CN101195499B - 上向流滤池水量负荷自动均衡方法及结构 - Google Patents

Abstract

上向流滤池水量负荷自动均衡方法及结构，解决了上向流滤池水量负荷变化难以控制，或控制成本过高的问题。其主要特征是池体下部进水管上设调节阀，池体上部内侧设出水堰，出水堰内设出水管，并设垂直穿过出水堰，将出水堰上、下连通的水位检测装置。通过出水管管径的设计使滤池正常水量负荷和最大水量负荷时出水堰内出水水位的变化范围在水位检测仪表、自控系统以及进水调节阀可控制的范围内，并将最大水量负荷时出水堰内水位设定为不可超过的最大水位，自动控制系统根据水位检测装置的检测结果控制进水调节阀的开启度，以实现各滤池水量负荷的自动均衡。该方法简单易行，且投资省、不增加滤池占地面，可广泛应用于上向流滤池的新建和改造。

Description

上向流滤池水量负荷自动均衡方法及结构

技术领域

本发明涉及给水处理的过滤工艺和污水处理的生物滤池工艺，具体是根据液位调节实现上向流滤池各格滤池间水量负荷自动均衡的方法及结构，采用该方法及结构，使上向流滤池各格(组)滤池的水量负荷自动均衡，满足设计要求，保证水处理的效果。

背景技术

过滤是水质净化的主要工艺，该工艺包括给水处理的滤池和污水处理的生物滤池等各种形式。在过滤工艺中，按水流动的方向可分为上向流过滤和下向流过滤两大类，在给水处理滤池中，上向流过滤也称反向过滤，能够更好的发挥滤料层的截污能力，过滤的周期更长而且出水水质更好、水头损失更小；在污水处理的曝气生物滤池中，上向流过滤不仅能更好的发挥滤料层的截污能力，而且可以实现污水处理“渐减曝气”的模式，节省污水处理的运行电耗，提高出水水质，因此，在给水处理中，上向流过滤工艺应用逐渐增多，在很多条件下有取代下向流过滤的趋势；而在污水处理中，曝气生物滤池的应用一直是以上向流过滤模式为主。

上向流过滤方式在给水和污水处理中都有着非常显著的优点，但滤池均匀配水即水量负荷控制问题一直影响着这种过滤方式的广泛应用。滤池运行时采用多格并联的方式，因此需要保证总的待处理水均匀的分配到每格滤池中去，这样才能保证每格滤池都在设计的水量负荷下工作，如果待处理水分配不均匀，就会发生某格滤池处理水量增加过多，超过设计允许水量负荷的情况，这时候将发生滤池穿透现象，严重影响出水水质，因此，滤池水量负荷控制是过滤工艺应用中非常重要的问题。

下向流过滤方式，滤池进水高于池内运行水位，采用自然溢流堰板调节的方式即可实现各格滤池待处理水的均匀分配。而上向流过滤方式，由滤池底部进水，进水低于池内运行水位，属于带压进水，由于各格滤池的运行状况不同，进水受压也不相同，如果对进水不进行调节，就会出现待处理水分配严重不均匀的情况，当某格滤池水量负荷超过设计允许值，就会严重影响滤池处理效果。为避免这一情况，需对上向流滤池进水进行控制，以实现各格滤池间水量负荷的自动均衡。目前常用的控制方法基本有如下两种：

1、将进水先通过高位溢流，均匀的流入每格滤池的进水管，再将进水管引入滤池底部进水位置。这样待处理水的分配采用自然溢流的方式，可以保证均匀的分配，但进水结构复杂，占地面积大，水头浪费高，且管道安装、检修难度大，实际中很少使用；

2、在每格滤池的进水管上设自动调节阀门，同时在滤池进水总管和每格滤池进水管上分别设流量计，由自控系统根据总进水量计算出每格滤池的进水量，再通过每格滤池进水管上的流量计控制阀门的开启度。这种方式理论上可以实现滤池间待处理水的均匀分配，但需增加多台流量计，投资增加较多，而且流量计的安装对管道长度有要求，会使滤池管廊宽度增大，增加滤池的占地面积，如不增大占地面积又会导致流量计检测误差偏大，失去准确调节阀门的作用。

发明内容

本发明的目的在于解决上向流滤池各过滤单元间水量负荷难以均衡、流量难以控制、易发生某格滤池水量负荷过大的问题，提供一种通过液位检测和控制实现上向流滤池水量负荷自动均衡的方法和结构，通过该方法和结构，简单可行的实现上向流滤池流量的自动均衡，使滤池的水量负荷在设计允许范围内，保证上向流滤池安全、稳定的运行。

