[发明专利]用于废水处理工艺控制的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于废水(wastewater)处理中的工艺控制的系统和方法。特别是，此系统和方法适合于，但不限于，控制膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed,EGSB)工艺的参数并且将在该情景中对其进行描述。

背景技术

对本发明的背景的以下讨论仅仅是意图有助于理解本发明。应当意识到，该讨论不是承认或供认任何所引用的材料在本发明的优先权日在任何司法管辖范围是公开的、已知的或本领域技术人员的公知常识的部分。

遍及申请文件，除非上下文另外要求，词语“包括”或诸如“包括(单数第三人称)”或“包括(分词)”的变形将被理解为意指包含宣称的整体或整体构成的组，但不排除任何其它的整体或整体构成的组。

此外，遍及申请文件，除非上下文另外要求，词语“包含”或诸如“包含(单数第三人称)”或“包含(分词)”的变形将被理解为意指包含宣称的整体或整体构成的组，但不排除任何其它的整体或整体构成的组。

生物废水处理工艺得到广泛使用并且典型地包括厌氧废水处理和需氧废水处理。

在需氧废水处理工艺中，诸如细菌、原生动物以及真菌的微生物使用溶解的氧作为进行碳生物需氧量(BOD)退化和经由硝化去除氨水的关键成分。当工艺受到良好操作时，需氧废水处理工艺在处理废水达对于出水排放(effluent discharge)所需要的质量是鲁棒的和可靠的。通常应用于工业废水处理的需氧废水工艺的范例包含激活污泥工艺、膜生物反应器(悬浮生长系统)或滴滤器和诸如移动床生物膜反应器(附着生长系统)的基于载体的处理系统。在以上工艺的每个工艺中，以通过诸如鼓风机和空气压缩机的旋转设备投递的空气的形式向微生物供应氧。废水中的溶解的氧由微生物利用作为用于碳BOD的需氧分解的电子受主。在需氧废水处理工艺结束时，废水中的BOD和其它污染物被氧化成二氧化碳及附加生物质(biomass)。

厌氧废水处理工艺是使用微生物在无氧环境下破坏废水中的污染物的工业工艺。由于诸如减少的污泥生产、低能耗以及经由工艺生成的甲烷的能量回收能力，厌氧废水处理已经发展为常规需氧处理的杰出替代。也可以以较高速率(有机加载和体积的)操作厌氧废水处理工艺，因为其不受氧可用性的限制。工业中使用的厌氧废水处理的典型变体包含厌氧过滤器、向下流动静止固定膜反应器(down flow stationary fixed-film reactor)、流化床厌氧反应器以及向上流动厌氧污泥毯反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor,UASB)。膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器是USAB以高废水处理速率的特定应用。在EGSB工艺中，废水以高向上流动速度通过反应器。

在需氧和厌氧废水处理工艺二者中，实现稳定和经济的操作对于设备操作者来说仍然是复杂的挑战。该复杂性能够归因于工艺对诸如有机加载干扰、处理条件的动态改变以及流入废水中的各种物质的成分的各种因素的高灵敏性质。为了通过范例进行示例，生物废水处理中的污染物的生物退化作为一系列生物反应而进行。这些序列生物反应中的每个涉及区别的微生物物种。同样，流入废水的负荷和成分改变能够扰乱在系统中存在的各种微生物物种之间存在的微妙平衡。类似地，确定用于操作生物处理工艺的最优流入特性是高度复杂的，因为工艺对可以影响存在的任何微生物物种的各种有毒污染物的存在高度敏感。生物质生成速率将进一步使其控制复杂，因为通过水力冲刷或有毒抑制(在工艺扰乱期间)非故意地损失的微生物需要延长的持续时间来替换损失的生物质。

现存的方法，包含诸如软传感器的数学模型，已经在废水处理控制的控制和预测中开展了。虽然在预测废水处理控制中有这些现存的方法，但是仍然存在对容许早期检测并隔离可以导致废水处理系统的灾难性故障的缺陷并将有益于废水处理工艺的的先进的监测和工艺控制策略的需要。此外，操作者通过实施校正指令提供早期介入的能力将防止较小的工艺偏离发展成严重的操作问题。

本发明的目的是至少部分满足以上需求。

发明内容