CN111320272A - 一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置及其运行方法，所述装置包括调节池、反硝化生物滤池和清水池，还设有加药装置、温度传感器、液位传感器、压力变送器、流量计、浊度仪、反冲洗水泵、反冲洗气泵、过程控制器、计算机，采用本发明能实时监控滤池运行情况，确保滤池时刻处于最佳的运行状态，最大限度利用滤池的处理能力；能精确控制反冲洗的时机及反洗各阶段的时间，达到反冲洗效果的同时有效降低了生物滤池的反洗能耗及反冲洗后的恢复时间。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体为一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置及其运行方法。
背景技术
目前国内各地水体富营养化现象严重，各城镇污水处理厂迫切的需要技术升级、提标改造，以改善其出水水质，降低氮、磷等的含量。反硝化生物滤池具有工艺简单，挂膜容易，启动快，处理效率高，产污泥量少，无污泥膨胀，出水水质好，耐冲击负荷，同时占地面积小，投资费用低，运行能耗低，维护管理方便等特点。但其在运行过程中，进水中所含的生物絮体、悬浮固体以及滤料上所附着的微生物膜的过度生长都可能会引起滤料层的堵塞，导致滤池水损增大，滤速明显降低，处理效果变差，出水水质恶化。因此，需要对滤池进行反冲洗以恢复其正常的净水功能。
反冲洗是控制生物膜厚度，防止滤池堵塞的主要措施。反洗周期、反洗时间及反洗强度作为生物滤池的重要运行参数，对于反硝化生物滤池的工程应用具有重要意义。目前，实际应用中关于反冲洗过程的控制大多基于经验，缺乏科学的依据和策略，因此难以保证反冲洗后，在最快时间内恢复滤池的反硝化和过滤功能。反洗周期过长，滤池形成堵塞，影响反应器的处理效果；反洗过于频繁，反硝化生物滤池的处理能力得不到完全的利用，同时增加了运行的能耗；反洗强度过大、时间过长则会造成生物膜的大量脱落，影响滤池的处理效果，造成出水水质超标；反洗强度不够、时间不足，则会造成滤池内截留的悬浮固体及老化生物膜未完全冲刷干净，池内压力下降不明显，处理能力恢复较少，并很快需要再次反洗。所以，选择合适的反洗周期、反洗时间及反洗强度对保证反硝化生物滤池高效运行显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置及其运行方法，能实时监控滤池运行情况，最大限度利用滤池的处理能力；能精确控制反冲洗的时机及反洗各阶段的时间，达到反冲洗效果的同时有效降低了生物滤池的反洗能耗及反冲洗后的恢复时间。
本发明的技术方案是：
一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，包括调节池、反硝化生物滤池、清水池、加药装置、温度传感器、进水泵、反冲洗气泵、反冲洗水泵、反冲洗出水口、正常出水口、液位传感器、浊度仪、压力变送器、流量计、过程控制器、计算机；所述加药装置的加药管伸入调节池内；所述进水泵与所述调节池和所述反硝化生物滤池通过管道连接；所述的反硝化生物滤池为柱状结构，反硝化生物滤池内部从下而上依次包括长柄滤头、承托层和滤料层；所述反冲洗水泵与所述反硝化生物滤池和所述清水池通过管道连接；所述温度传感器置于调节池中，并通过电极电缆线与过程控制器相连接；所述液位传感器置于反硝化生物滤池中，并通过电极电缆线与过程控制器相连接；所述浊度仪置于反硝化生物滤池中，并通过电极电缆线与过程控制器相连接；所述压力变送器置于反硝化生物滤池中，并通过电极电缆线与过程控制器相连接；所述流量计通过管道分别与正常出水口、清水池相连接，并通过电极电缆线与过程控制器相连接；所述过程控制器与计算机通过信号线进行信号连接，所述过程控制器设有进水泵继电器、反冲洗水泵继电器、反冲洗气泵继电器，所述进水泵继电器、反冲洗水泵继电器、反冲洗气泵继电器依次分别与所述进水泵、反冲洗水泵、反冲洗气泵相连接；所述正常出水口位于滤料层上方150cm处，并通过管道与流量计相连接；所述反冲洗出水口位于滤料层上方180cm处，反冲洗出水回流至高效沉淀池。