本发明上向流滤池水量负荷自动均衡结构，包括滤池池体、出水堰、进水调节阀、水位检测装置和自动控制系统。主要发明特点为：在滤池下部进水管上设自动调节阀门，池体上部内侧设出水堰，出水堰内设出水管，出水堰的顶端高于出水管的管顶约20cm。在出水堰上设水位检测装置，该装置由超声波水位计和控制导管组成，超声波水位计安装于控制导管的顶端，控制导管两端均不封闭，垂直穿过出水堰，一端位于滤料上方约15cm，另一端与滤池池顶相平或略低于滤池池体的上端，并在紧贴出水堰上表面的位置开有水位均衡孔，该平衡孔的上边不超过出水管的管顶高度。根据出水堰内水位变化通过自控系统控制进水调节阀门开启度实现滤池水量负荷的自动均衡。

利用该结构控制各格滤池间水量负荷自动均衡的上向流滤池，其特征是待处理水通过装有自动调节阀门的进水管进入各格滤池，经处理后通过各滤池内的出水堰由出水管流出，根据水的不可压缩性和物料平衡原理，出水堰内的水位高度即时的反应了出水水量的多少，即滤池水量负荷的大小，由超声波水位计和控制导管组成的水位检测装置实时监测出水堰内水位高低，并将该水位信号发给该滤池的自动控制系统，自动控制系统根据水位检测装置检测得到的出水堰内水位结果控制进水调节阀的开启度，实现均衡滤池间水量负荷的目的。

本发明基于以下原理推导而来：

1、滤池水量负荷

滤池水量负荷即滤池的处理能力，也称为滤速，在上向流滤池中即为单位时间内水在滤池内的上升流速，单位m/h。

给水及污水处理中，考虑到各种因素，一般将设计滤速取值偏低，而将设计滤速的1.3倍作为最大滤速，如在给水过滤中，设计滤速一般取8m/h，则在保证出水水质的条件下，实际的最大滤速可以达到10.4m/h。

当一组滤池实现各格滤池间的水量负荷均衡时，各滤池的运行滤速即为设计滤速，而为了保证滤池的正常运行，要求各滤池间水量负荷相对均衡，至少保证每格滤池的滤速不超过其最大滤速。

2、滤池出水

在上向流滤池中，滤池出水均为无压溢流出水，出水堰内的水位高低可以直接体现出滤池出水量即水量负荷的大小，在淹没出水管的满流出水情况下更是可以根据水力学公式，通过出水堰内水位高低计算出出水流量，具体公式如下：

Q＝V.A

Q--滤池出水水量  m³/s

V--出水管内水的平均流速  m/s

A--出水管的有效出水面积  m²

$V=a\sqrt{2\mathrm{gh}}$

g--重力加速度

h--水位到出水管形心的高度  m

a--出流修正系数，取0.8

所以， $Q=\mathrm{Aa}\sqrt{2\mathrm{gh}},$ 即滤池水量负荷可通过出水管面积以及出水水位高度计算。

3、控制的即时性

滤池内的水量遵守物料平衡原理，同时由于水的不可压缩性，进入滤池的水量与流出滤池的水量在任何时候都是相当的，因此在进入滤池的水量增加的瞬间，流出滤池的水量必然也增加，即出水堰内水位也增加，因此用出水堰内水位来表示滤池的进水水量不会有控制上的滞后性。

本发明根据以上三点，将上向流滤池出水管设计为正常流量下满流出水的规格，通过检测出水堰内的出水水位控制进水管上调节阀门的开启度，控制滤池水量负荷，同时分别计算出滤池设计滤速和最大滤速情况下的出水堰水位(这两个水位差将控制在8～15cm)，将其输入滤池自控系统，系统在自动控制时，保证每格滤池出水堰内水位均不得超过最大滤速情况下的计算水位，这样即可实现控制滤池水量负荷的目的。

控制导管的设置可以起到两个方面的作用，首先可以提高出水堰内水位检测的准确性，因出水堰内水面不断受到滤池出水的冲击，水位在不断的波动，波动范围虽然不大但对测量和控制精度的影响都较大，设置控制导管后，导管内的水位不会受到滤池出水的冲击，水面稳定，保证测量和控制的精度；其次，滤池在反冲洗时，还需检测出水堰下方接近滤料层高度的水位，控制导管将出水堰上、下方水位连通，使水位计可满足滤池不同运行状态下的检测要求。

本发明上向流滤池水量负荷自动均衡方法及结构可有效实现上向流滤池各滤池水量负荷的自动均衡，解决了上向流滤池运行中的一大难题，必将进一步推动上向流滤池的应用，同时该发明实施简单，也可广泛应用于老水厂滤池的改建和扩建。

附图说明

本发明用于多格滤池并联运行时各格滤池水量负荷的自动均衡，本附图为多格并联滤池中的一格，其余滤池设置与此滤池相同。

图1为本发明应用的整体应用图

图2为本发明水位检测控制导管详图

图3为本发明应用的滤池相关平面外观图

附图中各部分为：滤池池体1，滤料2，进水管3，进水管上的调节阀门4，出水堰5，出水管6，超声波水位计7，水位检测控制导管8，控制导管上的水位平衡孔9，滤池自动控制系统10，正常水量负荷时的水位11，最大水量负荷时的水位12。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明。

