反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統與運行方法
2023-05-30 01:34:16 5
專利名稱：反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統與運行方法
技術領域：
本發明涉及一種汙水再生回用生物處理技術，具體是對能夠進行深度脫氮汙水處 理的缺氧反硝化濾池進行實時自動反衝洗的控制系統與運行方法，適用於城鎮汙水深度處 理和含氮工業廢水處理。
背景技術：
近年來，中國經濟總量的迅速增加使水資源總量日漸減少。日益嚴重的水環境汙 染，使水資源的緊張局勢進一步加劇，水資源問題已經成為中國經濟和社會可持續發展的 瓶頸。汙水回用對解決城市水資源短缺蘊藏著巨大潛力，汙水經過適當的再生處理，可以重 複利用於河湖景觀、工業冷卻、綠化灌溉等多種用途，實現水在自然界中的良性循環。城市 汙水就近可得，易於收集和處理，水量豐富。作為城市第二水源要比海水、雨水更加穩定、可 靠，比長距離引水更經濟。開闢這種非傳統水源，實現汙水資源化，對於緩解水資源緊缺的 態勢，保障城市供水具有重要的戰略意義。近年來，國家部分地區地表水水體汙染狀況不斷 惡化，地表水、地下水資源日益缺乏，再生水已經被作為缺水城市的重要水源。然而，由於汙 水中C0D/N比較低，以及原工藝不具有反硝化功能等原因，我國大部分汙水處理廠需升級 改造，以提高汙水處理廠出水水質，進一步實現汙水再生利用。反硝化濾池汙水處理工藝將生物反硝化與物理過濾技術有機結合，既可實現生物 脫氮，又可進一步降低水中懸浮物。該工藝為汙水處理廠升級改造，實現汙水再生利用的優 選工藝。在汙水處理工藝過程中，反硝化濾池中的濾料表面附著生長著一層生物膜，濾池在 過濾過程中生物膜不斷生長增厚，需要通過反衝洗將濾池內過量生長的微生物排出系統。 反硝化濾池所用濾料粒徑較小，反硝化微生物生長速率較快，這使得反硝化濾池運行過程 中易造成堵塞。濾池一旦堵塞將造成局部水力負荷增加，出水水質降低，嚴重時無法使濾池 正常運行，可以說反硝化濾池的反衝洗方法是保證反硝化濾池汙水處理工藝正常穩定運行 的關鍵。目前，我國對反硝化生物慮池的反衝洗方法的研究多以機理性研究為主，該方法 還沒有應用於汙水處理廠升級改造和生產高品質再生水的應用實例，自然也沒有對該衝洗 方法進行優化的技術出現。目前需要解決的主要技術問題有①傳統生物濾池技術存在的 易堵塞、難於準確判斷濾池何時需要反衝洗的問題；②如何靈活準確的控制濾池反衝洗過 程的強度，避免反衝洗強度過大造成濾池反衝後恢復時間過長，強度過低使得過度生長的 生物膜難於徹底從濾池系統中排除，濾池局部出現堵塞的問題；③如何靈活準確地控制濾 池反衝洗過程的時間，避免造成濾池所用反衝洗水量過大，增加能耗的問題；④難於保證濾 池反衝洗後，能夠在最短的時間內恢復反硝化功能和過濾功能，保證獲得穩定的TN和懸浮 物的達標的出水水質。這些都給反硝化生物慮池汙水處理工藝獲得良好再生水水質帶來了 實際困難，從而阻礙了該工藝運行效果的進一步提高和工藝的推廣應用。因此，需要提出一 種更好更完善的生物濾池衝洗的控制系統和和相應的科學完善的運行方法。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述技術問題，提出一種反硝化濾池工藝的實時自動反 衝洗控制系統與運行方法。