CN112707497A - 一种固定床生物膜混合搅拌系统与方法 - Google Patents

Abstract

当下城镇污水处理厂主要采用活性污泥法，为促进污水和微生物的接触传质，其在缺氧区和厌氧区多采用潜水式混合搅拌推进器。但是随着新型污水处理工艺的出现，如厌氧氨氧化、硫自养反硝化等脱氮工艺，为满足其自养菌生长的需要，多采用生物膜工艺，而固定床生物膜作为一种更具优势的生物膜形式，传统的推进器搅拌器将无法满足其混合需求。本发明提供一种固定床生物膜混合搅拌系统与方法，通过潜污泵、导流管和监测控制模块的综合利用，采用射流搅拌的方式，分散式布水，混合效果更好；且利用监测控制模块，生物膜池的混合强度可以根据进水水质水量和生物膜厚度及时调整，在保证良好混合传质效果的同时，也有助于控制能耗。

Description

一种固定床生物膜混合搅拌系统与方法

技术领域

本发明属于污水生物处理技术领域，尤其涉及一种固定床生物膜混合搅拌系统与方法。

背景技术

当下，城镇污水处理厂主要采用活性污泥法对市政污水进行处理，活性污泥作为微生物的聚集形式，由于其细小的结构和活性污泥混合液的流动性，通过搅拌混合，微生物能够与污水充分接触。因此，在生化池的缺氧/厌氧区，污水处理厂一般采用对角安装潜水式搅拌推进器来实现活性污泥与污水的混合。

随着新型污水处理技术的出现和工程应用，特别是厌氧氨氧化、硫自养反硝化等以自养菌为主要功能菌新技术工艺的开发，生物膜在污水处理中的应用越来越多，为促进自养菌的良好富集和长久持留，固定床生物膜系统更具优势。固定床生物膜与传统活性污泥法相比，生物膜本身不具备流动性，为保证良好的接触与传质效果，传统的潜水式搅拌推进器将无法满足固定床生物膜池的需要。因此，在固定床生物膜池中，如何构建更为合理高效的搅拌混合系统是应用自养脱氮等新技术有待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种固定床生物膜混合搅拌系统与方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种固定床生物膜混合搅拌系统，包括：

潜污泵，设置于生物膜池底部并沿周边池壁布置；

导流管，与所述潜污泵出水口连接，并垂直布置于所述生物膜池周边池壁；

监测控制模块，用于根据进水的水质与水量，对所述潜污泵进行变频控制，以调整所述潜污泵的出水量。

在一些可选的实施例中，所述导流管的顶端封闭，且所述导流管侧壁在垂直方向等距离开孔，所述孔的喷水方向与所述生物膜池内水流方向一致。

在一些可选的实施例中，所述导流管侧壁上所开的孔，自下而上孔径逐渐增大。

在一些可选的实施例中，所述导流管为UPVC管。

在一些可选的实施例中，所述监测控制模块包括：流量计，用于检测所述生物膜池的进水量；水质在线监测系统，用于检测进水污染物浓度；变频器，用于对潜污泵的转速进行调整；控制器，用于获取所述流量计与所述水质在线监测系统的监测数据，并根据所述检测数据输出控制信号至所述变频器，控制所述潜污泵的转速。

