
符号说明1污水2生物反应罐3供氧鼓风机4最终沉淀池5处理水6污泥7污泥改质装置71污泥改质罐72臭氧产生单元
73超声波产生单元8水质模拟器9控制装置10数据累积装置S1各种水质传感器S2易生物分解性有机物检测传感器具体实施方式
为了解决上述问题，本发明的构成如下。
方案1所述的发明是下述的污水处理系统，其包括一次处理工序、二次处理工序、供氧鼓风机、污泥改质装置、控制装置、水质模拟器、数据累积装置；所述一次处理工序由以沉降等简单的物理操作分离固形物的最初沉淀池构成；所述二次处理工序由通过微生物对溶解性的污浊物质进行吸附分离的生物反应罐、沉降分离活性污泥的最终沉淀池、将沉降分离后的污泥的一部分送返到二次生物反应罐的污泥送返线构成；所述供氧鼓风机用于向所述生物反应罐供氧；所述污泥改质装置通过物理-化学方法将送返的部分污泥改质；所述控制装置控制所述供氧鼓风机的运转量和所述污泥改质装置的运转量；所述水质模拟器使用体现所述生物反应罐中的微生物反应的活性污泥模型来计算水质；所述数据积累装置至少从所述一次处理工序和所述二次处理工序取样并积累污水处理的控制参数所必要的水质数据；在该污水处理系统中，将所述污泥改质装置的易生物分解性有机物数据输入所述水质模拟器，基于所述水质模拟器的水质计算结果控制所述污泥改质装置的运转操作量。
另外，方案2所述的发明是如下的污水处理系统，其包括一次处理工序、二次处理工序、供氧鼓风机、污泥改质装置、控制装置、水质模拟器、数据累积装置；所述一次处理工序由以沉降等简单的物理操作分离固形物的最初沉淀池构成；所述二次处理工序由通过微生物对溶解性的污浊物质进行吸附分离的生物反应罐、沉降分离活性污泥的最终沉淀池、将沉降分离后的污泥的一部分送返到二次生物反应罐的污泥送返线构成；所述供氧鼓风机用于向所述生物反应罐供氧；所述污泥改质装置通过物理-化学方法将送返的部分污泥改质；所述控制装置控制所述供氧鼓风机的运转量和所述污泥改质装置的运转量；所述水质模拟器使用体现所述生物反应罐中的微生物反应的活性污泥模型来计算水质；所述数据积累装置至少从所述一次处理工序和所述二次处理工序取样并积累污水处理的控制参数所必要的水质数据；该污水处理系统中，将所述污泥改质装置的易生物分解性有机物数据输入所述水质模拟器，基于所述水质模拟器的水质计算结果，根据在能维持处理水质良好的范围内的所述供氧鼓风机和所述污泥改质装置的相互的运转电力或污泥排出量来算出最少污水处理成本，基于计算结果控制供氧鼓风机的运转操作量和污泥改质装置的运转操作量。
另外，方案3所述的发明中，所述污泥改质装置由使用了臭氧发生单元或者超声波发生单元的至少一种单元的结构构成。
根据方案1以及2所述的发明，水质模拟器以数据积累装置的取得数据为基础进行计算，从而可以掌握或预测生物反应罐内微生物根据污水随时间变化的流入水质和水量、水温、生物反应罐的溶氧浓度的变动、污泥改质装置的运转操作量等而引起的举动。通过使生物反应罐内微生物的行为反映在污泥改质装置或供氧鼓风机的操作量中，在提高处理水水质，或者不降低处理水水质的情况下，能够实现对于剩余污泥量的减少的最佳运转。进而还能够导出并控制最小运转成本的运转操作条件。
另外，根据方案3所述的发明，通过从化学、物理或物理化学的方法中选择或组合对污泥改质最有效率的方法，能够进一步有效地运用无水处理系统。
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1说明本发明的污水处理系统的说明图。S2是易生物分解性有机物检测传感器。由于其他的符号与以往技术中的相同，因此省略了说明。图2是详细说明图1的污泥改质装置7的说明图。图2中，71是污泥改质罐，72是臭氧产生单元，73是超声波产生单元。
本发明与专利文献1不同的部分在于，本发明中，基于由数据积累装置取得的数据和水质模拟器8的水质计算结果，通过控制装置9控制污泥改质装置7的运转量和供氧鼓风机3的运转量。
水质模拟器8是利用活性污泥模型来计算水质的软件，活性污泥模型是使用模型表现生物反应罐2中的微生物反应的模型。本实施例中的水质模拟器8采用国际水学会(IWA)提示的活性污泥模型No.2d。本活性污泥模型不但能够定量地表现定性理解的生物反应过程的行为，而且即使多种现象同时进行时，也能予测基于这种现象的原理的生物反应过程的全部行为。
其用于予测计算的公式由十几个，若举一个例子，例如对于硝酸态氮浓度的计算式如下公式1NO3(i)=NO3(i)R·V+(NO3(i)in·Qin·T-NO3(i)out·Qout·T)V+Qin·T-Qout·T]]>其中，NO3(i)i时的目标罐的硝酸态氮浓度(gN/m3)NO3(i)R考虑了化学反应引起的变化量的i时的目标罐的硝酸态氮浓度(gN/m3)NO3(i)ini时流入目标罐的硝酸态氮浓度(gN/m3)NO3(i)outi时从目标罐流出的硝酸态氮浓度(gN/m3)V目标罐的体积(m3)Qin向目标罐流入的量(m3/h)Qout从目标罐流出的量(m3/h)T从目标罐流入-流出的间隔时间(h)i模拟间隔时间(h)其中各变量如下进行计算。该反应速度式包括下述变量。
公式2NO3(i)R＝NO3(i-1)+ΔNO3公式3NO3(i)out＝NO3(i-1)公式4
ΔNO3＝(-0.21×SDF-0.21×SDA+4.17×Growth)·T公式5SDF=μH·ηNO3·KO2KO2+SO2·SFKF+SF·SFSF+SA·SNH4KNH4+SNH4·SNO3KNO3+SNO3·SALKKALK+SALK·SPO4KP+SPO4XH]]>公式6SDA=μH·ηNO3·KO2KO2+SO2·SAKA+SA·SASF+SA·SNH4KNH4+SNH4·SNO3KNO3+SNO3·SALKKALK+SALK·SPO4KP+SPO4·XH]]>公式7Growth=uAUT·SO2KO2+SO2·SNH4KNH4+SNH4·SPO4KP+SPO4·SALKKALK+SALK·XAUT]]>其中，ΔNO3(i)i时的目标罐内增加-减少的硝酸态氮(gN/m3)SDF利用易分解性有机物的脱氮量(gCOD/(m3d))SDA利用发酵产物的脱氮量(gCOD/(m3d))Growth硝化菌的增殖量(gCOD/m3d)SF易分解性有机物浓度(gCOD/m3)SA发酵产物浓度(gCOD/m3)XAUT硝化菌浓度(gCOD/m3)μH基质的最大增殖速度(l/d)ηNO3基于无氧气状态下的水解的硝酸性氮浓度的减少系数(-)μAUT硝化菌的最大增殖速度(l/d)KA发酵产物浓度饱和系数(gO2/m3)KO2氧饱和系数(gO2/m3)KF易分解性基质增殖饱和系数(gCOD/m3)KNO3硝酸性氮饱和系数(gN/m3)注)该模拟器中将亚硝酸性氮和硝酸性氮作为同样的物质处理。
KNH4氨饱和系数(gN/m3)Kp磷酸性磷酸饱和系数(gP/m3)KALK碱度饱和系数(Mole HCO3/m3)XH用不含磷的方法除去的异养微生物(gCOD/m3)由数据累积装置输入的分析数据
