用于污水处理设施的调节设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种调节设备。
[0002] 本发明还涉及一种调节方法。
【背景技术】
[0003] 在根据活性污泥法或活化法的生物废水清洁中，废水通过物质代谢活性从需氧的 微生物、所谓的活性污泥中去除有机污染物。在此，通过硝化和脱硝分解氮。在硝化期间需 氧条件必须占优，以便能够通过自养的微生物进行硝酸盐（N03)中的铵（NH4)。在随后的脱 硝期间将硝酸盐转换成氮（N2)。对此，必须存在缺氧的条件，以便异养的微生物使用硝酸盐 氧用于呼吸并且能够执行转换成氮。
[0004] 为了能够在仅一个活化池中执行硝化和脱硝，池子被时间交替地（间歇性地）通 风和不通风。在压缩空气通风的情况下，通过压缩机或鼓风机的接通和断开和转速调节进 行对通风功率的调节，其中当由一个压缩机供应多个池子时，压缩的空气经由可控制的气 门导入到池子中。
[0005] 在现代自动化设计中，根据铵和硝酸盐含量在硝化和脱硝之间切换，所述铵和硝 酸盐含量借助于 NH4/N03 组合探针测量（US 2012/006414 Al, US 2014/263041 Al, US 7 416 669 BI)。一旦铵充分地分解，即铵氮（NH4-N)的浓度下降到例如0. 5mg/l的阈值之下， 就结束硝化阶段进而结束通风。一旦硝酸盐充分地分解，即硝酸盐氮（N03)的浓度下降到 例如8mg/l的阈值之下，就结束脱硝阶段。
[0006] 也已知的是：通过测量活化池中溶解的氧的浓度并且经由PID调节器确保例如1 至2mg/l的尽可能恒定的氧浓度的方式，在硝化阶段期间调节通风的功率。如果由一个鼓 风机供应多个池子（US 2014/0263041 Al)，那么或者经由鼓风机转速或者气门的位置来进 行调节干预。
[0007] 在污染物的量和/或浓度方面的注入波动表现了对于污水处理设施的运营商的 高要求，因为必须在全部情况下遵守对于污水清洁设施流出到流动水中的法律极限值，其 中所述污染物例如通过所连接的用户（家用或工业企业）的行为模式或恶劣的天气来产 生。如今的自动化设计最早当活化池中的浓度改变时才能够对变化的注入条件作出反应。 然而在大多数情况下没有自动化反应进行。
[0008] 另一问题时：在间歇性运行中，对氧调节的困难的设定，因为实际上通常硝化阶段 的时间上的持续时间不足，以便实现清洁地处理（sauberes Einschwingen)氧调节。
【发明内容】
[0009] 本发明所基于的目的是：改进污水处理设施中的硝化的调节。
[0010] 根据本发明，该目的通过一种调节设备或调节方法来实现。
[0011] 本发明基于如下知识：在硝化阶段中，氧浓度仅表示用于为微生物的需氧的物质 代谢提供的适当环境条件的辅助调节参量。在较长时间恒定的养浓度并不能够容易地实 现，并且出于方法技术和生物方面的观点是不需要的。
[0012] 根据本发明，在硝化阶段中的通风的功率调节、即气门的位置或鼓风机转速的调 节直接地针对主要感兴趣的过程参量，即针对铵浓度。因为为了在间歇性运行中检测切换 条件总归提出使用适当的探针、例如NH4/N03组合探针，所以已经提供了铵测量值。
[0013] 因此在常规的通风调节中吹入与需要用于达到氧理论值那么多的空气，更确切地 说与为了分解污染物是否需要那么多的氧完全无关地，在此期间，通过将调节设计转化到 铵作为主调节参量的方式，仅还需要吹入一些空气，这些空气如实际需要那么多，以便用于 为微生物充分地提供用于期望地分解铵的氧。因为鼓风机的能量消耗随着转速的三次方提 高，所以根据本发明能够显著地节约能量。
[0014] 调节优选实现为模型预测的调节，这为本发明提供如下优点或改进可行性：
