CN112320944B

CN112320944B - 一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法及装置

Info

Publication number: CN112320944B
Application number: CN202011322140.2A
Authority: CN
Inventors: 陈振; 郭志成; 徐慧娟; 徐敬生; 吕路
Original assignee: Enire Jiangsu Environmental Development Co ltd
Current assignee: Enire Jiangsu Environmental Development Co ltd
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2040-11-23
Also published as: CN112320944A

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体是涉及一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法，通过PLC系统联锁控制支管上的气动阀及电磁流量计，以T为一个单次进水周期，(1/n)T轮流切换一次，进行厌氧进水流量的精确分配，再通过各支管各自分出的布水管，实现单根布水管在相对大流量和相对小流量之间不断切换的变动流量布水，利用相对大流量的水产生更大冲击作用力的原理，最大限度避免死流、断流现象的发生；同时本发明还针对传统布水管容易堵塞的特点设计了一种防堵喷头，通过对出水口进行不间断搅拌，可进一步降低污泥颗粒堵塞出水口的概率。总之，采用本发明的方法能够保证高级氧化反应器高效、稳定运行，具有良好应用前景。

Description

一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法及装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体是涉及一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法及装置。

背景技术

以UASB、EGSB、IC等高级厌氧反应器作为核心工艺单元废水处理工艺，因其其高效的处理能力、低廉的运行成本、较小的占地面积以及可实现废水资源的转化再利用等优点，广泛应用于中、高浓度废水处理中，在此类废水处理中起核心地位。其中，运行相对不稳定是高级厌氧反应工艺存在的共性问题。其主要原因包括进水水质变化、高负荷冲击或运行参数控制不佳以及布水不均匀等。

在众多影响高级厌氧反应工艺运行稳定性因素中，布水不均匀导致VFA局部累积，长期的VFA累积会发生罐体酸化现象，继而出现COD去除率下降、出水SS增多、颗粒污泥解体甚至系统瘫痪等不良后果，严重影响系统的稳定运行性。目前高级厌氧反应器常用的布水方式有旋流布水、单管点式布水、穿孔管布水、枝状射流布水等方式。其中，旋流布水可以最大限度的避免布水不均现象发生，但对技术要求较高，且旋流布水一般应用于投加颗粒污泥的EGSB、IC等高级厌氧反应器，不适于诸如UASB及其变型的投加絮状污泥的高级厌氧反应器；单管点式布水可以通过阀门配合流量监测的方式实现布水均匀，因一点一管，且需分水包，因此造价相对较高；孔布水及枝状射流布水由于其结构简单、造价低、布水相对均匀且适用范围广的特点，被广泛应用于各种高级厌氧反应器，但由于其采用的单点恒流布水方式，在长时间的连续运行中存在先天的不足：根据水力学原理，难以保证单根布水管上各单孔出水流量一致，且单孔流量沿水流方向呈增大趋势。若单孔尺寸过大，会出现水流方向近端单孔流量过低，容易堵塞，而水流方向远端单孔流量又会过高，导致局部负荷过高；单孔尺寸过小，由于厌氧反应器内污泥浓度过高，又极发生单孔堵塞，尤其停机再启动时，导致布水不均。

因此，现在亟需一种能够解决高级厌氧反应器采用传统恒定流量的穿孔管或枝状射流布水方式时，在长时间的连续运行中频发堵塞的布水自控方法。

发明内容

为了实现以上目的，本发明提供了一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法，通过将精确自控配水的方法和防堵喷头相结合使用，从而最大限度的避免了高级厌氧反应器布水管在长时间的连续运行中频发的局部出水孔(穿孔管布水方式)或射流短管(枝状射流布水方式)堵塞现象，杜绝了高级厌氧反应器底部死流、断流现象的发生，进而保证高级厌氧反应器的高效、稳定运行。具体的技术方案如下：

一、高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法

S1、厌氧进水经泵机加压后以恒定流量Q流入进水主管；

S2、所述进水主管连接有n路支管，每路支管上均相应设置有气动阀和电磁流量计；以T作为一个单次进水周期，经(1/n)T时间轮流切换不同支管作为主进水管；

S21、进水周期n₁/n T时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管n₁的流量为x％Q，控制流经其余各路支管的流量分别为[(1-x)/(n-1)]％Q；

S22、进水周期n_i/n T时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管n_i的流量为x％Q，控制流经其余各路支管的流量分别为[(1-x)/(n-1)]％Q；

