专利名称：活性污泥处理装置和控制返回污泥的方法
技术领域：
本发明涉及一种用活性污泥处理废水中控制从沉淀池到曝气池返回的活性污泥量的方法，更具体地，涉及一种返回数量与废水中预定有机物浓度的波动相匹配的活性污泥的方法。本发明还涉及适用于实行上述方法的活性污泥的处理设备。
用活性污泥处理废水的原理是在曝气池内利用废水中的有机物通过活性污泥中的微生物分解。于是当流入到曝气池内有机物的量大于活性污泥中的微生物的分解力，则有机物不能全部分解，废水在没有完全处理的状态下排掉。于是在设计含有活性污泥的废水处理装置中，习惯上使废水控制缸具有较大的尺寸，从而使废水负载基本上保持恒定。另外，为使曝气池内的污泥量保持需要的水平，根据设计的使用条件使返回到曝气池内的活性污泥的量固定。并且，在许多情况下，该量不能改变以使之与废水中的有机物负载的波动相匹配。
同时，JP-A-9-229923公开了一种用于污水或废水处理的测量废水中的污染物负载的装置，该装置利用了生物传感器。根据文献记载，废水经过预先处理部分，例如经过带去除废水中悬浮物的空心纤维薄膜组件的悬浮物去除单元(悬浮物可能阻塞废水管道)，从而使废水稳定地到达生物传感器；然后去除悬浮物的废水被引到测量单元中，如有害物测量区段、有机物负载测量区段或硝化作用团负载测量区段(这两个区段均具有生物传感器)，从而检测出相对于活性污泥中的微生物的污染物负载(有机物或硝化作用团)、它们的比例以及在活性污泥中的微生物的有害物的副作用；于是，可对污水或废水处理进行有效地控制。
在上述传统的技术中，对于每种待测量的物质需要不同的传感器；另外，需要预先处理(如悬浮物的去除)；而且，不能测量如附着或含在悬浮物中的有机物；于是，不可能测量到在废水中的确切的有机物负载。
本发明的目的是提供(1)一种控制从沉淀池到曝气池的返回活性污泥量的方法，该方法通过利用简单手段监控废水中的有机物负载，于是曝气池内的污泥量可与废水中的有机物负载的波动相匹配，和(2)一种适用于实行上述方法的设备。
在本发明中，控制从沉淀池到曝气池返回的活性污泥量，于是曝气池内活性污泥量可与废水中的有机物的负载相匹配，由此即使当废水中有机物负载波动时，废水也可稳定地进行处理。
在本发明中，因为废水中待处理的有机物的浓度造成活性污泥的耗氧率不同，所以对废水中的有机物负载进行了监控，活性污泥从沉淀池返回到曝气池的量与废水中的有机物负载相匹配；于是可稳定地进行废水的处理。
本发明提供一种控制从沉淀池到曝气池返回的活性污泥量的方法，该方法应用的活性污泥处理设备包括至少一个曝气池和一个沉淀池。该方法包括的步骤为提取部分待处理的废水装入到曝气池内，为提取的废水中充入氧气达到饱和，以制备溶解氧饱和废水；提取曝气池内的部分活性污泥，使提取的活性污泥和溶解氧饱和废水混合，以制备混合物；测量在混合物中的溶解氧浓度的变化；从上述变化中确定曝气池内瞬时存在的活性污泥的溶解氧消耗模式(pattern)或消耗率，与预定的不同有机物浓度的标准污泥的溶解氧消耗模式或消耗率相比较，以确定待处理的废水中的有机物的浓度，并根据有机物浓度确定返回活性污泥的量，以及根据上述活性污泥量使沉淀池的部分活性污泥返回到曝气池。
