CN100567177C

CN100567177C - 基于连续搅拌反应池的污水集输管网模拟实验装置

Info

Publication number: CN100567177C
Application number: CNB2007100120573A
Authority: CN
Inventors: 樊立萍; 袁德成
Original assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Current assignee: Shenyang University of Chemical Technology
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: CN101121565A

Abstract

本发明涉及一种环境工程，特别是涉及一种环境工程中的模拟实验装置。适用于水处理与控制、市政排水、生化反应等过程的模拟实验。基于连续搅拌反应池的污水集输管网模拟实验装置，采用九个级联反应器模拟排水管网，用九个封闭的反应器模拟排水管网的厌氧条件，每个反应器内有一个搅拌器，用九个半封闭的反应器模拟排水管网的缺氧条件，每个反应器内有一个搅拌器，级联反应器始端、即初始进水端安装远传流量计，可以实现在线监测与实时控制，通过梯形支架形成级联反应池的自然梯度，通过PLC控制系统实现对水流量和搅拌速度的实时控制。

Description

基于连续搅拌反应池的污水集输管网模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种环境工程，特别是涉及一种环境工程中的模拟实验装置。适用于水处理与控制、市政排水、生化反应等过程的模拟实验。

背景技术

随着工业化进程与城市化步伐的加快，水环境日益恶化，水资源短缺已成为关系到世界和平与安全的重大问题。可持续发展的要求促使人们对污水处理系统的高效节能运行投入更多期待。排水管网是污水集输处理的重要环节，其运营效果直接影响污水排放质量。长期以来，排水管网普遍被看作简单的传输系统，只考虑其对污水的输送能力，而其内部发生的大量生化反应过程一直被忽略。事实上，排水管网相当于一个生物反应器，其内部发生着大量生化转化过程，这些转化过程对城市水循环的影响是不容忽略的。排水管网内存在厌氧、缺氧等多种生物环境，污水流经管壁时也会形成生物膜等，为生物菌种的提供了各种生存环境。所以，污水流经排水管网时，会发生缺氧、厌氧条件下的多种生化反应，对污水水质有一定影响。了解管网内生化反应机理，充分利用其生化反应特性实现对污水的管内处理，既可以减轻污水处理厂的运行负担，又可以提高污水处理效果，实现节能增效。另一方面，就目前市政排水运行状况而言，排水管网具有巨大的缓存潜力。在雨雪季节和突发重污染事件发生时，对纵横交错的管网实施优化调度与实时控制，充分利用排水管网的巨大缓存能力，延长污水管内存储时间，可以缓解或消除污水处理厂的扰动冲击，保证污水处理厂的正常运行。排水管网实时控制的主要目标包括：

1.防止污水泛滥；

2.降低CSO(组合下水溢流)排放；

3.协调利用排水管网内的存储容量；

4.均衡对污水厂的排放峰值，均衡利用污水处理能力；

5.使运行及维护代价最小；

6.为每次降雨事件提供快速存储能力。

实验室模拟装置是充分了解管网运行状况并以此为基础构建并验证优化调度与控制方案的必要条件。由于排水管网的系统庞大、错综复杂，实验室建立准确模拟装置存在很大困难，考虑级联水池的水力特性与具有不确定流量的管道的水力特性相近，故采用级联反应池模拟排水管网。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以级联反应器模拟排水管网的有效方法。在充分研究管网水力特性与生化反应特性基础上，采用级联CSTR(连续搅拌反应池)模拟管网的水力特性与生化反应过程，实现对污水管内水质与水力运行状况的模拟。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于连续搅拌反应池的污水集输管网模拟实验装置，采用二组联级反应池模拟排水管网，且二组级联反应池为并联、串联或单独使用，其中，一组级联反应池用九个串联的封闭的反应池模拟排水管网的厌氧条件，每个封闭的反应池内有一个搅拌器，另一级级联反应池用九个串联的半封闭的反应池模拟排水管网的缺氧条件，每个半封闭的反应池内有一个搅拌器，二组级联反应器始端，即二组级联反应池初始进水端安装远传流量计，可以实现在线监测，通过梯形支架形成级联反应池的自然梯度，通过PLC控制系统实现对水流量和搅拌速度的实时控制。

