CN114031178A - 一种反硝化深床滤池处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反硝化深床滤池处理系统，涉及反硝化深床滤池技术领域，解决了碳源精准投放的技术问题；包括设置在进水模块中的进水硝态氮检测仪、进水溶解氧检测仪以及进水流量计，分别用于获取进水硝酸盐检测浓度数据和进水溶解氧检测浓度数据；还包括设置在清洗池中设置有出水硝态氮检测仪，用于检测出水硝酸盐浓度数据；进水硝态氮检测仪、进水溶解氧检测仪、进水流量计以及出水硝态氮检测仪将采集到的数据发送至处理器，处理器根据数据生成加药指令；然后发送至加药模块，所述加药模块将碳源加入到进水渠中。本发明设计合理，便于反硝化深床滤池污水处理。

Description

一种反硝化深床滤池处理系统

技术领域

本发明属于反硝化深床滤池技术领域，具体是一种反硝化深床滤池处理系统。

背景技术

反硝化深床滤池工艺属于污水处理中深度处理过滤工艺的一种，功能集中、运行灵活，可以同时起到物理过滤截留SS(悬浮物)、化学微絮凝除TP(总磷)、生物反硝化去除TN(总氮)的作用。在反硝化深床滤池工艺用于污水深度处理的过程中，由于经过前段工艺处理，进入深度处理阶段的污水大部分碳源(有机物)已被去除，故反硝化深床滤池工艺运行中需要额外补充碳源(有机物)。但碳源本身属于有机污染物，如果投加过量未被反硝化菌全部利用会导致出水有机污染物超标，相反，如果投加量过少不能满足反硝化菌需要会导致出水TN(总氮)超标。所以反硝化深床滤池补充碳源(有机物)量需要控制得当，才能保证滤池出水稳定达标。

因此，需要一种更为精确智能的用于反硝化深床滤池的碳源投加系统，更为精确智能地控制碳源的投加量。

发明内容

本发明提供了一种反硝化深床滤池处理系统，用于解决碳源精准投放的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种反硝化深床滤池处理系统，包括设置在进水模块中的进水硝态氮检测仪、进水溶解氧检测仪以及进水流量计，分别用于获取进水硝酸盐检测浓度数据和进水溶解氧检测浓度数据；还包括设置在清洗池中设置有出水硝态氮检测仪，用于检测出水硝酸盐浓度数据；

进水硝态氮检测仪、进水溶解氧检测仪、进水流量计以及出水硝态氮检测仪将采集到的数据发送至处理器，处理器根据数据生成加药指令；然后发送至加药模块，所述加药模块将碳源加入到进水渠中；所述加药指令的生成过程包括：

设置小周期t和大周期T，预估小周期t内需要进行处理的总水量SL，小周期T内污水处理的池数CH：

CH＝[SL/RL]+1，其中[]为取整符号；

每池污水的净化时间JHT为：

JHT＝t/CH；

当净化时间JHT小于等于设定时间时，选择第一碳源为投入的碳源；净化时间JHT大于设定时间时，选择第二碳源为投入的碳源；然后获取碳源的前馈计算的投加流量q′，然后计算反馈的调节系数K，获取实际的碳源投加流q＝K*q′。

进一步地，所述碳源的前馈计算的投加流量q′的计算公式如下：

q′＝Q*[a*(C1-C)+b*D1]/(ρ*n*1000)；

其中，a为硝酸盐转化为氮气消耗的碳源投加系数；b为溶解氧消耗碳源的投加系数；C为目标出水硝酸盐浓度；ρ碳源的密度；n为碳源的质量百分比浓度；Q为进水流量，C1为进水硝酸盐检测浓度，C2为出水硝酸盐检测浓度，D1为进水溶解氧检测浓度；

然后获取投加流量q′的合理性标签，当判断合理时，合理性标签为1，确定前馈投加流量q′；当判断不合理时，合理性标签为0，更换质量百分比更高的碳源浓度进行计算，直至判断投加流量q′合理。