本发明还提供活性污泥处理设备，该设备包括曝气池；沉淀池；提取部分待处理的废水装入到曝气池内并为提取的废水中充入氧气达到饱和以制备溶解氧饱和废水的装置；提取存在于曝气池内的部分活性污泥的装置；把提取的活性污泥和溶解氧饱和废水混合以制备混合物的装置；测量在混合物中的溶解氧浓度变化的装置；从上述变化中确定混合物的溶解氧消耗模式，与预定的不同有机物浓度的标准污泥的溶解氧消耗模式比较，以确定待处理废水的有机物浓度的装置，同时该装置还根据有机物浓度确定返回的活性污泥量，以及根据上述活性污泥量使沉淀池内的部分活性污泥返回到曝气池的装置。
本发明的第一个优点是即使在废水中的有机物的浓度波动时，仍然可稳定地对废水进行处理。这时因为通过利用本发明，控制活性污泥量，于是在曝气池内的活性污泥的浓度可维持在处理废水中有机物的最佳水平。
本发明的第二个优点是使用的废水处理设备制作得较小。这是因为控制了从沉淀池到曝气池的返回的活性污泥量，于是在曝气池内的活性污泥浓度可维持在最佳水平，不需要设计废水控制缸和曝气池，以满足废水中的有机物的预期最大负载。
图1为示出了本发明的废水处理设备的一个实施方案构成原理图；图2为示出了本发明的废水处理设备的另一个实施方案构成原理图；图3为示出了本发明的废水处理设备的再一个实施方案构成原理图；图4(a)到4(c)为示出了在不同有机物浓度下的溶解氧消耗率的变化图；图5为在有机物浓度和溶解氧消耗率之间的关系图。
下面参照图1，对本发明的特征进行描述。
提取部分废水并引入溶解氧饱和缸5中，然后通过充入氧气达到饱和，接着转入溶解氧测量缸6中。通过分配缸4提取在空气缸1中的部分活性污泥，并转入到溶解氧测量缸6中。在溶解氧测量缸6中设有溶解氧传感器7，在溶解氧测量区段8-1测量在缸6中的溶解氧浓度随时间的变化量。从该溶解氧消耗的模式中可以确定在废水中的有机物浓度；在用以测定返回的活性污泥量的区段8-2中，根据上述废水中的有机物浓度可以确定返回的活性污泥量；在返回污泥控制器3中，根据上述测量的量来控制返回的活性污泥量，并且使该控制量的污泥回收到曝气池1中。于是就可以在曝气池1中维持活性污泥量，以使与废水中的有机物浓度相匹配，从而不受废水中有机物的波动的影响而进行废水的稳定处理。
在本发明中，曝气池1和沉淀池2均为常规的缸体。
分配缸4用于把从曝气池1内提取的部分活性污泥运送到溶解氧测量缸6中。在缸4中，需要把从曝气池1中提取的活性污泥和水进行固液分离。为了提取给定量的活性污泥，首先通过分光光度测定法(例如吸收或透射)或通过显微镜及其相应的图象处理测量提取的污泥-水混合物中的活性污泥的浓度，然后测定待提取的污泥-水混合物的量。为了用于提取，在分配缸4的上游装有量缸，或者采用时间控制型的泵。在分配缸4中的固-液分离可通过公知方法，如过滤和离心作用来进行。
下面通过实施例对本发明具体描述。然而本发明并不限于这些实施例。
实施例1参照图1来描述本实施例。图1中所示的活性污泥处理设备包括溶解氧饱和缸5、溶解氧测量缸6、溶解氧传感器7、分配缸4、用于测量返回活性污泥量的单元8，返回污泥控制器3、曝气池1以及沉淀池2。单元8用于测定待返回活性污泥的量，包括溶解氧测量区段8-1和测定返回活性污泥量的区段8-2。
溶解氧饱和缸5具有充气功能，并可使从其中提取的部分废水被氧气饱和。
分配缸4用于使从曝气池1中提取的给定量的活性污泥运送到溶解氧测量缸6中。
