CN114225486A - 适用于给水厂滤池反冲洗控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于给水厂滤池反冲洗控制系统。本发明适用于给水处理构筑物冲洗技术领域。本发明所采用的技术方案是：一种适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，用于控制滤池的反冲洗装置，该滤池内由上而下依次为进水区、滤料区和出水区，所述反冲洗装置具有反冲洗泵和鼓风机工作，其特征在于，该控制系统包括：液位计，设置于滤池的设计最高水位处；厚度监测设备，用于实时获取滤料区的厚度；浊度计，用于采集该滤池排出的反冲洗废水的浊度数据；PLC控制器，与所述液位计、厚度监测设备、浊度计、反冲洗泵和鼓风机连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于给水厂滤池反冲洗控制系统。适用于给水处理构筑物冲洗技术领域。
背景技术
在水处理厂中，滤池是为了进一步去除水中杂质的重要环节之一，当过滤池工作一段时间后，被截留的污染物会穿透滤层，使得水质急剧变坏，滤层过滤阻力增大至超过最大允许的阻力，导致滤池无法正常工作。为了恢复滤池的正常工作，需要对滤池进行反冲洗操作，利用反向水流(自上而下)对过滤层进行冲洗，从而使滤层再生，滤池重新开始正常工作，不同类型的滤池具有不同的反冲洗强度与反冲时间。
目前，对滤池进行反冲洗需要解决三个问题：(1)何时进行反冲洗，常规操作是当过滤时间超过设定值，或水头损失大于设定值，或通过上位机强制进行冲洗，而这些设定值，以及对应的反冲洗参数通常都是根据人工经验确定，其精确度较差；(2)如何确定冲洗强度确保不跑砂同时效果好；(3)冲洗时间多久才能确定滤料已冲洗干净。反冲洗参数同样是根据经验设置，参数设置不合理，当冲洗强度过高、反冲时间过长时，会造成不必要的能源浪费和成本损失；当冲洗强度过低、反冲时间过短时，则无法保证出厂水水质是否能够稳定达标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种适用于给水厂滤池反冲洗控制系统。
本发明所采用的技术方案是：一种适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，用于控制滤池的反冲洗装置，该滤池内由上而下依次为进水区、滤料区和出水区，所述反冲洗装置具有反冲洗泵和鼓风机工作，其特征在于，该控制系统包括：
液位计，设置于滤池的设计最高水位处；
厚度监测设备，用于实时获取滤料区的厚度；
浊度计，用于采集该滤池排出的反冲洗废水的浊度数据；
PLC控制器，与所述液位计、厚度监测设备、浊度计、反冲洗泵和鼓风机连接，用于在液位计监测到滤池内水位上升到设计最高水位时，控制反冲洗泵和鼓风机启动；用于基于厚度监测设备实时采集的滤料区厚度闭环控制反冲洗泵的反冲洗强度和鼓风机的鼓气量，以使滤料区的膨胀度保持在设定区间内；用于在浊度计采集到的反冲洗废水浊度下降到设定值时，控制反冲洗泵和鼓风机停止运行。
所述厚度监测设备包括设置于滤池一侧内壁上的一排竖向布置的激光放射器，以及一排设置于滤池对侧内壁上的一排竖向布置的、与激光放射器一一对应的光接收器。
所述基于厚度监测设备实时采集的滤料区厚度闭环控制反冲洗泵的反冲洗强度和鼓风机的鼓气量，包括：
基于未冲洗时滤料区的厚度和冲洗前后滤料区的厚度变化数据计算冲洗前后滤料区的膨胀度e；
基于如下公式计算反冲洗泵的反冲洗强度q和鼓风机的鼓气量Q：
其中，q表示反冲洗强度；do表示与滤料颗粒体积相同的球体直径；u表示水的动力粘度；m0表示滤料膨胀前的孔隙率；
其中，Q表示鼓风机鼓风量；F表示待冲洗滤池的面积。
所述在浊度计采集到的反冲洗废水浊度下降到设定值时，控制反冲洗泵和鼓风机停止运行，包括：
基于浊度计采集的浊度数据计算一定时间段内的浊度变化率，并在浊度变化率小于0且实时采集的浊度数据至设定值时，控制反冲洗泵和鼓风机停止运行。
所述PLC控制器电连接设置于滤池出水管渠上的气动调节阀和设置于滤池出水区底部的压力计，PLC控制器根据压力计采集的压力数据控制气动调节阀的开度。