进一步地，所述投加流量q′的合理性判断过程为：

当投加流量q′小于等于设定流量时，判断合理，合理性标签为1；

当投加流量q′大于设定流量时，判断不合理，合理性标签为0。

进一步地，所述调节系数K的计算公式如下：

K＝1+(C2-C)/(C1-C2)；

其中K的范围介于0.8-1.2之间。

进一步地，所述预估小周期t所需处理的总水量SL的过程包括：

获取上一个小周期t内处理污水的总水量SSL，获取上一个大周期T内同时间的小周期t内处理污水的总水量TSL，根据公式SL＝α1*SSL+α2*TSL获取；其中α1、α2为比例系数，取值范围为在0-1之间。

进一步地，所述加药模块包括若干个加药箱和若干个加药泵，不同加药箱内存储的第一碳源或第二碳源的浓度不同。

进一步地，还包括滤池模块，所述滤池模块包括分配水渠，所述分配水渠中设置有过滤砖，所述过滤砖的上方设置有承托层，所述承托层的上方设置有滤料层，所述分配水渠的进口处设置有进水气动阀门，所述过滤砖的下方设置有气反洗模块，分配水渠的下方设置有出水渠，所述分配水渠中设置有滤池液位计，出水渠的出口处设置有水反洗模块。

进一步地，所述气反洗模块包括反洗风机和反洗布气装置，所述反洗布气装置设置在过滤砖的下方，所述反洗布气装置与反洗风机之间设置有反洗进气气动阀。

进一步地，所述水反洗模块包括清洗池和反洗废水池，所述清洗池与出水渠的出口连接，所述清洗池中设置有反洗水泵，所述反洗水泵与出水渠的出口连通，所述反洗水泵与出水渠的出口之间设置有反洗进水流量计和反洗进水气动阀，所述反洗废水池与分配水渠连通，所述反洗废水池与分配水渠之间设置有反洗出水气动阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过前馈计算投入流量，然后通过调节系数对其进行反馈调节；使得投入碳源的流量更加准确，通过预估小周期t内的处理水量，获取每池污水的处理时间，当处理的时间小于设定的时间时，投入处理速度较快的第一碳源，使得污水处理的速度加快，当处理的时间大于等于设定的时间时，投入价格较为便宜的第二碳源，使得污水处理的成本降低，方便污水处理时灵活调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明工艺流程图。

图中：1、进水流量计；2、进水硝态氮检测仪；3、进水溶解氧检测仪；4、进水渠；5、进水气动阀门；6、分配水渠；7、滤料层；8、承托层；9、过滤砖；10、反洗布气装置；11、出水渠；12、滤池液位计；13、出水气动阀门；18、出水硝态氮检测仪；14、清水池；15、反洗水泵；16、反洗进水流量计；17、反洗进水气动阀；19、反洗出水气动阀；20、反洗废水池；21、反洗风机；22、反洗进气气动阀；23、加药箱；24、加药泵；25、处理器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

这里使用的术语用于描述实施例，并不意图限制和/或限制本公开；应该注意的是，除非上下文另有明确指示，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”也包括复数形式；而且，尽管属于“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但是元件不受这些术语的限制，这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。

如图1所示，一种反硝化深床滤池处理系统，包括进水模块，所述进水模块包括进水渠4，所述进水渠4中设置有进水硝态氮检测仪2和进水溶解氧检测仪3，分别用于获取进水硝酸盐检测浓度数据和进水溶解氧检测浓度数据；所述进水渠4的进水口处设置有进水流量计1；所述进水渠4的出水口处设置有滤池模块；

所述滤池模块包括分配水渠6，所述分配水渠6中设置有过滤砖9，所述过滤砖9的上方设置有承托层8，所述承托层8的上方设置有滤料层7，所述分配水渠6的进口处设置有进水气动阀门5，所述过滤砖9的下方设置有气反洗模块，所述气反洗模块包括反洗风机21和反洗布气装置10，所述反洗布气装置10设置在过滤砖9的下方，所述反洗布气装置10与反洗风机21之间设置有反洗进气气动阀22；所述分配水渠6的下方设置有出水渠11，所述分配水渠6中设置有滤池液位计12。