S23、进水周期n_n/n T时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管n_n的流量为x％Q，控制流经其余各路支管的流量分别为[(1-x)/(n-1)]％Q；

上文中：n＝2、3、4；i＝1、2、3、4；T＝2～9min；x％＝20％～80％；

S3、通过每个支管上连接的、设置有防堵喷头的布水管对高级厌氧罐底部进行均匀布水。

通过PLC系统联锁控制支管上的气动阀及电磁流量计，以T为一个单次进水周期，(1/n)T轮流切换一次，进行厌氧进水流量的精确分配，再通过各支管各自分出的布水管，实现单根布水管在相对大流量和相对小流量之间不断切换的变动流量布水，和恒定流量布水方式相比，当某一布水管上局部出水孔(穿孔管布水方式)或射流短管(枝状射流布水方式)堵塞时，在相对大流量的水力冲击作用下可将之冲开，最大限度避免死流、断流现象的发生。

虽然从单个运行周期T来看，厌氧底部的进水是非均匀分配的，但厌氧进水为连续进水，在一个长时间进水周期内(如1小时、2小时、4小时甚至一天，直至无穷大)，厌氧底部仍呈现一个均匀布水的形态，且变动流量布水可避免传统恒定流量布水无法解决的死流、断流等现象，防止局部VFA累积，进而出现反应器处理能力下降、颗粒污泥解体甚至系统瘫痪等不良后果，保证高级厌氧反应器的高效、稳定运行。

二、高级厌氧反应器布水管上使用的防堵喷头结构

本发明均匀配水自控方法中使用的装置，包括相连的厌氧进水口、泵机以及进水主管。所述进水主管的出水端连接有若干支管，所述每路支管上均相应设置有气动阀和电磁流量计，且每路支管的出水端均与设置在高级厌氧反应器内部的布水管连接；从布水管喷出的水流最终从高级厌氧反应器的厌氧出水口流出。

所述每路布水管上均设置有若干防堵喷头，所述防堵喷头远离布水管的一端端口处等间隔设置有若干支撑杆，所述支撑杆相交于防堵喷头轴线的交叉点处连接有固定轴；所述固定轴的侧壁等间隔设置有若干旋叶；所述固定轴的底部连接有螺旋铁圈，所述螺旋铁圈远离布水管的一端直径大，靠近布水管的一端直径小，这样的结构能最大限度地保证螺旋铁圈对出水口处污泥的搅动，防止堵塞现象的发生。

高级厌氧反应器采用传统恒定流量的布水管(穿孔管或枝状射流)布水方式，在长时间的连续运行中会频发局部出水孔(穿孔管布水方式)或射流短管(枝状射流布水方式)堵塞的现象。

为了从结构上降低这一问题带来的影响，本发明在局部出水孔或射流短管的出水口处设置防堵喷头，防堵喷头上的旋叶能在水流或污泥颗粒的搅动下进行旋转，从而带动贯穿出水孔或射流短管的螺旋铁圈进行搅动，以防止污泥颗粒堵塞出水孔或射流短管，从而最大限度的避免高级厌氧反应器底部死流、断流现象的发生，防止局部VFA累积，进而出现反应器罐体酸化、处理能力下降、颗粒污泥解体甚至系统瘫痪等不良后果，保证高级厌氧反应器的高效、稳定运行。

进一步地，所述防堵喷头靠近旋叶的侧壁处开设有溢流口，溢流口能够使反应器罐体内的污泥颗粒在翻动时能够带动防堵喷头的旋片转动，增强螺旋铁圈的搅动能力，防止堵塞现象的发生。

与现有的高级厌氧罐配水自控方法相比，本发明的有益效果是：

本发明通过一种针对高级厌氧反应罐布水管布水特点的精确自控配水方法，通过切换支管作为不同的主进水管，实现单根布水管在相对大流量和相对小流量之间不断切换的变动流量布水，从而最大限度的避免了高级厌氧反应器布水管在长时间的连续运行中频发的局部出水孔或射流短管堵塞现象，杜绝了高级厌氧反应器底部死流、断流现象的发生，进而保证高级厌氧反应器的高效、稳定运行。

附图说明

图1是本发明配水的自控方法的工艺流程图；

图2是本发明防堵喷头的结构示意图；

图3是本发明防堵喷头的俯视图；

图4是本发明配水自控方法在实际应用中的COD去除率图表；

图5是本发明配水自控方法在实际应用中的出水VFA和pH变化图表。

图中：1-厌氧进水口、2-泵机、3-进水主管、4-支管、5-布水管、6-防堵喷头、61-支撑杆、62-固定轴、63-旋转轴套、64-旋叶、65-螺旋铁圈、66-溢流口、7-气动阀、8-电磁流量计、9-高级厌氧反应器、10-厌氧出水口。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的方式和取得的效果，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述。

实施例一

实施例一主要是对本发明的整体结构以及防堵喷头6的结构进行叙述，具体内容如下：

本发明均匀配水自控方法中使用的装置，包括相连的厌氧进水口1、泵机2以及进水主管3。所述进水主管3的出水端连接有若干支管4，所述每路支管4上均相应设置有气动阀7和电磁流量计8，且每路支管4的出水端均与设置在高级厌氧反应器9内部的布水管5连接；从布水管5喷出的水流最终从高级厌氧反应器9的厌氧出水口10流出。

所述每路布水管5上均设置有若干防堵喷头6，所述防堵喷头6远离布水管5的一端端口处等间隔设置有若干支撑杆61，所述支撑杆61相交于防堵喷头6轴线的交叉点处连接有固定轴62；所述固定轴62的侧壁等间隔设置有若干旋叶61；所述固定轴62的底部连接有螺旋铁圈65，所述螺旋铁圈65远离布水管5的一端直径大，靠近布水管5的一端直径小，这样的结构能最大限度地保证螺旋铁圈65对出水口处污泥的搅动，防止堵塞现象的发生。

高级厌氧反应器采用传统恒定流量的布水管4(穿孔管或枝状射流)布水方式，在长时间的连续运行中会频发局部出水孔(穿孔管布水方式)或射流短管(枝状射流布水方式)堵塞的现象。

为了从结构上降低这一问题带来的影响，本发明在局部出水孔或射流短管的出水口处设置防堵喷头6，防堵喷头6上的旋叶61能在水流或污泥颗粒的搅动下进行旋转，从而带动贯穿出水孔或射流短管的螺旋铁圈65进行搅动，以防止污泥颗粒堵塞出水孔或射流短管，从而最大限度的避免高级厌氧反应器底部死流、断流现象的发生，防止局部VFA累积，进而出现反应器罐体酸化、处理能力下降、颗粒污泥解体甚至系统瘫痪等不良后果，保证高级厌氧反应器的高效、稳定运行。

所述防堵喷头6靠近旋叶64的侧壁处开设有溢流口66，溢流口66能够使反应器罐体内的污泥颗粒在翻动时能够带动防堵喷头6的旋片61转动，增强螺旋铁圈65的搅动能力，防止堵塞现象的发生。

实施例二

实施例二是以实施例一中设置了防堵喷头6的布水结构为基础进行叙述的，旨在阐明“构建两条布水支路”时，配水的自控方法。在本实施例中，整体的进水周期为4min，支路切换时间为2min，具体的布水自控方法如下：

S1、厌氧进水经泵机2加压后以恒定流量Q流入进水主管3；

S21、进水周期第一个2min时间段：通过气动阀8和电磁流量计9的PLC联锁控制，控制流经支管4n₁的流量为70％Q，控制流经支管4n₂的流量为30％Q；

S22、进水周期第二个2min时间段：通过气动阀8和电磁流量计9的PLC联锁控制，控制流经支管4n₂的流量为70％Q，控制流经支管4n₁的流量为30％Q；

S3、通过每个支管4上连接的布水管5对高级厌氧罐底部进行均匀布水。

通过PLC系统联锁控制支管4n₁、支管4n₂上的气动阀8及电磁流量计9，2min轮流切换一次，以4min为一个单次进水周期，进行厌氧进水流量的精确7：3分配，再通过支管4n₁、支管4n₂各自分出的布水管5，实现单根布水管5在相对大流量和相对小流量之间不断切换的变动流量布水，和恒定流量布水方式相比，当某一布水管4上局部出水孔(穿孔管布水方式)或射流短管(枝状射流布水方式)堵塞时，在相对大流量的水力冲击作用下可将之冲开，最大限度避免死流、断流现象的发生。