在一些可选的实施例中，所述监测控制模块还包括：计时器，用于计时；所述计时器每隔一段时间发送信号至所述控制器，所述控制器通过所述变频器定时调大所述潜污泵转速。

在一些可选的实施例中，本发明还提供一种固定床生物膜混合搅拌方法，包括：

在生物膜池底部且沿周边池壁布置潜污泵，并沿所述生物膜池周边池壁布置导流管；

污水通过所述潜污泵的推动进入所述导流管，并通过所述导流管侧壁上的孔在不同高度喷射而出，带动所述生物膜池内水体流动；

检测所述生物膜池的进水量以及进水水质，并根据监测数据以及控制生物膜厚度的需要，对所述潜污泵进行变频控制，以调整所述潜污泵的出水量。

在一些可选的实施例中，当检测所述生物膜池的进水量为设计水量的1.2倍以上时，控制所述潜污泵转速为最大转速的80％。

在一些可选的实施例中，当检测到所述生物膜池的进水COD浓度高于350mg/L或TN高于55mg/L时，控制所述潜污泵转速为最大转速的80％。

在一些可选的实施例中，所述的一种固定床生物膜混合搅拌方法，还包括：当水温15℃以上时，每隔1-2个月将所述潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行8-12小时；当水温10-15℃时，每隔1.5-3个月将所述潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行6-10小时，控制所述生物膜池内生物膜的厚度在0.5-1.0mm之间。

本发明所带来的有益效果：

1.潜污泵和导流管配合使用，采用射流搅拌方式，分散式布水，混合效果更好；

2.根据进水水质和水量对生物膜池内的混合强度进行即时性的调节，在保证良好混合传质效果的同时，也有助于控制能耗；

3.定时增大混合强度，使得过厚的生物膜及时脱落，保证污水和生物膜之间以及生物膜内部的传质效率，进而维持整个生物膜池的生化效率，避免生物膜过度生长引起的传质效率低下问题；

4.在保证固定床生物膜池的混合效果，保持良好的传质效率和生化效果的前提下，也能够降低搅拌混合系统的能耗，实现良好的生化效果。

附图说明

图1是本发明一种固定床生物膜混合搅拌系统的结构示意图；

图2是本发明一种固定床生物膜混合搅拌系统的俯视图；

图3是本发明控制原理图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

在一些说明性的实施例中，如图1至3所示，提供一种固定床生物膜混合搅拌系统，利用潜污泵3和导流管4对水流进行定向分配，实现固定床生物膜池的混合搅拌，进而促进固定床生物膜池的传质效率和生化效果，具体包括：潜污泵3、导流管4、监测控制模块5。

潜污泵3，作为水流驱动装置围绕于填料区2，设置于生物膜池1底部并沿周边池壁布置。潜污泵3作为污水混合动力来源，需要根据生物膜池池体大小和处理水量选择合适的型号。

导流管4，与潜污泵3出水口连接，并垂直布置于生物膜池1周边池壁，与潜污3作为成套装置安装于周边池壁。潜污泵3和导流管4作为成套设备，沿生物膜池周边池壁安装，利用喷射水流的作用，使得生物膜池的水流呈现逆时针方向搅动。

监测控制模块5，作为本发明混合搅拌系统的控制中心，用于根据进水的水质与水量，对潜污泵3进行变频控制，以调整潜污泵3的出水量，进而实现对整个生物池的混合强度进行调控。监测控制模块5通过控制线路6与潜污泵3的控制输入端连接。

在一些说明性的实施例中，导流管4的顶端封闭，且导流管4侧壁在垂直方向等距离开孔，孔的喷水方向与生物膜池1内水流方向一致。污水通过潜污泵3的推动进入到导流管4中，然后通过导流管4上侧壁上的单向孔，在不同高度喷射而出，射流带动周围水体的流动，进而达到生物膜池污水混合的目的。

在一些说明性的实施例中，为保证每个孔的出水流量均匀，导流管4侧壁上所开的孔，自下而上孔径逐渐增大。

在一些说明性的实施例中，在满足强度要求的前提下，导流管4为UPVC管。UPVC管以聚氯乙烯树脂为载体，抗腐蚀能力强，易于连接，价格低廉，质地坚硬。

在一些说明性的实施例中，监测控制模块5包括：流量计、水质在线监测系统、变频器、控制器、计时器。

流量计，用于检测生物膜池的进水量，设置在生物膜池的进水管道上。

水质在线监测系统，用于检测进水污染物浓度；水质在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系，具体结构属于现有技术，这里不再赘述。

变频器，用于对潜污泵的转速进行调整，与潜污泵3的控制输入端连接。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