溶解氧测量缸6用于轻轻搅拌(1)从溶解氧饱和缸5中送来的溶解氧饱和废水和(2)从分配缸4中送来的活性污泥，以上是在与空气隔绝的环境下进行的。
溶解氧传感器7安装在溶解氧测量缸6中，并与溶解氧测量区段8-1连接，用于测量存在于缸6中的溶解氧。
溶解氧测量区段8-1测量溶解氧测量缸6内的混合溶液的溶解氧浓度，并把测量结果输出到用于测定返回活性污泥量的区段8-2中。
在用于测定返回活性污泥量的区段8-2中，预先输入在不同有机物浓度下的标准污泥的溶解氧消耗模式；根据溶解氧测量区段8-1输入的溶解氧浓度的随时间的变化量；将待处理废水的溶解氧消耗模式与预先输入的溶解氧消耗模式相比较，这样在测量时确定了流到曝气池1中的废水中有机物浓度；最后，确定了返回的活性污泥量，于是与上述废水中的有机物浓度相匹配。
根据上述确定的返回的活性污泥量，返回污泥控制器3控制从沉淀池2到曝气池1中返回的活性污泥量。该控制方法为只要可把活性污泥的需要量运送到曝气池1中即可，该方法也可为例如控制返回活性污泥的流量或控制从沉淀池2中提取活性污泥的时间间隔。
接下来详细描述图1中的设备的操作。
使待处理的废水流入到溶解氧饱和缸5中。由于在许多情况下从生产过程中排放的废水不含有足够量的溶解氧，于是废水在缸5内充气，从而获得溶解氧饱和废水。该溶解氧饱和废水运送到溶解氧测量缸6内。
同时，提取在曝气池1内的混合物(活性污泥和废水)的一部分，并通过分光镜进行测量透光度。该透光度与预先得到的不同污泥浓度的透光度进行比较，以确定在曝气池1内的污泥浓度。从这样确定的污泥浓度可确定从缸1内待提取的混合物的量。从曝气池1内提取的活性污泥和废水在分配缸4内进行固-液分离。当使用膜进行固-液分离时，停留在膜上的活性污泥被给定量的水冲洗并和使用的冲洗水一起转移到溶解氧测量缸6内。当通过离心作用进行固-液分离时，上层液体去掉，通过一定量的水使沉淀物转移到溶解氧测量缸6内。在这种情况下，冲洗水最好为在溶解氧饱和缸5内获得的溶解氧饱和废水。在溶解氧测量缸6内，利用从溶解氧饱和缸5内出来的溶解氧饱和废水和冲洗水，从缸4中过来的活性污泥被调整到需要的浓度。
溶解氧测量缸6与空气隔绝，于是没有外界的氧气进入。在缸6内，对溶解氧饱和废水和活性污泥进行轻微的搅拌和混合，借此活性污泥可对存在于废水中的需氧的有机物进行分解，同时消耗溶解在废水中的氧气。这样，一般地，当废水中的有机物浓度很高时，溶解在废水中的氧气消耗很快。在溶解氧测量缸6内装有溶解氧传感器7，该传感器7与溶解氧测量区段8-1连接；溶解氧测量区段8-1监控在溶解氧饱和废水和活性污泥的混合物中的溶解氧随时间的变化量；监控的结果输入到用于确定返回活性污泥量的区段8-2中。在区段8-2中预先输入了在不同有机物浓度下的标准污泥溶解氧消耗量或比率；根据从溶解氧测量区段8-1输入的溶解氧的随时间的变化量，该模式或比率与待处理废水的溶解氧消耗率或模式相比较；比较后显示一个量值，由此可知，在曝气池1内在测量时分解废水中的有机物的活性污泥量不足；从这些数据可以确定返回的活性污泥的量。
为了根据溶解氧的变化量来确定返回的活性污泥量，在可容易地分解的有机物存在的情况下，很方便地预先检查一定量的标准污泥的溶解氧的消耗模式，并确定在有机物稳定地分解的氧气范围内的溶解氧消耗率。待分解有机物浓度的变化的范围设定为C0到Cn，可对于每种有机物浓度标准确定溶解氧消耗率和有机物浓度之间的关系。当有机物浓度太低，溶解氧消耗率则小；当浓度较高，则溶解氧消耗率较大。也就是说，如图4(a)到4(c)所示，对于每个有机物浓度{在图4(a)到4(c)中，4(a)中的为C0；4(b)中的为C1；4(C)中的为Cn}，分别测量其中从饱和状态(Dc)到某一浓度(Do)下降的溶解氧浓度(DO)的时间，同时确定了每个溶解氧消耗率。根据有机物浓度画出上述获得的溶解氧消耗率，由此如图5中所示，获得了非常接近线性表达的近似表达的结果。
也就是说，当溶解氧消耗率根据在溶解氧测量缸6内监控的溶解氧随时间的变化量而增加时，用于确定返回的活性污泥量的单元8判断废水中的有机物增加，则同时确定返回活性污泥量，于是与增加量匹配。该返回活性污泥量由计算有机物在曝气池内停留时间里的必要处理所需活性污泥量所确定，或者根据经验所确定，同时被控制，于是通过上面提到的分光镜确定的曝气池内污泥浓度用于废水中的有机物的处理变成很合适。
在控制器3中，控制从沉淀池2内到曝气池1内的返回活性污泥量，以与废水中的有机物浓度相匹配。这样，即使当废水中的有机物量波动时，对废水的处理也可稳定地进行。
对有机物浓度的测量的时间间隔没有特别地限制。这种测量可根据使用的处理系统的尺寸而确定的最佳时间间隔而进行。
可通过对阀门开放程度或提取泵的转动进行改变，而对返回的活性污泥进行控制。当通过计时器测出从沉淀池中提取的活性污泥的频率改变时，则对返回活性污泥量的控制可通过改变计时器的通断频率来完成。
实施例2现在参照图2来描述本发明的另一个实施例。有机物浓度低的控制用水，例如城市用水引入到溶解氧饱和缸9中用以控制，然后通过充气使其用氧饱和，接着转入到溶解氧测量缸10内用以控制。预定量的活性污泥从曝气池1内提取出，通过分配缸4而放入缸10内。在溶解氧测量区段8-1测量在缸10内得到的溶液内的溶解氧的随时间变化量。该测量的溶解氧消耗模式或消耗率作为空白值从待处理的废水获得的溶解氧消耗模式或消耗率中减去，由此可测量存在于废水中真有机物的溶解氧消耗模式或消耗率。这样可精确地确定需要的活性污泥量，并可能地确定返回的活性污泥量，该活性污泥量相应于在曝气池1内活性污泥的分解活性物质的还原量。
实施例3在上述实施例中，没有考虑活性污泥的活性物质。在本实施例中，在确定返回的活性污泥量中考虑活性污泥中的活性。例如，采用如下的方法检测曝气池中的活性污泥中的活性。在图2中，将给定有机物浓度的水用作控制水；利用标准的污泥事先测量此控制水以确定溶解氧消耗模式；利用从曝气池1内提取的活性污泥测量此控制水以确定溶解氧消耗模式，将这两个溶解氧的消耗模式进行比较；于是可确定在曝气池内的活性污泥的活性。通过把在曝气池内检测到的活性污泥的活性转入到实施例1或2的结果中，可更精确地确定返回的活性污泥量。这样，例如当发现在曝气池内的活性污泥的活性比标准的活性污泥低时，将返回的活性污泥量修正成较高值。
既然活性污泥的活性波动不是很明显，那么当实施例1或2中的操作几十次重复进行时，可精确地确定上述活性污泥中活性。当废水中的有机物浓度增加到非常高的水平时，活性污泥的活性可很快下降；当活性这样下降时，可以判断在废水中有机物的浓度有明显地提高，在其中返回的活性污泥的增加量超过预定的水平操作后，可有效地进行上述活性污泥的测定。