SO2溶氧浓度(gO2/m3)SNH4溶解性的氨浓度(gN/m3)SNO3溶解性的硝酸性氮浓度(gN/m3)SPO4无机溶解性磷酸性磷浓度(gP/m3)SALK碱度(mole HCO3/m3)另外，将进入生物反应罐2的有机物区分成按与微生物的反应的难易程度分类的水质成分，这种区分称作分组，本反应速度式是由下表所示的6个有机物组分定义的。
表1
另外，该水质模拟器8具有能自动设定所述反应速度式的模型参数的功能，具有将CODMn、BOD、TOC的测量值换算成与所述有机物组分相关性高的CODcr，并进行水质模拟的功能。
使用该水质模拟器8，基于由设置在生物反应罐2或污泥的送返线的数据累积装置10得到的CODMn或DO(溶氧浓度)值等进行计算，由此能够高精度地予测氮和磷成分等的消除率。另外，因为能从生物反应罐2的氧收支求出必要氧量，所以根据这些计算值能够求出污泥改质装置7的最佳运转操作量和供氧鼓风机3的最佳运转操作量，从而能通过控制装置9进行反馈控制。
下面对运转过程进行说明。
将从最终沉淀池抽出而送返到生物反应罐2的污泥的一部分导入污泥改质装置7，通过化学方法、物理方法或物理化学方法使污泥易生物分解性化。此时的化学方法有利用臭氧、碱、氧化剂等的方法；物理方法有利用嗜热细菌、超声波、高速转动圆盘、磨破碎、高压均质器等的方法；生物方法有利用酶等的方法；物理化学方法有进行超临界化等的方法。另外，通过组合各种方法能够谋求污泥改质的高效率化。例如，通过组合臭氧和超声波，产生臭氧的强氧化力与超声波空化对污泥的粉碎及对臭氧气体气泡的微细化的协同效果，能使臭氧和污泥的反应效率的提高。此时的污泥改质装置7的运转操作因子是基于导入污泥改质装置7的处理污泥量的泵的输出功率、基于臭氧发生量或超声波输出量的电源电压、电流、频率等。具有易生物分解性的污泥与送返污泥一起再一次送返到生物反应罐2而被生物分解进行无机化。
在生物反应罐2中通过供氧鼓风机3向水中供氧，以此进行好气处理。水中的氧量满足微生物的活动对氧的要求时，趋于稳定得到良好的处理水水质，但供氧鼓风机3的运转量变得过剩，通常产生能量消耗的浪费。另一方面，污泥改质装置7的运转操作量过大时，随着易生物分解性污泥量的增大，水中的氧量下降，阻碍了生物反应，处理水水质趋于恶化。此外由于在生物反应罐2中各种各样的状况的变化产生了复杂的生物反应，从而难以将污泥改质装置7运转操作量和供氧鼓风机3运转操作量适当地调整。
因此，从生物反应罐2的COD、BOD、TOC、DO、MLSS、磷、氮、水温、水量中，对应状况由数据积累装置10取得必要的水质数据，将水质数据输入水质模拟器8，算出在水质不下降的情况下最大限度减少污泥量的最佳运转值。计算的结果是通过控制装置9将必要的运转操作量指令给污泥改质装置7运转操作因子和供氧鼓风机3的电动机中的一方或双方，从而构筑了如上所述的反馈控制体系。
如上所述，利用水质模拟器8基于数据积累装置10取得数据，计算基于生物反应罐2内微生物行为的反应速度，然后通过控制装置9反映在污泥改质装置7运转操作量或供氧鼓风机3运转操作量中，由此在提高处理水水质，或者不降低处理水水质不情况下能够实现剩余污泥量的减少的最佳的运用。进一步能够导出并控制最小运转成本的运转操作条件。
即，由于节能而减少了CO2排放量，并且能够帮助减少污泥排放量。
