申请日2003.09.23
公开(公告)日2005.10.19
IPC分类号C02F3/00; C02F1/00
摘要
用于废水处理的装置，包括一个具有两个分离区(其中，气体流量可独立地进行控制)的罐(91)，气体供应装置(92)、气体源(93)、气体流量调节装置(90)、气体收集盖罩(100)、和气体取样管线(122)，和用于使用这种装置的方法。
权利要求书
1.一种控制生物废水处理工艺的方法，包括：
A.在至少一个含废水处理罐中，实施一种生物工艺，它至少部分地通过由气体供应系统以气泡形式供入到该废水中而引入含氧气体到该废水中、并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中且溶解氧的至少一部分被生物工艺所消耗而得以维持，
1.在其中，这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足，并且，
2.在其中，至少一种气体收集元件设置在该处理罐中以接受废气，该废气是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体;
B.采用这样一种控制系统控制该生物工艺的运转，当该工艺运转时，至少部分地响应于测量对该工艺进行连续控制，所述测量是该控制系统对收集在该气体收集元件中的废气进行的，并且，它们与该废气中一种或多种气体的数量相关;和
C.利用由所述测量获得的数据，在该控制系统中为发生在该生物工艺中的氧消耗变动数量提供控制数值、或控制数值分量，该控制数值或控制数值分量响应于同时保持相关于这些氧消耗的变动数量而变化，并产生基于该变化控制数值或分量的控制信号。
2.一种控制废水处理工艺的方法，包括：
A.在至少一个含废水处理罐中，实施一种包含悬浮生长充气的生物工艺，其中，存在于该废水中的悬浮和/或溶解的废弃物质的生物分解，至少部分地通过由气体供应系统以气泡形式供入到该废水中来将含氧气体引入到该废水中而得以维持，这些气泡向上在其上表面方向经过废水深度的至少一部分，并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中，并且，该溶解氧的至少一部分被该生物工艺所消耗，
1.其中，这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足，和
2.其中，至少一种气体收集元件设置用来接受废气，该废气是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体;
B.采用这样一种控制系统控制该工艺运转，当该工艺运转时，至少部分地响应于该废气测量，通过所述气体供应系统，对引入到该工艺中的废水和/或对排放到该罐中的气体数量进行连续控制，所述测量是由该控制系统进行的，它们与该废气中一种或多种气体的数量相关;和
C.利用由所述测量获得的数据，在该控制系统中提供控制数值，这些数值至少部分地相关于由至少部分地基于这类数据的该控制系统所确定的对供应到该废水中的溶解氧的变化需要。
3.用于控制生物废水处理工艺的控制系统装置，包括：
A.至少一个设置在至少一个废水处理罐中的气体收集元件，该生物工艺在该处理罐中进行，该收集元件用来收集来自该处理罐中废水的废气，该废气是已经被引入但没有溶解于该废水的含氧气体的至少一部分，
B.至少一个测量装置，它包括至少一个气体检测器，该气体检测器与该气体收集装置相连接，并且能够进行测量，并从而提供表示由该气体收集元件收集的废气中至少一种气体数量的数据，和
C.至少一个与该测量装置相连接的控制器，该控制器为发生在该生物工艺中氧消耗的变动数量，限定控制数值、或控制数值的分量，它们响应于同时保持相关于这些氧消耗的变动数量而变化，该控制器能产生基于该控制数值或分量的控制信号。
4.一种用于控制废水处理装置的控制系统，这类装置包括至少一个罐，用来进行一种包含在废水上悬浮生长充气的生物工艺，和一个气体供应系统，用来以气泡形式引入含氧气体到该废水中，并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中，并且，该溶解氧的至少一部分被该生物工艺所消耗，其中，这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可能是过量或者是不足，而且，其中，至少一种气体收集元件设置用来接受废气，该废气是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体;所述控制系统包括：
A.至少一个气体检测器，该气体检测器能对收集在该气体收集元件中的至少一种气体数量进行测量，
B.至少一个DO(溶解氧)检测器，该检测器具有一个探针，当与该罐中的废水进行接触时，它能对该废水中的DO含量进行测量，和
C.至少一种包含或可利用的编码的控制器，该控制器能利用所述测量，在该生物工艺中提供控制数值，这些数值至少部分地相关于对供应到该废水中的溶解氧的变化需要。
5.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述生物工艺包含悬浮生长充气，它包括存在于该废水中的悬浮的和/或溶解的废弃物质的生物新陈代谢化，是至少部分地通过引入该含氧气体到该废水中而被维持。
6.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述生物工艺是一种连续流工艺。
7.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述生物工艺是一种活性污泥工艺。
8.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制系统被程序化以在该罐至少一部分中维持正DO含量。
9.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述气体收集元件设置在该废水表面处。
10.任一前述权利要求所述方法或装置，包含一个具有废水入口和出口的罐，且该控制系统在该罐的第一和第二位置具有DO测量装置，较之第一位置距第二位置的距离，该第一位置更接近于该入口，或者，较之第二位置距第一位置的距离，该第二位置更接近于该出口。
11.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，较之第一位置距第二位置的距离，所述第一位置更接近于该气体收集元件，或者所述第一位置邻近于该入口，而该第二位置邻近于该出口;或者，较之该气体收集元件和第一位置每个距第二位置的距离，该气体收集元件和第一位置每个都更接近于该入口，或者较之该气体收集元件和该第二位置距该第一位置的距离，该气体收集元件和该第二位置每个都更接近于该出口，或者该气体收集元件设置在该第一和第二位置之间。
12.任一前述权利要求所述方法或装置，包含一个具有上游半部和下游半部的细长罐。
13.任一前述权利要求所述方法或装置，包含一个被挡板和/或其它形式长度隔板分成至少两个区域的细长罐，且所述区域的至少一个具有上游和下游半部。
14.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，一个气体收集元件设置在一个罐或罐区域的上游半部，以接受表示气泡中没有被溶解在该废水中气体的废气。
15.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，该控制系统包括至少两个DO探针，它们分别设置在一个罐或罐区域的上游半部和下游半部，用来采集有关DO含量的数据。
16.任一前述权利要求所述方法或装置，包含一个具有上游端的罐或罐区域，且设置在该罐的上游半部的该气体收集元件和一个DO探针的至少部分，分别约为该罐长度的10%或15%或20%内，自该上游端测得。
17.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，由该控制系统进行的该废气测量，与表示至少一部分该废气组成的至少一种气体的数量相关。
18.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，该含氧气体是或包含空气，且由该控制系统进行的该废气测量，与该废气中氧的数量或二氧化碳数量或氧和二氧化碳数量相关。
19.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，一种控制器包含或可以利用的编码，和任选的数据表，借助于数据表它能限定所述控制数值。
20.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，该系统作为前馈控制器进行运转，在该处，至少部分地基于要求控制数值和性能控制数值产生控制输出。
21.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制数值是要求控制数值。
22.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制数值包含要求控制数值。
23.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，该控制数值包含与被该生物工艺消耗的氧相关的要求控制数值，它是由该控制系统确定的。
24.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制数值包含与恢复该废水中DO含量到目标数值所需要的含氧气体的变化数量相关的DO控制数值。
25.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制数值包含与该气体供应系统传送氧到该废水的能力变化的性能控制数值。
26.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制数值包含与DO控制数值组合的要求控制数值。
27.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制数值包含与DO变化速率和DO控制数值组合的要求控制数值。
28.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，所述控制数值包含与性能控制数值组合的要求控制数值。
29.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，该控制系统包含至少一个气体数量调节装置，该气体数量调节装置响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该废水中气体的数量。
30.任一前述权利要求所述方法或装置，其中，该控制系统包含至少一个液体流量调节装置，该液体流量调节装置响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该罐中废水数量。
31.任一前述权利要求所述方法或装置，包含至少第一和第二罐，该第二罐与该第一罐同时被控制，或者，该第二罐独立于该第一罐被控制。
32.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，所述过量或不足自身表明该废水中该DO(溶解的氧)含量的提高或下降。
33.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含在该控制系统中提供OP(运转性能)数据。
34.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含在该控制系统中提供PS(性能标准)数据。
35.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含在该控制系统中提供RSP(相关系统性能)数据，该RSP数据至少部分地是由PS数据导出得到的。
36.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含：
A.使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，这些测量与该废水中的正和/或负不同于目标DO数值的DO含量相关;
B.在该控制系统中产生DO控制数值幅度，当与要求控制数值一起应用时，足以至少部分地补偿该废水DO含量远离该目标DO数值的偏差。
37.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该控制系统产生与使该废水中DO数值向该目标DO数值移动所需要的氧数量相关的DO控制数值。
38.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中：
A.在至少一个罐中，该废水沿着一个具有上游和下游部分的流动通道进行流动，
B.一个气体收集元件设置在该上游部分，以接受表示气泡中没有被完全溶解在该废水中气体的废气，
C.从分别设置在该流动通道的上游和下游部分的至少两个DO探针收集有关DO含量的数据，
D.基于连续方式，该控制系统对整个罐确定控制数值，控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗，它借助于所述气体收集元件测得，和(2)自设置在该流动通道的上游和下游部分的该DO探针收集到的所述DO含量数值的组合相关。
39.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中：
A.基于连续方式，该控制系统确定控制数值，控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗(它借助于所述气体收集元件测得)和(2)由设置在该废水流动通道上游的一个DO探针测得的远离第一目标数值的该DO含量的偏差的组合相关，和
B.基于连续方式，借助于与由设置在该流动通道下游部分的一个DO探针测得的该DO含量远离第二目标数值的偏差相关的数据，该控制系统调节所述第一目标数值。
40.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该废水以活塞流进行流动。
41.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该废水沿着一个流动通道流动，该流动通道在废水流动方向上具有的尺寸大于垂直于该方向上其平均尺寸。
42.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中：
A.自设置在该罐中至少一个DO探针收集有关DO含量变化速率的数据，和
B.基于连续方式，该控制系统确定控制数值，该控制数值应用于作为一个整体的罐，所述控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗，它借助于在经过该罐的废水流动通道上游部分的该气体收集元件测得，)、(2)自分别设置在该流动通道上游和下游部分的至少两个DO探针收集的DO含量数据和(3)DO变化速率数据的组合相关。
43.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含：
A.使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，该连续测量与该废水中的正和/或负不同于一个或多个目标DO数值的DO含量相关;
B.使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，该连续测量与该废水中DO含量变化速率相关;和
C.基于连续方式，在该控制系统中产生控制数值，该控制数值至少部分地与该生物工艺中氧的消耗、所述DO含量和所述变化速率的组合相关。
44.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含：
A.基于连续方式，使该控制系统确定性能数值，该性能数值与该气体供应系统在该废水中溶解所述含氧气体的能力相关，和
B.基于连续方式，使该控制系统组合所述性能数值与要求控制数值，该要求控制数值至少部分地与该生物工艺中变化的氧消耗相关。
45.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含：基于连续方式，在该控制系统中产生RSP控制数值，该RSP控制数值与(A)OP数据和(B)PS数据间的关系相关，
A.OP数据由该控制系统产生，与在波动工艺条件下该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，该波动工艺条件包括气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件中的一个或多个，
B.PS数据提供在该控制系统中，该PS数据与对于所述条件在预定标准下该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关。
46.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该控制数值至少部分地由OP数据确定，OP数据提供在该控制系统中，它是基于一个或多个下述条件：气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件，且在其中，所述包括任意前述特征的条件，是由该控制系统确定的。
47.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该控制数值至少部分地由PS数据确定，PS数据包括OTR：Q(氧传送速率：流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关。
48.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该控制数值至少部分地由表观α数值确定，它们与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间比率相关。
49.如前述任一方法权利要求所述的方法，包含：
A.在该控制系统中提供OTR：Q(氧传送速率：流量)控制数值，该控制数值与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关;
B.在该控制系统中提供表观α数值，该α数值与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率，和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间的比率相关;和
C.通过组合OTR：Q和表观α数值得到RSP数值。
50.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，表观α数值至少部分地由该控制系统测定并反映出在该气体供应系统和该废水条件下的变化，该气体供应系统和该废水条件能影响该气体供应系统能传送到该废水中的氧数量。
51.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，控制数值是由至少部分地基于工艺控制要求(包括至少一种形式的工艺控制要求，选自工艺氧控制要求、DO含量控制要求、和性能控制要求)所施加，该工艺控制要求包括选自工艺氧控制要求、DO含量控制要求、和性能控制要求的至少一种形式的工艺控制要求，并且，在其中，该施加控制数值，基于在施加该施加的控制数值时该系统中可利用的参照控制数值的数据，是在±20%之内，更优选为10%，更加优选为5%，最优选为3%，参照控制数值能产生进入该生物工艺的气体和/或废水的流动速率，这些流动速率能精确地满足具体的要求。
52.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，控制数值是由该系统至少部分地基于工艺控制要求所施加，所述工艺控制包括选自工艺氧控制要求、DO含量控制要求、和性能控制要求的至少一种形式的工艺控制要求，并且，在其中，该控制数值是直接或间接地施加到至少一个流量调节装置上，以连续方式，为所述装置提供控制输入，使所述装置改变或维持被引入到废水中气体的数量和/或改变或维持被引入到该罐中的废水数量。
53.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，控制是至少部分地通过使用在一个或多个预定时间间隔内该罐中的DO含量变化速率的数据实现的。
54.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该控制系统得到控制输入，它们至少部分地是基于(1)(a)该实际废水温度与(b)选用基准温度间的差值，和/或基于(2)(a)作用于该废水表面上的实际气压与(b)选用基准气压间的差值。
55.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该控制系统至少部分地响应于与OUR(氧吸收速率)、或OTR(氧传送速率)或OTE(氧传送效率)、或其任意组合相关的测量而实施控制。
56.如前述任一方法权利要求所述的方法，其中，该控制系统通过至少部分地相对于流量调节装置控制响应特性调节该控制数值而导出控制输入。
57.如前述任一装置权利要求所述的装置，其中，该控制系统包含下述装置中的至少一个：一个用于测量废水温度的装置;一个用于测量来自该气体收集元件的气体流量的装置;一个用于测量该废水的溶解氧含量的装置;和一个用于测量该废气中氧含量的装置。
58.如前述任一装置权利要求所述的装置，其中，该控制系统包含一个用于测量废水温度的装置、一个用于测量来自该气体收集元件的气体流量的装置、一个用于测量该废水的溶解氧含量的装置、和一个用于测量该废气中氧含量的装置。
59.如前述任一装置权利要求所述的装置，包含编码，基于连续方式，该编码能限定RSP(相关系统性能)控制数值，该RSP控制数值与(A)OP(运转性能)数据和(B)PS(性能标准)数据间的关系相关，
A.OP数据与在波动工艺条件下该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，所述工艺条件包括气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件中的一个或多个，和
B.PS数据与该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关。
60.如前述任一装置权利要求所述的装置，包含能限定OP数据的编码。
61.如前述任一装置权利要求所述的装置，它包括或可以利用PS数据。
62.如前述任一装置权利要求所述的装置，包含能限定RSP数据的编码，具有至少部分PS数据贮存在该控制系统中。
63.如前述任一装置权利要求所述的装置，其中，PS数据贮存在该系统中，并含有OTR：Q(氧传送速率：流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关。
64.如前述任一装置权利要求所述的装置，其中，至少一个控制元件与该控制器相连接，并响应于在该控制器中产生的控制信号，从而通过调节该工艺的至少一个参数对该生物工艺的至少一部分实施控制。
65.如前述任一装置权利要求所述的装置，它还包括一个或多个液体流量控制单元，该液体流量控制单元能控制进入到该罐中废水的引入。
66.如前述任一装置权利要求所述的装置，它还包括一个或多个气体流量控制单元，该气体流量控制单元能控制通过所述气体供应系统被排放到该罐中气体的引入。
67.如前述任一装置权利要求所述的装置，还包含至少一个气体数量调节装置，它们能响应于该控制系统的控制输入，包括至少部分地基于要求控制数值和DO控制数值的输入，改变或维持被引入到该废水中的气体数量，其中，该要求控制数值和该DO控制数值至少部分地是基于与RSP数值的关系。
说明书
控制废水处理工艺
技术领域
本发明涉及用于连续自动化控制生物废水处理工艺的方法和装置。在一些优选实施方式中，它涉及在悬浮生长生物处理工艺中充气控制，尤其在活性污泥工艺的充气控制。
背景技术
用于处理废水的许多生物工艺形式，都涉及采用一些形式的消耗能量的装置向废水中引入含氧气体。一般地，电动机是能量消耗装置，它为一些搅动器、压缩机或鼓风机提供动力，它们提供驱动力以分散该含氧气体在一个或多个含废水的罐中。多年来，已经清楚，使这类设置运转的电力成本是废水处理厂最大运转成本之一，经常是最大的成本。
在生物处理技术的早期，工艺控制是“手动的”。不适当地借助于眼睛观察和通常是有限和初步的仪表，工厂操作人员调节气体流量，力图使该流量与生物工艺消耗的氧相匹配。过大流量，过冲，浪费电力;过小，下冲，削弱处理质量。
随着技术发展，已经认识到，节约电力和更加一致的处理质量可通过更好的和更完美的仪表而实现。于是，开始意识到，能量节约和质量方面的主要收益可通过气体流量的自动化控制和该工艺的其它方面而获得。
由于至少早在20世纪60年代，在自动化控制含氧气体流入生物废水处理工艺的努力，已经包括测量处理罐中废水中DO(溶解氧)的含量。如果DO超过预定目标或设定值，则气体流量就会自动地降低，如果DO降到低于该目标，就会自动地提高。这种操作方式能够减轻但不能消除生物工艺实际氧和能量需要的过冲和下冲问题。
由于至少早在20世纪70年代，对于工厂流出物质量的保存能量和收紧规章的需求，已经提供了丰富和持续的动机以开发更好形式的自动化控制。但是，尽管对于附加和/或其它自动化控制有许多建议，但是，在实际的实践中，主要基于DO含量的控制(它带来能量损耗和质量问题)仍是非常通用的。
主要基于DO测量的控制的现代继续普及(伴随着浪费和质量问题)表明，对于废水治理生物工艺控制的改进，存在着非常迫切、未令人满意的需求。本发明将设法满足这种需求。
发明内容
我们的发明将会以多种方式满足这种需求。它包括方法和装置两个方面。其中包括控制生物废水处理工艺的方法和用于控制生物废水处理工艺的控制系统装置。这些包括大量的装置、步骤和条件的不同组合，每种组合表示我们已发明技术的一个特定方面。
第一方法方面包括，在至少一个含废水处理罐中，实施一种生物工艺，它至少部分地通过引入含氧气体到该废水中由气体供应系统以气泡形式供入到该废水中、并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中而得以维持。该溶解氧的至少一部分，将被该生物工艺消耗，在其中，这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足，而且，在其中，至少一种气体收集元件设置在该处理罐中以接受废气(它是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体)。该生物工艺操作是采用这样一种控制系统进行控制的，当该工艺运转时，至少部分地响应于测量(它们是该控制系统对收集在该气体收集元件中的废气进行的，并且，它们与该废气中一种或多种气体的数量相关)，对该工艺进行连续控制。本发明利用由所述测量获得的数据，在该控制系统中为发生在该生物工艺中的氧消耗变动数量提供控制数值、或控制数值分量，它们响应于(同时保持相关于)这些氧消耗的变动数量而变化，并产生基于该变化控制数值或分量的控制信号。
第二方法方面包括，在至少一个含废水处理罐中，实施一种包括悬浮生长充气的生物工艺。在这种工艺中，存在于该废水中的悬浮和/或溶解的废弃物质的生物分解，至少部分地通过由气体供应系统以气泡形式引入含氧气体到该废水中而得以维持。这些气泡向上经过在其上表面的废水深度的至少一部分，并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中，并且，该溶解氧的至少一部分，将被该生物工艺所消耗。这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足。至少一种气体收集元件设置用来接受废气(它是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体)。该方法是采用这样一种控制系统控制该工艺运转的，即当该工艺运转时，至少部分地响应于该废气测量(它们是由该控制系统进行的，它们与该废气中一种或多种气体的数量相关)，通过所述气体供应系统，对引入到该工艺中的废水和/或对排放到该罐中的气体数量进行连续控制。利用由所述测量获得的数据，在该控制系统中提供控制数值，这些数值至少部分地相关于由至少部分地基于这类数据的该控制系统所确定的对供应到该废水中的溶解氧的变化需要。
第三方面，它是控制系统装置，包括至少一个设置在至少一个废水处理罐中的气体收集元件，该生物工艺在该处理罐中进行，该收集元件用来收集来自该处理罐中废水的废气，该废气是已经被引入但没有溶解于该废水的含氧气体的至少一部分。存在至少一个测量装置，它包括至少一个气体检测器，它与该气体收集装置相连接，并且它能够进行测量，并从而提供表示由该气体收集元件收集的废气中至少一种气体数量的数据。还存在着至少一个与该测量装置相连接的控制器，该控制器为发生在该生物工艺中氧消耗的变动数量，限定控制数值、或控制数值的分量，它们响应于(同时保持相关于)这些氧消耗的变动数量而变化，该控制器能产生基于该控制数值或分量的控制信号。
第四方面，涉及这样一类装置，它包括至少一个罐，用来进行一种包括在废水上悬浮生长充气的生物工艺，和一个气体供应系统，用来以气泡形式引入含氧气体到该废水中，并使所述气泡中的氧至少一部分溶解在该废水中，并且，该溶解氧的至少一部分，将被该生物工艺所消耗。这样被溶解的氧，相对于被该生物工艺消耗的氧来说，可以是过量或者是不足。至少一种气体收集元件设置用来接受废气(它是所述气泡中没有被溶解到该废水中的气体)。这种装置具有一个包括多个部件的控制系统。存在着至少一个气体检测器，它能对被该气体收集元件收集的至少一种气体数量进行测量。还存在着至少一个DO(溶解氧)检测器，它具有一个探针，当与该罐中的废水进行接触时，它能对该废水中的DO含量进行测量。还包括至少一种包括或可利用的编码的控制器，该控制器能利用所述测量，在该生物工艺中提供控制数值，这些数值至少部分地相关于对供应到该废水中的溶解氧的变化需要。
前述的一般方法和装置任选地可以任意一种或多种下述具体方式实施，它们可包括该一般方法和装置的具体化和/或附加步骤或其它特征。下述任选方式，无论是单独采用还是以任意组合采用，不仅表示实施该一般方法和装置的优选方式，而且，当与任意的该一般方法和/或装置组合时，它们也被认为是本发明。
大量这些具体方式适用于该一般方法和/或装置的每个方面，它们可与任意的或所有其余具体方式进行组合。其中，这些具体方式如下所述：
…其中，该生物工艺包含悬浮生长充气，它包括存在于该废水中的悬浮的和/或溶解的废弃物质的生物新陈代谢化，是至少部分地通过引入该含氧气体到该废水中而被维持;
…其中，该生物工艺是一种连续流工艺;
…其中，该生物工艺是一种活性污泥工艺;
…其中，该控制系统被程序化以在该罐至少一部分中维持正DO含量;
…其中，所述气体收集元件设置在该废水表面处;
…包含一个具有废水入口和出口的罐，且该控制系统在该罐的第一和第二位置具有DO测量装置，该第一位置较之第二位置更接近于该入口，或者，该第二位置较该第一位置更接近于该出口;
…其中，该第一位置较该第二位置更接近于该气体收集元件，或者该第一位置邻近于该入口，而该第二位置邻近于该出口;或者，该气体收集元件和该第一位置每个较该第二位置都更接近于该入口，或者该气体收集元件和该第二位置每个较该第一位置都更接近于该出口，或者该气体收集元件设置在该第一和第二位置之间;
…包含一个具有上游半部和下半部分的细长罐;
…包含一个被挡板和/或其它形式长度隔板分成至少两个区域的细长罐，且所述区域的至少一个具有上游半部和下半部分;
…其中，一个气体收集元件设置在一个罐或罐区域的上游半部，以接受表示气泡中没有被溶解在该废水中气体的废气;
…其中，该控制系统包括至少两个DO探针，它们分别设置在一个罐或罐区域的上游半部和下半部分，用来采集有关DO含量的数据;
…包含一个具有上游端的罐或罐区域，且设置在该罐的上游半部的该气体收集元件和一个D0探针的至少部分，分别约为该罐长度的大约10%或15%或20%(自该上游端测得);
…其中，由该控制系统进行的该废气测量，与表示至少一部分该废气组成的至少一种气体的数量相关;
…其中，该含氧气体是或包含空气，且由该控制系统进行的该废气测量，与该废气中氧的数量或二氧化碳数量或氧和二氧化碳数量相关;
…一种控制器包括或可以利用的编码，和任选的数据表，借助于数据表它能限定所述控制数值;
…其中，该系统作为前馈控制器进行运转，在该处，产生控制输出，至少部分地基于要求控制数值(requirements control value)和性能控制数值(performance control value);
…其中，所述控制数值是要求控制数值;
…其中，所述控制数值包含要求控制数值;
…其中，该控制数值包含与被该生物工艺消耗的氧相关的要求控制数值，它是由该控制系统确定的;
…其中，所述控制数值包含与恢复该废水中DO含量到目标数值所需要的含氧气体的变化数量相关的DO控制数值;
…其中，所述控制数值包含与该气体供应系统传送氧到该废水的能力变化相关的性能控制数值;
…其中，所述控制数值包含与DO控制数值组合的要求控制数值;
…其中，所述控制数值包含与DO变化速率数值和DO控制数值组合的要求控制数值;
…其中，所述控制数值包含与性能控制数值组合的要求控制数值;
…其中，该控制系统包含至少一个气体数量调节装置，它响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该废水中气体的数量;
…其中，该控制系统包含至少一个液体流量调节装置，它响应于来自该控制系统的控制输入，改变或维持被引入到该罐中废水数量;和
…包含至少第一和第二罐，该第二罐与该第一罐同时被控制，或者，它独立于该第一罐被控制。
大量这些具体方式适用于该一般方法的每个方面，它们可与任意的或所有的其余具体方式进行组合。其中，这些具体方式如下所述：
…其中，所述过量或不足自身表明该废水中该DO(溶解的氧)含量的提高或下降;
…包含在该控制系统中提供OP(运转性能)数据;
…包含在该控制系统中提供PS(性能标准)数据;
…包含在该控制系统中提供RSP(相关系统性能)数据，它至少部分地是由PS数据导出得到的;
…包含：(A)使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，它们与该废水中的正和/或负不同于目标DO数值的DO含量相关;(B)在该控制系统中产生DO控制数值幅度，当与要求控制数值一起应用时，足以至少部分地补偿该废水DO含量远离该目标DO数值的偏差;
…其中，该控制系统产生与使该废水中DO数值向该目标DO数值移动所需要的氧数量相关的DO控制数值;
…其中：(A)在至少一个罐中，该废水沿着一个具有上游和下游部分的流动通道进行流动，(B)一个气体收集元件设置在该上游部分，以接受表示气泡中没有被完全溶解在该废水中气体的废气，(C)从分别设置在该流动通道的上游和下游部分的至少两个DO探针收集有关DO含量的数据，(D)基于连续方式，该控制系统对整个罐确定控制数值，它们至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗(它借助于所述气体收集元件测得)和(2)自设置在该流动通道的上游和下游部分的该DO探针收集到的所述DO含量数值的组合相关;
…其中，(A)基于连续方式，该控制系统确定控制数值，它们至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗(它借助于所述气体收集元件测得)和(2)由设置在该废水流动通道上游的一个DO探针测得的远离第一目标数值的该DO含量的偏差的组合相关，和(B)基于连续方式，借助于与由设置在该流动通道下游部分的一个DO探针测得的该DO含量远离第二目标数值的偏差相关的数据，该控制系统调节所述第一目标数值;
…其中，该废水以活塞流进行流动;
…其中，该废水沿着一个流动通道流动，它在废水流动方向上具有的尺寸大于垂直于该方向上其平均尺寸;
…其中，(A)自设置在该罐中至少一个DO探针收集有关DO含量变化速率的数据，和(B)基于连续方式，该控制系统确定控制数值，它们应用于作为一个整体的罐，所述控制数值至少部分地与(1)该生物工艺的变化的氧消耗(它借助于在经过该罐的废水流动通道上游部分的该气体收集元件测得)、(2)自分别设置在该流动通道上游和下游部分的至少两个DO探针收集的DO含量和(3)DO变化速率数据的组合相关;
…包含：(A)使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，它们与该废水中的正和/或负不同于一个或多个目标DO数值的DO含量相关;(B)使该控制系统在该废水的一个或多个位置进行连续测量，它们与该废水中DO含量变化速率相关;和(C)基于连续方式，在该控制系统中产生控制数值，它们至少部分地与该生物工艺中氧的消耗、所述DO含量和所述变化速率的组合相关;
…包含：(A)基于连续方式，使该控制系统确定性能数值，它们与该气体供应系统在该废水中溶解所述含氧气体的能力相关，和(B)基于连续方式，使该控制系统组合所述性能数值与要求控制数值，该要求控制数值至少部分地与该生物工艺中变化的氧消耗相关;
…包含：基于连续方式，在该控制系统中产生RSP控制数值，它与(A)OP数据和(B)PS数据间的关系相关，OP数据由该控制系统产生，与在波动工艺条件下(包括一个或多个气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件)该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，PS数据提供在该控制系统中，它与对于所述条件在预定标准下该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关;
…其中，该控制数值至少部分地由OP数据确定，OP数据提供在该控制系统中，它是基于一个或多个下述条件：气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件，且在其中，所述包括任意前述特征的条件，是由该控制系统确定的;
…其中，该控制数值至少部分地由PS数据确定，PS数据包括OTR∶Q(氧传送速率∶流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关;
…其中，该控制数值至少部分地由表观α数值确定，它们与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间比率相关;
…包含：(A)在该控制系统中提供OTR∶Q(氧传送速率∶流量)控制数值，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关;(B)在该控制系统中提供表观α数值确定，它们与(a)由该系统测定的该气体供应系统能传送氧到该废水中的速率和(b)该气体供应系统能传送氧到清洁水的速率间比率相关;和(C)通过组合OTR∶Q和表观α数值得到RSP数值;
…其中，表观α数值至少部分地由该控制系统测定并反映出在该气体供应系统和该废水条件下的变化，它们能影响该气体供应系统能传送到该废水中的氧数量;
…其中，控制数值是由该系统至少部分地基于工艺控制要求(包括至少一种形式的工艺控制要求，选自工艺氧控制要求、DO含量控制要求、和性能控制要求)所施加，并且，在其中，该施加控制数值，基于在施加该施加的控制数值时该系统中可利用的参照控制数值(reference control value)的数据，是在±20%之内，更优选为10%，更加优选为5%，最优选为3%，它们能产生进入该生物工艺的气体和/或废水的流动速率，这些流动速率能精确地满足具体的要求;
…其中，控制数值是由至少部分地基于工艺控制要求(包括至少一种形式的工艺控制要求，选自工艺氧控制要求、DO含量控制要求、和性能控制要求)所施加，并且，在其中，该控制数值是直接或间接地施加到至少一个流量调节装置上，以连续方式，为所述装置提供控制输入，使所述装置改变或维持被引入到废水中气体的数量和/或改变或维持被引入到该罐中的废水数量;
…其中，控制是至少部分地通过使用关于一个或多个预定时间间隔内该罐中的DO含量变化速率的数据实现的;
…其中，该控制系统得到控制输入，它们至少部分地是基于(1)(a)该实际废水温度与(b)选用基准温度间的差值，和/或基于(2)(a)作用于该废水表面上的实际气压与(b)选用基准气压间的差值;
…其中，该控制系统至少部分地响应于与OUR(氧吸收速率)、或OTR(氧传送速率)或OTE(氧传送效率)、或其任意组合相关的测量而实施控制;和
…其中，该控制系统通过调节至少部分地响应于流量调节装置控制响应特性的该控制数值而得到控制输入;
大量这些具体方式适用于该一般装置的每个方面，它们可与任意的或所有其余具体方式进行组合。其中，这些具体方式如下所述：
…其中，该控制系统包含至少一个下述装置：一个用于测量废水温度的装置;一个用于测量来自该气体收集元件的气体流量的装置;一个用于测量该废水的溶解氧含量的装置;和一个用于测量该废气中氧含量的装置;
…其中，该控制系统包含一个用于测量废水温度的装置、一个用于测量来自该气体收集元件的气体流量的装置、一个用于测量该废水的溶解氧含量的装置、和一个用于测量该废气中氧含量的装置;
…包含编码，基于连续方式，它能限定RSP(相关系统性能)控制值，它们与(A)OP(运转性能)数据和(B)PS(性能标准)数据间的关系相关，OP数据与在波动工艺条件下(包括一个或多个气体供应系统条件、废水条件、工艺条件、和大气条件)该气体供应系统传送氧到该废水中的变动能力相关，PS数据它与该气体供应系统传送氧到水和/或废水中的能力相关;
…包含能限定OP数据的编码;
…它包括或可以利用的PS数据;
…包含能限定RSP数据的编码，具有至少部分PS数据贮存在该控制系统中;
…其中，PS数据贮存在该系统中，并含有OTR∶Q(氧传送速率∶流量)数据，它们与该气体供应系统在清洁水中通过该气体供应系统以变动的气体流动速率能够获得的氧传送速率相关;
…其中，至少一个控制元件与该控制器相连接，并响应于在该控制器中产生的控制信号，从而通过调节该工艺的至少一个参数对该生物工艺的至少一部分实施控制;
…它还包括一个或多个液体流量控制部件，它们能控制进入到该罐中废水的引入;
…它还包括一个或多个气体流量控制单元，它们能控制通过所述气体供应系统被排放到该罐中气体的引入;
…还包含至少一个气体数量调节装置，它们能响应于该控制系统的控制输入(包括至少部分地基于要求控制数值和DO控制数值的输入)，改变或维持被引入到该废水中的气体数量，其中，该要求控制数值和该DO控制数值至少部分地是基于与RSP数值的关系。
优点
本发明的一些实施方式测量氧消耗和该充气系统的性能参数。这为“预测的”(或前馈)控制(其中，所需要的控制变量(例如空气流动速率)可基于氧消耗和设备性能进行预测)提供了机会。据信，实践中，先有技术控制系统几乎全部都是“反应的”(反馈)。这些先有技术系统对工艺运行中的误差作出反应，因此，误差是某些先有技术控制系统运行的固有结果。由于反馈系统中通常固有的误差，在这种控制方式下运转的工艺中微生物的生物活性，会被溶解氧含量的波动危害。对于我们发明的优选实施方式来说，对于生物活性起关键性作用的变量，能变得更为稳定，从而导致降低的流出物偏差。
为了使先有技术系统的误差的有害影响最小化，操作者倾向于设定该目标溶解氧含量在高于在良好控制运转中可接受最小值的数值。这提供了一个“缓冲器”，以防止加载偏移引起溶解氧含量的过度降低。由于我们系统的某些优选实施方式的运转是更稳定的，且误差能被最小化或消除，所以，溶解氧的目标含量，可以设定得更低。这能产生更高的效率，并导致显著的能量和其它相关成本的节约。
泵吸和对在抽取液体样品的系统中发生反应所需要的时间，如许多透气性测定技术，导致在测量步骤开始与获得结果间存在着时间延迟。由于我们发明优选实施方式的构造，可以利用能导致接近或真正“实时”测定该工艺的氧要求和运转的快速测量装置速度。
我们发明的一些优选实施方式，实时地监测氧消耗变化的影响。这些实施方式使得有机会检测来自工业贡献者或其它来源的废料负荷或抑制的污染物。这些实施方式的快速反应，将使这些变化对于流出物质量的影响最小化，并将警告操作者，这样，就能执行合适正确的测量。
一些现有系统能测量该废水的氧需求量。与先有实践中常用的情形相反，本发明的某些实施方式能基于连续方式甚至实时地测量该充气设备(即扩散器)的充气性能。例如，这些测量参数可包括氧传送效率和α(实际工艺与清洁水性能的比率)。本发明控制系统能施加表观α数值(它们由该控制系统确定)，它们反映出该气体供应系统和废水条件的变化，这些变化能影响该气体供应系统传送到该废水中氧的数量。这种信息提供对实际充气系统性能的了解，并使得有机会能监测由于结垢该系统随着时间变化的退化和/或其它形式的充气性能退化。扩散器的清洁或替换，可基于实际性能进行优化，使过早的或不正常延迟的清洁或替换的成本最小化，从而能够允许在性能和能量效率明显退化之前进行清洁。
在一些先有技术系统的调谐中，对响应于误差和加载变化的系统进行监测，影响响应的参数由实验结果(从观察和实验得到)进行改进，这对于一些“PID”(比例-积分-微分)控制算法来说是正确的，但它对于反馈控制算法来说一般也是正确的。充气系统条件、输入的废水和环境条件的变化，需要该调整参数的改进。由于在一些其优选实施方式中，我们系统的响应是基于该工艺设备的物理配置和已知的和测量的充气系统效率的组合，所以，该调整对于充气系统条件、输入废水和气压条件是不敏感的。
一旦有关该物理配置和充气系统性能的数据被贮存，则这些实施方式就能通过基于已知性能参数的数学计算预测出对上述提及变化的响应。
某些先有技术控制系统已经使用“集总参数”调整，其中，工艺加载、生物性能和充气系统性能的影响，在测定该系统对扰动(perturbation)的响应，是不加区分的。一个工艺参数的变化，需要一个该控制系统调整变化。对于我们控制系统的某些实施方式来说，与工艺加载、生物参数和充气系统性能相关的工艺参数，是单独地监测，从而使得这类系统更加敏感且更加稳定。
大量用来测量处理系统的氧需求量的现有方法，如许多透气性测定技术(也称作呼吸测量法)，都涉及充气罐内容物样品向一个反应元件的移动。在许多系统中，附加化学品必须用来测定该废水中氧需求量。泵吸和液体运输系统易于阻塞，并需要有效的维护。如果需要的话，附加化学品是附加的运转成本。由于我们发明的优选实施方式使用离开该表面的气体，而不被抽取的液体样品，所以，它不易于发生这类阻塞，且维护得到最小化。可靠性也得到提高。
本发明所述实施方式，无论在本文中是否具体描述，都不是必须具有所有上述优点，也不是必须具有这些优点的同一组合。而且，本发明使用者、涉及本发明的部件或完整系统的制造者和本领域其它熟练技术人员，借助于本发明说明书和/或通过本发明的实验，都可识别出固有地包括上述没有讨论过的优点的实施方式。
