[发明专利]利用紫外和可见光谱测量以及氧化还原电势来监测和控制臭氧化和曝气过滤的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月10日提交的美国专利申请序列号61/681,991的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于监测和控制水处理和废水处理中所使用的臭氧化和生物曝气过滤的工艺流程的方法和装置。

背景技术

臭氧化工艺广泛应用于水处理和废水处理中，旨在提高有机成分的生物降解能力，以及杀死或灭活细菌或病原体类，起到消毒的作用。生物曝气过滤(BAF)是用于同时去除生化需氧量(BOD)、氨以及总悬浮固体量(TSS)的固定床固定生物膜工艺。过滤介质可以是沙子、膨胀粘土、浮石、塑料珠子或其他专用介质。在BAF中，工艺空气从底部引入系统中，以提供用于BOD去除和硝化作用的氧气。当对TSS的拦截和生物生长使水头损失逐渐形成，清理程序即可开始，包括空气冲刷、空气和水同时清洗，以及单独用水清洗。通常，用于冲刷的空气由单独的运送系统来提供。如果过量的工艺空气被运送到系统内，则出水的溶解氧将升高。在这样的情况下，氧将不是生物反应的限制因子，并且所运送的过量空气会完全回到大气中，引起了额外的能耗。类似地，如果工艺空气运送不足，出水中的溶解氧将降低，且该工艺将受到氧的限制。在该工艺组合中，臭氧的使用意在提高进水水体的生物降解能力(表示为BOD/COD的比值)，这样BOD可以被附在过滤介质上的微生物所利用。臭氧供应不足可能不会产生充足的BOD量，并弱化其性能；相反，如果供应过量，可能是不必要的。

在过去，臭氧化和生物曝气过滤的工艺被分别控制，几乎不考虑利用用于工艺控制和自动化的统一的参数或指标。其中，臭氧的剂量通常是预定的，并根据诸如进水BOD、TSS以及颜色等其他工艺信息进行现场修订，并不参考统一的工艺指标。同时，曝气率通常是预设的，在BAF的操作过程中几乎没有变化。

发明内容

在本发明中，紫外和可见(UV/Vis)光谱测量被用作统一的指标，用于在在线氧化/还原电势(ORP)的辅助下进行工艺监测和控制。臭氧化和BAF的组合工艺流程通常包括用于对浊度、总有机碳(TOC)、氨以及溶解氧等进行工艺监测(和控制)的多个在线传感器。本发明包括通过单个设备实施的工艺控制，在微处理器的辅助下实现所需的出水质量，该设备用于在线监测出水UV/Vis光谱以及直接来源于出水的其他信息，该出水质量表达为UV吸收，以代替总有机碳(TOC)和化学需氧量(COD)。

本发明涉及用于监测和控制在水处理和废水处理中所使用的空气和臭氧剂量的工艺流程的方法和系统。本发明的方法包括获得一个或多个波长下的出水的UV吸收以及氧化/还原电势的在线测量值、将所测量的UV吸收以及出水的氧化/还原电势与存储在微处理器内的预定的UV吸收值以及氧化/还原电势值进行对比，以及基于所测量的出水的UV吸收以及氧化/还原电势的值来对向系统提供的空气和臭氧剂量进行如下调整：

i.当UV吸收的测量值低于预定的UV吸收值，且氧化/还原电势的测量值高于预定的氧化/还原电势值时，减少空气的流速；

ii.当UV吸收的测量值低于预定的UV吸收值，且氧化/还原电势的测量值低于或等于预定的氧化/还原电势值时，减少臭氧的剂量；

iii.当UV吸收的测量值高于预定的UV吸收值，且氧化/还原电势的测量值高于或等于预定的氧化/还原电势值时，增加臭氧的剂量；

iv.当UV吸收的测量值高于预定的UV吸收值，且氧化/还原电势的测量值低于预定的氧化/还原电势值时，增加空气的流速。

本发明的系统包括用于测量一个或多个波长下的出水的UV吸收以及氧化/还原电势的传感器、用于将所测量的出水的UV吸收以及氧化/还原电势与存储在微处理器内的预定的UV吸收以及氧化/还原电势进行对比的微处理器，以及用于如上所述的基于所测量的出水的UV吸收以及氧化/还原电势的值来对出水的空气和臭氧剂量进行调整的比例、积分和微分控制回路。可选的UV/Vis传感器也可以放置在处理流程的前面，这样可以实时监测进水水质，并且臭氧变化的控制范围(剂量上限和剂量下限)可以根据实际的水质进行改变。

附图说明

图1是本发明的系统的示意图，其在臭氧化和生物曝气过滤系统内；以及

图2是示意框图，其示出了本发明的方法的空气和臭氧化组合的调整的工艺控制逻辑。

具体实施方式

图1显示了臭氧化和生物曝气过滤系统1，其包括UV/Vis 2和ORP探针3，UV/Vis 2和ORP探针3收集出水4的水质的信息。