CN109019905B - 一种基于曝气控制的水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于曝气控制的水处理系统，至少包括生化处理单元和用于进行曝气控制的控制单元，若干个曝气器按照彼此平行间隔排布的方式内置于所述生化处理单元中，曝气器被配置为能够绕其旋转轴旋转以改变其与地面的倾斜角度的工作模式，其中，在所述倾斜角度减小的情况下，曝气器产生的若干第一尺寸的气泡按照比例增加的方式与其它第一尺寸的气泡彼此融合以形成若干第二尺寸的气泡；第一尺寸的气泡的数量和第二尺寸的气泡的数量彼此之间的比值随所述倾斜角度的增大而增大。本发明的水处理系统通过改变曝气器倾斜角度的方式以调整不同尺寸的气泡的混合比例，能够将填料保持在设定的流化运动速度的同时也为微生物生长提供充足的溶解氧。

Description

一种基于曝气控制的水处理系统

技术领域

本发明属于化工器械技术领域，尤其涉及一种基于曝气控制的水处理系统。

背景技术

移动床生物膜反应器也称悬浮填料生物反应器，应用于以生物膜法为主体工艺的废水生物处理工艺中。移动床生物膜反应器兼具生物流化床和生物接触氧化法两种工艺的优点，具有良好的脱氮除磷效果，近年来受到了越来越多的关注，目前已有将工艺已应用于工业废水和生活污水的处理中的报道。为了加强生物膜反应器的传质效率，试验设计将生物悬浮填料填装在生物膜反应器中，所采用的生物悬浮填料比重接近于水，轻微搅拌下易于随水自由运动，有效表面积大，适合微生物吸附生长，当曝气充氧时，空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来，当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞，并被分割成小气泡。在这样的过程中，填料被充分地搅拌并与水流混合，而空气流又被充分地分割成细小的气泡，增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率，使污水在较短时间内达到净化的目的。

移动床生物膜反应器中曝气阶段通入的气体至少具有两个作用：一是提高废水中的氧溶解量以供好氧微生物正常生长使用；二是提供填料的流化动能，通过气泡带动填料在反应器内部的移动。现有的移动床生物膜反应器仅配置单一的曝气头，通过曝气头散发的气泡的大小是固定的，为了使得填料能够正常的进行流化，曝气头的气孔尺寸较大以形成大气泡。大气泡在上升至填料后被分割为若干小气泡以提高废水中的含氧量，从而导致对含氧量的控制不精确，常常出现曝气过度的现象。同时，移动床生物膜反应器在使用过程中均处于加压通气状态，其往往是废水处理厂的主要耗能工艺段，进而曝气过度造成的能耗的增加。

公开号为CN205773608U的专利文献公开了一种精确曝气控制系统，该系统包括：包括控制模块、曝气管和鼓风机；曝气管与鼓风机之间设有气体流量调节阀；气体流量调节阀与鼓风机分别与控制模块相连；还包括气量计算模块、气量校正模块、气量分配模块、设置在进水管道上的进水检测仪、设置在生化池中的水质检测仪和设置在二沉池的出水管上的出水检测仪；气量计算模块、进水检测仪、水质检测仪和出水检测仪分别与控制模块相连；气量校正模块设置在气量计算模块和气量分配模块之间；气量计算模块和气量校正模块分别与鼓风机相连；气量分配模块与气体流量调节阀相连。采用本方案后，精确曝气控制系统能够在线控制生化池的曝气量，能够有效节约曝气能耗15％以上，同时节省人力及运行成本。但是其采用孔径单一的曝气管，在曝气过程中能够起到显著增加废水含氧量的效果，但是其不能针对例如是移动床生物膜反应器所需的填料流化等特殊使用场景对气泡的大小进行动态调整，不能够在提高含氧量同时动态改变填料的流化速度。

发明内容

如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。

针对现有技术之不足，本发明提供一种基于曝气控制的水处理系统，至少包括用于对废水进行生化处理的生化处理单元和用于进行曝气控制的控制单元。若干个曝气器按照彼此平行间隔排布的方式内置于所述生化处理单元中，所述曝气器被配置为能够绕其旋转轴旋转以改变其与地面的倾斜角度的工作模式，其中，在所述倾斜角度减小的情况下，曝气器产生的若干第一尺寸的气泡按照比例增加的方式与其它第一尺寸的气泡彼此融合以形成若干第二尺寸的气泡。第一尺寸的气泡的数量和第二尺寸的气泡的数量彼此之间的比值随所述倾斜角度的增大而增大。