进一步地，所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述滤料层可为生物陶粒滤料层，所述承托层可为鹅卵石承托层。
进一步地，所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述温度传感器置于调节池中，位于调节池液面以下50cm处。
进一步地，所述液位传感器置于反硝化生物滤池中，位于滤料层上方220cm 处。
进一步地，所述浊度仪置于反硝化生物滤池中，位于滤料层上方130cm处。
进一步地，所述压力变送器置于反硝化生物滤池中，位于滤板以下10cm处。
进一步地，所述计算机装有相应的数据处理控制软件。
进一步地，所述的反冲洗水泵为可变频水泵并配有变频器，所述的反冲洗气泵为可变频气泵并配有变频器。
更进一步地，所述数据处理控制软件包括参数设置菜单，数据处理及反馈菜单，装置工作状态菜单；所述数据处理控制软件可控制滤池的反洗周期及反洗各阶段的时间，所述参数设置菜单可设置反洗压力参数、开始反洗浊度参数、停止反洗浊度参数、降水位高度等参数；所述数据处理反馈菜单可分析反馈出滤池的反洗周期及反洗各阶段的时间；所述装置工作状态菜单可选择“手动”或“自动”运行模式，可选择“开始反洗”与“停止反洗”，可显示反硝化生物滤池的实时状态及正常运行和反冲洗的实时监测数据。
一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置的运行方法包括以下步骤：
1)、向调节池中加入废水，打开加药装置，通过加药装置向调节池中加入适宜的药剂，使得废水满足反硝化生物滤池进水需求；污水流经滤料层，大部分悬浮物质被滤料层截留，污水中一部分营养物质用于微生物自身的生长繁殖，进而滤料层中的生物膜生物量得到增加；
2)、进入数据处理控制软件，进行参数设置，设置反洗压力，开始反洗浊度，停止反洗浊度，降水位液位；选择运行模式，若选择“手动”模式，则人工控制反冲洗，点击“开始”按钮，则自动进入步骤4)；若选择“自动”模式，则软件开始接收温度、浊度、流量、压力数据，开始数据处理，得到反洗周期，反洗周期每半小时更新一次；
3)、控制软件记录运行时间、实时压力值及实时出水浊度，同时计算机进行逻辑判断，当出现以下三种情况之一时，计算机发出控制信号，过程控制器通过控制相应的继电器，停止进水，进行反冲洗；所述三种情况为：
①实时压力值达到设定的反洗压力值，此时运行时间还未达到反洗周期，此时出水浊度还未达到设定的反洗浊度；
②实时出水浊度达到设定的反洗浊度，此时运行时间还未达到反洗周期，此时实时压力值还未达到设定的反洗压力值；
③运行时间达到反洗周期，此时实时压力还未达到设置值，此时出水浊度还未达到设定的反洗浊度；
4)、反洗开始，过程控制器先开启降水位阀门进行降水位，达到预设水位时停止降水位，启动反冲洗气泵，开始气洗，反冲洗气泵的工作频率由控制软件根据反洗前的各实时数据拟合得到，气洗时间由控制软件根据反洗前的各实时数据拟合得到，气洗时间达到后，开启反冲洗水泵，进行气水联合反冲洗，反冲洗水泵的工作频率由控制软件根据反洗前的各实时数据拟合得到，气水联合反冲洗时间由控制软件根据反洗前的各实时数据拟合得到，气水联合反冲洗时间达到后，关闭反冲洗气泵，进行水漂洗，水漂洗时间由控制软件根据实时出水浊度进行判断，当实时出水浊度达到预设的停止反洗浊度后，关闭反冲洗水泵，完成反冲洗，计算机发出控制信号，重新进入步骤1)。
更进一步地步骤4)中任何一个过程出现故障，控制软件将发出故障报警，停止反洗，并恢复到正常运行模式。
本发明具的有益效果是：
1)本发明所用传感器技术成熟，操作简便，检测数据稳定可靠，并且使用年限久，耐腐蚀，不会对整个系统产生任何干扰与影响。
(2)本发明所用控制软件，计算分析数据效率高，计算分析结果可靠，同时界面布局简洁明了，操作方便。
(3)本发明所用装置可24小时不间断的监控整个系统工作状态，第一时间发现系统的异常并立即进行反洗，使系统能最快的恢复正常运行。
