申请日2010.03.16
公开(公告)日2012.04.11
IPC分类号C02F3/00; C02F3/30; C02F3/12
摘要
本发明涉及调节通过包括相继循环的交替曝气生物处理废水的池(2)中的氧供应的方法，每个循环包括曝气第一阶段以及用于还原在前个曝气阶段中形成的亚硝酸盐和硝酸盐的缺氧第二阶段，所述曝气池在该池的液体中或者在离开该池的液体中设置氨态氮测量传感器(4b)和硝酸盐测量传感器(4c)以及任选的溶解氧测量传感器(4a)，根据该方法，当硝酸盐测量结果的减小速率小于低阈值时开始曝气阶段的氧供应，并且还在以下触发事件中的至少之一发生时停止曝气阶段的氧供应：氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值;氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值，这些阈值可通过溶解氧测量结果的高阈值并且通过时间延迟决定。
权利要求书
1.调节通过包括相继循环的交替曝气生物处理废水的池中的氧供 应的方法，每个循环包括曝气第一阶段，用于使用需氧细菌尤其氧化含 碳和含氮化合物，以及缺氧第二阶段，用于还原在前个曝气阶段中形成 的亚硝酸盐和硝酸盐，
该方法的特征在于：
-在该池的液体中或者在离开该池的液体中设置至少一个氨态氮 测量传感器和至少一个硝酸盐测量传感器，
-从以下运行事件开始运行曝气阶段的氧供应：
-硝酸盐测量结果的减小速率变为小于低阈值;
-当以下触发事件中的至少之一发生时停止曝气阶段的氧供应：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值，
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
2.权利要求1的方法，其特征在于：
-除了氨态氮和硝酸盐测量传感器之外，提供至少一个溶解氧测量 传感器，
-当以下触发事件中的至少之一发生时停止曝气阶段的氧供应：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值并且溶解氧测量 结果大于高阈值，
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于控制向曝气池中的氧供应 的开始的硝酸盐测量结果的减小速率的低阈值为小于1mg/L/h。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于氨态氮减小速率的低阈值 为小于1mg/L/h。
5.上述权利要求任一项的方法，其特征在于所述触发或运行事件 被延迟以使得：如果从确定的时间以后跨过与事件对应的阈值，则控制 氧供应的停止或运行而没有其它条件。
6.上述权利要求任一项的方法，其特征在于根据氨态氮和/或硝酸 盐测量结果，尤其是经过阈值或者代表性曲线的斜率变化，从而确定在 硝化阶段的过程中供应到曝气池中的氧的量。
7.上述权利要求任一项的方法，其特征在于根据在前个缺氧阶段 的全部或部分中的氨态氮测量结果的上升斜率确定在硝化阶段的过程 中供应到曝气池中的氧的量。
8.用于实施上述权利要求任一项的方法的设备，包括通过具有相 继循环的交替曝气生物处理废水的池(2)，每个循环包括曝气第一阶 段以及缺氧第二阶段，
该设备的特征在于：
-它包括在所述池中或者在所述池外的液体的至少一个氨态氮测 量传感器(4b)和至少一个硝酸盐传感器(4c);
-以及与所述传感器(4b和4c)相连的氧供应控制装置(C)，以 用于控制：
-从任选延迟的以下事件开始启动曝气阶段的氧供应：
-硝酸盐测量结果的减小速率变为小于低阈值;
-当任选延迟的以下事件中的至少之一发生时停止曝气阶段的氧 供应：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值;
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
9.权利要求8的设备，其特征在于：
-除了硝酸盐(4c)和氨态氮(4b)测量传感器之外，该设备包括 至少一个溶解氧测量传感器(4a)，