根据一种优选实施方式，所述控制单元被配置为：预设生化处理单元的溶解氧浓度和废水流动速度。基于采集的生化处理单元的耗氧速率和实时含氧量计算所需的供氧量，基于所述供氧量计算曝气器的理论曝气量。按照调整曝气器的供气流量和所述倾斜角度的方式使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差以及废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差分别小于第一阈值和第二阈值。

根据一种优选实施方式，所述曝气器通过安装在形状由长方形板状限定的安装板上的曝气膜片进行曝气，其中，在垂直于安装板的长边方向的平面中观察，所述曝气膜片与所述安装板限定出呈半圆形的气体空腔，所述气体空腔经安装板上的通孔与用于为曝气器供气的进气接头连通。所述曝气器能够按照绕其平行于其长边方向的旋转轴自转的方式以改变所述倾斜角度，其中，所述倾斜角度是所述安装板与地面之间的夹角。

根据一种优选实施方式，在溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值的情况下，所述曝气器减小所述倾斜角度至最小值60°以生成最大比例的第二尺寸的气泡，其中，所述控制单元按照减小所述供气流量的方式使得废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值。

根据一种优选实施方式，在废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值的情况下，所述曝气器增大所述倾斜角度至最大值120°生成最大比例的第一尺寸的气泡以使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值。

根据一种优选实施方式，所述生化处理单元是移动床生物膜反应器，至少包括由反应器本体和隔板限定形成的用于进行厌氧处理的厌氧反应区、用于进行反硝化处理的缓冲反应区和用于进行好氧处理的好氧反应区，其中，若干个所述曝气器按照彼此平行间隔排布的方式设置于所述好氧反应区的底部。所述好氧反应区、所述厌氧反应区和所述缓冲反应区彼此间经第一管道连通使得废水能够按照依次进入所述厌氧反应区、所述缓冲反应区和所述好氧反应区的方式进行流动。

根据一种优选实施方式，安装板的沿其长度方向上的第一端部和第二端部的形状由圆柱形限定。所述反应器本体具有与所述第一端部和所述第二端部彼此对应的固定孔，其中，所述第一端部和所述第二端部均经设置在所述固定孔中的滚动副与所述反应器本体活动连接。所述第一端部或所述第二端部与驱动电机机械连接以实现曝气器的旋转。

根据一种优选实施方式，所述水处理系统还包括预处理单元和氧化单元，其中，所述预处理单元被配置为：废水依次经均质罐、混凝池、絮凝池、沉淀池、第一中间水池和砂滤池进行预处理以得到第一废水的工作模式，所述第一废水在进入所述氧化单元前由第二中间水池集存。所述氧化单元被配置为：所述第一废水经臭氧接触池进行氧化反应以得到第二废水的工作模式，所述第二废水在进入所述生化处理单元之前由臭氧缓冲池集存。

根据一种优选实施方式，所述生化处理单元还包括位于所述移动床生物膜反应器下游的第一保安过滤器，其中，所述第二废水依次经所述移动床生物膜反应器和所述第一保安过滤器处理以得到第三废水。所述水处理系统还包括深度处理单元，其中，所述第三废水按照依次经过超滤装置、第二保安过滤器和反渗透装置的方式得到反渗透产水。

根据一种优选实施方式，所述水处理系统还包括均与所述控制单元通信地连接的第一数据采集单元和第二数据采集单元，其中，所述第一数据采集单元至少能够基于耗氧速率测定仪和溶解氧测定仪分别采集生化处理单元的耗氧速率和实时含氧量。所述第二数据采集单元至少能够基于流速传感器采集好氧反应区中的废水流动速度。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明的曝气器能够基于固定尺寸的曝气孔形成多种不同尺寸的气泡，通过改变其倾斜角度的方式能够调整不同尺寸的气泡的混合比例，能够将填料保持在设定的流化运动速度同时也为微生物生长提供充足的溶解氧。

(2)本发明基于曝气控制实现对移动床生物膜反应器的曝气量的精确控制，能够有效避免因过度曝气导致的能耗增加。

(3)本发明的曝气器倾斜角度能够动态改变并通过微小气泡的汇集以形成尺寸更大的气泡，在废水中溶解氧浓度满足设定值但填料的流化运动速度未满足设定值的情况下，可以减小曝气器的倾斜角度使得其产生更多的尺寸更大的气泡，基于气泡通过汇集的方式聚合，此时可以降低曝气器的单位时间内的供气量以降低曝气器的能耗。