該系統和運行方法通過改變傳統的生物濾池的反衝洗運行方 式，並通過實時過程控制，準確判斷反硝化濾池是否需要反衝洗，靈活控制反衝洗過程所用 時間及強度，能夠在節省運行費用條件下，保證反硝化濾池的反衝洗效果。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統，其特徵在於設有在反硝化濾池內濾料層 上方清水區內設置的在線水濁度傳感器和在線硝酸鹽傳感器，上述傳感器分別與濁度測定 儀和硝酸鹽測定儀進行信號連接，並經信號輸入接口與過程控制器信號連接，過程控制器 與工控機進行信號和控制連接；工控機的控制信號經接口和導線傳送給過程控制器，過程 控制器設有進水泵繼電器、進水閥繼電器、碳源投加泵繼電器、碳源投加閥繼電器、放水閥 繼電器、反衝氣泵繼電器、反衝進氣閥門繼電器、反衝進水泵繼電器、反衝進水閥門繼電器， 這些繼電器經接口依序分別與進水泵、進水閥、碳源投加泵、碳源投加閥、放水閥、反衝氣 泵、反衝進氣閥門、反衝進水泵、反衝進水閥門控制連接；所述進水泵和進水閥設在進水池 與反硝化濾池連接的進水管上，所述放水閥設在進水池與反硝化濾池濾料層下部連接的反 衝放水管上；所述反衝進水泵和反衝進水閥設在清水池與反硝化濾池濾料層下部連通的反 衝進水管上，所述反衝氣泵、反衝進氣閥門通過反衝氣管與反硝化濾池底部連通；所述碳源 投加泵和碳源投加閥設在碳源儲藥箱與反硝化濾池連接的投藥管上；所述清水池還設有與 反硝化濾池濾料層上部連通的出水管；另外還設有與反硝化濾池上部連通的儲泥池。本發明的反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統的運行方法，其特徵包括以下步 驟1)啟動控制系統本發明的控制系統與反硝化濾池汙水處理工藝過程同時啟動， 進水泵將待處理的汙水從進水池經進水泵和進水閥注入反硝化濾池，同時，通過碳源投加 泵和碳源投加閥向反硝化濾池進水中投加碳源，過程控制器通過濁度傳感器和硝酸鹽傳感 器、濁度測定儀和硝酸鹽測定儀採集出水濁度和硝酸鹽含量信號，取得反硝化濾池反硝化 過濾過程的實時控制參數；2)參數處理判斷過程控制器將上一步得到的控制參數傳給工控機，工控機進行 處理判斷若沒有出現以下四種情況之一時繼續第1)步反硝化過濾過程，當出現以下四種 情況中之一的情況時，工控機給過程控制器發出控制信號，過程控制器通過相應的繼電器 控制關閉進水泵及進水閥，停止進水，同時，關閉碳源投加泵及碳源投加閥，停止碳源投加， 反硝化過濾過程中止，進行下一步驟；所述四種情況如下①濁度的一階導數大於0. INTU/min持續30min，且過濾時間t > 15h ；②濁度大於進水濁度超過3個NTU維持30min，且過濾時間t > 20h ；③出水濁度大於10NTU持續15min，且過濾時間t > 20h ；④過濾時間大於設定的最大過濾時間；3)排水過程工控機和過程控制器，簡稱為控制器，控制打開反衝放水管上的放 水閥，放水達到設定時間，該時間視反硝化濾池大小而定，以池中汙水放至濾池濾料層以上 40cm為準，關閉放水閥，進入第4)步驟；4)單獨氣反衝洗控制器控制打開反衝氣泵和反衝進氣閥，對反硝化濾池進行單獨氣衝，達到設定時間，該時間按濾池進水出水水質和過濾時間預先設定，以濾池恢復處理 效果時間最短為準，然後進入第幻步驟；5)氣水聯合反衝洗控制器控制打開反衝進水管上的反衝進水閥，啟動反衝進水 