-并且该氧供应控制装置(C)与所述传感器(4a、4b和4c)连接 以用于在任选延迟的以下事件中的至少之一发生时控制曝气阶段的氧 供应的停止：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值并且溶解氧测量 结果大于高阈值;
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
10.权利要求8或9的设备，其特征在于硝酸盐传感器(4c)和/ 或氨态氮测量传感器(4b)被置于曝气池(2)中，以测量在曝气池本 身的液体中的含氮化合物。
11.权利要求8或9的设备，其特征在于硝酸盐和/或氨态氮测量 传感器被设置为测量从曝气池中取出的液体的样品中或者在沉降/过滤 单元(5)之前或之后的离开曝气池的液体中的含氮化合物。
说明书
用于废水处理的氧供应的调节方法及实施其的设备
技术领域
本发明涉及通过在同一曝气池中的硝化作用/反硝化作用的交替 曝气方法处理的包含还原形式的含氮污染物尤其是氨态氮的废水的生 物处理。
更具体地，本发明涉及调节通过包括相继循环的交替曝气生物处 理废水的池中的氧供应的方法，每个循环包括曝气第一阶段，用于使 用需氧细菌尤其氧化含碳和含氮化合物，以及缺氧第二阶段，用于还 原在前个曝气阶段中形成的亚硝酸盐和硝酸盐。
背景技术
在现有技术中，该池配备有氧化还原电势和/或溶解氧测量传感 器，根据该方法，至少：
-当溶解氧测量结果变为大于高阈值时，
-或者当氧化还原电势变得大于高阈值时，
则停止曝气阶段的氧供应。
这种类型的方法尤其由“MEMENTO TECHNIQUE de L’EAU (水技术手册)”可知，DEGREMONT SUEZ，第10版，第2卷，尤 其是第914-915页。
在这种已知方法中，在该曝气第一阶段的过程中，供应的氧的量 可以按照已知原理根据溶解氧、氧化还原电势或进入到曝气池中的污 染物的测量结果或测量结果组合(如COD或氨态氮)进行设定或调 节。这个曝气阶段的结束可由涉及氧化还原电势、溶解氧和时间的测 量结果或测量结果组合的已知装置确定。例如，当曝气时间达到最大 限值时或者当曝气池中的氧化还原电势的测量结果从一定时间以后大 于高阈值时并且在曝气阶段的持续时间已经达到最小时间的条件下， 可停止氧供应。
在此曝气阶段之后，该缺氧第二阶段能够还原在前个曝气阶段的 过程中形成的亚硝酸盐和硝酸盐。细菌则主要使用由原水(l’eau brute)提供的碳。此缺氧阶段的结束由涉及氧化还原电势和时间的测 量结果或测量结果组合的已知装置确定。例如，当缺氧时间达到最大 限值时或者当曝气池中的氧化还原电势的测量结果小于低阈值时并且 在缺氧阶段的持续时间已经达到最小时间的条件下，则可重新开始氧 供应。
但是，这些基于氧化还原电势和溶解氧测量结果的氧供应调节方 法受限于主要由于以下原因引起的偏移：
-一方面，保持氧化还原电势测量探测器的难度，这些探测 器对于水中存在的某些化合物是敏感的;
-另一方面，硝化和反硝化反应的近似表现。
所述调节通常还具有曝气和缺氧阶段的最小和最大时间延迟，以 及通过基于要处理的污染物的量在一天中随所处时刻而变化的事实， 根据实际的时刻而非氧化还原电势和溶解氧测量结果管理曝气阶段、 缺氧阶段和曝气阶段中空气的量的可能性。
这些基于时间的不同“防护措施(garde-fous)”使得能够保障生物 反应的良好运行，但它们常常导致要安全地调整所述调节参数，这通 常引起不太优化的能量消耗。
发明内容
在考虑了这种现有技术之后，本发明的目的因而在于提出一种调 节氧供应的方法，其能够以一种可持续发展的方式优化消耗的能量， 同时改善该处理。
NH4和NO3传感器与氧和氧化还原传感器相比更能代表在去除 含氮污染物中所涉及的化学反应，因为由生物反应产生的化学参数被 直接测量。
某些作者已经提出使用基于NH4和NO3测量的连续调节算法， 这要求在曝气池中引入连续可变的氧量。这种类型的连续调节需要可 变流量的空气产生装置或者流量连续调节装置，其成本和操作难度可 能与通过序列(séquencée)曝气的小尺寸生物处理设备不相容。
在序列曝气方法中，硝化和反硝化在同一个池中相继发生：
-该硝化可通过在介质中存在氧供应的情况下的总化学反应来描 述：
NH4+5/2O2→NO3+2H2O
当所有的氨态氮被去除时，终止该反应，换句话说，当NH4的测 量结果接近于零时，不再需要注入氧。
某些作者(专利US 7 416 669)已经提出当氨态氮的测量结果接 近于零时，任选地结合某些最小或最大停止时间条件，自动停止氧向 曝气池的引入。
-该反硝化可通过在液体介质中没有溶解氧时的下述总化学等式 来描述：
2NO3+3C→N2+3CO2
当所有的硝酸盐被去除时终止该反应。细菌则不再具有任何可用 的氧，并且需要再氧化该介质以允许其进行呼吸(respirer)。换句话 说，在NO3的测量结果接近零时需要注入氧，以避免促进对于沉降或 过滤不太有益的细菌如丝状细菌的增殖。
某些作者(专利US 7 416 669)已经提出当硝酸盐的测量结果接 近于零时，任选地结合某些最小或最大运行时间的条件，自动再起动 氧向所述池中的引入。
这些可以使用NH4或NO3的测量结果的低阈值确定决定开始或 停止氧向曝光池中引入的时刻的措施导致操作条件随时间的漂移 (dérives)，其结果是处理不足或者氧的过度消耗，这增加了消耗的 能量，原因如下：
○氨态氮和硝酸盐的测量结果可以在接近零的数值中在一个方 向上或者在另一个方向上偏移1mg/l或更多。这些误差可例如 归因于：
●在传感器周围的纤维状废物(麻纤维(filasse))的累积
●在测量单元上的沉积物
●校准偏移
●介质中氯化物浓度的变化，这误报了硝酸盐的测量结果
●介质中钾浓度的变化，这误报了氨态氮的测量结果
●探测器的老化;
○当测量结果的零点大于实际浓度值时，并不总是达到低阈值并 且曝气和非曝气阶段的交替无法恰当地实施;并且
○当测量结果小于实际浓度值时，提前达到测量结果的低阈值并 且该方法不是优化的。
-相反，对于更高的值来说，NH4和NO3传感器的偏移相比于 绝对测量结果来说较小并且由这种偏移引起的误差通常在处理保证 (garanties de traitement)所要求的精确度方面是可接受的，所述处 理保证以离开工厂时的平均值来表示。
所述处理保证通常以总氮值(NGL)来表示，所述总氮值的数值 表示在处理的水中所含的所有含氮化合物之和，而无论它们是还原的 形式(氨态氮或有机氮)还是氧化的形式(硝酸盐，亚硝酸盐)。
因而为了管理向曝气池中供氧或停止供氧，不必考虑这些化合物 中的每种化合物的单个测量结果的高阈值，而是考虑测量的化合物的 总和。
此外已经发现，测量的含氮化合物的总和在一个长的曝气周期之 后达到其最大值，因而为了更好地提供处理保证，N-NH4+N-NO3之 和的高阈值对于停止空气向曝气池中的供应来说是相关的。
本发明的目标尤其在于，根据向介质中的氧供应是否为零或恒定， 通过观察NH4或NO3的测量结果的斜率的显著演变，从而检测硝化 和反硝化反应的结束。
根据本发明提供调节通过包括相继循环(cycles)的交替曝气生物 处理废水的池中的氧供应的方法，每个循环包括曝气第一阶段，用于 使用需氧细菌尤其氧化含碳和含氮化合物，以及缺氧第二阶段，用于 还原在前个曝气阶段中形成的亚硝酸盐和硝酸盐，该方法的特征在于：
-在该池的液体中或者在离开该池的液体中设置至少一个氨态氮 测量传感器和至少一个硝酸盐测量传感器，
-从以下事件开始运行(mise en service)曝气阶段的氧供应：
-硝酸盐测量结果的减小速率变为小于低阈值;
-当以下触发事件中的至少之一发生时停止曝气阶段的氧供应：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值，
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
这种方法的实施已经给出了良好的结果，因为在曝气池中供应的 氧的量足以确保氮的硝化以及细菌的内源呼吸。
相反，在某些周期可能会发生以下情况：当面临污染物大量流入 时，氧供应变得不足。
例如在排放物由于下水管网冲刷而带来额外污染物的下雨周期开 始时或者在工业排放物流入时的设备峰值周期可能就是这种情况。该 氧供应则是限制硝化作用的因素。
因而观察到氨态氮测量结果的略微减小，甚至在有些时候氨态氮 的测量值增加并且残余溶解氧的测量结果非常低，甚至为零。在介质 中供应的氧优先被细菌捕获。
因此，如果溶解氧的测量结果是不足的，例如1-2mg/L，则空气 的供应不应只由于氨态氮的减小已经小于低阈值的唯一事实而停止。
根据本发明，任选地，
