专利名称：反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统与运行方法
技术领域：
本发明涉及一种污水再生回用生物处理技术，具体是对能够进行深度脱氮污水处 理的缺氧反硝化滤池进行实时自动反冲洗的控制系统与运行方法，适用于城镇污水深度处 理和含氮工业废水处理。
背景技术：
近年来，中国经济总量的迅速增加使水资源总量日渐减少。日益严重的水环境污 染，使水资源的紧张局势进一步加剧，水资源问题已经成为中国经济和社会可持续发展的 瓶颈。污水回用对解决城市水资源短缺蕴藏着巨大潜力，污水经过适当的再生处理，可以重 复利用于河湖景观、工业冷却、绿化灌溉等多种用途，实现水在自然界中的良性循环。城市 污水就近可得，易于收集和处理，水量丰富。作为城市第二水源要比海水、雨水更加稳定、可 靠，比长距离引水更经济。开辟这种非传统水源，实现污水资源化，对于缓解水资源紧缺的 态势，保障城市供水具有重要的战略意义。近年来，国家部分地区地表水水体污染状况不断 恶化，地表水、地下水资源日益缺乏，再生水已经被作为缺水城市的重要水源。然而，由于污 水中C0D/N比较低，以及原工艺不具有反硝化功能等原因，我国大部分污水处理厂需升级 改造，以提高污水处理厂出水水质，进一步实现污水再生利用。反硝化滤池污水处理工艺将生物反硝化与物理过滤技术有机结合，既可实现生物 脱氮，又可进一步降低水中悬浮物。该工艺为污水处理厂升级改造，实现污水再生利用的优 选工艺。在污水处理工艺过程中，反硝化滤池中的滤料表面附着生长着一层生物膜，滤池在 过滤过程中生物膜不断生长增厚，需要通过反冲洗将滤池内过量生长的微生物排出系统。 反硝化滤池所用滤料粒径较小，反硝化微生物生长速率较快，这使得反硝化滤池运行过程 中易造成堵塞。滤池一旦堵塞将造成局部水力负荷增加，出水水质降低，严重时无法使滤池 正常运行，可以说反硝化滤池的反冲洗方法是保证反硝化滤池污水处理工艺正常稳定运行 的关键。目前，我国对反硝化生物虑池的反冲洗方法的研究多以机理性研究为主，该方法 还没有应用于污水处理厂升级改造和生产高品质再生水的应用实例，自然也没有对该冲洗 方法进行优化的技术出现。目前需要解决的主要技术问题有①传统生物滤池技术存在的 易堵塞、难于准确判断滤池何时需要反冲洗的问题；②如何灵活准确的控制滤池反冲洗过 程的强度，避免反冲洗强度过大造成滤池反冲后恢复时间过长，强度过低使得过度生长的 生物膜难于彻底从滤池系统中排除，滤池局部出现堵塞的问题；③如何灵活准确地控制滤 池反冲洗过程的时间，避免造成滤池所用反冲洗水量过大，增加能耗的问题；④难于保证滤 池反冲洗后，能够在最短的时间内恢复反硝化功能和过滤功能，保证获得稳定的TN和悬浮 物的达标的出水水质。这些都给反硝化生物虑池污水处理工艺获得良好再生水水质带来了 实际困难，从而阻碍了该工艺运行效果的进一步提高和工艺的推广应用。因此，需要提出一 种更好更完善的生物滤池冲洗的控制系统和和相应的科学完善的运行方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种反硝化滤池工艺的实时自动反 冲洗控制系统与运行方法。该系统和运行方法通过改变传统的生物滤池的反冲洗运行方 式，并通过实时过程控制，准确判断反硝化滤池是否需要反冲洗，灵活控制反冲洗过程所用 时间及强度，能够在节省运行费用条件下，保证反硝化滤池的反冲洗效果。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统，其特征在于设有在反硝化滤池内滤料层 上方清水区内设置的在线水浊度传感器和在线硝酸盐传感器，上述传感器分别与浊度测定 仪和硝酸盐测定仪进行信号连接，并经信号输入接口与过程控制器信号连接，过程控制器 与工控机进行信号和控制连接；工控机的控制信号经接口和导线传送给过程控制器，过程 控制器设有进水泵继电器、进水阀继电器、碳源投加泵继电器、碳源投加阀继电器、放水阀 继电器、反冲气泵继电器、反冲进气阀门继电器、反冲进水泵继电器、反冲进水阀门继电器， 这些继电器经接口依序分别与进水泵、进水阀、碳源投加泵、碳源投加阀、放水阀、反冲气 泵、反冲进气阀门、反冲进水泵、反冲进水阀门控制连接；所述进水泵和进水阀设在进水池 与反硝化滤池连接的进水管上，所述放水阀设在进水池与反硝化滤池滤料层下部连接的反 冲放水管上；所述反冲进水泵和反冲进水阀设在清水池与反硝化滤池滤料层下部连通的反 冲进水管上，所述反冲气泵、反冲进气阀门通过反冲气管与反硝化滤池底部连通；所述碳源 投加泵和碳源投加阀设在碳源储药箱与反硝化滤池连接的投药管上；所述清水池还设有与 反硝化滤池滤料层上部连通的出水管；另外还设有与反硝化滤池上部连通的储泥池。