采用先进的控制算法来优化工艺和曝气性能的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年11月16日提交的美国临时申请序列号61/727, 517的优先权， 其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003] 本发明涉及废水处理工艺，特别地，涉及自动控制的废水处理工艺。
【背景技术】
[0004] 目前的废水处理批处理工艺采用时间启动系统，该系统将流入的废水引入容纳装 置，然后在各种条件下处理废水。处理阶段通常被称为反应阶段，其中使用好氧、缺氧和/ 或厌氧条件来处理流入的废水。在好氧条件下，溶解氧被引入容纳装置并与流入的废水和 各种微生物混合。好氧条件将废水中含有的铵和有机氮转化为硝酸盐。这通常被称为硝化。 如本文所用，铵（NH 4)被用来描述氨（NH3)、氨态氮（NH3-N)和铵态氮（NH4-N)。某些处理工 艺也使用缺氧条件将硝酸盐转化为氮气，这被称为反硝化。废水的反硝化是通过在缺少溶 解氧的环境下将硝酸盐和微生物混合来实现的。
[0005] 进一步地，当废水中含有磷时，在好氧条件之后使用厌氧条件除磷。在厌氧工艺 中，在既缺少溶解氧又缺少化学结合氧的环境下将废水和微生物混合在一起。在厌氧条件 下磷被微生物释放，随后被微生物收回，这样收回的磷比通常没有被引入厌氧条件时微生 物收回的磷多。
[0006] 反应阶段由逻辑程序来控制，其使用操作者输入的时间段来促进好氧、缺氧和厌 氧条件。例如，为了在反应阶段中控制好氧条件，曝气系统的速度设定值是基于来自溶解氧 (DO)仪器的读数和操作者输入的DO设定值来控制的。
[0007] 如从上述步骤中可以看出的，目前的处理工艺的一个缺点在于，需要在系统中手 动输入信息。手动输入信息到控制单元，以确定并调整DO设定值以及用于每个处理循环所 需的好氧、缺氧和厌氧时间量的工艺是低效且繁重的。因此，存在对于一种系统的需要，该 系统可以自动调整废水处理工艺中的参数，以便优化每个处理循环的出水的水质，并尽量 减少在整个处理工艺中使用的能量。
【发明内容】
[0008] 在根据本发明的一个实施方式中，一种用于自动控制水源中的硝化能力的方法包 括：测量水源中的氮和水源温度；在处理循环开始时，为所述水源确定在所述处理循环中 待硝化的氮的量；根据所述待硝化的氮的量，计算溶解氧设定值、好氧处理阶段的时间段或 其组合；以及使氧溶解于所述水源中。基于所计算的溶解氧设定值、好氧处理阶段的时间段 或其组合，通过控制单元来自动控制溶解于所述水源中的氧的量和持续时间。
[0009] 在某些实施方式中，本发明涉及一种用于自动控制水源中的反硝化能力的方法。 该方法包括：测量水源中的氮和温度；在处理循环开始时，为所述水源确定在所述处理循 环中待反硝化的氮的量；计算用于反硝化的缺氧处理阶段的时间段；以及终止向所述水源 的氧气供给。基于所计算的用于所述缺氧处理阶段的时间段，通过控制单元来自动控制所 述终止氧气供给的持续时间。
[0010] 在某些实施方式中，本发明涉及一种用于自动控制水源中的固体停留时间（SRT) 的方法。该方法包括：测量水源中的总悬浮固体、铵、硝酸盐、温度或其组合；确定消耗的生 物质的量；计算所述水源的硝化细菌生长速率；采用所述硝化细菌生长速率计算所述水源 的目标SRT ;以及计算将要消耗的生物质的目标量。基于修改消耗的持续时间、消耗的流率 或其组合，通过控制单元来自动控制所述将要消耗的生物质的目标量。
[0011] 在某些实施方式中，本发明涉及一种用于自动控制从容纳装置中除水的方法，该 方法包括：测量容纳装置中的水源的水位、水流量、污泥层高度或其组合；在处理循环的倾 倒阶段开始时，为所述水源确定之前处理循环、所述当前处理循环、所预计的处理循环或其 组合的水力性能；采用所述之前处理循环、所述当前处理循环、所述所预计的处理循环或其 组合的水力性能，为给定的处理循环计算从所述容纳装置中待移除的水的体积；以及一旦 达到为给定的处理循环所计算的从所述容纳装置中待移除的水的体积，就终止从所述容纳 装置中除水。通过监测所述容纳装置中的水位或从所述容纳装置的出水B的水流率，由控 制单元来自动控制所述从容纳装置中移除的水的体积。