(4)本发明所选控制参数全面，包括系统流量、水温、压力、出水浊度及运行时间。多个参数的分析拟合及逻辑判断能更准确的控制系统的运行及反洗，可以最大限度利用系统的处理能力，科学的进行反洗，节约能耗，并且反洗完成后滤池可尽快的恢复处理能力。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
其中，1、加药装置；2、调节池；3、温度传感器；4、过程控制器；5、进水泵；6、反冲洗气泵；7、反洗出水口；8、反硝化生物滤池；9、滤料层；10、承托层；11、长柄滤头；12、液位传感器；13、正常出水口；14、压力变送器； 15、流量计；16、反冲洗水泵；17、清水池；18、计算机；19、浊度仪。
图2是本发明的正常运行过程逻辑控制示意图。
图3是本发明的反冲洗过程逻辑控制示意图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置包括调节池2、反硝化生物滤池9、清水池19、加药装置1、温度传感器3、进水泵5、反冲洗气泵6、反冲洗水泵18、反冲洗出水口7、正常出水口8、液位传感器14、浊度仪15、压力变送器17、流量计16、过程控制器4、计算机20；所述加药装置1的加药管伸入调节池2内；所述进水泵5与所述调节池2和所述反硝化生物滤池9通过管道连接；所述的反硝化生物滤池9为柱状结构，反硝化生物滤池9内部从下而上依次包括长柄滤头13、滤板12、承托层11和滤料层10；滤料层 10滤料采用4～6mm的生物陶粒滤料，承托层11采用鹅卵石承托层；所述反冲洗水泵18与所述反硝化生物滤池9和所述清水池19通过管道连接；所述温度传感器3置于调节池2中，位于调节池2液面以下50cm处，并通过电极电缆线与过程控制器4相连接；所述液位传感器14置于反硝化生物滤池9中，位于滤料层10上方220cm处，并通过电极电缆线与过程控制器4相连接；所述浊度仪15 置于反硝化生物滤池9中，位于滤料层10上方130cm处，并通过电极电缆线与过程控制器4相连接；所述压力变送器17置于反硝化生物滤池9中，位于滤板 12以下10cm处，并通过电极电缆线与过程控制器4相连接；所述流量计16通过管道分别与正常出水口8、清水池19相连接，并通过电极电缆线与过程控制器4相连接；所述过程控制器4与计算机20通过信号线进行信号连接，所述过程控制器4设有进水泵继电器、反冲洗水泵继电器、反冲洗气泵继电器，所述进水泵继电器、反冲洗水泵继电器、反冲洗气泵继电器依次分别与所述进水泵5、反冲洗水泵18、反冲洗气泵6相连接；所述正常出水口8位于位于滤料层10上方150cm处，并通过管道与流量计16相连接；所述反冲洗出水口7位于位于滤料层10上方180cm处，反冲洗出水回流至高效沉淀池。
如图2，一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置的运行方法，包括以下步骤：
1)、向调节池2中加入实验室配制的模拟生化二级出水，打开加药装置1，通过加药装置1向调节池2中加入乙酸钠溶液，使得进水中的碳氮比(COD/N) 等于4～5；污水流经滤料层10，进水中一部分营养物质被微生物利用转化为二氧化碳和氮气排出，一部分用于微生物自身的生长繁殖，进而滤料层10中的生物膜生物量得到增加；
2)、将温度传感器3、液位传感器14、压力变送器17、流量计16、浊度仪 15通过电极电缆线与过程控制器4相连接，过程控制器4通过信号线与计算器 18进行连接，打开计算机20的控制软件，进行参数设置，压力设置为0.065MPa，降水位液位设置为4.5m，开始反洗浊度设置为30NTU，停止反洗浊度设置为 3NTU；选择“自动”运行模式，进行检测，温度传感器3、液位传感器14、压力变送器17、流量计16、浊度仪15通过过程控制器4向计算机20传输实时数据，计算机开始进行分析计算，反馈出反洗周期，之后每隔半小时更新一次反洗周期；