-除了氨态氮和硝酸盐测量传感器之外，提供至少一个溶解氧测 量传感器;
-当以下触发事件中的至少之一发生时停止曝气阶段的氧供应：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值并且溶解氧测量 结果大于高阈值;
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
因而根据硝酸盐、氨态氮的浓度的连续测量结果的减小，根据这 些测量结果之和及任选的溶解氧测量结果而进行该氧供应的自动操 作。由此导致更好地适合于需要的曝气，氧的供应减少并且节省能量。 硝化和反硝化的处理也得到改善。
有利地，控制向曝气池中的氧供应的开始的硝酸盐测量结果的减 小速率的低阈值为小于1mg/L/h，例如小于0.5mg/L/h，优选从大于一 定的时间以后，例如尤其从大于10分钟以后。
优选地，在发生以下事件之一时停止氧供应：
-在曝气池中氨态氮测量结果的减小为小于1mg/L/h，例如小 于0.5mg/L/h，优选从大于一定的时间以后，例如尤其从大于10分钟 以后;
-硝酸盐和氨态氮测量结果之和变为大于高阈值，所述高阈值 取决于在总氮方面的处理保证，例如10mg/L。
触发或运行事件可被延迟以使得：如果从确定的时间以后跨过与 事件对应的阈值，则控制停止或启动氧供应而没有其它条件。
在硝化阶段的过程中供应给曝气池的氧的量可以是恒定的，如果 氧化措施不能够改变它的话。否则，有利地是能够根据氨态氮和/或硝 酸盐测量结果，尤其是经过阈值或者代表性曲线的斜率变化，从而改 变传送到曝气池中的氧的流量。
优选地，在硝化阶段的过程中供应到曝气池中的氧的量根据输入 污染物的量确定。
在没有通过一个或多个专用于此目的的传感器直接测量输入污染 物的情况下，可以以前个反硝化阶段过程中的输入污染物为基础，其 由在前个缺氧阶段的全部或部分中的氨态氮测量结果的上升斜率来估 计。
在某些情况下，尤其是在高输入污染物的周期，传送到曝气池中 的氧的流量对应于设备确定尺寸的标称流量，直到氨态氮测量结果的 降低小于低阈值，尤其是0.5mg/L/h。从此刻开始，传送的氧的流量 可被降低到与输入污染物成比例的值。
在某些其它情况下，尤其是低输入污染物的周期，传送到池中的 氧的流量可有利地是与输入污染物成比例的值，也即与前个缺氧周期 的全部或部分中的氨态氮测量结果的上升斜率成比例的值。
因而，向曝气池中的氧供应所需的能量对应于去除要处理的含碳 和含氮污染物仅仅所需的值，即使溶解氧保持在低的值，甚至为零的 值。
氧可以在硝化阶段的过程中顺序或连续供应到曝气池中，而无论 这是以富氧空气或大气或者纯氧或含溶解氧的流体的注入形式，或者 通过任何其它将空气和/或氧引入到流体中的搅拌措施来进行。
硝酸盐和/或氨态氮测量传感器可被置于曝气池中，以测量在曝气 池本身的液体中的含氮化合物。根据另一种可能性，硝酸盐和/或氨态 氮测量传感器被设置为测量从曝气池中取出的液体的样品中或者离开 曝气池的液体中的含氮化合物。
本发明还涉及用于实施如上限定的方法的设备，这种设备包括通 过具有相继循环的交替曝气生物处理废水的池，每个循环包括曝气第 一阶段以及缺氧第二阶段，并且该设备的特征在于：
-它包括在所述池中或者在所述池外的液体的至少一个氨态氮测 量传感器和至少一个硝酸盐传感器;
-以及与所述传感器相连的氧供应控制装置(moyen)，以用于 控制：
-从任选延迟的以下事件开始启动曝气阶段的氧供应：
-硝酸盐测量结果的减小速率从大于10分钟以后变为小于低 阈值，尤其是小于0.5mg/L/h;
-当任选延迟的以下事件中的至少之一发生时停止曝气阶段的氧 供应：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值;
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
除了硝酸盐和氨态氮测量传感器之外，该设备可包括至少一个溶 解氧测量传感器，并且该氧供应控制装置与所述传感器连接以用于在 任选延迟的以下事件中的至少之一发生时控制曝气阶段的氧供应的停 止：
-氨态氮测量结果的减小速率变为小于低阈值并且溶解氧测量 结果大于高阈值;
-氨态氮和硝酸盐测量结果之和变为大于高阈值。