[0012] 在某些实施方式中，本发明涉及一种用于自动控制水源中生物除磷的方法。该方 法包括：测量选自水源中的硝酸盐、磷或其组合的参数；基于所测量的所述水源中的所述 参数，确定处理循环的厌氧阶段的时长；限制向所述水源的氧气供给，其中基于所测量的所 述水源中的所述参数或预设的时间段，通过控制单元来自动控制所述限制氧气供给的持续 时间；以及在确定完成所述限制氧气的时间段后，使氧溶解于所述水源中。
[0013] 在某些实施方式中，本发明涉及一种用于自动控制水源中的同步硝化和反硝化的 方法。该方法包括：测量水源中的铵和硝酸盐；基于所测量的所述水源中的铵和硝酸盐，计 算一阶导数；基于所测量的所述水源中的铵和硝酸盐，计算二阶导数；以及采用所述一阶 导数、二阶导数或其组合来启用和禁用向所述水源的氧气供给。所述氧气供给是通过控制 单元来自动控制的。
【附图说明】
[0014] 图1为根据本发明的一实施方式的用于处理废水的容纳装置的侧视图；
[0015] 图2为根据本发明的一实施方式的用于处理废水的多容纳装置的俯视图；
[0016] 图3为描绘了根据本发明的一实施方式的数据的监测和传输的示意图；
[0017] 图4为描绘了根据本发明的另一实施方式的数据的监测和传输的示意图；
[0018] 图5为描绘了根据本发明的多个实施方式的硝化速率和DO设定值的影响与所需 的好氧时间的关系曲线图；
[0019] 图6A示出了本发明的一个实施方式的逻辑的一部分的流程图；
[0020] 图6B示出了图6A中的逻辑的第二部分的流程图；
[0021] 图7为根据本发明一实施方式的具有预反应墙的用于处理废水的容纳装置的侧 视图；
[0022] 图8示出了本发明的另一实施方式的逻辑的流程图。
【具体实施方式】
[0023] 以下为了说明的目的，术语"上部"、"下部"、"右"、"左"、"竖直"、"水平"、"顶部"、 "底部"、"侧部"、"纵向"及由其导出的应与本发明相关，因为其为在附图中的方向。然而，应 了解的是，除有具体的相反说明外，本发明可以具有多种替换变型和步骤顺序。还应了解的 是，附图所示的以及在说明书中所描述的具体装置和过程仅仅是本发明的示例性的实施方 式。因此，在此公开的与实施方式相关的具体尺寸和其他物理特征并不视为限制。
[0024] 此外，除了在任何操作示例中或另有说明之外，例如，说明书和权利要求中所使用 的表达数量的所有数值在所有情况下均应理解为被"大约"一词修饰的。因此，除非有相反 的指示，列于下面的说明书和所附的权利要求中的数值参数均为近似值，其可根据通过本 发明要获得的所需特性而变化。最起码，每个数值参数至少应当被解释为按照所记载的有 效数字的数值并采用一般舍入技术。
[0025] 同样地，应了解的是，任何在此列举的数值范围意在将所有子范围包含在其中。例 如，范围"1至10"意在包括所列举的最小值1和所列举的最大值10之间（含1和10)的 所有子范围，即，具有大于或等于1的最小值和小于或等于10的最大值。
[0026] 在本申请中，所使用的单数包括复数，并且复数涵盖单数，除非另有说明之外。此 外，在本申请中，除非另有说明之外，所使用的"或"表示"和/或"的意思，即使可能会在某 些情况下中明确采用"和/或"。
[0027] 如上所述，本发明涉及一种废水处理工艺。废水处理工艺可以在任何水源中使用。 如本文所用，"水源"包括，但不限于，流入的废水、容纳装置中的废水和/或流出的废水。在 某些实施方式中，如图1所示，该工艺包含容纳装置1的使用，容纳装置1具有第一端2和 第二端3,流入的废水从第一端2进入容纳装置1，流出的水从第二端3离开容纳装置1。进 入容纳装置1的第一端2的流入的水流在图1中被表示为参考字母A，离开容纳装置1的第