参照图1-3，本发明上向流滤池水量负荷自动均衡方法及结构，包括池体1，池内的滤料2，进水管3位与池体下部，并在其上设置了自动调节阀门4，在滤料上方的池体内侧设置了出水堰5，在出水堰高度内的池体上引出出水管6，并通过管径设计保证在滤池正常水量负荷时出水管6是满管出水。为保证留有足够的水位变化空间，出水堰5的顶端应高出出水管6的管顶约20cm，在出水堰中设水位检测控制导管8，该导管上下两端均开放，垂直穿过出水堰5的底面，导管的下端位于滤料层上15cm，导管的上端可相平或略低于滤池池体1的上端，将超声波水位计7伸入导管上端，水位检测控制导管8在出水堰5底面之上的位置开有一个水位平衡孔9，该平衡孔的上边不超过出水管6的管顶高度。根据前述滤池水量负荷和滤池出水量与出水堰5内水位高度关系的计算方法，设定好滤池运行时出水堰5内的正常水位11和最大水位12，考虑到水位控制可达到的精度，正常水位11和最大水位12间的高差应在10～15cm。超声波水位计7检测滤池运行时的水位，并将水位信号传送给滤池自动控制系统10，滤池自动控制系统10根据该水位信号控制进水自动调节阀门4的开启度变化，从而保证滤池水位在正常水位11左右波动，并不超过最大水位12。水位平衡孔9可保证水位检测控制导管8内的水位与出水堰5内水位相同且稳定不波动，同时由于水位检测控制导管8下端开放，当滤池反冲洗水位下降时，超声波水位计7仍可通过控制导管8检测到池内水位。

以一个例子来说明本发明的具体应用。一个日处理水量10万吨的给水处理厂，采用上向流滤池过滤工艺，共设6格滤池，每格滤池设计正常滤速为8m/h，能够保证出水水质的最大滤速为10.4m/h，实际运行按不大于10m/h进行控制，放大系数为1.25。

每格滤池水量负荷为：Q＝10000÷24÷6＝694.4m³/h，按700m³/h计，设计出水管6规格为DN400，平均出水流速为1.50m/s，按公式 $V=a\sqrt{2\mathrm{gh}}$ 校核，在出水管6满流情况下平均流速为1.49m/s，说明该规格出水管符合要求。

单格滤池最大水量负荷为Q＝700×1.25＝875m³/h，此时出水管6平均流速为1.87m/h，按公式 $V=a\sqrt{2\mathrm{gh}}$ 可推导出h≈0.35m，可知当单格滤池滤速由正常的8m/h增加到最大滤速10m/h时，出水堰内5水位上升了约0.15m，在滤池的自控系统10中将最大滤速时出水堰内的水位设定为最高水位12，由安装在检测控制导管8内的超声波水位计7实时检测水位，水位一旦上升接近最高水位12，自控系统10即控制进水调节阀门4减少开启度，降低滤池的水量负荷，即可保证各组滤池水量负荷相对均衡，均在设计允许的水量负荷下运行。

滤池在正常运行时，检测控制导管8上的水位平衡孔9可保证超声波水位计7检测的是出水堰5内的水位；滤池反冲过程中，池内水位降低，出水堰5内没有水位，这时超声波水位计7仍可通过检测控制导管8测到出水堰5下的水位高度，以控制滤池反冲时各状态的切换。

Claims (4)

1.一种上向流滤池水量负荷自动均衡结构，包括滤池池体、出水堰、进水调节阀、水位检测装置和自动控制系统，其特征是：所述出水堰位于池体上部内侧，水位检测装置垂直穿过出水堰，将出水堰上、下连通；水位检测装置由控制导管和超声波水位计组成，水位检测控制导管设于出水堰中并垂直穿过出水堰的底面，该导管上下两端均开放，导管的下端位于滤料层上15cm，导管的上端相平或略低于滤池池体的上端，导管在出水堰底面之上的位置开有一个水位平衡孔，该平衡孔的上边不超过出水管的管顶高度；滤池下部进水管上设调节阀门，自动控制系统根据水位检测装置检测得到的出水堰内水位结果控制进水调节阀的开启度；

2.根据权利要求1所述的上向流滤池水量负荷自动均衡结构，其特征是：每格滤池设出水堰，出水堰内设出水管，出水堰的顶端高于出水管的管顶20cm。

3.根据权利要求1所述的上向流滤池水量负荷自动均衡结构，其特征是：所述水位检测装置采用超声波水位计检测池内水位，超声波水位计伸入控制导管上端，可通过控制导管检测池内出水堰上、下的水位。

4.根据使用权利要求1所述的上向流滤池水量负荷自动均衡结构的方法，其特征是：每格滤池进水管上设调节阀门，计算上向流滤池正常水量负荷和最大水量负荷时出水堰内出水管前出水水位的变化，使该变化范围在水位检测仪表、自控系统以及进水调节阀可控制的范围内，并将最大水量负荷时出水堰内水位设定为不可超过的最大水位，以实现上向流滤池各格滤池间水量负荷的自动均衡。

Images