3)、控制软件记录运行时间、实时压力值及实时浊度值，同时计算机进行逻辑判断。反硝化生物滤池运行前4天为间歇进水自然挂膜，水中微生物利用进水中营养物质开始生长繁殖并附着在陶粒滤料表面，压力逐步上升。此时系统检测到进水流量较小，水温20℃，拟合得到反洗周期并判断运行时间未到达反洗周期，压力也未达到设定值，逻辑判断保持正常运行。反硝化生物滤池9运行第 5～8天，滤池小流量连续进水，运行时间仍未达到拟合得出的反洗周期，滤池压力未达到设定值，继续正常运行。第9天开始，反硝化生物滤池9开始正常流量进水，控制软件继续分析拟合得到新的反洗周期，逻辑判断运行时间已经达到反洗周期，此时实时压力尚未达到设定值，实时出水浊度尚未达到设定的开始反洗浊度值，计算机20给出反洗信号，过程控制器4控制关闭进水，开始反洗。
4)、反洗开始，过程控制器4先开启降水位阀门进行降水位，达到预设水位时停止降水位，启动反冲洗气泵6，开始气洗，控制软件拟合得到反冲洗气泵6工作频率为43Hz，控制软件拟合得到气洗时间为5.2分钟，气洗时间达到后，开启反冲洗水泵18，进行气水联合反冲洗，控制软件拟合得到反冲洗水泵 18工作频率为41Hz，控制软件拟合得到气水联合反冲洗时间为7.8分钟，气水联合反冲洗时间达到后，关闭反冲洗气泵6，进行水漂洗，同时浊度仪15检测出水浊度，9.5分钟后浊度仪15检测到出水浊度小于设定的浊度值3NTU，控制软件发出信号，水漂洗结束，关闭反冲洗水泵18，完成反冲洗，计算机20发出控制信号，重新进入步骤1)。
通过本发明的自动反冲洗装置，生物滤池系统的处理能力得到了最大程度的利用，同时反洗各阶段时间也得到了精确的控制，在保证反冲洗效果的基础上节约了反洗时间，降低了能耗，同时系统处理能力恢复更快。
Claims (11)
1.一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，包括调节池(2)、反硝化生物滤池(9)、清水池(19)、加药装置(1)、温度传感器(3)、进水泵(5)、反冲洗气泵(6)、反冲洗水泵(18)、反冲洗出水口(7)、正常出水口(8)、液位传感器(14)、浊度仪(15)、压力变送器(17)、流量计(16)、过程控制器(4)、计算机(20)；所述加药装置(1)的加药管伸入调节池(2)内；所述进水泵(5)与所述调节池(2)和所述反硝化生物滤池(9)通过管道连接；所述的反硝化生物滤池(9)为柱状结构，反硝化生物滤池(9)内部从下而上依次包括长柄滤头(13)、滤板(12)、承托层(11)和滤料层(10)；所述反冲洗水泵(18)与所述反硝化生物滤池(9)和所述清水池(19)通过管道连接；所述温度传感器(3)置于调节池(2)中，并通过电极电缆线与过程控制器(4)相连接；所述液位传感器(14)置于反硝化生物滤池(9)中，并通过电极电缆线与过程控制器(4)相连接；所述浊度仪(15)置于反硝化生物滤池(9)中，并通过电极电缆线与过程控制器(4)相连接；所述压力变送器(17)置于反硝化生物滤池(9)中，并通过电极电缆线与过程控制器(4)相连接；所述流量计(16)通过管道分别与正常出水口(8)、清水池(19)相连接，并通过电极电缆线与过程控制器(4)相连接；所述过程控制器(4)与计算机(20)通过信号线进行信号连接，所述过程控制器(4)设有进水泵继电器、反冲洗水泵继电器、反冲洗气泵继电器，所述进水泵继电器、反冲洗水泵继电器、反冲洗气泵继电器依次分别与所述进水泵(5)、反冲洗水泵(18)、反冲洗气泵(6)相连接；所述正常出水口(8)位于滤料层(10)上方150cm处，并通过管道与流量计(16)相连接；所述反冲洗出水口(7)位于滤料层(10)上方180cm处，反冲洗出水回流至高效沉淀池。
2.根据权利要求1所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述滤料层(10)可为生物陶粒滤料层，所述承托层(11)可为鹅卵石承托层。
3.根据权利要求1所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述温度传感器(3)置于调节池(2)中，位于调节池液面以下50cm处。
4.根据权利要求1所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述液位传感器(14)置于反硝化生物滤池(9)中，位于滤料层(10)上方220cm处。
