[发明专利]控制过程变量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种借助控制单元控制过程中的过程变量的方法。

背景技术

在过程计量学中，在各种各样的过程中使用控制单元，以便控制 过程变量。在具有相当长的并且特别是可变的停机时间的过程中，控 制面临特殊要求。

这种情况可能发生在例如污水处理和/或水净化领域中。污水处理 厂中为了处理例如含污泥的水的液体而进行的处理通常特征在于待被 处理的液体的流速低。

下面基于废水处理领域中的几个特定过程更详细地举例说明。然 而，基本问题定义以及根据下文所述的本发明的解决方案可转变为在 具有停机时间特征的其它过程、特别是处理液体的过程中控制过程变 量。

污水处理厂中的污水净化通常包括消除氮、有机化合物和磷酸盐。 为此，采用活性污泥过程，也称为曝气过程，其包含生物污水净化过 程。在这些过程中，将被降解的物质被微生物转化，并且因而降低这 些物质在污水中的含量。活性污泥过程允许转化和/或降解有机物质和 含氮化合物。例如，借助活性污泥过程，可以降低化学需氧量(COD)、 生化需氧量(BOD)和含氮化合物(氨氮含量)。液体中的有机化合物 含量的一种量度也为SAC参数(光谱吸收系数)，其指示一个或者几个 波长的辐射的吸收和/或消光，特别是254nm波长的辐射关于1m的所 穿透液体的消光。可能使用一个或者几个进一步波长作为基准。因而， 采用活性污泥过程降低有机化合物因此导致SAC降低。

在活性污泥过程中，传统的氮降解例如借助硝化和脱硝过程发生。 术语“硝化”指铵被细菌氧化为硝酸盐。脱硝理解为硝酸盐中所含的 氮被所谓脱硝菌的细菌转化为分子氮。虽然硝化过程需要为含氮化合 物的氧化供应氧气，但是脱硝过程必须在缺氧条件下进行，其中脱硝 菌必须具有可获得的可氧化物质的充足供应。已经建立了两种不同类 型的方法，两者都允许实现两种过程的这些不同条件，即连续法和间 歇法。在连续法中，在第一池(脱硝池)中进行脱硝，并且在第二池 (硝化池)中进行硝化，其中两个池也可能进一步细分。脱硝池厌氧 操作，而通过曝气机向硝化池供应空气。硝化池内的液体被部分地泵 送回脱硝池(“内部再循环”)，以继续将硝化过程期间形成的硝酸盐转 化为氮。硝化池出水的其余部分流入次处理设备。在间歇法中，硝化 和脱硝在单个池内完成，借助开启和关闭的曝气机间歇地向池内供气。

第一座自动污水处理厂完全以间歇法时间控制而工作。对于连续 法，硝化池内的曝气被永久性操作，或者经由计时器控制。随后，已 知控制曝气的控制器和装置，其基于待被处理的液体的溶解氧浓度或 者氧化还原电位的测量值。最近，已知用于铵和硝酸盐测量值的能在 线传感器，所以现在已经可能实时地观测铵和硝酸盐浓度，并且因而 也基于这些铵和硝酸盐测量值而进行控制。

由于在连续法中，待被处理的液体流经处理池，所以遵循用于确 定控制变量的测量点被布置在流动方向中的曝气设备的下游。对于间 歇法，用于溶解氧或者铵的测量点通常也被布置在池内的流体排出区 域中，或者甚至是直接布置在池排水口处。这具有下列缺点，即当含 氮化合物已经到达测量点时，控制单元仅捕获，即“注意”待被降解 的含氮化合物的负荷变化。因而，任何负荷降低都导致太多空气被供 应到池内。因而，相关联的能量消耗比必需的高。如果仅注意到液体 排出区域中的负荷升高，就不能足够快地激活曝气，以向硝化过程提 供足够的氧气，从而降解全部的氮或者有机负荷。在这些情况下，存 在超过出口阈值的危险。在相反负荷变化情况下，也可能发生控制开 始加强和/或摇摆。

基于考虑预期负荷变化的负荷预测，例如基于已知的每日变化而 调节或者控制曝气是可能的，但是不能易于实现。其原因之一在于， 待被降解的氮受难以预见的多种因素的影响，诸如例如天气影响、污 水处理厂的集水区的工业废水的不规律排放。

进一步考虑在污水处理厂的进水区中，在曝气池和/或硝化池之前 捕获测量值，并且使用它们作为曝气的调节变量。然而，仅以取决于 待被处理的液体的流速的特定延迟而在曝气机位置包括被视为用于确 定曝气的调节变量的测量值的任何修改。因此，不可能通过从现有技 术已知的方法非常精确地调节曝气机，以提供该时刻被尽可能精确地 调节的曝气到在靠近曝气区的曝气池中的液体中存在的、待被降解的 物质负荷。

发明内容