泵，對反硝化濾池進行氣水聯合反衝洗，同時讀取在線參數；由控制器通過出水濁度傳感器 採集反衝洗出水濁度信號，作為反硝化濾池反衝洗過程的過程實時控制參數；控制的具體 方式是當出現以下3種情況之一時，控制器關閉反衝進氣閥和反衝氣泵，停止氣水聯合反 衝洗，進入第6)步驟，所述3種情況是①濁度大於1000NTU持續lmin，反衝洗時間> ^iin ；②濁度的一階導數大於0. INTU/min持續2min，且反衝洗時間t > 4min ；③反衝洗時間大於設定的最大衝洗時間；6)單獨水反衝洗保持反衝洗進水泵和進水閥處於開啟狀態，對濾池進行單獨水 反衝洗，濾反衝洗水將剝落的懸浮物不斷排出濾池，同時讀取在線參數；由控制器通過出水 濁度傳感器採集反衝洗出水濁度信號，作為反硝化濾池單獨水反衝洗過濾過程的實時控制 參數；具體控制方式是當出現以下4種情況之一時，關閉反衝進水閥，反衝進水泵，單獨水 反衝洗過程結束，並結束本反衝洗運行過程，重新進入第1)步驟；所述4個情況是①出水濁度的一階導數彡-0. 2NTU/min持續lmin，且反衝時間t > 5min ；②出水濁度彡(進水濁度+2) NTU持續Imin，且反衝時間t > 5min ；③反衝去除的生物量大於等於過濾過程生長的生物量；④單獨水衝時間大於設定的最大單獨水衝時間。本發明的反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統與運行方法與現有技術相比，具有 下列優點(1)過濾效果好，出水懸浮物小於5mg/L，濁度小於5NTU，出水水質穩定，安全可 靠。本發明的出水濁度達到了我國對再生水回用於景觀用水、市政雜用、工業用水和地下回 灌等的要求，這是其它生物處理工藝所不能比擬的，也是本工藝突出的優點。(2)採用的實時控制策略能夠根據原水水質水量的變化實時控制濾池的過濾過程 時間，從根本上解決了濾池過濾時間過長所引起的濾池堵塞，出水水質差，碳源利用不充分 等所帶來的運行成本的提高和能源的浪費。(3)採用的實時控制策略能夠根據反衝洗過程生物膜的清除情況，靈活準確地確 定反衝洗過程時間，從根本上解決了因反衝洗時間過長強度過大而導致的濾池處理效果恢 復時間長，處理出水不達標，以及反衝洗時間過短強度過小而導致的濾池局部堵塞，處理出 水懸浮物高等問題。(4)主體裝置採用的是反硝化濾池工藝，使有機物和含氮化合物在一個反應池內 得到去除的同時具有過濾的作用，減少了沉澱池等處理構築物，從而降低了基建投資和整 個工藝的佔地面積。(5)整個工藝由過程控制系統完成，具有管理操作方便、費用低和耐衝擊負荷強等 優點。本發明可廣泛應用於城市汙水的深度處理與再生利用或氮素含量變化較大的工 業廢水的深度處理，特別適用於已建A/0、A2/0等汙水處理廠生產高品質再生水的升級改造。
圖1是本發明反硝化濾池反衝洗控制系統的結構示意圖。本發明產品的外形並不受此圖的限制，僅外形改變也屬於本發明的保護範圍。