虽然从单个运行周期(4min)看，厌氧底部的进水是非均匀分配的，但厌氧进水为连续进水，在一个长时间进水周期内(如1小时、2小时、4小时甚至一天，直至无穷大)，厌氧底部仍呈现一个均匀布水的形态，且变动流量布水可避免传统恒定流量布水无法解决的死流、断流等现象，防止局部VFA累积，进而出现反应器处理能力下降、颗粒污泥解体甚至系统瘫痪等不良后果，保证高级厌氧反应器的高效、稳定运行。

实施例三

实施例三是以“构建三条布水支路”的布水结构为基础进行叙述的，整体的进水周期为3min，支路切换时间为1min，具体的布水自控方法如下：

S21、进水周期第一个1min时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管4n₁的流量为50％Q，控制流经其余两路支管的流量分别为25％Q；

S22、进水周期第二个1min时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管4n₂的流量为50％Q，控制流经其余两路支管的流量分别为25％Q；

S23、进水周期第二个1min时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管4n₃的流量为50％Q，控制流经其余两路支管的流量分别为25％Q；

S3、通过每个支管上连接的布水管对高级厌氧罐底部进行均匀布水。

实施例四

实施例四是以“构建四条布水支路”的布水结构为基础进行叙述的，整体的进水周期为4min，支路切换时间为1min，具体的布水自控方法如下：

S21、进水周期第一个1min时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管4n₁的流量为40％Q，控制流经其余三路支管的流量分别为20％Q；

S22、进水周期第二个1min时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管4n₂的流量为40％Q，控制流经其余三路支管的流量分别为20％Q；

S23、进水周期第二个1min时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管4n₃的流量为40％Q，控制流经其余三路支管的流量分别为20％Q；

S24、进水周期第二个1min时间段：通过气动阀和电磁流量计的PLC联锁控制，控制流经支管4n₄的流量为40％Q，控制流经其余各路支管的流量分别为20％Q；

实施例五

实施例五是对实施例一至实施例四中“构建不同条布水支路”的布水结构为基础进行叙述的，旨在对针对不同进水水质负荷设计要求下的布水周期和支管流量比方案进行阐述。

1、当布水支管为两条时，根据设计要求不同，有如表1的设计方案。

表1两条布水支路时的布水方案

支管流量比(％)	进水周期(min)	支路切换时间(min)
			8：2	2	1
7：3	4	2
			6：4	6	3

2、当布水支管为三条时，根据设计要求不同，有如表2的设计方案。

表2三条布水支路时的布水方案

支管流量比(％)	进水周期(min)	支路切换时间(min)
			6：2：2	1.5	0.5
5：2.5：2.5	3	1
			5：2.5：2.5	6	2
4：3：3	9	3

3、当布水支管为四条时，根据设计要求不同，有如表2的设计方案。

表2四条布水支路时的布水方案

支管流量比(％)	进水周期(min)	支路切换时间(min)
			7：1：1：1	2	1
4：2：2：2	4	2
			4：2：2：2	6	2
4：2：2：2	8	4

实验例

实验例是以实施例四种的配水自控方法为基础进行叙述的，旨在阐明本发明在IC厌氧反应器的实际应用中的表现。

在本实验例中，采用某生物制药厂产生的大量高浓度工业废水，该废水水质设计参数如下：水量(m³/d)≤2000、TCODcr(mg/L)≤15000、SCODcr(mg/L)≤10000、SBOD₅(mg/L)≤5000、TSS(mg/L)≤2410、TN(mg/L)≤420、NH₄ ^--N(mg/L)≤300、TP(mg/L)≤245、T(℃)≤35、pH≈6。

具体的实际方案如下：

通过人工措施使微生物逐渐适应外界环境，在驯化完成后得到高活性、高耐受的微生物。本次启动试验在HRT为24h下，以“人工葡萄糖配水+工业废水”的进水方式，驯化絮状污泥，逐步提高工业废水的进水配比，即将工业废水的投加比例由20％(2～5天)、40％(5～9天)、60％(9～20天)、80％(20～33天)至100％递增。整个启动过程中，开启外循环系统，维持外循环流量为12L/min，反应器维持进水COD浓度为3000mg/L左右，调节进水pH在6.8～7.5。

在整个试验过程中，投加尿素、磷酸二氢钾调节COD：N：P＝2005：1，同时投加Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺等微量元素。每次提高工业废水比例后，反应器需要一段时间去适应外界新环境的变化，当COD去除率稳定后2d，提高工业废水进水比例。