本发明的有益效果是：本发明基于液位计和浊度计采集的数据确定反冲洗装置的启停时间点，基于厚度监测设备实时获取滤料区的厚度数据闭关控制反冲洗泵的反冲洗强度和鼓风机的鼓气量，从而使滤料区的膨胀度保持在设定区间内，本发明通过上述手段实现反冲洗装置的自动控制，保证反冲洗的质量。
附图说明
图1为实施例控制系统的电路框图。
图2为实施例中滤池沿长度方向的剖面图。
图3为实施例中滤池沿宽度方向的剖面图。
图4为实施例中厚度监测设备的结构示意图。
图5为实施例中滤料区膨胀时厚度监测设备工况示意图。
具体实施方式
本实施例为一种适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，用于自动控制滤池的反冲洗装置，该滤池内由上而下依次为进水区、滤料区和出水区，反冲洗装置具有反冲洗泵和鼓风机工作等。
本例中控制系统包括监测装置、PLC控制器、进水阀门和气动调节阀，其中监测装置包括压力计、液位计、浊度计和厚度监测设备。
本实施例中压力计设置于滤池的出水区底部，与PLC控制器电连接，用于获取出水区底部的压力数据并发送给PLC控制器。
本例中液位计安装于滤池内进水区的设计最高水位处，与PLC控制器电连接，用于在滤池进水区的水位上升至设计最高水位时向PLC控制器发送信号。
本实施例中厚度监测设备具有激光放射器、光接收器、放大器和A/D转换器，其中激光放射器具有若干，成一竖排布置于滤池的一侧内壁上，从为冲洗时的滤料区顶部至进水区的设计最高水位；光接收器具有若干，成一竖排布置于激光放射器对侧的滤池内壁上，与激光放射器一一对应。
本例中厚度监测设备与PLC控制器电连接，用于利用滤料对激光遮挡的特性监测滤料区的厚度，并将反冲洗前后滤料区的厚度变化数据发送给PLC控制器。
本例中浊度计设置于滤池一旁的集水槽中，浊度计与PLC控制器电连接，用于采集流入集水槽的反冲洗废水的浊度数据，并将浊度数据发送给PLC控制器。
本实施例中反冲洗水泵与PLC控制器电连接，反冲洗水泵的冲洗管道布置于滤料区底部，管道表面设置若干出水孔；鼓风机与PLC控制器电连接，鼓风机的曝气管布置于滤料区底部，曝气管上以一定的间隔布置曝气喷头。
本实施例中进水阀门设置于与进水区连通的进水管上，进水阀门与PLC控制器电连接；气动调节阀设置于滤池的出水管渠上，并与PLC控制器电连接。
本实施例中PLC控制器根据压力计采集的出水区底部压力值P控制气动调节阀的开度α，滤池池底所受的压力值P与气动调节闸开度α之间存在函数关系，P＝K*α，k为比例常数，可通过人工经验运行调试所得。
由于滤料空隙被絮状沉积物堵塞会导致滤速继续降低，进水量大于滤池出水量，滤池水位持续上升，当液位计监测到水位上升至涉及最高水位时，将信号传送至PLC控制器，PLC控制器控制进水阀门关闭，并触发进行气水反冲洗流程，反冲洗装置启动。
本实施例中基于厚度监测设备实时采集的滤料区厚度闭环控制反冲洗泵的反冲洗强度和鼓风机的鼓气量，以使滤料区的膨胀度保持在设定区间内。
在滤池未进行反冲洗时，厚度监测设备中位于滤料区顶部上方的激光发生器发射的光全部被光接收器所接收，通过放大器和A/D转化器将光信号转为数字信号，得到滤料区顶部的初始相对高度值H1；当开始反冲洗时，与PLC连接的鼓风机和反冲洗水泵启动，曝气量和反冲洗强度依照设定的初始值开始对滤池进行反冲洗，滤池中的滤料开始发生膨胀时，部分激光发射器所发出的光被膨胀起来的滤料所遮挡，光接收器无法接收光，而在滤池上部未被滤料膨胀所遮挡的部分可正常接收脉冲光波，在这种工况下通过放大器和A/D转化器将光信号转为数字信号，得到膨胀时滤料区顶部的相对高度值H2，已知滤池中滤料未冲洗时自身厚度为L0，那么可得到膨胀率e。
基于如下公式计算反冲洗泵的反冲洗强度q和鼓风机的鼓气量Q：
其中，q表示反冲洗强度，L/m2.S；do表示与滤料颗粒体积相同的球体直径，cm；u表示水的动力粘度，Pa.S；m0表示滤料膨胀前的孔隙率；do、u、m0均为已知条件。
本实施例中反冲洗强度q与鼓风机的鼓风量Q之间函关系如下：
其中，Q表示鼓风机鼓风量，m3/s；F表示待冲洗滤池的面积，m2，F为已知量。