5.根据权利要求1所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述浊度仪(15)置于反硝化生物滤池(9)中，位于滤料层(10)上方130cm处。
6.根据权利要求1所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述压力变送器(17)置于反硝化生物滤池(9)中，位于滤板(12)以下10cm处。
7.根据权利要求1所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述计算机(20)装有相应的数据处理控制软件。
8.根据权利要求1所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述的反冲洗水泵(18)为可变频水泵并配有变频器，所述的反冲洗气泵(6)为可变频气泵并配有变频器。
9.根据权利要求7所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置，其特征在于，所述数据处理控制软件包括参数设置菜单，数据处理及反馈菜单，装置工作状态菜单；所述数据处理控制软件可控制滤池的反洗周期及反洗各阶段的时间，所述参数设置菜单可设置反洗压力参数、开始反洗浊度参数、停止反洗浊度参数、降水位高度等参数；所述数据处理反馈菜单可分析反馈出滤池的反洗周期及反洗各阶段的时间；所述装置工作状态菜单可选择“手动”或“自动”运行模式，可选择“开始反洗”与“停止反洗”，可显示反硝化生物滤池的实时状态及正常运行和反冲洗的实时监测数据。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、向调节池(2)中加入废水，打开加药装置(1)，通过加药装置(1)向调节池(2)中加入适宜的药剂，使得废水满足反硝化生物滤池(9)进水需求；污水流经滤料层(10)，大部分悬浮物质被滤料层(10)截留，污水中一部分营养物质用于微生物自身的生长繁殖，进而滤料层(10)中的生物膜生物量得到增加；
2)、进入数据处理控制软件，进行参数设置，设置反洗压力，开始反洗浊度，停止反洗浊度，降水位液位；选择运行模式，若选择“手动”模式，则人工控制反冲洗，点击“开始”按钮，则自动进入步骤4)；若选择“自动”模式，则软件开始接收温度、浊度、流量、压力数据，开始数据处理，得到反洗周期，反洗周期每半小时更新一次；
3)、控制软件记录运行时间、实时压力值及实时出水浊度，同时计算机(20)进行逻辑判断，当出现以下三种情况之一时，计算机(20)发出控制信号，过程控制器(4)通过控制相应的继电器，停止进水，进行反冲洗；所述三种情况为：
①实时压力值达到设定的反洗压力值，此时运行时间还未达到反洗周期，此时出水浊度还未达到设定的反洗浊度；
②实时出水浊度达到设定的反洗浊度，此时运行时间还未达到反洗周期，此时实时压力值还未达到设定的反洗压力值；
③运行时间达到反洗周期，此时实时压力还未达到设置值，此时出水浊度还未达到设定的反洗浊度；
4)、反洗开始，过程控制器(4)先开启降水位阀门进行降水位，达到预设水位时停止降水位，启动反冲洗气泵(6)，开始气洗，反冲洗气泵(6)的工作频率由控制软件根据反洗前的各实时数据计算得到，气洗时间由控制软件根据反洗前的各实时数据计算得到，气洗时间达到后，开启反冲洗水泵(18)，进行气水联合反冲洗，反冲洗水泵(18)的工作频率由控制软件根据反洗前的各实时数据计算得到，气水联合反冲洗时间由控制软件根据反洗前的各实时数据计算得到，气水联合反冲洗时间达到后，关闭反冲洗气泵(6)，进行水漂洗，水漂洗时间由控制软件根据实时出水浊度进行判断，当实时出水浊度达到预设的停止反洗浊度后，关闭反冲洗水泵(18)，完成反冲洗，计算机(20)发出控制信号，重新进入步骤1)。
11.根据权利要求10所述的一种多条件控制的反硝化生物滤池自动反冲洗装置的运行方法，其特征在于，步骤4)中任何一个过程出现故障，控制软件将发出故障报警，停止反洗，并恢复到正常运行模式。
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