所述进水模块还与水反洗模块连接，所述水反洗模块包括清洗池，所述清洗池与出水渠11的出口连接，所述清洗池中设置有反洗水泵15，所述反洗水泵15与出水渠11的出口连通，方便进行水反洗，所述反洗水泵15与出水渠11的出口之间设置有反洗进水流量计16和反洗进水气动阀17；所述清洗池中设置有出水硝态氮检测仪18，所述水反洗模块还包括反洗废水池20，所述反洗废水池20与分配水渠6连通，所述反洗废水池20与分配水渠6之间设置有反洗出水气动阀19；

还包括加药模块，所述加药模块包括加药箱23和加药泵24；所述加药模块与处理器25通信连接，所述加药箱23有若干个，所述加药泵24对应加药箱23有若干个；

所述处理器25通过上述各检测仪获取反硝化深床滤池的基础数据并生成投放指令；所述基础数据包括进水口数据和出水口数据；所述进水口数据包括进水硝酸盐检测浓度和进水溶解氧检测浓度；所述出水口数据包括出水硝酸盐检测浓度。

滤池运行过程中设置有小周期t和大周期T，滤池每运行小周期t后，需要进行驱氮；滤池没运行大周期T后需要进行反冲洗；所述大周期T是小周期t的整数倍，本实施例中小周期的时间为4小时，大周期的时间为48小时。

预估小周期t内需要进行处理的总水量SL，由于进水池的容量RL是固定的，故可以获取小周期T内需要进行污水处理的池数CH，CH＝[SL/RL]+1，其中[]为取整符号；

故每池污水的净化时间JHT为：JHT＝t/CH；每池的污水量WSL为，WSL＝SL/CH；故污水的进水流量Q＝SL/t；然后根据进水流量获取碳源投加流量q；当净化时间JHT小于等于设定时间时，选择第一碳源为投入碳源；所述第一碳源包括乙酸钠；当净化时间JHT大于设定时间时，选择第二碳源为投入碳源，所述第二碳源包括甲醇；本实施例中所述第二碳源包括若干不同浓度的甲醇溶液；

碳源投加流量q的计算公式为：

q′＝Q*[a*(C1-C)+b*D1]/(ρ*n*1000)；

其中，q′为前馈计算的碳源投加流量；a为硝酸盐转化为氮气消耗的碳源投加系数；b为溶解氧消耗碳源的投加系数；C为目标出水硝酸盐浓度(单位mg/L)；q为碳源投加流量(单位L/h)；ρ碳源的密度；n为碳源的质量百分比浓度；Q为进水流量(单位m3/h),C1为进水硝酸盐检测浓度(单位mg/L),C2为出水硝酸盐检测浓度(单位mg/L),D1为进水溶解氧检测浓度(单位mg/L)；

需要说明的是，当q′小于等于设定流量时，判断合理，合理性标签为1；说明现有浓度的第一碳源或第二碳源，符合加药泵24的出口设置；当q′大于等于设定流量时，判断不合理，合理性标签为0。说明现有浓度的第一碳源获取第二碳源，不符合现有加药泵24的出口设置，更换浓度更大的第一碳源或第二碳源。

然后根据调节系数K对理论流量进行调节，K的计算公式为：

K＝1+(C2-C)/(C1-C2)；

q＝K*q′；

K为调节系数，设定K值范围介于0.8-1.2，当出水硝酸盐检测浓度C2大于目标目标出水硝酸盐浓度值C时，K大于1，碳源投加流量增加；

当出水硝酸盐检测浓度C2小于目标目标出水硝酸盐浓度值C时，K小于1；当出水硝酸盐检测浓度C2等于目标目标出水硝酸盐浓度值C时，K等于1；

K值的界限为1±0.2，超出该界限说明滤池进水的碳源(有机物)过高或者硝态氮超标，需要对前端的污水处理工艺进行调节，使K值处于合理范围内。

预估小周期t所需处理的总水量SL的过程包括：

获取上一个小周期t内处理污水的总水量SSL，获取上一个大周期T内同时间的小周期t内处理污水的总水量TSL，根据公式SL＝α1*SSL+α2*TSL。其中α1、α2为比例系数，取值范围为在0-1之间。

本发明在正常工作时有三种运行方式：

正常过滤，其主要过程包括：

进水由前端处理设施处理后流入，经进水流量计1后进入进水渠4，进水硝态氮检测仪2和进水溶解氧检测仪3检测进水的硝态氮和溶解氧，和进水流量。滤池液位计12控制滤池内以恒液位方式运行。进水渠4里的污水通过进水气动阀门5均匀配置到分配水渠6，通过重力作用依次经过滤料层7、承托层8、过滤砖9汇入到出水渠11，打开出水气动阀门13，处理后的清水进入清水池14。

当滤池处于过滤状态时，滤池进水气动阀门5和滤池出水气动阀门13打开，其他阀门关闭。

滤池反冲洗，具体过程包括：

当滤池运行到48h后，进入反洗阶段。在反冲洗过程中，进水气动阀门5和出水气动阀门13关闭，反洗出水气动阀19、反洗进气气动阀22和反洗进水气动阀17开启。

反冲洗过程包括气洗、气水联合冲洗及水洗三步。

反洗时，反洗风机21开启，气体从滤池底部反洗布气装置10均匀分配到池中，气体经承托层8和过滤砖9后，对滤料层7进行空气搓洗。气洗时间一般持续3-5min。

气洗后，进行气水联合清洗，气体清洗和水洗同步进行。反洗水为滤池过滤出水，由反洗水泵15泵入滤池底部，逆污水过滤方向对滤池进行反冲洗，此过程一般持续15-20min。气水联合反冲洗会产生一种剧烈的刷洗作用，除去截留的固体和附着滤料上的老化生物膜。相比于仅用水反冲洗，同时进行气洗和水洗，极大地提高了反冲洗清洗效率。反洗时，进水气动阀门5关闭，反洗出水气动阀19开启，反冲洗废水通过分配水渠6排入反冲洗反洗废水池20，然后返回前端工艺，再次处理。

气水联合清洗后，关闭反冲洗气体，并继续水冲洗，此过程约持续3-5min，将截流的固体物质和过量气体带出滤池，反洗废水排入废水池。反冲洗可达到清洁滤池的作用，维持滤池的正常过滤作用。

反冲洗水可以作为输送媒介，将反洗固体物质向上运送带至滤床以外，进入进水槽。反冲洗时需控制反冲洗水流速，若反冲洗水流速过低，在反冲洗后会留下过多的固体。而反冲洗水速率过高又会冲坏滤料层7和承托层8，造成滤料流失。

反冲洗结束后，所有阀门返回其过滤时的位置。

滤池驱氮，具体过程包括：

滤池运行4h后需要进行驱氮，驱氮同样采用水洗，且保持与反冲洗相同的流速。滤池出水气动阀门13短时间关闭，反洗进水气动阀17开启，反洗水将祛除水中反硝化产生的氮气，驱氮过程一般持续2min左右。

上述公式中的数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，包括设置在进水模块中的进水硝态氮检测仪(2)、进水溶解氧检测仪(3)以及进水流量计(1)，分别用于获取进水硝酸盐检测浓度数据、进水溶解氧检测浓度数据以及进水流量数据；还包括设置在清洗池中的出水硝态氮检测仪(18)，用于检测出水硝酸盐浓度数据；

进水硝态氮检测仪(2)、进水溶解氧检测仪(3)、进水流量计(1)以及出水硝态氮检测仪(18)将采集到的数据发送至处理器(25)，处理器(25)根据数据生成加药指令；然后发送至加药模块，所述加药模块将碳源加入到进水渠(4)中；所述加药指令的生成过程包括：

设置小周期t和大周期T，预估小周期t内需要进行处理的总水量SL，小周期T内污水处理的池数CH：

CH＝[SL/RL]+1，其中[]为取整符号；

每池污水的净化时间JHT为：

JHT＝t/CH；

当净化时间JHT小于等于设定时间时，选择第一碳源为投入的碳源；净化时间JHT大于设定时间时，选择第二碳源为投入的碳源；然后获取碳源的前馈计算的投加流量q′，然后计算反馈的调节系数K，获取实际的碳源投加流量q＝K*q′。

2.根据权利要求1所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，所述碳源的前馈计算的投加流量q′的计算公式如下：

q′＝Q*[a*(C1-C)+b*D1]/(ρ*n*1000)；

其中，a为硝酸盐转化为氮气消耗的碳源投加系数；b为溶解氧消耗碳源的投加系数；C为目标出水硝酸盐浓度；ρ碳源的密度；n为碳源的质量百分比浓度；Q为进水流量，C1为进水硝酸盐检测浓度，C2为出水硝酸盐检测浓度，D1为进水溶解氧检测浓度；

然后获取投加流量q′的合理性标签，当判断合理时，合理性标签为1，确定前馈投加流量q′；当判断不合理时，合理性标签为0，更换质量百分比更高的碳源浓度进行计算，直至判断投加流量q′合理。

3.根据权利要求2所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，所述投加流量q′的合理性判断过程为：

当投加流量q′小于等于设定流量时，判断合理，合理性标签为1；

当投加流量q′大于设定流量时，判断不合理，合理性标签为0。

4.根据权利要求1所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，所述调节系数K的计算公式如下：

K＝1+(C2-C)/(C1-C2)；

K的取值范围为[0.8-1.2]。

5.根据权利要求1所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，所述预估小周期t所需处理的总水量SL的过程包括：

获取上一个小周期t内处理污水的总水量SSL，获取上一个大周期T内同时间的小周期t内处理污水的总水量TSL，根据公式SL＝α1*SSL+α2*TSL获取；其中α1、α2为比例系数，取值范围为(0-1)。

6.根据权利要求1所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，所述加药模块包括若干个加药箱(23)和若干个加药泵(24)，不同加药箱(23)内存储的第一碳源或第二碳源的浓度不同。

7.根据权利要求1所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，还包括滤池模块，所述滤池模块包括分配水渠(6)，所述分配水渠(6)中设置有过滤砖(9)，所述过滤砖(9)的上方设置有承托层(8)，所述承托层(8)的上方设置有滤料层(7)，所述分配水渠(6)的进口处设置有进水气动阀门(5)，所述过滤砖(9)的下方设置有气反洗模块，分配水渠(6)的下方设置有出水渠(11)，所述分配水渠(6)中设置有滤池液位计(12)，出水渠(11)的出口处设置有水反洗模块。

8.根据权利要求7所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，所述气反洗模块包括反洗风机(21)和反洗布气装置(10)，所述反洗布气装置(10)设置在过滤砖(9)的下方，所述反洗布气装置(10)与反洗风机(21)之间设置有反洗进气气动阀(22)。

9.根据权利要求7所述的一种反硝化深床滤池处理系统，其特征在于，所述水反洗模块包括清洗池和反洗废水池(20)，所述清洗池与出水渠(11)的出口连接，所述清洗池中设置有反洗水泵(15)，所述反洗水泵(15)与出水渠(11)的出口连通，所述反洗水泵(15)与出水渠(11)的出口之间设置有反洗进水流量计(16)和反洗进水气动阀(17)，所述反洗废水池(20)与分配水渠(6)连通，所述反洗废水池(20)与分配水渠(6)之间设置有反洗出水气动阀(19)。

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