附图说明

图1是本发明优选的基于水处理系统的水处理流程示意图；

图2是本发明优选的臭氧接触池的结构示意图；

图3是本发明优选的曝气器的结构示意图；

图4是图3所示的曝气器的侧视图；

图5是配备图3或图4的曝气器的移动床生物膜反应器的结构示意图；

图6是本发明优选的曝气器与移动床生物膜反应器活动连接的结构示意图；

图7是本发明优选的曝气器平行阵列排列的工作形态示意图；和

图8本发明优选的水处理系统中各电子模块的连接关系示意图。

附图标记列表

1：预处理单元 2：氧化单元 3：生化处理单元

4：深度处理单元 5：加药单元 6：曝气器

7：控制单元 8：第一数据采集单元 9：第二数据采集单元

101：均质罐 102：混凝池 103：絮凝池

104：沉淀池 105：砂滤池 106：第一中间水池

107：第二中间水池 201：空压机 202：臭氧发生器

203：尾气破坏器 204：臭氧接触池 205：臭氧缓冲池

206：制氧机 207：冷干机 208：吸干机

209：储气罐 210：第一过滤器 211：第二过滤器

212：第三过滤器 301：移动床生物膜反应器 302：第一保安过滤器

401：超滤装置 402：第二保安过滤器 403：反渗透装置

601：曝气膜片 602：安装板 603：进气接头

604：气体空腔 605：第一端部 606：第二端部

701：隔板 702：厌氧反应区 703：好氧反应区

704：反应器本体 705：第一管道 706：进水管

707：排水管 708：填料 709：搅动器

710：固定孔 711：滚动副 712：密封圈

713：驱动电机 714：缓冲反应区 715：第二管道

801：耗氧速率测定仪 802：氧转移效率测定仪

803：溶解氧测定仪 901：流速传感器

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

图1示出了基于水处理系统的水处理流程示意图。如图1所示，水处理系统至少包括预处理单元1、氧化单元2、生化处理单元3、深度处理单元4和加药单元5。预处理单元通过物理化学反应降低进水的硬度、COD、胶体含量和浊度以提高氧化单元的效率和运行稳定性。氧化单元采用臭氧氧化工艺在保证在保证色度去除率的基础上，进一步降解COD和提高进水可生化性。生化处理单元采用曝气生物滤池工艺和移动床生物膜反应器以进一步降解COD，保证深度处理单元的进水稳定性。深度处理单元用于基于膜过滤方法将进水中的盐进行脱除。加药单元用于为预处理单元和深度处理单元施加所需的处理药剂。

优选的，水处理系统的进水可以是市政中水、工业含盐废水、生活污水等。进水按照依次经过预处理单元、氧化单元、生化处理单元和深度处理单元的方式在水处理系统中完成处理。

优选的，再次参见图1，预处理单元1至少包括均质罐101、混凝池102、絮凝池103、沉淀池104、砂滤池105、第一中间水池106和第二中间水池107，其中，废水在均质罐101、混凝池102、絮凝池103沉淀池104、砂滤池105、第一中间水池106和第二中间水池107之间的转移流动可以通过若干个提升泵提供转移驱动力。均质罐101用于提高废水中分散物质的分不均匀性，其可以通过例如是搅拌或超声波震动等方式使得废水在均质罐中产生相对运动以形成混合搅拌效果。优选的，在均质罐中可以加入例如是氢氧化钠或碳酸钠对废水进行软化预处理。混凝池102用于对废水进行混凝处理，具体的，可以通过加入例如是混凝剂并结合充分的搅拌使得混凝剂与废水进行充分混合后形成大量的絮凝团。絮凝池103用于对废水进行絮凝处理，具体的，可以通过加入例如是絮凝剂使得经混凝池处理后的废水中的大量絮凝团生成大而密实的矾花。沉淀池104用于对废水进行静置沉淀处理以使得废水中的大颗粒物质下沉至池底，进而经统一收集后形成污泥从原废水中排出以达到净化水质的目的。砂滤池105能够将废水中的悬浮物、胶体等杂质进行初步过滤以提高废水的洁净度，使得废水不易污染后续工段中的膜元件以造成膜结垢或堵塞。第一中间水池106用于暂存经沉淀池静置处理后的废水。第二中间水池107用于暂存经砂滤池过滤的废水。加药单元5用于为预处理单元提供所需的药剂，加药单元通过加药管道分别与混凝池和絮凝池连通。在加药管道中可以设置加药量控制阀以控制所需药剂的添加量。

优选的，氧化单元2可以有效地解决废水原水的色度大且可生化性差的问题，其至少包括空压机201、臭氧发生器202、尾气破坏器203、臭氧接触池204、臭氧缓冲池205、制氧机206、冷干机207和吸干机208。臭氧可以采用例如是电解法、核辐射法、紫外线法、等离子体及电晕放电法中的一种进行制备。例如，空气通过空压机依次进入冷干机和吸干机进行干燥处理后传输进入制氧机中以制备氧气。制备的氧气可以经粉尘过滤和减压稳压后被传输进入臭氧发生器202中，在中频高压放电的条件下转化为臭氧。产生的臭氧可以经温度、压力和流量监测调节后由臭氧发生器的排气口进入臭氧接触池204中。臭氧接触池的底部可以通过安装曝气盘的方式施加臭氧。臭氧接触池采用密闭的方式设置以防止臭氧泄露，其中，臭氧接触池可以包括进水口、排水口、进气口和排气口，经预处理单元处理的废水可以通过进水口进入臭氧接触池，臭氧通过进气口进入臭氧接触池，尾气破坏器与排气口连接以接收剩余的臭氧。尾气破坏器采用加热催化的方式促进臭氧分解以使得分解后的气体中臭氧的浓度小于0.1ppm。臭氧缓冲池与排水口连接，经臭氧氧化处理的废水经臭氧接触池的排水口进入臭氧缓冲池中进行暂存。

优选的，生化处理单元用于基于微生物对废水中的有机物进行进一步的降解。生化处理单元至少包括移动床生物膜反应器301和位于其下游并与其连通的第一保安过滤器302。暂存至臭氧缓冲池205中的废水通过管道输送至移动床生物膜反应器301进行生化处理后再次传输至第一保安过滤器中进行过滤。

优选的，深度处理单元用于对经第一保安过滤器处理后的废水进行脱盐处理。深度处理单元至少包括超滤膜装置401、第二保安过滤器402和反渗透装置403，其中，超滤膜装置经第二保安过滤器与反渗透装置连接。超滤膜装置可以采用例如是GTN-55-FR超滤膜组件，基于超滤膜组件实现对废水的过滤。优选的，超滤膜装置的膜柱可以采用内压式，水由内向外正压流动方式，原水从位于膜柱上部的进水口进入膜柱，原水在膜丝内侧通过压力的作用，透过膜丝过滤膜进入膜丝外侧，透过的清水从膜柱底端的净水出口汇集，进入收集管后集中进入超滤水箱。剩余未透过超滤膜的浓水在膜的下游被回流收集，通过膜柱底部循环泵回收至进水口。经超滤膜装置处理后的废水经第二保安过滤器进行再次过滤后输送至反渗透装置中进行反渗透处理。

为了便于理解，以市政污水为例，将水处理系统的水处理流程进行详细论述。

市政污水首先通过提升泵经管道输送至均质罐中，其可以通过例如是搅拌或超声波震动等方式使得废水在均质罐中产生相对运动以形成混合搅拌效果，在均质罐中可以通过加药单元施加例如是石灰、氢氧化钠或碳酸钠的软化剂对市政污水进行软化处理。经均质罐处理后的第一污水进入混凝池中进行混凝处理，混凝池通过加药单元施加混凝剂的方式实现对第一污水的混凝处理。经混凝池处理后的第二污水传输至絮凝池中，在加药单元施加例如是聚苯烯酰胺或PAM的条件下实现其絮凝处理。经絮凝池处理得到的第三废水传输至沉淀池中进行静置处理，其中，上清液通过管道输送至砂滤池中进行过滤处理，底部的污泥通过管道外排至例如是烘干设备进行烘干制成泥饼。上清液经过砂滤池过滤后得到发洗水液，其中部分的反洗水液回流至砂滤池中进行发冲洗处理，剩余的反洗水液经管道输送至臭氧接触池中进行氧化处理。

参见图1和图2，氧化处理所需的臭氧通过臭氧发生器进行制备。具体的，空压机可以将空气以一定的压力送入储气罐中进行暂存，储气罐209经管道依次与冷干机和吸干机连通，其中，储气罐与冷干机相连的管道上设置有用于除油雾和粉尘颗粒的第一过滤器210以将粒径为1μm的粉尘颗粒滤除并保持油雾的含量小于0.1mg/m³。经过滤器处理后的空气通过管道依次经冷干机和吸干机进行出干燥处理，其中，经干燥处理的空气再次经第二过滤器211以将粒径为0.01μm的粉尘颗粒滤除并保持油雾的含量在0.01～0.001mg/m³。经第二过滤器处理后的空气进入制氧机中进行处理以得到氧气。氧气经管道传输至第三过滤器212中将粒径为1μm的颗粒粉尘滤除后传输进入臭氧发生器中进行处理以得到臭氧。得到的臭氧通过流量控制阀进入臭氧接触池中与反洗水液进行氧化反应。过剩的臭氧通过臭氧接触池顶部的排气口收集后输送至尾气破坏器中进行分解处理后再排至大气环境中。