如上所述的基于连续搅拌反应池的污水集输管网模拟实验装置，每个搅拌电机相对独立，可以分别对搅拌电机进行变频控制；相邻的反应池之间的连通管间安装控制阀，可以控制污水的流量。

本发明的优点与效果是：

排水管网是一个封闭管道，主要是在厌氧条件下，发生厌氧水解、发酵(形成挥发性脂肪酸)、沼气化(形成甲醇)，并可形成硫化氢。同时，也发生部分缺氧反应，亚硝酸盐还原成氮气。为了能够模拟管网处于厌氧、缺氧不同条件时管内污水的反应运行状况，本发明设置了两组级联反应器，一组为厌氧反应器，一组为缺氧反应器，既可以并联或单独使用分别模拟排水管网内部不同条件下的生化反应过程，又可以串联使用用于排水管网的协调运行与优化控制实验。

为了便于实现自动控制，本发明在反应器的进水端配备了远传流量计，流量计的监测信号通过数据线采集到PLC数据输入端，一方面在终端显示器加以显示，另一方面通过控制程序构成闭环控制，实现对模拟装置内进水流量的实时控制。

附图说明

本发明附图是基于管模式的污水管网集输模拟实验装置及根据本发明所设计的基于CSTR的污水集输管网模拟实验装置示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细说明。

图中：1.管模式污水管网模拟实验装置 2.远传水流量计 3.搅拌电机 4.CSTR缺氧池 5.CSTR厌氧池 6.流量调节电磁阀 7.梯形支架

假定反应池是完全混合的。每个反应池中组分i的变化可表示为：

\frac{d C_{i}}{dt} = \frac{Q_{in}}{V} (C_{i, in} - C_{i}) + r_{i}

其中，Q_in-反应池进水流量(m³/s)；

V-反应池体积(m³)；

C_i，in-组分i进水浓度(g/m³)；

G_i-组分i出水浓度(g/m³)。

反应速率r_i可以通过管网水质模型获得，整个模型的校准尚需确定合适的CSTR个数。由于缺乏解决复杂机理模型建模与仿真所需专业软件，本发明采用仿真实验法确定能够准确模拟所建模管网的合适的级联水池个数。实验室确定建立对应长21公里、管径1.5米的截流管的模拟实验装置。首先将所建模的管网的水力动态用单个反应池描述，通过仿真模拟管网运行状态，然后逐渐增加级联水池的个数，重复模拟运行。当级联水池个数增加到9以后，管内污水主要组分的动态变化曲线接近实际，而9池以上的运算速度却明显减慢。所以，综合考虑简化模型的准确度与运算速度，选用9个级联水池描述所建模管网的水力动态比较合适。

采用九阶级联反应池模拟排水管网的水力特性与生化反应过程。分别以厌氧和缺氧两套反应器来模拟管网处于厌氧或缺氧条件时管网内生化反应过程。厌氧环境和缺氧环境分别通过全封闭和半封闭圆柱形反应器模拟，各设九个级联反应器。为方便水的自然流动，将9个反应器通过梯形支架按不同高度安置，每个反应器的进水由其上端邻近反应器流入，而其出水流入其下游邻近反应器，相邻两个反应器之间设控制阀，用于调节上游至下游的水流量。每个反应器内加搅拌器，搅拌电机转速可调可控；级联反应器的始进水端设置远传流量计，流量计信号、搅拌电机控制信号与PLC连接，实现实时监控。

Claims

1.基于连续搅拌反应池的污水集输管网模拟实验装置，其特征在于采用二组联级反应池模拟排水管网，且二组级联反应池为并联、串联或单独使用，其中，一组级联反应池用九个串联的封闭的反应池模拟排水管网的厌氧条件，每个封闭的反应池内有一个搅拌器，另一组级联反应池用九个串联的半封闭的反应池模拟排水管网的缺氧条件，每个半封闭的反应池内有一个搅拌器，二组级联反应器始端，即二组级联反应池初始进水端安装远传流量计，可以实现在线监测，通过梯形支架形成级联反应池的自然梯度，通过PLC控制系统实现对水流量和搅拌速度的实时控制。

2.根据权利要求1所述的基于连续搅拌反应池的污水集输管网模拟实验装置，其特征在于每个搅拌电机相对独立，可以分别对搅拌电机进行变频控制；相邻的反应池之间的连通管间安装控制阀，可以控制污水的流量。