活性污泥的活性还可通过其它方法确定，该方法包括提取在活性污泥中的酶，并以预定的方式测定酶活性。然而，该方法需要花费劳力和时间。于是，在本实施中使用的方法具有较高的应用价值。
实施例4图3中示出了本发明的更好的实施例。在图3中，部分返回的活性污泥提取到分配缸13中；与溶解氧测量缸12中的溶解氧-饱和废水混合并以与上述实施例同样的方式测量溶解氧消耗模式或消耗率；测量结果输入到曝气池1内的活性污泥的溶解氧消耗模式或消耗率中，以与上述实施例中同样方式测量，于是可以确定最佳的返回活性污泥量。当该返回活性污泥具有较高的活性时，其对于某种有机物浓度的废水的溶解氧消耗率要比对于同样废水的标准污泥的略微高；于是返回活性污泥量可设定在略微低的标准。相反，当返回的活性污泥具有较低的活性时，返回活性污泥量可设定为略微高的标准。
权利要求
1.一种控制从沉淀池到曝气池返回的活性污泥量的方法，该方法应用的活性污泥处理设备包括至少一个曝气池和沉淀池，该方法包括的步骤为提取部分待处理的废水装入到曝气池内，为提取的废水中充入氧气达到饱和，以制备溶解氧饱和废水；提取曝气池内的部分活性污泥，使提取的活性污泥和溶解氧饱和废水混合，以制备混合物；测量在混合物中的溶解氧浓度的变化；从上述变化中确定曝气池内瞬时存在的活性污泥的溶解氧消耗模式或消耗率，与在不同有机物浓度的标准污泥中预定的溶解氧消耗模式或消耗率相比较，以确定待处理的废水中的有机物浓度，并根据有机物浓度确定返回活性污泥的量，以及根据上述活性污泥量使沉淀池内的部分活性污泥返回到曝气池内。
2.根据权利要求1所述的控制返回活性污泥量的方法，该方法包括的步骤为为低浓度有机物的对照水中充气，使其用氧气饱和，以制备溶解氧饱和对照水，在曝气池内使溶解氧饱和对照水和部分活性污泥混合，以制备混合物，并在混合物中测量溶解氧浓度的变化量；从曝气池内的溶解氧饱和废水和部分活性污泥的混合物中的溶解氧浓度的变化量减去所述变化量；从减去的剩余值中确定曝气池内的活性污泥的溶解氧消耗模式，与预定的在不同有机物浓度的标准污泥的溶解氧消耗模式相比较，以确定待处理的废水中的有机物浓度，并且根据有机物浓度确定返回的活性污泥量，以及根据上述活性污泥量使沉淀池内的部分活性污泥返回到曝气池内。
3.根据权利要求1所述的控制返回活性污泥量的方法，该方法包括的步骤为为给定有机物浓度的对照水中充气，使其用氧气饱和，以制备溶解氧饱和对照水，在曝气池内使溶解氧饱和对照水和部分活性污泥混合，以制备混合物，并且测量混合物以确定溶解氧消耗模式；把所述溶解氧消耗模式和预定的不同有机物浓度的溶解氧消耗模式相比较，以确定曝气池内的活性污泥的活性，以及为确定返回的活性污泥量，利用所述活性作为输入量，以确定返回活性污泥的最佳量。
4.根据权利要求1所述的控制返回活性污泥量的方法，其中提取返回部分活性污泥并与溶解氧饱和废水混合，以制备混合物，测量该混合物的溶解氧的变化，并且用测量结果作为确定返回活性污泥量的输入值，以确定返回活性污泥的最佳量。
5.根据权利要求1所述的控制返回活性污泥量的方法，其中溶解氧消耗模式为溶解氧消耗率。
6.根据权利要求1所述的控制返回活性污泥量的方法，其中在曝气池内制备部分活性污泥和溶解氧饱和废水的混合物中，从曝气池内提取的活性污泥和水进行固-液分离，将最后的固体与溶解氧饱和废水混合。