反洗水液经氧化处理单元处理后经管道传输至臭氧缓冲池中进行静置处理以得到第一处理液。第一处理液经管道传输至移动床生物膜反应器中进行降解处理以得到第二处理液。第二处理液经第一保安过滤器进行过滤处理后传输至超滤装置中再次进行过滤处理以得到第三处理液。第三处理液经过第一保安过滤器的处理后经管道传输至反渗透装置进行反渗透处理，其中，在反渗透装置的浓缩侧得到反渗透浓溶液，在反渗透装置的过滤侧得到反渗透产水。部分反渗透浓溶液通过管道回流与第三处理液混合后再次经第一保安过滤器过滤后进入反渗透装置，剩余反渗透浓溶液通过管道排出水处理系统以进行例如是电渗析或蒸发结晶处理。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

如图3和图4所示，本发明还提供一种用于移动床生物膜反应器中的曝气器。曝气器6至少由曝气膜片601、安装板602和进气接头603，其中，安装板603的形状由长方形的板状限定。安装板的第一安装面上设置有至少一个进气接口。曝气膜片的形状由呈一定弧度的圆弧形曲面限定使得曝气膜片固定在安装板上后能够在两者之间形成气体空腔604。优选的，曝气膜片的形状可以由半圆弧限定。进气接头固定在安装板上的位置处设置有通孔使得进气接头与气体空腔呈连通状态。参见图4，在垂直于安装板长边方向的平面中观察，曝气膜片与安装板限定的形状由类似于凸透镜的形状限定。曝气膜片的材质可以由常见的硅胶、聚氨酯橡胶、乙烯丙烯合成橡胶等限定。曝气膜片上设置有若干个用于排气的通孔，通孔具有自动启闭的功能。具体的，曝气膜片的通孔能够基于气体空腔中的压力而开启使得曝气器进入曝气工作状态，在气体空腔中的压力低于通孔的开启压力的条件下，通孔自动关闭以防止废水进入气体空腔中。

优选的，曝气器的规格能够通过通孔的直径和压降进行限定。具体的，通孔的直径为0.1mm～2mm，压降为1kPa～20kPa。在曝气器的曝气工作条件下，曝气器至少能够产生直径为1mm的微小气泡。

实施例3

本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本发明还提供一种曝气器的集成使用方法。如图5所示，移动床生物膜反应器被配置为厌氧反应区和好氧反应区并排设置的工作模式，经上游处理后的废水首先经其进水口进入厌氧反应区，厌氧反应区与好氧反应区通过管道连通使得经厌氧处理的废水能够第一时间进入好氧反应区进行反应，经好氧反应区处理后的废水经排水口排出移动床生物膜反应器。具体的，移动床生物膜反应器至少包括经隔板701分割为厌氧反应区702和好氧反应区703的反应器本体704，其中，厌氧反应区和好氧反应区通过第一管道705连通。在厌氧反应区对应的反应器本体上设置进水管706，在好氧反应区对应的反应器本体上设置有排水管707，经上游设备处理后的废水经进水管首先进入厌氧反应区进行处理后，通过第一管道导入好氧反应区处理后经排水管排出移动床生物膜反应器。在厌氧反应区和好氧反应区均填充有填料708，其中，在厌氧反应区设置有用于通过机械搅动方式使填料运动的搅动器709，在好氧反应区设置有用于通过曝气方式使填料运动的同时一并增加废水中的含氧量的曝气器6。搅动器可以是基于电机驱动的搅动叶片，基于叶片的旋转实现对废水的搅动以提供填料流化所需的动能。

参见图5和图7，若干个曝气器6按照彼此平行间隔排布的方式设置在好氧反应区的底部，曝气器的进气接头可以按照均连接至一根通气母管上的方式通过通气母管统一进行通气，通气母管可以穿过反应器本体后连接至例如是空气压缩机的供气设备以实现对曝气器的供气。曝气器按照与好氧反应区底部呈倾斜角度α的方式进行设置。具体的，参见图6，曝气器的沿其长度方向上的第一端部605和第二端部606呈圆柱状，反应器本体上按照相对的方式设置有若干个固定孔710。第一端部和第二端部按照插入固定孔的方式与反应器本体固定，其中，固定孔中设置有例如是滚动轴承的滚动副711以实现曝气器与反应器本体之间的相对转动。固定孔中还设置后密封圈712以防止反应器本体中的废水泄露，第一端部和第二端部其中的一个上设置有驱动电机713以驱动曝气器进行旋转。