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明實施例1 反硝化濾池實時自 動反衝洗控制系統，其特徵在於設有在反硝化濾池1內濾料層10上方清水區內設置的在 線水濁度傳感器M和在線硝酸鹽傳感器26，上述傳感器分別與濁度測定儀25和硝酸鹽測 定儀27進行信號連接，並經信號輸入接口四與過程控制器觀信號連接，過程控制器與工 控機30進行信號和控制連接；工控機的控制信號經接口和導線傳送給過程控制器觀，過程 控制器設有進水泵繼電器、進水閥繼電器、碳源投加泵繼電器、碳源投加閥繼電器、放水閥 繼電器、反衝氣泵繼電器、反衝進氣閥門繼電器、反衝進水泵繼電器、反衝進水閥門繼電器， 這些繼電器經接口依序分別與進水泵12、進水閥13、碳源投加泵15、碳源投加閥16、放水閥 18、反衝氣泵19、反衝進氣閥門20、反衝進水泵21、反衝進水閥門22控制連接；所述進水泵 12和進水閥13設在進水池11與反硝化濾池連接的進水管3上，所述放水閥18設在進水池 與反硝化濾池濾料層下部連接的反衝放水管6上；所述反衝進水泵和反衝進水閥設在清水 池17與反硝化濾池濾料層下部連通的反衝進水管2上，所述反衝氣泵19、反衝進氣閥門20 通過反衝氣管7與反硝化濾池底部連通；所述碳源投加泵和碳源投加閥設在碳源儲藥箱14 與反硝化濾池連接的投藥管4上；所述清水池還設有與反硝化濾池濾料層上部連通的出水 管5 ；另外還設有與反硝化濾池上部連通的儲泥池23。實施例2 本發明的反硝化濾池工藝的反衝洗控制系統的運行方法以某城市汙水處理廠排放的實際二級處理出水作為實施對象，所選擇的反硝化濾 池處理規模360噸/天，選擇4-8mm的陶粒作為濾料，外加碳源採用甲醇。水質各項數據 為表1城市汙水處理廠二級出水水質情況
項目CODcrNH4-NNO2-NNO3-NTN濁度SS(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)(NTU)(mg/L)最小/ 最大值29. 6-46. 60. 34-2. 720-0.2320. 4-24. 422.4-27.90. 98-9. 770. 6-9. 46平均值34.011.250. 1722. 6425. 12.994. 43按以下步驟具體實施1)啟動控制系統本發明的控制系統與反硝化濾池汙水處理工藝過程同時啟動， 進水泵將待處理的汙水從進水池經進水泵和進水閥注入反硝化濾池，同時，通過碳源投加 泵和碳源投加閥向反硝化濾池進水中投加碳源，過程控制器通過濁度傳感器和硝酸鹽傳感 器、濁度測定儀和硝酸鹽測定儀採集出水濁度和硝酸鹽含量信號，取得反硝化濾池反硝化過濾過程的實時控制參數；2)參數處理判斷過程控制器將上一步得到的控制參數傳給工控器，工控器進行 處理判斷，當運行到第20個小時時，出現情況中「濁度的一階導數大於0. INTU/min持續 30min，且過濾時間t > 1證」，工控器給過程控制器發出控制信號，過程控制器通過相應的 繼電器控制關閉進水泵及進水閥，停止進水，同時，關閉碳源投加泵及碳源投加閥，停止碳 源投加，反硝化過濾過程中止，進行下一步驟；3)排水過程工控器和過程控制器，簡稱為控制器，控制打開反衝放水管上的放 水閥，也是對濾料層的反衝冼，放水達到設定時間:3min後，關閉放水閥，進入第4)步驟；4)單獨氣反衝洗控制器控制打開反衝氣泵和反衝進氣閥，對反硝化濾池進行單 獨氣衝，達到設定時間4. 5min，然後進入第幻步驟；5)氣水聯合反衝洗控制器控制打開反衝進水管上的反衝進水閥，啟動反衝進水 泵，對反硝化濾池進行氣水聯合反衝洗，同時讀取在線參數；由控制器通過出水濁度傳感器 採集反衝洗出水濁度信號，作為反硝化濾池反衝洗過程的過程實時控制參數；當反衝洗到 5分鐘時，出現情況「濁度大於1000NTU持續lmin，反衝洗時間大於％iin」 ；控制器反衝進 氣閥和反衝氣泵，停止氣水聯合反衝洗，進入第6)步驟；6)單獨水反衝洗保持反衝洗進水泵和進水閥處於開啟狀態，對反硝化濾池進行 單獨水，反衝洗水將剝落的懸浮物不斷排出反硝化濾池，同時讀取在線參數；由控制器通過 出水濁度傳感器採集反衝洗出水濁度信號，作為反硝化濾池單獨水反衝洗過濾過程的實時 控制參數；當反衝洗到8分鐘時，出現情況「出水濁度 5min」;關閉反衝進水閥，反衝進水泵，單獨水反衝洗過程結束，並結束本反衝 洗運行過程，重新進入第1)步驟。