本试验设置保温加热装置，整个运行过程均在中温(35土1℃)的条件下进行的，历时33天。测试的主要指标有：进出水的COD值，出水VFA、pH，厌氧污泥微生物相观察。

图3反映了不同配水比例下进出水COD浓度变化及去除率。反应器在启动初期，进出水COD值变化在一定程度上反应了改进型IC厌氧反应器在不同配水比例下的去除情况。实验每隔两天监测反应器进出水COD。

系统在启动初期废水全部为葡萄糖配水时，反应器就展现出良好的COD去除效果，COD平均去除率能够达到85.5％，说明污泥已经由休眠状态进入活化阶段。

随着进水中工业水投加比例的不断增大，反应器COD去除率呈现下降趋势，在工业废水比例占20％、40％、60％、80％及100％时，COD平均去除率分别为83.5％、81.2％、74.9％、72.3％、70.6％。

当反应器进水全部为工业废水时，稳定运行时反应器出水COD维持在800mg/L左右。

图4反映了出水VFA及pH变化。启动初期出水VFA维持在较低水平，平均值为71.3mg/L，而出水pH为7.0左右。随着工业废水投加比例的逐渐增大，出水VFA浓度呈上升趋势，而pH值呈下降趋势。第26天，工业废水比例为80％时出水VFA为270mg/L，pH为6.6，说明系统有机酸开始积累。第30天，反应器内厌氧微生物经过适应后，出水VFA又降低到200mg/L以下，说明反应器重新达到良好的运行状态。

结合图表和实际观测，本发明最终的处理效果可达到如下标准：

(1)厌氧出水VFA稳定在200～300mg/L；

(2)同一时间在距厌氧罐底部1m处分区域取样，VFA数值基本一致，差异范围不超20％；

(3)COD去除率达到设计要求；

(4)厌氧罐底部取样观察：颗粒污泥形态维持不变，甚至会有所生长，不会发生尺寸减小、硬度降低甚至破碎等现象。

Claims

1.一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

S1、厌氧进水经泵机（2）加压后以恒定流量Q流入进水主管（3）；

S2、所述进水主管（3）连接有n路支管（4），每路支管（4）上均相应设置有气动阀（7）和电磁流量计（8）；以T作为一个单次进水周期，经（1/n）T时间轮流切换不同支管（4）作为主进水管，具体的控制方法如下：

S21、进水周期n1/n T时间段：通过气动阀（7）和电磁流量计（8）的PLC联锁控制，控制流经支管（4）n1的流量为x Q，控制流经其余各路支管（4）的流量分别为[（1-x）/（n-1）] Q；

S22、进水周期ni/n T时间段：通过气动阀（7）和电磁流量计（8）的PLC联锁控制，控制流经支管（4）ni的流量为x Q，控制流经其余各路支管（4）的流量分别为[（1-x）/（n-1）] Q；

S23、进水周期nn/n T时间段：通过气动阀（7）和电磁流量计（8）的PLC联锁控制，控制流经支管（4）nn的流量为x Q，控制流经其余各路支管（4）的流量分别为[（1-x）/（n-1）] Q；

上文中：n=2、3、4；i=1、2、3、4；T=2~9 min；x =20%~80%；

S3、通过每个支管（4）上连接的、设置有防堵喷头（6）的布水管（5）对高级厌氧罐底部进行均匀布水；

所述一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法中使用的装置，所述进水主管（3）的出水端连接有若干支管（4），所述每路支管（4）上均相应设置有气动阀（7）和电磁流量计（8）；

所述每路支管（4）的出水端连接两路布水管（5），所述布水管（5）均设置在所述高级厌氧反应器（9）内部，且沿高级厌氧反应器（9）的高度方向上延伸，从布水管（5）喷出的水流最终从高级厌氧反应器（9）的厌氧出水口（10）流出；

所述每路布水管（5）上均设置有若干防堵喷头（6），所述防堵喷头（6）远离布水管（5）的一端端口处等间隔设置有若干支撑杆（61），所述支撑杆（61）相交于防堵喷头（6）轴线的交叉点处连接有固定轴（62）；所述固定轴（62）的侧壁等间隔设置有若干旋叶（64），所述固定轴（62）的底部连接有螺旋铁圈（65）。

2.如权利要求1所述的一种用于高级厌氧反应器均匀配水的精确自控方法，其特征在于，所述防堵喷头（6）靠近旋叶（64）的侧壁处开设有溢流口（66）。