优选的，在厌氧反应区对应的反应器本体上还设置用于释放废水经厌氧反应得到的例如是沼气的气体。

优选的，倾斜角度α的范围为60°～120°以使得曝气器的曝气膜片在任意时刻均不与好氧反应区底部平行。例如，在图5中示出了曝气器向上倾斜使得α处于90°～120°的钝角条件下的工作形态。在如图4所示的视角情况下，在安装板的宽度方向上，曝气膜片的弧形曲面均以不同高度的方式释放设定尺寸的气泡，距离好氧反应区底部更近的曝气膜片处的通孔释放出的气泡倾向于与其它气泡聚集在一起形成更大的气泡。气泡最初的释放位置距离好氧反应区底部越高则越倾向于保持原有的尺寸形态，曝气膜片的弧形曲面使得释放位置较低的气泡倾向于沿着弧形表面移动，从而增大了其与其它气泡相遇而结合为更大尺寸的气泡的可能性。

优选的，曝气器至少具有两种工作形态，第一工作形态为曝气器向上倾斜使得α为钝角，此时，气泡更倾向于保持原有的尺寸形态，当曝气膜片设置为微孔形态时，由曝气器产生的气泡大部分为微小气泡，从而能够有效的满足提升废水含氧量的目的。第二工作形态为曝气器向下倾斜使得α为锐角，此时，气泡更倾向于相互碰撞结合而形成尺寸更大的气泡，从而能够有效的满足填料的流化动能所需，使得废水和填料均处于较为强烈的湍流运动状态。优选的，通过改变曝气器的倾斜角度α能够动态的调节由其产生的微小气泡和较大尺寸气泡的混合比例。曝气器通过释放混合型气泡，其中，微小气泡由于上升速度慢且与废水接触的面积比大使得其能够有效提高废水含氧量，较大尺寸气泡上升速度快，对填料的冲击较大能够使得废水处于更为激烈的流动环境中。通过调整曝气器的倾斜角度能够使移动床生物膜反应器时刻处于最佳的流化环境和曝气状态中。

优选的，基于第一通气量且第一倾角α₁的情况下，气泡经曝气膜片后能以第一平均速度V₁上升，基于第二通气量且第二倾角α₂的情况下，气泡经曝气膜片后能以第二平均速度V₂上升。其中，在特定条件下，能够使得气泡基于较小的通气量的条件下以更大的速度上升，从而能够有效的降低曝气器的能耗。例如，第一通气量小于第二通气量，第一倾角α₁小于第二倾角α₂，此时，第一倾角可以是例如是60°的锐角，气泡产生后大部分沿曝气膜片的弧形表面移动进行汇集而形成尺寸更大的气泡，从而相比于例如是100°的第二倾角而言，其产生更多的尺寸更大的气泡，从而获得更大的平均上升速度。

优选的，在好氧反应区和厌氧反应区之间通过两个隔板形成至少一个用于进行反硝化的缓冲反应区714，经厌氧反应区处理后的废水首先进入缓冲反应区中以进行反硝化处理消除其中的氮离子以减小好氧反应区中填料的TOC负载。例如，缓冲反应区可以是固定床生物反应器，可以将废水中的硝酸盐进行还原以生成氮气的形式将废水中的氮离子去除。好氧反应区通过第二管道与缓冲反应区连通以实现部分处理液的再回流。

为了便于理解，将移动床生物膜反应器的工作原理进行详细论述。

依次经预处理单元1和氧化单元2处理后的废水经进水管706进入厌氧反应区702进行厌氧反应，此时，搅动器709按照设定的旋转速度旋转以使得其中的填料进行流化运动。废水在厌氧反应区进行厌氧反应会产生例如是沼气的气体，此时，第二数据采集单元还可以包括用于监测厌氧反应区压力的压力传感器，当压力传感器监测的压力大于某一阈值的情况下开启位于厌氧反应区右上端的排气口以进行排气泄压，排出的气体可以通过特定的收集容器进行集存。

在厌氧反应区处理完成的废水经第一管道进入缓冲反应区中进行反硝化处理后再次与好氧反应区连接的第一管道705进入好氧反应区703。废水进入好氧反应区后，曝气器根据设定的例如是废水设定含氧量、填料的设定流化速度和设定的曝气量自动调整其倾斜角度以进行曝气工作。经曝气处理后沉降至池底的污泥经第二管道回流至缓冲反应区再次进行反硝化反应，经好氧反应区处理后的废水经排水管707排出移动床生物膜反应器以进入下游处理设备。

实施例4

本实施例是对前述实施例的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本发明的水处理系统至少还包括控制单元7、第一数据采集单元8和第二数据采集单元9，其中，第一数据采集单元8用于采集控制单元7调节控制参数的第一数据，第二数据采集单元9用于采集废水的与其化学性质或物理性质相关的第二数据，控制单元7根据第一数据和第二数据至少生成改变曝气器倾斜角度和曝气器通气量的参数调整信号。

优选的，如图8所示，搅动器709、驱动电机713、加药单元5、第一数据采集单元8和第二数据采集单元均与控制单元7通信地连接。通过控制单元可以控制加药单元的加药时间、加药量或加药种类。通过控制单元能够控制搅动器和驱动电机的启停。优选的，控制单元能够控制驱动电机的启动时间、正向旋转或反向旋转以实现曝气器的倾斜角度的调整。

优选的，第一数据采集单元8至少包括耗氧速率测定仪801、氧转移效率测定仪802和溶解氧测定仪803。第二数据采集单元9至少包括流速传感器901。耗氧速率测定仪用于测定移动床生物膜反应器的好氧反应区的耗氧速率V_a，氧转移效率测定仪用于测量曝气器的氧转移效率P，其中，耗氧速率V_a是指微生物利用有机物进行呼吸作用时所消耗氧气的速度，是表征微生物活性的重要指标，代表了实际需氧量。氧转移效率P是指通过曝气器转移到废水中的氧量占总供氧量的比，代表了曝气器的充氧性能溶解氧测定仪用于测定好氧反应区中废水中的实时含氧量C_实际值。流速传感器901用于采集好氧反应区中废水的流动速度V_b。

为了便于理解，将控制单元、第一数据采集单元和第二数据采集单元的工作原理进行详细论述。

S1：基于控制单元设定好氧反应区的预期的溶解氧浓度C_期望值和预期的废水流动速度V_期望值。当曝气器工作使得整个移动床生物膜反应器在预期的溶解氧浓度DO和预期的废水流动速度V_期望值的条件下运转时，曝气器的耗能最小。

S2：基于第一数据采集单元采集的耗氧速率V_a和实时含氧量C_实际值计算好氧反应区所需的供氧量，其中，供氧量可以通过如下公式计算得到：

其中，V_反应区是好氧反应区的体积，C_期望值是废水所需溶解氧的期望值，t是耗氧速率测定仪进行数据采集的时间周期。

S3：根据供养量计算曝气器的理论曝气量Q_理论，其中，理论曝气量Q_理论可以通过如下公式计算得到：

其中，β是曝气器在标准状态下的氧利用率，k和θ是设定值，C_饱和是20℃下的废水的饱和溶解氧浓度值，其中，k＝0.75，θ＝0.888。

S4：通过调整曝气器的流量和倾斜角度以使得C_实际值与C_期望值、V_期望值与V_实际值之间的差值同时小于其各自对应的第一阈值和第二阈值，其中，第一阈值和第二阈值的理想值均为0，此时的曝气器处于理想工作状态，其产生的大气泡和小气泡比例既能满足氧浓度需求也能满足填料流化所需的速度需求，同时配合较小的通气量能够有效地降低曝气器的能耗。第一阈值和第二阈值越小表示其越接近理想的工作状态，第一阈值和第二阈值可以在实际使用过程中根据所需达到的节能等级或浓度差等级进行灵活调整。第一阈值和第二阈值的初始默认值均可以设定为0.1。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于曝气控制的水处理系统，至少包括用于对废水进行生化处理的生化处理单元（3）和用于进行曝气控制的控制单元（7），其特征在于，若干个曝气器（6）按照彼此平行间隔排布的方式内置于所述生化处理单元（3）中，所述曝气器（6）被配置为能够绕其旋转轴旋转以改变其与地面的倾斜角度α的工作模式，其中，

在所述倾斜角度α减小的情况下，曝气器产生的若干第一尺寸的气泡按照比例增加的方式与其它第一尺寸的气泡彼此融合以形成若干第二尺寸的气泡；

第一尺寸的气泡的数量和第二尺寸的气泡的数量彼此之间的比值随所述倾斜角度α的增大而增大；所述控制单元（7）被配置为：

预设生化处理单元（3）的溶解氧浓度和废水流动速度；

基于采集的生化处理单元（3）的耗氧速率和实时含氧量计算所需的供氧量，基于所述供氧量计算曝气器（6）的理论曝气量；

按照调整曝气器（6）的供气流量和所述倾斜角度α的方式使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差以及废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差分别小于第一阈值和第二阈值；所述曝气器（6）通过安装在形状由长方形限定的安装板（602）上的曝气膜片（601）进行曝气，其中，

在垂直于安装板（602）的长边方向的平面中观察，所述曝气膜片（601）与所述安装板（602）限定出呈半圆形的气体空腔（604），所述气体空腔经安装板上的通孔与用于为曝气器供气的进气接头（603）连通；

所述曝气器（6）能够按照绕其平行于其长边方向的旋转轴自转的方式以改变所述倾斜角度α，其中，所述倾斜角度α是所述安装板（602）与地面之间的夹角；

曝气膜片的通孔能够基于气体空腔中的压力而开启使得曝气器进入曝气工作状态，在气体空腔中的压力低于通孔的开启压力的条件下，通孔自动关闭以防止废水进入气体空腔中；在溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值的情况下，所述曝气器（6）减小所述倾斜角度α至最小值60°以生成最大比例的第二尺寸的气泡，其中，

所述控制单元（7）按照减小所述供气流量的方式使得废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值；在废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值的情况下，所述曝气器增大所述倾斜角度α至最大值120°生成最大比例的第一尺寸的气泡以使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值；所述生化处理单元（3）是移动床生物膜反应器（301），至少包括由反应器本体（704）和隔板（701）限定形成的用于进行厌氧处理的厌氧反应区（702）、用于进行反硝化处理的缓冲反应区（714）和用于进行好氧处理的好氧反应区（703），其中，若干个所述曝气器（6）按照彼此平行间隔排布的方式设置于所述好氧反应区（703）的底部；

所述好氧反应区（703）、所述厌氧反应区（702）和所述缓冲反应区（714）彼此间经第一管道（705）连通使得废水能够按照依次进入所述厌氧反应区（702）、所述缓冲反应区（714）和所述好氧反应区（703）的方式进行流动。

2.如权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，安装板（602）的沿其长度方向上的第一端部（605）和第二端部（606）的形状由圆柱形限定，所述反应器本体（704）具有与所述第一端部（605）和所述第二端部（606）彼此对应的固定孔（710），其中，

所述第一端部（605）和所述第二端部（606）均经设置在所述固定孔（710）中的滚动副（711）与所述反应器本体（704）活动连接；

所述第一端部（605）或所述第二端部（606）与驱动电机（713）机械连接以实现曝气器（6）的旋转。

3.如权利要求2所述的水处理系统，其特征在于，所述水处理系统还包括预处理单元（1）和氧化单元（2）和生化处理单元（3），其中，

所述预处理单元（1）被配置为：废水依次经均质罐（101）、混凝池（102）、絮凝池（103）、沉淀池（104）、第一中间水池（106）和砂滤池（105）进行预处理以得到第一废水的工作模式，所述第一废水在进入所述氧化单元（2）前由第二中间水池（107）集存；

所述氧化单元（2）被配置为：所述第一废水经臭氧接触池（204）进行氧化反应以得到第二废水的工作模式，所述第二废水在进入所述生化处理单元（3）之前由臭氧缓冲池（205）集存。

4.如权利要求3所述的水处理系统，其特征在于，所述生化处理单元（3）还包括位于所述移动床生物膜反应器（301）下游的第一保安过滤器（302），其中，所述第二废水依次经所述移动床生物膜反应器（301）和所述第一保安过滤器（302）处理以得到第三废水；

所述水处理系统还包括深度处理单元（4），其中，所述第三废水按照依次经过超滤装置（401）、第二保安过滤器（402）和反渗透装置（403）的方式得到反渗透产水。

5.如权利要求4所述的水处理系统，其特征在于，所述水处理系统还包括均与所述控制单元（7）通信地连接的第一数据采集单元（8）和第二数据采集单元（9），其中，

所述第一数据采集单元（8）至少能够基于耗氧速率测定仪（801）和溶解氧测定仪（803）分别采集生化处理单元（3）的耗氧速率和实时含氧量；所述第二数据采集单元（9）至少能够基于流速传感器（901）采集好氧反应区（703）中的废水流动速度。

Images