产业上的可利用性本发明的污水处理系统在公共下水、化学工厂、食品工厂等产业排水等利用微生物除去有机物质的全部污水处理中，能够在提高处理水水质，或者不降低处理水水质的情况下实现剩余污泥的减少。
即，通过降低进行好气性处理的供氧鼓风机的电力量或减少随着微生物处理产生的污泥最终处理量，能作为低环境负担或者以最小成本运转管理的系统适用。
权利要求
1.污水处理系统，其包括一次处理工序、二次处理工序、供氧鼓风机、污泥改质装置、控制装置、水质模拟器、数据累积装置；所述一次处理工序由以沉降等简单的物理操作分离固形物的最初沉淀池构成；所述二次处理工序由通过微生物对溶解性的污浊物质进行吸附分离的生物反应罐、沉降分离活性污泥的最终沉淀池、将沉降分离后的污泥的一部分送返到二次生物反应罐的污泥送返线构成；所述供氧鼓风机用于向所述生物反应罐供氧；所述污泥改质装置通过物理和/或化学方法将送返的部分污泥改质；所述控制装置控制所述供氧鼓风机的运转量和所述污泥改质装置的运转量；所述水质模拟器使用表现所述生物反应罐中的微生物反应的活性污泥模型来计算水质；所述数据累积装置至少从所述一次处理工序和所述二次处理工序取样并累积污水处理的控制参数所必要的水质数据；其特征在于，将所述污泥改质装置的易生物分解性有机物数据输入所述水质模拟器，基于所述水质模拟器的水质计算结果控制所述污泥改质装置的运转操作量。
2.污水处理系统，其包括一次处理工序、二次处理工序、供氧鼓风机、污泥改质装置、控制装置、水质模拟器、数据累积装置；所述一次处理工序由以沉降等简单的物理操作分离固体的最初沉淀池构成；所述二次处理工序由通过微生物对溶解性的污浊物质进行吸附分离的生物反应罐、沉降分离活性污泥的最终沉淀池、将沉降分离后的污泥的一部分送返到二次生物反应罐的污泥送返线构成；所述供氧鼓风机用于向所述生物反应罐供氧；所述污泥改质装置通过物理和/或化学方法将送返的部分污泥改质；所述控制装置控制所述供氧鼓风机和所述污泥改质装置的运转量；所述水质模拟器使用表现所述生物反应罐中的微生物反应的活性污泥模型来计算水质；所述数据累积装置至少从所述一次处理工序和所述二次处理工序取样并累积污水处理的控制参数所必要的水质数据；其特征在于，将所述污泥改质装置的易生物分解性有机物数据输入所述水质模拟器，基于所述水质模拟器的水质计算结果，根据在维持良好的处理水质的范围内的所述供氧鼓风机和所述污泥改质装置的相互的运转电力或污泥排出量来算出最少污水处理成本，基于计算结果控制供氧鼓风机的运转操作量和污泥改质装置的运转操作量。
3.如权利要求1或2所述的污水处理系统，其中，所述污泥改质装置由使用了臭氧发生单元或者超声波发生单元的至少一种单元的结构构成。
全文摘要
提供一种污水处理系统，在提高处理水水质，或者不降低处理水水质的情况下，能够根据水质或水量、水温等状况的变化适当地设定减少剩余污泥量的运转条件，同时还能够使此时的供氧鼓风机的运转操作量最佳并且使其自动运转。其由水质模拟器8、控制装置9、数据积累装置10构成；水质模拟器8利用表现生物反应罐2中微生物反应的活性污泥模型来计算水质，将污泥改质装置7的易生物分解性有机物数据输入水质模拟器8，基于水质模拟器8的水质计算结果，控制污泥改质装置7的运转操作量和生物反应罐2的供氧鼓风机3的运转操作量。
文档编号C02F3/12GK1746117SQ200510102740
公开日2006年3月15日 申请日期2005年9月9日 优先权日2004年9月10日
发明者池英昭, 平林和也, 德永一成 申请人:株式会社安川电机