按照工程经验，一般情况下单层滤料膨胀度约为45％时冲洗效果最佳，当双层、三层滤料时膨胀度为约50％左右效果最佳。
本实施例依据膨胀率e与反冲洗强度q之间的函数关系来计算反冲洗冲洗强度q，依据反冲洗强度q与鼓风机的鼓风量Q之间的函数关系来结算出鼓风量Q，进而通过PLC控制器对鼓风机进行调节，进而使得滤池中滤料的膨胀率满足最佳冲洗效果。
本实施例中当在滤池开启反冲洗程序时，产生的反冲洗废水流入到中间的集水槽，安装于集水槽中的浊度计将反冲洗废水的浊度数据实时传输至PLC控制器，浊度数据先从1～2NTU骤升至几百NTU，达到峰值稳定一段时间后开始逐渐下降。在浊度上升过程中，时间T1对应浊度N1，时间T2对应的浊度N2，那么浊度变化率
浊度变化率k≥0，此时需要一直冲洗；当浊度变化率k＜0时，说明浊度开始处于逐渐下降阶段，且浊度逐渐下降至某一设定的浊度值时，同时满足上述条件时PLC控制器控制的反冲洗泵和鼓风机停止运作，该格滤池冲洗流程结束。以上所述仅为本发明专利的具体实施例，但本发明专利的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本专利的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本专利的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，用于控制滤池的反冲洗装置，该滤池内由上而下依次为进水区、滤料区和出水区，所述反冲洗装置具有反冲洗泵和鼓风机工作，其特征在于，该控制系统包括：
液位计，设置于滤池的设计最高水位处；
厚度监测设备，用于实时获取滤料区的厚度；
浊度计，用于采集该滤池排出的反冲洗废水的浊度数据；
PLC控制器，与所述液位计、厚度监测设备、浊度计、反冲洗泵和鼓风机连接，用于在液位计监测到滤池内水位上升到设计最高水位时，控制反冲洗泵和鼓风机启动；用于基于厚度监测设备实时采集的滤料区厚度闭环控制反冲洗泵的反冲洗强度和鼓风机的鼓气量，以使滤料区的膨胀度保持在设定区间内；用于在浊度计采集到的反冲洗废水浊度下降到设定值时，控制反冲洗泵和鼓风机停止运行。
2.根据权利要求1所述的适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，其特征在于，所述厚度监测设备包括设置于滤池一侧内壁上的一排竖向布置的激光放射器，以及一排设置于滤池对侧内壁上的一排竖向布置的、与激光放射器一一对应的光接收器。
3.根据权利要求1或2所述的适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，其特征在于，所述基于厚度监测设备实时采集的滤料区厚度闭环控制反冲洗泵的反冲洗强度和鼓风机的鼓气量，包括：
基于未冲洗时滤料区的厚度和冲洗前后滤料区的厚度变化数据计算冲洗前后滤料区的膨胀度e；
基于如下公式计算反冲洗泵的反冲洗强度q和鼓风机的鼓气量Q：
其中，q表示反冲洗强度；do表示与滤料颗粒体积相同的球体直径；u表示水的动力粘度；m0表示滤料膨胀前的孔隙率；
其中，Q表示鼓风机鼓风量；F表示待冲洗滤池的面积。
4.根据权利要求1所述的适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，其特征在于，所述在浊度计采集到的反冲洗废水浊度下降到设定值时，控制反冲洗泵和鼓风机停止运行，包括：
基于浊度计采集的浊度数据计算一定时间段内的浊度变化率，并在浊度变化率小于0且实时采集的浊度数据至设定值时，控制反冲洗泵和鼓风机停止运行。
5.根据权利要求1所述的适用于给水厂滤池反冲洗控制系统，其特征在于：所述PLC控制器电连接设置于滤池出水管渠上的气动调节阀和设置于滤池出水区底部的压力计，PLC控制器根据压力计采集的压力数据控制气动调节阀的开度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220325 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |