專(zhuān)利名稱(chēng)：脫氮方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及廢水處理的系統(tǒng)和方法，并特別涉及廢水脫氮 的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)發(fā)表在Washington Post的最新文章("Troubled Waters in the Shenandoah: Death of Smallmouth Bass Brings Attention But No Quick Answers on Improving Quality" By Michael Alison Chandler, Washington Post Staff Writer, Wednesday, July 20， 2005; Page B01)，進(jìn)入Shenandoah山谷內(nèi)及周?chē)乃凡⒆罱K進(jìn) 入切薩皮克灣的水的質(zhì)量經(jīng)常發(fā)生問(wèn)題。在該文章所列的因素中， 飲用水中高的營(yíng)養(yǎng)素(和氮)含量被記錄為重要"罪犯"
已知河流具有高濃度營(yíng)養(yǎng)素。高含量的氮和 磷導(dǎo)致過(guò)度的植物和藻類(lèi)生長(zhǎng)，可降低溶解 氧濃度。魚(yú)努力呼吸，由此可弱化其對(duì)疾病 或細(xì)菌的抵抗力。
受魚(yú)類(lèi)死亡影響的全部三條河流的沿岸土地 主要是農(nóng)業(yè)。山谷中超過(guò)900個(gè)農(nóng)田，以養(yǎng) 禽業(yè)為主。來(lái)自農(nóng)田的高營(yíng)養(yǎng)素廢物作為肥 料使用，并可洗入河流。顯然，需要更好更有效的方法來(lái)控制廢水的氮含量。
已知，可通過(guò)使用計(jì)算機(jī)化的控制器來(lái)自動(dòng)控制液體(例如， 廢水處理系統(tǒng)中的廢水)處理過(guò)程中使用的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)料。由于系 統(tǒng)中存在的化學(xué)物質(zhì)測(cè)量不準(zhǔn)確，以及當(dāng)液體流速可變時(shí)化學(xué)物質(zhì) 與液體的比例是可變的，所以在將化學(xué)物質(zhì)自動(dòng)輸送至處理系統(tǒng)的 過(guò)程中可能發(fā)生問(wèn)題。
過(guò)去，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)臺(tái)測(cè)量流入化學(xué)物質(zhì)的濃度并結(jié)合流 入速度測(cè)量來(lái)進(jìn)行進(jìn)料。后來(lái)，進(jìn)行劑量計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果手 動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)料裝置，例如化學(xué)物質(zhì)進(jìn)料泵。更近期，使用流入水流動(dòng) 信號(hào)來(lái)進(jìn)行進(jìn)料泵的部分調(diào)節(jié)。改變進(jìn)料速率以保持所需的流出化 學(xué)物質(zhì)濃度測(cè)試結(jié)果被認(rèn)為是更直接的方法。
近年來(lái)，已經(jīng)可以獲得可靠的化學(xué)物質(zhì)濃度自動(dòng)分析儀，從而 實(shí)現(xiàn)了整個(gè)進(jìn)料過(guò)程的自動(dòng)化。還可設(shè)置自動(dòng)分析儀來(lái)監(jiān)測(cè)廢水處 理系統(tǒng)中幾種重要的化學(xué)物質(zhì)，能夠根據(jù)特定應(yīng)用使用多種化學(xué)物 質(zhì)，所述應(yīng)用例如，將碳酸氫鈉加入充氣的生物反應(yīng)器或在控制除 磷的凈化器之前添加鐵鹽或鋁鹽。
在美國(guó)專(zhuān)利No. 6， 129， 104 ('104專(zhuān)利)(其內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合 入本文)中，提供了通過(guò)自動(dòng)進(jìn)料控制來(lái)控制添加液體處理化學(xué)物 質(zhì)的方法。在該方法中，待進(jìn)料系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)量的計(jì)算結(jié)合了來(lái) 自液體流量計(jì)、流入化學(xué)物質(zhì)濃度分析儀和流出化學(xué)物質(zhì)濃度分析 儀的信號(hào)。所述信號(hào)被導(dǎo)入計(jì)算機(jī)化的進(jìn)料控制器，該控制器分析 并調(diào)整來(lái)自所述信號(hào)的數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生控制化學(xué)物質(zhì)進(jìn)料機(jī)制的輸出 信號(hào)。根據(jù)'104專(zhuān)利，該方法可用于例如廢水脫氮，使用甲醇作為 進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)。
脫氮作用包括通過(guò)使用兼性異養(yǎng)菌從廢流中除去硝酸鹽和亞硝 酸鹽。這些兼性異養(yǎng)菌在碳源(例如，甲醇)且不存在溶解氧(DO)的 條件下能夠從硝酸鹽和亞硝酸鹽部分剝離氧原子，剩余的氮?dú)?N》 脫離廢流并進(jìn)入大氣(空氣約80%氮?dú)?，因此使廢流"脫氮"。因 此，甲醇消耗取決于流入硝酸鹽和亞硝酸鹽以及流入D0， g卩，需要 足夠的甲醇來(lái)首先耗盡流入D0，隨后用于剝離所有與硝酸鹽和亞硝酸鹽結(jié)合的氧原子。
但是，'104專(zhuān)利忽略了D0和亞硝酸鹽，并進(jìn)一步描述僅測(cè)量 盆的流入和流出濃度，以確定進(jìn)料系統(tǒng)用于脫氮的甲醇的量。 但是，如上所述，硝酸鹽的流入和流出濃度的測(cè)量不足以確定進(jìn)料 系統(tǒng)用于脫氮的甲醇的適當(dāng)量。換言之，僅關(guān)注流入和流出的硝酸 鹽的甲醇進(jìn)料系統(tǒng)將不考慮與濃度變化的流入亞硝酸鹽和DO有關(guān)的
甲醇需求，因此導(dǎo)致可能的甲醇過(guò)量或不足量進(jìn)料。例如，由于DO
濃度的下降，對(duì)流入硝酸鹽測(cè)量的依賴(lài)只能導(dǎo)致過(guò)量進(jìn)料。同樣， 對(duì)流出硝酸鹽測(cè)量的依賴(lài)能導(dǎo)致不足量進(jìn)料，因?yàn)榈蜐舛鹊臏y(cè)量流
出硝酸鹽忽略了如下事實(shí)硝酸鹽濃度的降低可簡(jiǎn)單表明所有硝酸 鹽已轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽也必需被減少。即，硝酸鹽在完 全轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮的過(guò)程中，首先被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽(因此導(dǎo)致亞硝
酸鹽濃度增加)。相反，'104專(zhuān)利依賴(lài)"模糊(fudge)"因子來(lái)校正 在將測(cè)量限于硝酸鹽濃度時(shí)的固有錯(cuò)誤，例如，使用"由操作員測(cè) 定的調(diào)整因子"和/或使用"由操作員選擇的靈敏度因子"。最初， 這些操作員控制的"因子"不過(guò)是教化的猜測(cè)，充其量可能通過(guò)經(jīng) 驗(yàn)得出。這種操作員控制的技術(shù)中的模糊性是操作員"把握"系統(tǒng) 要求所必需的，所有這些都意味著耗費(fèi)時(shí)間的"學(xué)習(xí)曲線(xiàn)"。
因此，需要測(cè)量待進(jìn)料脫氮系統(tǒng)的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)(例如，甲醇) 的更準(zhǔn)確、自動(dòng)的方法，且不依賴(lài)操作員控制的可調(diào)因子或靈敏度 因子。特別地，需要在計(jì)算進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)的合適劑量時(shí)考慮了硝酸 鹽之外的含氮物質(zhì)(例如，亞硝酸鹽)(所謂的N0x)和溶解氧的流入 濃度以及這些含氮物質(zhì)(即，NOx)的流出濃度的方法。這些測(cè)量可僅 從流入樣品獲得或者同時(shí)從流入和流出樣品獲得。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供了用于廢水處理系統(tǒng)的水溶液脫氮方法。 廢水處理系統(tǒng)具有流入和流出水流，包括微生物的過(guò)濾床，和前饋 控制回路和可選擇的反饋控制回路。所述方法包括如下步驟a)測(cè) 定流入流量(可選擇以百萬(wàn)加侖/天表達(dá))，。，流入溶解氧濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，"ft。，流入硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))， #(9廠(chǎng)氣，和流入亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，A^-氣；b)使 用前饋控制回路關(guān)系式f"來(lái)確定進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量，凡冗 尸67 二 "m則+ m H, +廣"H, J " 其中X、 7和Z是預(yù)定的無(wú)單位因子，范圍從約0.7至約3.0; c)可選擇測(cè)定流出硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，7Vft-Am和 流出亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，A^-A^;和d)可選擇 使用反饋控制回路反饋控制回路關(guān)系式0人0,和"J來(lái)確定調(diào)整 的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量，J/^ ，使用關(guān)系式"人
A 、 = A w、 *^^——"
J 二 J尸W ,7 二尸67P * 〃 + " ⑤ 其中^/#是預(yù)定的無(wú)單位作用系數(shù)，AW 是測(cè)量的(其 是7\%-7\^和嚴(yán)1-見(jiàn)#的總和)和設(shè)定點(diǎn)A^-A^之間的差異，是微 處理器處理時(shí)間總和(可選擇以秒表達(dá))和測(cè)量之間的時(shí)間間隔，77 (可選擇以秒表達(dá))，"new"和"old"指當(dāng)前測(cè)量和之前測(cè)量。/^7 值可通過(guò)將由關(guān)系式f"獲得的/^ 值乘以轉(zhuǎn)換因子以磅/天表示， 所述轉(zhuǎn)換因子為& J么《r和Z的值通過(guò)在甲醇存在下溶解氧、 硝酸鹽和亞硝酸鹽的消耗化學(xué)計(jì)算方程式來(lái)確定。優(yōu)選實(shí)施方案的 更具體的討論在下文提出。但是，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，X 值可設(shè)為例如a 67， Y值可設(shè)為例如么25;且Z值可設(shè)為例如丄35。 fi4/vV可設(shè)為例如。.么77值可設(shè)為例如必0秒。設(shè)定點(diǎn)M^-t^的 值可落入ai^mg/升至10.0 mg/升的范圍內(nèi)。系數(shù)a7/77可大約等 于1。 ^A。w;和" A。w的值可在初次測(cè)量設(shè)為0。但是，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是， 本發(fā)明不限于上述方程式或由上述方程式限制，所述方程式僅用于 示例本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供了廢水脫氮系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包 含流入流量計(jì)，用于測(cè)量流入流量(可選擇以百萬(wàn)加侖/天表達(dá))，^流入濃度分析儀，用于測(cè)量流入溶解氧濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，
"ft,，流入硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，A%-M。，和流入亞硝 酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，A^-A^;可選擇的流出濃度分析 儀，用于測(cè)量流出硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，和 流出亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，A^-AU;和進(jìn)料化學(xué)物 質(zhì)控制機(jī)，用于以控制的速率提供進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)。進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)控 制機(jī)響應(yīng)自動(dòng)化控制回路提供的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)，所述自動(dòng)化 控制回路接收來(lái)自流入濃度分析儀和可選擇流出濃度分析儀的輸入 信號(hào)。所述輸入信號(hào)涉及至少，廠(chǎng)l和M 廠(chǎng)A^以及可選擇 和mrf/。所述自動(dòng)化控制回路還可以接收有關(guān)"&的輸入信號(hào)。 所述自動(dòng)化控制回路還可接收有關(guān)C的輸入信號(hào)。所述進(jìn)料化學(xué)物 質(zhì)可作為流入流的部分提供。所述進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)可以包括任何碳源， 包括但不限于乙酸、糖、甲醇、乙醇等。所述自動(dòng)化控制回路可配 置以預(yù)定時(shí)間間隔7T接收輸入信號(hào)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了自動(dòng)控制進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)被提供至 過(guò)濾床中含有的微生物的速率的方法。該方法包含如下步驟(i)測(cè) 定流入速率(可選擇以百萬(wàn)加侖/天表達(dá))，"流入溶解氧濃度(可 選擇以mg/升表達(dá))，"ft,"流入硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))， M 廠(chǎng)晃，和流入亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，7\%-見(jiàn),；(ii) 確定根據(jù)步驟(i)獲得的。、"&、 MH和#<9廠(chǎng)厲 的值的進(jìn)料化學(xué) 物質(zhì)需要量；(iii)可選擇測(cè)定流出硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表 達(dá))，|〃和流出亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，A H,; (iv)可選擇地，確定根據(jù)步驟(i)獲得的7Vft-AW和，廣l的值(即， vVft-U和i57 7 的調(diào)整后的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量^凡W，所述^T 7 為 測(cè)量值Ml-(其依次為7Vft-A^和A^U勺總禾卩)和設(shè)定點(diǎn)7^,,, 之間的差異；和(v)以預(yù)定時(shí)間間隔77重復(fù)步驟(i)、 (ii)、 (iii) 和(iv)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的脫氮系統(tǒng)的示意圖。圖2是描述用于計(jì)算提供至本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的脫氮系統(tǒng)的 甲醇劑量的方法的示意圖。
圖3是觀(guān)察到的有關(guān)流入硝酸鹽、流入磷酸鹽和流入溶解氧的 流入濃度的日變化的顏色/色度曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及用于進(jìn)行液流(通常為廢水)脫氮的系統(tǒng)和方法。 常規(guī)脫氮系統(tǒng)只依靠測(cè)量硝酸鹽的流入和流出濃度以協(xié)助計(jì)算進(jìn)料 化學(xué)物質(zhì)(通常為甲醇)的劑量，并且需要有經(jīng)驗(yàn)的操作員來(lái)確定
"調(diào)整因子"和"靈敏度因子"以"模糊"進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)劑量值， 不同于常規(guī)脫氮系統(tǒng)，本發(fā)明還包括測(cè)量亞硝酸鹽的流入和流出濃 度以及溶解氧的流入濃度以確定甲醇在廢水處理方法中更準(zhǔn)確的使 用量的優(yōu)點(diǎn)。因此，如本文進(jìn)一步討論的，不需要操作員控制的因 子。本發(fā)明還包括其中流出測(cè)量?jī)H是可選擇的系統(tǒng)，從而降低了系 統(tǒng)復(fù)雜性和成本。
參考圖1，顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的脫氮系統(tǒng)100的示
意圖。系統(tǒng)100接收待處理液體(通常為水)的流入流105。流入流 105首先通過(guò)流入流量計(jì)110，流入流量計(jì)110測(cè)量所述液體的流速 并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述測(cè)量的流速信號(hào)。流入流105然后繼續(xù)至可包含 一個(gè)或多個(gè)裝置的流入濃度分析儀115，測(cè)量所述流入流中硝酸鹽、 亞硝酸鹽和溶解氧的濃度并分別產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于這些流入濃度的每一個(gè) 的信號(hào)。這些信號(hào)然后與流速信號(hào)組合，以提供控制信號(hào)。然后， 流入流105接著進(jìn)入處理程序120。處理程序120處理所述廢水。
處理程序120可包括過(guò)濾器系統(tǒng)。例如，可使用沙濾器系統(tǒng)從 所述廢水濾出固體材料。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述處理程序120 中可使用一個(gè)或多個(gè)連續(xù)回洗上游的沙濾器系統(tǒng)。有關(guān)適合的沙濾 器系統(tǒng)的實(shí)例，參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4， 126， 546， 4， 197， 201和4， 246， 102。 這些專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合入本文。
處理程序120的一方面是廢水的脫氮。脫氮通過(guò)向廢水提供進(jìn) 料化學(xué)物質(zhì)(通常為甲醇)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如上所述，過(guò)濾床中含有的微生物、以及廢水中存在的硝酸鹽和亞硝酸鹽消耗甲醇，以生成氣態(tài) 氮，然后氣態(tài)氮自然擴(kuò)散入環(huán)境大氣中。通過(guò)該方式，清除了廢水 中顯著量的氮含量，因此稱(chēng)為"脫氮"。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，選擇甲醇作為進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)是因?yàn)?其相對(duì)其他合成進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)的有效性和成本。然而，必需使其在 下游流出液中的含量保持最低。因此，本發(fā)明尋求提供更準(zhǔn)確的確 定實(shí)現(xiàn)期望脫氮水平所需要的甲醇量，而不提供過(guò)量甲醇，流出液 中過(guò)量甲醇的存在可能導(dǎo)致問(wèn)題。
已知被引入脫氮系統(tǒng)的甲醇首先消耗流入液中存在的溶解氧，
根據(jù)如下方程式302 + 2CH30H = 2C02 + 4H20。隨后，減少硝酸鹽 和亞硝酸鹽排出。每種轉(zhuǎn)化可通過(guò)下述化學(xué)計(jì)算方程式描述6N03—+ 5CH30H 二 3N2 + 5C02 + 7H20 + 60H—和2N02— + CH30H 二 N2 + C02 + H20 + 20H—。生成的氮?dú)鈹U(kuò)散入大氣。因此，完全脫氮所需要的化學(xué)計(jì)量 量的甲醇由下述方程式提供CH30H = 0. 7"0+ 2. 07\%_#+ 1. 1T^-^ 其中甲醇、流入溶解氧、流入硝酸鹽和流入亞硝酸鹽以mg/L表達(dá)。 I、 r和Z的實(shí)際值可在開(kāi)始時(shí)選擇，但如果需要可在隨后的時(shí)間改 變。實(shí)際值可能超過(guò)化學(xué)計(jì)量需要量一定百分比。
處理程序120結(jié)束后，經(jīng)處理的廢水則進(jìn)入可選擇的流出濃度 分析儀125。分析儀125可選擇測(cè)量流出流130中存在的硝酸鹽和 亞硝酸鹽的濃度，然后流出流130排出過(guò)濾系統(tǒng)。分析儀125還能 產(chǎn)生分別對(duì)應(yīng)于流出硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度的信號(hào)。
脫氮系統(tǒng)100的關(guān)鍵方面是進(jìn)入處理程序120的甲醇進(jìn)料量的 脫氮。為優(yōu)化系統(tǒng)效率，計(jì)算量應(yīng)該與盡可能準(zhǔn)確。本發(fā)明通過(guò)測(cè) 量多個(gè)分析物而提供了提高的準(zhǔn)確度，多個(gè)分析物提供了有關(guān)所需 進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)量的更全面的情況。
參考圖2，流程圖200描述了用于計(jì)算待進(jìn)入處理程序120的甲 醇量的方法。首先，在步驟205，使用流入流量計(jì)110測(cè)量流入速率。 流速信號(hào)由該首次測(cè)量產(chǎn)生，并可表示為變量"并通常以百萬(wàn)加侖 /天表達(dá)。在第二步驟210，測(cè)量硝酸鹽、亞硝酸鹽和溶解氧的流入 濃度，并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。這些信號(hào)通常以毫克/升(mg/L)單位表達(dá)，并可由下述變量表示溶解氧的流入濃度=硝酸鹽的流入 濃度=亞硝酸鹽的流入濃度=A^-Ma。
然后，在步驟215，使用生成的信號(hào)根據(jù)以下方程式l來(lái)計(jì)算進(jìn)
料化學(xué)物質(zhì)需要量(/^0的額定值
潛二 "。 J + 腿-7U + J (1)
其中7、 F和Z是預(yù)定的無(wú)單位因子，其通常落入0. 7至3. 0的 范圍內(nèi)。如上所述，完全脫氮所需的甲醇的化學(xué)計(jì)量量要求Z二0.7， r二 2.0且7 = 1.1。這些是最小值。但是，通常需要過(guò)量甲醇來(lái)使 化學(xué)計(jì)量反應(yīng)完全。因此，可能需要最多50%過(guò)量于化學(xué)計(jì)量要求的 過(guò)量甲醇。通常，可能需要10-30%過(guò)量，優(yōu)選15-20%過(guò)量。因此， 在一個(gè)實(shí)施方案中，X 二 0. 9， Y = 2. 5且Z = 1. 5。在本發(fā)明另一 實(shí)施方案中，X = 0.8， Y = 2.3，且Z = 1.4。可以通過(guò)將初始值 乘以轉(zhuǎn)換因子8. 34而將/^ 值轉(zhuǎn)化為磅/天的單位。
在步驟220，可選擇測(cè)量硝酸鹽和亞硝酸鹽的流出流濃度。再次， 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于這些測(cè)量的信號(hào)。這些信號(hào)可由下述變量表示硝酸鹽 的流出濃度二 且亞硝酸鹽的流出濃度=M^-tV^;硝酸鹽和
亞硝酸鹽的總流出濃度=+ vVft-I,. = tWH/.。然后在步驟 225使用這些信號(hào)(g卩，AU-U計(jì)算對(duì)額定FCR的可選擇的調(diào)整。然 后連續(xù)重復(fù)流程圖200的整個(gè)方法，以便甲醇值隨連續(xù)流入流而被
連會(huì)賣(mài)更歸。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，通過(guò)使用可選擇的回饋方法來(lái)確定
對(duì)尸O 值的調(diào)整，所述回饋方法使用比例-積分(PI)回路。調(diào)整A包 括比例分量J尸和積分分量J/;因此，J 二 ^尸+ J/。比例分量J尸 由以下方程式2確定
j尸二 ( 雄*層 ②
其中C4/tV二需要的作為視覺(jué)感知差的函數(shù)的反應(yīng)強(qiáng)度，且aW=系統(tǒng)偏差=流出設(shè)定點(diǎn)和過(guò)程值之間的差異。流出設(shè)定點(diǎn)是硝酸 鹽和亞硝酸鹽總流出濃度的期望值，過(guò)程值是硝酸鹽和亞硝酸鹽總流出濃度的實(shí)際測(cè)量值。通常，流出設(shè)定點(diǎn)在0. 25 mg/L至10. 0 mg/L 范圍內(nèi)。因此，例如，如果在給定時(shí)間，流出設(shè)定點(diǎn)為0.5 mg/L， 實(shí)際測(cè)量的硝酸鹽流出濃度為0.5 mg/L，實(shí)際測(cè)量的亞硝酸鹽流出 濃度為0. 4 mg/L，則硝酸鹽和亞硝酸鹽的總流出濃度為0. 5 mg/L + 0. 4 mg/L 二 0. 9 mg/L，因此^V = 0. 9 mg/L — 0. 5 mg/L = 0. 4 mg/L。 ^4H的通常值可以為0. 2。因此，在該實(shí)例中，力尸二 0. 2 * 0. 4 = 0. 08。 調(diào)整的積分分量^/根據(jù)以下方程式3確定J7 、 +￡7 ^ u、、 = A w、 +匿*!*~~^——^ "77=時(shí)間間隔，或者復(fù)位時(shí)間=連續(xù)測(cè)量之間的預(yù)定時(shí)間間 隔。例如，77可設(shè)為等于400秒。二當(dāng)前掃描時(shí)間=追蹤時(shí)間 的積分系統(tǒng)功能，所述時(shí)間為從系統(tǒng)接收所有過(guò)程變量時(shí)刻開(kāi)始行 使其功能所需的時(shí)間。當(dāng)前掃描時(shí)間W是77和實(shí)際消耗時(shí)間的總 和，其通常為毫秒級(jí)，例如，大約20ms。因此，在該實(shí)例中，o7 = 400 s + 20 ms = 400. 020 s。因此，系數(shù)c7/77 —般大約等于1， 但通常略大于1，從不正好等于1。下標(biāo)"new"和"old"分別指當(dāng) 前計(jì)算和之前計(jì)算。因此，如果積分分量為當(dāng)前值，即^/"" 則^力。w指400秒前計(jì)算的X/值。J/^;和i57 AV。w的初始值通常設(shè)為O。因此，如果將上述所有實(shí) 例值插入方程式3，則獲得下述結(jié)果; = 0 + 0.2 * (400.020/400) * [(O. 5)*(0. 4 mg/L + 0) ] = 0.040002 mg/L =約 0. 04 mg/L。因此，總調(diào)整^ 二 j尸+月/ 二 0. 08 + 0. 04 = 0. 12?？傉{(diào)整值^可以是限制的，以確保調(diào)整不超過(guò)預(yù)定的最大調(diào)整。 例如，如果具體測(cè)量明顯偏離之前測(cè)量趨勢(shì)，則可認(rèn)為其是溢出值 或錯(cuò)誤測(cè)量。限制任何給定調(diào)整的最大量彌補(bǔ)了這種溢出值。在步 驟225，使用方程式5， J凡7 計(jì)算為J凡7 = 7^7 * (1 + 0. 12)或比F67 增加12%?，F(xiàn)在參考圖3，請(qǐng)讀者注意非常令人驚訝的意想不到的有關(guān)流入硝酸鹽(紅/灰方塊)、流入磷酸鹽(藍(lán)色/黑色菱形)和流入溶解氧(淺藍(lán)/淺灰方塊)在24小時(shí)期間的測(cè)量結(jié)果。如圖所示，流入硝酸 鹽濃度(以mg/L表示)從約5.0 mg/L的平均初始值下降至約4.0 mg/L的低平均正午值，然后在午夜前幾個(gè)小時(shí)再次升高至約5.5 mg/L的高平均值。非常意想不到的是，流入溶解氧穩(wěn)步升高，達(dá)到 約2. 7 mg/L的正午峰值，然后在接下來(lái)的5個(gè)小時(shí)快速降低。因此， 流入硝酸鹽和流出溶解氧的濃度以相反方向變化。僅測(cè)量流入硝酸 鹽濃度的操作員，即使采用"調(diào)整因子"或"靈敏度因子"，也不能 抵消流入溶解氧意想不到的升高，并因此更可能低估達(dá)到需要的脫 氮水平所需要的適當(dāng)甲醇量。雖然參考目前認(rèn)為是優(yōu)選實(shí)施方案的方案描述了本發(fā)明，但應(yīng) 該理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施方案。相反，本發(fā)明預(yù)期涵蓋 包括在所附權(quán)利要求精神和范圍內(nèi)的各種改變和等同布置。下述權(quán) 利要求的范圍適用最廣泛的解釋?zhuān)院w所有這樣的改變和等同結(jié) 構(gòu)及功能。
權(quán)利要求
1.一種用于廢水處理系統(tǒng)的水脫氮方法，所述系統(tǒng)具有流入和流出水流、含有微生物的過(guò)濾床以及前饋和反饋控制回路，所述方法包括測(cè)定流入流(可選擇以百萬(wàn)加侖/天表達(dá))Q、流入溶解氧濃度(可選擇以mg/升表達(dá))，DOin、流入硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))NO3-Nin和流入亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))NO2-Nin；使用前饋控制回路關(guān)系式(1)來(lái)確定進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量FCR，F(xiàn)CR＝Q[(X*DOin)+(Y*NO3-Nin)+(Z*NO2-Nin)](1)其中X、Y和Z是預(yù)定的范圍從約0.7至約3.0的無(wú)單位因子；測(cè)定流出硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))NO3-Neff和流出亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))NO2-Neff；和使用反饋控制回路反饋控制回路關(guān)系式(2)、(3)和(4)來(lái)確定調(diào)整的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量，AFCR，使用關(guān)系式(5)，AP＝GAIN*ERR (2)<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>AI</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>new</mi><mo>)</mo> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>AI</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>old</mi><mo>)</mo> </mrow></msub><mo>+</mo><mi>GAIN</mi><mo>*</mo><mfrac> <mi>dl</mi> <mi>TI</mi></mfrac><mo>*</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>ERR</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>new</mi><mo>)</mo> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ERR</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>old</mi><mo>)</mo> </mrow></msub> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>A＝AP+AI (4)AFCR＝FCR*(1+A) (5)其中GAIN是預(yù)定的無(wú)單位作用系數(shù)，ERR是測(cè)量的NOx-Neff(其是NO3-Neff和NO2-Neff的總和)和設(shè)定點(diǎn)NOx-Neff之間的差異，dl是微處理器處理時(shí)間總和(可選擇以秒表達(dá))和測(cè)量之間的時(shí)間間隔，TI(可選擇以秒表達(dá))，并且new和old指當(dāng)前測(cè)量和之前測(cè)量。
2. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中尸67 以磅/天表示，由關(guān)系 式0,獲得的凡7 值乘以轉(zhuǎn)換因子得到，所述轉(zhuǎn)換因子為& %。
3. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中《7和Z的值設(shè)為化學(xué)計(jì) 量值。
4. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中《/和Z的值設(shè)為高于化 學(xué)計(jì)量值15%。
5. 權(quán)利要求i的水脫氮方法，其中兀r和z的值設(shè)為高于化學(xué)計(jì)量值30%。
6. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中設(shè)為ft么
7. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中TI設(shè)為4W秒。
8. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中設(shè)定點(diǎn)的值落入 0.25 mg/升至10.0 mg/升的范圍內(nèi)。
9. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中系數(shù)fl7/77約等于1。
10. 權(quán)利要求1的水脫氮方法，其中^力。w;和^W^;的值初次測(cè)量時(shí)設(shè)為0。
11. 一種廢水脫氮系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含用于測(cè)量流入流量(可選擇以百萬(wàn)加侖/天表達(dá))。的流入流量計(jì)；用于測(cè)量流入溶解氧濃度(可選擇以mg/升表達(dá))"ft 、流入硝 酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))M 廠(chǎng)l和流入亞硝酸鹽濃度(可選 擇以mg/升表達(dá))7\^-愿 的流入濃度分析儀；用于測(cè)量流出硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))蔑 廠(chǎng)A^和流 出亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))見(jiàn)f,的流出濃度分析儀； 和用于以控制的速率提供進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)控制機(jī)， 其中進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)控制機(jī)響應(yīng)自動(dòng)化控制回路提供的一個(gè)或多 個(gè)輸出信號(hào)，所述自動(dòng)化控制回路接收來(lái)自流入濃度分析儀和流出 濃度分析儀的輸入信號(hào)，所述輸入信號(hào)涉及至少A H、 iWH、 H.禾口
12. 權(quán)利要求11的廢水脫氮系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)化控制回路接 收進(jìn)一步涉及"&的輸入信號(hào)。
13. 權(quán)利要求11的廢水脫氮系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)化控制回路接 收進(jìn)一歩涉及。的輸入信號(hào)。
14. 權(quán)利要求11的廢水脫氮系統(tǒng)，其中所述進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)作為 所述流入流的部分提供。
15. 權(quán)利要求11的廢水脫氮系統(tǒng)，其中所述進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)是甲醇。
16. 權(quán)利要求11的廢水脫氮系統(tǒng)，其中所述自動(dòng)化控制回路以 預(yù)定時(shí)間間隔77接收輸入信號(hào)。
17. —種自動(dòng)控制進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)被提供至過(guò)濾床中含有的微生物的速率的方法，該方法包括(i) 測(cè)定流入速率(可選擇以百萬(wàn)加侖/天表達(dá))。、流入溶解氧 濃度(可選擇以mg/升表達(dá))"ft》流入硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升 表達(dá))7\%-7^和流入亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))vVft-凡；(ii) 根據(jù)步驟(i)獲得的。、"&、 vVa-7^和7\%-;1的值，確定 進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量FCR;(iii) 測(cè)定流出硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))7Vft-7^,和流 出亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))M^-tH,;(iv) 根據(jù)步驟(iii)獲得的"仔禾P ，廠(chǎng)化廳的值(即，M 廣和^況，確定調(diào)整后的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量^^o ，所述^y 為測(cè)量值1/ (其依次為l仔禾B M 廠(chǎng)瓦〃的總和)和設(shè)定點(diǎn)MHw之間 的差；禾口(v) 以預(yù)定時(shí)間間隔7T重復(fù)步驟(i)、 (ii)、 (iii)和(iv)。
18. —種自動(dòng)控制進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)被提供至過(guò)濾床中含有的微生 物的速率的方法，該方法包括(i) 測(cè)定流入速率(可選擇以百萬(wàn)加侖/天表達(dá))"流入溶解氧 濃度(可選擇以mg/升表達(dá))漢^、流入硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升 表達(dá))#<9廣7^和流入亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))M 廠(chǎng)7^;(ii) 根據(jù)0、 "&、 M 廣A^和71%-愿。的值，確定進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需 要量FCR。
19. 權(quán)利要求18的方法，該方法進(jìn)一步包括(iii) 測(cè)定流出硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))M^-t^,和流 出亞硝酸鹽濃度(可選擇以mg/升表達(dá))7W 廣禾口(iv)根據(jù)7\%,"和M 廣71C的值，確定調(diào)整后的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量j/^ 。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述調(diào)整的進(jìn)料化學(xué)物質(zhì)需要量 #67 的確定進(jìn) 一 步根據(jù)^ v ，所述朋y 是測(cè)量的vVft-化/r和設(shè)定點(diǎn) Ml-""之間的差；和(v)以預(yù)定時(shí)間間隔77重復(fù)步驟(i)、 (ii)、 (iii)和(iv)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于廢水脫氮的方法和系統(tǒng)。所述方法包括如下步驟測(cè)量流入速度，測(cè)量廢水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽和溶解氧的濃度，并使用流入濃度來(lái)測(cè)定提供用于脫氮的甲醇的額定量。本發(fā)明還包括硝酸鹽和亞硝酸鹽(即，NO_x)的流出濃度的測(cè)量，并可選擇使用流出濃度來(lái)調(diào)整所提供的甲醇的額定量。
文檔編號(hào)C02F3/00GK101316795SQ200680030948
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者D·簡(jiǎn)森, M·麥吉 申請(qǐng)人:帕克森有限公司