經過120小時的試運行，本實施例的反硝化濾池的反衝洗運行非常正常，適時地 自動啟動反衝洗過程，始終保證了濾池的不堵塞和出水達標，節約了電能約1000度，避免 了以前經常出現的濾池堵塞，出水懸浮物較高的情況。經檢測本實施例試運行過程中的出水水質保持為COD 小於 35mg/L，NO3^N 低於;3mg/L，TN 低於 5mg/L，TP 低於 0. 3mg/L, SS 低於 5mg/ L,濁度低於5NTU，水質可達到地表IV類水質標準。
權利要求
1.一種反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統，其特徵在於設有在反硝化濾池(1)內 濾料層(10)上方清水區內設置的在線水濁度傳感器04)和在線硝酸鹽傳感器( )，上 述傳感器分別與濁度測定儀(2 和硝酸鹽測定儀(XT)進行信號連接，並經信號輸入接口 (29)與過程控制器08)信號連接，過程控制器與工控機(30)進行信號和控制連接；工控 機的控制信號經接口和導線傳送給過程控制器( )，過程控制器設有進水泵繼電器、進水 閥繼電器、碳源投加泵繼電器、碳源投加閥繼電器、放水閥繼電器、反衝氣泵繼電器、反衝進 氣閥門繼電器、反衝進水泵繼電器、反衝進水閥門繼電器，這些繼電器經接口依序分別與進 水泵(12)、進水閥(13)、碳源投加泵(15)、碳源投加閥(16)、放水閥(18)、反衝氣泵(19)、 反衝進氣閥門(20)、反衝進水泵(21)、反衝進水閥門02)控制連接；所述進水泵(12)和進 水閥(1 設在進水池(11)與反硝化濾池連接的進水管C3)上，所述放水閥(1 設在進水 池與反硝化濾池濾料層下部連接的反衝放水管(6)上；所述反衝進水泵和反衝進水閥設在 清水池(17)與反硝化濾池濾料層下部連通的反衝進水管(2)上，所述反衝氣泵(19)、反衝 進氣閥門OO)通過反衝氣管(7)與反硝化濾池底部連通；所述碳源投加泵和碳源投加閥設 在碳源儲藥箱(14)與反硝化濾池連接的投藥管(4)上；所述清水池還設有與反硝化濾池濾 料層上部連通的出水管(5)；另外還設有與反硝化濾池上部連通的儲泥池03)。
2.根據權利要求1所述的反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統的運行方法，其特徵包 括以下步驟1)啟動控制系統本發明的控制系統與反硝化濾池汙水處理工藝過程同時啟動，進水 泵將待處理的汙水從進水池經進水泵和進水閥注入反硝化濾池，同時，通過碳源投加泵和 碳源投加閥向反硝化濾池進水中投加碳源，過程控制器通過濁度傳感器和硝酸鹽傳感器、 濁度測定儀和硝酸鹽測定儀採集出水濁度和硝酸鹽含量信號，取得反硝化濾池反硝化過濾 過程的實時控制參數；2)參數處理判斷過程控制器將上一步得到的控制參數傳給工控機，工控機進行處理 判斷若沒有出現以下四種情況之一時繼續第1)步反硝化過濾過程，當出現以下四種情況 