[0015] -通过自动地验证学习数据中的过程模型和在当前的运行中使用预测的过程性， 能简单地匹配于具有大的延迟时间或甚至死时间的困难的路径动态（Streckendynamik)，
[0016] -借助于集成的参考参量过滤器低耗费地实现作为匹配情况的时间变化曲线的理 论值轨道，和
[0017] -低耗费地、完全工具辅助地实现基于模型的动态的干扰参量接入。
[0018] 因此，优选沿着对于废水的按含量预设的理论值变化进行调节，其中理论值变化 在对于硝化阶段结束的预设时间低于预设的阈值。因此，铵浓度应当在从测量到的启动值 到硝化阶段开始的预设时间下降到预设的目标值上。只要上述内容达成，吹入的空气量就 是足够的。
[0019] 铵浓度的下降的期望的时间变化曲线能够经由有利地集成在基于模型的预测的 调节器中的参考参量过滤器（Fiihrungsgrofienfilter)来预设。在内部，调节器以未来的理 论值变化曲线工作，所述理论值变化曲线与调节参量的预测的运动相比较。在没有参考参 量过滤器的情况下认为：当前的理论值也在未来不变地在预测范围内是有效的。在理论值 突变的情况下这表示：也在较近的未来中已经全数地需要新的理论值，尽管过程完全不能 够实现。借助参考参量过滤器或理论值过滤器，计算从当前实际值到所需要的理论值的渐 进的理论值轨迹，使得在给定时间达到所需要的理论值。在此，目标理论值勉强低于用于切 换以结束硝化阶段的阈值之下，使得可靠地低于阈值并且进行到脱硝的切换。特别地，在硝 化开始时通过平缓地根据轨迹启动鼓风机能够显著地节约能量。
[0020] 此外，优选地实现到活化池（Belebungsbecken)中的注入量的干扰参量接入 (St6rgr0fienaufschaltung)，以便能够预先地对波动做出反应。干扰参量接入能够在没 有附加组件的情况下，通过为考虑由于注入波动产生的影响用于校正预测的时间变化曲线 的方式来直接地借助基于模型的预测的调节器实现。
【附图说明】
[0021] 为了进一步阐述本发明，下面参考所附的附图；详细地
[0022] 图1示出具有用于通风调节的调节设备的污水处理设施的一个实例，
[0023] 图2示出根据本发明的调节设备的一个实例，
[0024] 图3示出根据本发明的调节方法的仿真结果，和
[0025] 图4为了比较示出已知的调节中的结果。
【具体实施方式】
[0026] 在图1中示出具有活化池1的污水处理设施的极其简化示意的视图，所述活化池 经由入口 2获得来自沉砂池的且要清洁的废水。在活化池1中将废水通过间歇性的硝化和 脱硝进行生物清洁。污泥水混合物经由出口 3到达到污水再处理池4中，在那里活性污泥 从被清洁的废水中分离出，并且作为返回污泥输送回到活化池1中。
[0027] 在硝化阶段期间，在活化池1中包含的、由废水和活性污泥构成的混合物经由通 风装置5以压力的方式通风。通风装置5能够根据要求具有一个或多个鼓风机6或压缩机， 所述鼓风机或压缩机能够被接通或断开，并且至少在鼓风机的情况下能够关于其转速进行 调节。如果经由气门将空气输送到活性池1中，那么也能够调节该空气输送。
[0028] 在活性池1中，借助于适当的探针7、例如NH4/N03组合探针测量污泥水混合物的 铵和硝酸盐含量。借助于另外的探针8能够测量其他的参数、如溶解的氧含量、氧化还原电 势或pH值。一旦铵氮浓度下降到例如0. 5mg/l的阈值9之下，就将硝化阶段进而通气结束。 在硝化期间，如下面还详细阐述的那样，借助于调节器10根据测量的铵氮浓度调节鼓风机 转速或气门位置。一旦硝酸盐-氮浓度下降到例如8mg/l的阈值之下，就结束紧随硝化阶 段的脱硝阶段。
[0029] 图2同样以极其简化示意的视图示出基于模型的预测的调节器形式（预测调节 器）的调节器10的实例。调节路线（RegelstreckeUl、即污水处理设施或在其中运行的过 程的调节路线接入