7.根据权利要求1所述的控制返回活性污泥量的方法，其中确定返回的活性污泥量，使在曝气池内测量的活性污泥浓度对于处理废水中有机物成为最佳。
8.一种活性污泥处理设备，该设备包括曝气池；沉淀池；提取部分待处理的废水装入到曝气池内并为提取的废水中充入氧气达到饱和以便制备溶解氧饱和废水的装置；提取存在于曝气池内的部分活性污泥的装置；把提取的活性污泥和溶解氧饱和废水混合以制备混合物的装置；测量在混合物中的溶解氧浓度变化的装置；从上述变化中确定混合物的溶解氧消耗模式，与预定的不同有机物浓度的标准污泥的溶解氧消耗模式比较，以确定待处理废水的有机物浓度的装置，同时该装置还根据有机物浓度确定返回的活性污泥量，以及根据上述活性污泥量使沉淀池内的部分活性污泥返回到曝气池内的装置。
9.根据权利要求8所述的活性污泥处理设备，该设备还包括为较低有机物浓度的对照水中充气，使其用氧气饱和，以制备溶解氧饱和对照水的装置在曝气池内使溶解氧饱和对照水和部分活性污泥混合，以权利要求8中所述的同样方式以制备控制混合物的装置，以及在控制混合物中测量溶解氧浓度的变化量的装置；其中从曝气池内的溶解氧饱和废水和部分活性污泥的混合物中的溶解氧浓度的变化量减去所述变化量；从减去的剩余值中确定曝气池内的活性污泥的溶解氧消耗模式；该模式与在不同有机物浓度的标准污泥的预定溶解氧消耗模式相比较，以确定待处理的废水中的有机物浓度；并且根据有机物浓度确定返回的活性污泥量。
10.根据权利要求8所述的活性污泥处理设备，该设备还包括一种装置，它用于为给定有机物浓度的对照水中充气使其用氧气饱和以制备溶解氧饱和对照水、在曝气池内使溶解氧饱和对照水和部分活性污泥混合以制备混合物并且为溶解氧消耗模式测量混合物；把所述溶解氧消耗模式和预定的不同有机物浓度的标准污泥的溶解氧消耗模式相比较以确定曝气池内的活性污泥的活性的装置，其中为确定返回的活性污泥量，利用所述活性作为输入量，以确定返回活性污泥的最佳量。
11.根据权利要求8所述的活性污泥处理设备，还包括提取部分返回活性污泥并使其与溶解氧饱和废水混合以制备混合物的装置，以及为溶解氧变化测量混合物的装置；其中用测量结果作为确定返回活性污泥量的输入量，以确定返回活性污泥的最佳量。
12.根据权利要求8所述的活性污泥处理设备，其中溶解氧消耗模式为溶解氧消耗率。
13.根据权利要求8所述的活性污泥处理设备，其中在提取存在于曝气池内的部分活性污泥的装置中，从曝气池内提取的活性污泥和水可进行固-液分离。
14.根据权利要求8所述的活性污泥处理设备，还包括测量曝气池内活性污泥的浓度的装置。
全文摘要
取出部分废水,废水在溶解氧饱和缸5中充入氧达到饱和,同时转入到溶解氧测量缸6内。另外,提取在曝气池1内的部分活性污泥,并通过分配缸4转入到测量缸6内,而且测量测量缸6内的溶解氧浓度的变化。根据测量结果确定废水中的有机物浓度,并根据有机物浓度确定从沉淀池2到曝气池1内的返回活性污泥的量。于是可方便地监控在废水中的有机物负载的波动,并可控制返回活性污泥量与该波动相匹配。本发明提供一种适用于所述操作的方法和适合用于该方法的装置。
文档编号C02F3/12GK1232795SQ99102928
公开日1999年10月27日 申请日期1999年2月16日 优先权日1998年2月16日
发明者菊池修 申请人:日本电气株式会社