中之一的情況時，工控機給過程控制器發出控制信號，過程控制器通過相應的繼電器控制 關閉進水泵及進水閥，停止進水，同時，關閉碳源投加泵及碳源投加閥，停止碳源投加，反硝 化過濾過程中止，進行下一步驟；所述四種情況如下①濁度的一階導數大於0.INTU/min持續30min，且過濾時間t > 15h ；②濁度大於進水濁度超過3個NTU維持30min，且過濾時間t> 20h ；③出水濁度大於IONTU持續15min，且過濾時間t> 20h ；④過濾時間大於設定的最大過濾時間；3)排水過程工控機和過程控制器，簡稱為控制器，控制打開反衝放水管上的放水閥， 放水達到設定時間，該時間視反硝化生物濾池大小而定，以池中汙水放至濾池濾料層以上 40cm為準，關閉放水閥，進入第4)步驟；4)單獨氣反衝洗控制器控制打開反衝氣泵和反衝進氣閥，對反硝化生物濾池進行單 獨氣衝，達到設定時間，該時間按濾池進水出水水質和過濾時間預先設定，以濾池恢復處理 效果時間最短為準，然後進入第幻步驟；5)氣水聯合反衝洗控制器控制打開反衝進水管上的反衝進水閥，啟動反衝進水泵， 對反硝化濾池進行氣水聯合反衝洗，同時讀取在線參數；由控制器通過出水濁度傳感器採集反衝洗出水濁度信號，作為反硝化濾池反衝洗過程的過程實時控制參數；控制的具體方 式是當出現以下3種情況之一時，控制器關閉反衝進氣閥和反衝氣泵，停止氣水聯合反衝 洗，進入第6)步驟，所述3種情況是①濁度大於1000NTU持續lmin，反衝洗時間>^iin ；②濁度的一階導數大於0.INTU/min持續2min，且反衝洗時間t > 4min ；③反衝洗時間大於設定的最大衝洗時間；6)單獨水反衝洗保持反衝洗進水泵和進水閥處於開啟狀態，對生物濾池進行單獨水 反衝洗，濾反衝洗水將剝落的懸浮物不斷排出生物濾池，同時讀取在線參數；由控制器通過 出水濁度傳感器採集反衝洗出水濁度信號，作為反硝化濾池單獨水反衝洗過濾過程的實時 控制參數；具體控制方式是當出現以下4種情況之一時，關閉反衝進水閥，反衝進水泵，單 獨水反衝洗過程結束，並結束本反衝洗運行過程，重新進入第1)步驟；所述4個情況是①出水濁度的一階導數彡-0.2NTU/min持續lmin，且反衝時間t > 5min ；②出水濁度彡(進水濁度+2)NTU持續lmin，且反衝時間t > 5min ；③反衝去除的生物量大於等於過濾過程生長的生物量；④單獨水衝時間大於設定的最大單獨水衝時間。
全文摘要
本發明涉及一種反硝化濾池實時自動反衝洗控制系統與運行方法，設有在反硝化濾池內的在線水濁度傳感器、硝酸鹽傳感器和濁度測定儀、硝酸鹽測定儀，還設有過程控制器和工控機，過程控制器設有進水泵繼電器、進水閥繼電器、等多個繼電器，這些繼電器經接口依序分別與相應的泵和閥門控制連接；所述清水池還設有與反硝化濾池濾料層上部連通的出水管和與反硝化濾池上部連通的儲泥池。反衝洗控制系統的運行方法，其特徵包括以下步驟1啟動控制系統；2參數處理判斷；3排水過程；4單獨氣反衝洗；5氣水聯合反衝洗；6單獨水反衝洗。本發明適用於城鎮汙水深度處理和含氮工業廢水處理，結構完善，操作簡便，效率高，效果好。
文檔編號G05B19/418GK102063115SQ20111002260
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者劉秀紅, 劉金翰, 盧愛國, 常江, 李鑫偉, 楊岸明, 甘一萍, 胡俊 申請人:北京城市排水集團有限責任公司