控制器，用于获取流量计与水质在线监测系统的监测数据，并根据检测数据输出控制信号至变频器，控制潜污泵3的转速。控制器与流量计及水质在线监测系统的数据输出端连接，流量计及水质在线监测系统所检测的数据上传至控制器，控制器数据处理完成后输出控制信号。控制器与变频器的控制输入端连接，通过变频器控制潜污泵3的转速。

计时器，用于计时，与控制器的数据输入端连接。计时器每隔一段时间发送信号至控制器，具体为电平信号，控制器通过变频器定时调大潜污泵转速。

监测控制模块5根据进水水质对潜污泵3的转速大小进行调控，当检测到进水水量大或进水污染物浓度高时，监测控制模块5可以增大潜污泵3转速，增大生物膜池1内的污水混合强度，反之则减小潜污泵转速。当检测生物膜池的进水量为设计水量的1.2倍以上时，控制潜污泵转速为最大转速的80％。潜污泵的最大转速与其型号有关，潜污泵的具体型号根据生物膜池池体大小和处理水量进行选择。当检测到生物膜池的进水COD浓度高于350mg/L或TN高于55mg/L时，控制潜污泵转速为最大转速的80％。

监测控制模块5可以按照一定的频率定时调大潜污泵3转速，增大生物膜池1内污水混合强度，使得过厚的生物膜及时脱落，保证污水和生物膜之间以及生物膜内部的传质效率，进而维持整个生物膜池的生化效率。具体的调整频率以及运行时间随季节温度变化，当水温15℃以上时，每隔1-2个月将潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行8-12小时；当水温10-15℃时，每隔1.5-3个月将潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行6-10小时，通过定期调大混合强度，控制生物膜池内生物膜的厚度在0.5-1.0mm之间。

本发明针对固定床生物膜系统的特点，以潜污泵3和导流管4作为设备支撑系统，利用水流的定向喷射作用实现生物膜池的混合搅动；导流管4在垂直方向均匀开孔，能够实现污水立体化混合，推动不同深度水体流动，混合效果更好，进而保证固定床生物膜池内实现良好的接触传质效果，最终实现良好的生化效果。

在一些说明性的实施例中，本发明还提供一种固定床生物膜混合搅拌方法，包括如下步骤：

首先，在生物膜池1底部且沿周边池壁布置潜污泵3，并沿生物膜池1周边池壁布置导流管4。

具体的，潜污泵3，作为水流驱动装置围绕于填料区2，设置于生物膜池1底部并沿周边池壁布置。导流管4与潜污泵3出水口连接，并垂直布置于生物膜池1周边池壁，潜污泵3和导流管4作为成套设备，沿生物膜池周边池壁安装，利用喷射水流的作用，使得生物膜池的水流呈现逆时针方向搅动。

然后，污水通过潜污泵3的推动进入导流管4，并通过导流管4侧壁上的孔在不同高度喷射而出，带动生物膜池1内水体流动。

在上述过程中，实时检测生物膜池的进水量以及进水水质，并根据监测数据以及生物膜厚度控制需要，对潜污泵进行变频控制，以调整潜污泵的出水量。当检测到进水水量大或进水污染物浓度高时，增大潜污泵3转速，增大生物膜池内的污水混合强度，反之则减小潜污泵转速。

其中，通过流量计检测生物膜池的进水量；通过水质在线监测系统检测进水污染物浓度；通过变频器对潜污泵的转速进行调整；利用控制器获取流量计与水质在线监测系统的监测数据，并根据检测数据输出控制信号至变频器，控制潜污泵3的转速。通过计时器实现计时，计时器每隔一段时间发送信号至控制器，具体为电平信号，控制器通过变频器定时调大潜污泵转速。

在一些说明性的实施例中，当检测生物膜池的进水量为设计水量的1.2倍以上时，控制潜污泵转速为最大转速的80％。潜污泵的最大转速与其型号有关，潜污泵的具体型号根据生物膜池池体大小和处理水量进行选择。

在一些说明性的实施例中，当检测到生物膜池的进水COD浓度高于350mg/L或TN高于55mg/L时，控制潜污泵转速为最大转速的80％。

在一些说明性的实施例中，本发明的一种固定床生物膜混合搅拌方法，还包括：当水温15℃以上时，每隔1-2个月将潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行8-12小时；当水温10-15℃时，每隔1.5-3个月将潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行6-10小时，通过定期调大混合强度，控制生物膜池内生物膜的厚度在0.5-1.0mm之间。因此，具体的调整频率以及运行时间随季节温度变化。本发明按照一定的频率定时调大潜污泵3转速，增大生物膜池1内污水混合强度，使得过厚的生物膜及时脱落，保证污水和生物膜之间以及生物膜内部的传质效率，进而维持整个生物膜池的生化效率。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种固定床生物膜混合搅拌系统，其特征在于，包括：

潜污泵，设置于生物膜池底部并沿周边池壁布置；

导流管，与所述潜污泵出水口连接，并垂直布置于所述生物膜池周边池壁；

监测控制模块，用于根据进水的水质与水量，对所述潜污泵进行变频控制，以调整所述潜污泵的出水量。

2.根据权利要求1所述的一种固定床生物膜混合搅拌系统，其特征在于，所述导流管的顶端封闭，且所述导流管侧壁在垂直方向等距离开孔，所述孔的喷水方向与所述生物膜池内水流方向一致。

3.根据权利要求2所述的一种固定床生物膜混合搅拌系统，其特征在于，所述导流管侧壁上所开的孔，自下而上孔径逐渐增大。

4.根据权利要求1或3所述的一种固定床生物膜混合搅拌系统，其特征在于，所述导流管为UPVC管。

5.根据权利要求1或3所述的一种固定床生物膜混合搅拌系统，其特征在于，所述监测控制模块包括：

流量计，用于检测所述生物膜池的进水量；

水质在线监测系统，用于检测进水污染物浓度；

变频器，用于对潜污泵的转速进行调整；

控制器，用于获取所述流量计与所述水质在线监测系统的监测数据，并根据所述检测数据输出控制信号至所述变频器，控制所述潜污泵的转速。

6.根据权利要求5所述的一种固定床生物膜混合搅拌系统，其特征在于，所述监测控制模块还包括：计时器，用于计时；所述计时器每隔一段时间发送信号至所述控制器，所述控制器通过所述变频器定时调大所述潜污泵转速。

7.一种固定床生物膜混合搅拌方法，其特征在于，包括：

在生物膜池底部且沿周边池壁布置潜污泵，并沿所述生物膜池周边池壁布置导流管；

污水通过所述潜污泵的推动进入所述导流管，并通过所述导流管侧壁上的孔在不同高度喷射而出，带动所述生物膜池内水体流动；

检测所述生物膜池的进水量以及进水水质，并根据监测数据以及控制生物膜厚度的需要，对所述潜污泵进行变频控制，以调整所述潜污泵的出水量。

8.根据权利要求7所述的一种固定床生物膜混合搅拌方法，其特征在于，当检测所述生物膜池的进水量为设计水量的1.2倍以上时，控制所述潜污泵转速为最大转速的80％。

9.根据权利要求7所述的一种固定床生物膜混合搅拌方法，其特征在于，当检测到所述生物膜池的进水COD浓度高于350mg/L或TN高于55mg/L时，控制所述潜污泵转速为最大转速的80％。

10.根据权利要求7所述的一种固定床生物膜混合搅拌方法，其特征在于，还包括：当水温15℃以上时，每隔1-2个月将所述潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行8-12小时；当水温10-15℃时，每隔1.5-3个月将所述潜污泵转速调至最大，并以最大转速持续运行6-10小时，控制所述生物膜池内生物膜的厚度在0.5-1.0mm之间。

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