本发明的反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统的运行方法，其特征包括以下步 骤1)启动控制系统本发明的控制系统与反硝化滤池污水处理工艺过程同时启动， 进水泵将待处理的污水从进水池经进水泵和进水阀注入反硝化滤池，同时，通过碳源投加 泵和碳源投加阀向反硝化滤池进水中投加碳源，过程控制器通过浊度传感器和硝酸盐传感 器、浊度测定仪和硝酸盐测定仪采集出水浊度和硝酸盐含量信号，取得反硝化滤池反硝化 过滤过程的实时控制参数；2)参数处理判断过程控制器将上一步得到的控制参数传给工控机，工控机进行 处理判断若没有出现以下四种情况之一时继续第1)步反硝化过滤过程，当出现以下四种 情况中之一的情况时，工控机给过程控制器发出控制信号，过程控制器通过相应的继电器 控制关闭进水泵及进水阀，停止进水，同时，关闭碳源投加泵及碳源投加阀，停止碳源投加， 反硝化过滤过程中止，进行下一步骤；所述四种情况如下①浊度的一阶导数大于0. INTU/min持续30min，且过滤时间t > 15h ；②浊度大于进水浊度超过3个NTU维持30min，且过滤时间t > 20h ；③出水浊度大于10NTU持续15min，且过滤时间t > 20h ；④过滤时间大于设定的最大过滤时间；3)排水过程工控机和过程控制器，简称为控制器，控制打开反冲放水管上的放 水阀，放水达到设定时间，该时间视反硝化滤池大小而定，以池中污水放至滤池滤料层以上 40cm为准，关闭放水阀，进入第4)步骤；4)单独气反冲洗控制器控制打开反冲气泵和反冲进气阀，对反硝化滤池进行单独气冲，达到设定时间，该时间按滤池进水出水水质和过滤时间预先设定，以滤池恢复处理 效果时间最短为准，然后进入第幻步骤；5)气水联合反冲洗控制器控制打开反冲进水管上的反冲进水阀，启动反冲进水 泵，对反硝化滤池进行气水联合反冲洗，同时读取在线参数；由控制器通过出水浊度传感器 采集反冲洗出水浊度信号，作为反硝化滤池反冲洗过程的过程实时控制参数；控制的具体 方式是当出现以下3种情况之一时，控制器关闭反冲进气阀和反冲气泵，停止气水联合反 冲洗，进入第6)步骤，所述3种情况是①浊度大于1000NTU持续lmin，反冲洗时间> ^iin ；②浊度的一阶导数大于0. INTU/min持续2min，且反冲洗时间t > 4min ；③反冲洗时间大于设定的最大冲洗时间；6)单独水反冲洗保持反冲洗进水泵和进水阀处于开启状态，对滤池进行单独水 反冲洗，滤反冲洗水将剥落的悬浮物不断排出滤池，同时读取在线参数；由控制器通过出水 浊度传感器采集反冲洗出水浊度信号，作为反硝化滤池单独水反冲洗过滤过程的实时控制 参数；具体控制方式是当出现以下4种情况之一时，关闭反冲进水阀，反冲进水泵，单独水 反冲洗过程结束，并结束本反冲洗运行过程，重新进入第1)步骤；所述4个情况是①出水浊度的一阶导数彡-0. 2NTU/min持续lmin，且反冲时间t > 5min ；②出水浊度彡(进水浊度+2) NTU持续Imin，且反冲时间t > 5min ；③反冲去除的生物量大于等于过滤过程生长的生物量；④单独水冲时间大于设定的最大单独水冲时间。本发明的反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统与运行方法与现有技术相比，具有 下列优点(1)过滤效果好，出水悬浮物小于5mg/L，浊度小于5NTU，出水水质稳定，安全可 靠。本发明的出水浊度达到了我国对再生水回用于景观用水、市政杂用、工业用水和地下回 灌等的要求，这是其它生物处理工艺所不能比拟的，也是本工艺突出的优点。(2)采用的实时控制策略能够根据原水水质水量的变化实时控制滤池的过滤过程 时间，从根本上解决了滤池过滤时间过长所引起的滤池堵塞，出水水质差，碳源利用不充分 等所带来的运行成本的提高和能源的浪费。(3)采用的实时控制策略能够根据反冲洗过程生物膜的清除情况，灵活准确地确 定反冲洗过程时间，从根本上解决了因反冲洗时间过长强度过大而导致的滤池处理效果恢 复时间长，处理出水不达标，以及反冲洗时间过短强度过小而导致的滤池局部堵塞，处理出 水悬浮物高等问题。(4)主体装置采用的是反硝化滤池工艺，使有机物和含氮化合物在一个反应池内 得到去除的同时具有过滤的作用，减少了沉淀池等处理构筑物，从而降低了基建投资和整 个工艺的占地面积。(5)整个工艺由过程控制系统完成，具有管理操作方便、费用低和耐冲击负荷强等 优点。本发明可广泛应用于城市污水的深度处理与再生利用或氮素含量变化较大的工 业废水的深度处理，特别适用于已建A/0、A2/0等污水处理厂生产高品质再生水的升级改造。
图1是本发明反硝化滤池反冲洗控制系统的结构示意图。本发明产品的外形并不受此图的限制，仅外形改变也属于本发明的保护范围。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明实施例1 反硝化滤池实时自 动反冲洗控制系统，其特征在于设有在反硝化滤池1内滤料层10上方清水区内设置的在 线水浊度传感器M和在线硝酸盐传感器26，上述传感器分别与浊度测定仪25和硝酸盐测 定仪27进行信号连接，并经信号输入接口四与过程控制器观信号连接，过程控制器与工 控机30进行信号和控制连接；工控机的控制信号经接口和导线传送给过程控制器观，过程 控制器设有进水泵继电器、进水阀继电器、碳源投加泵继电器、碳源投加阀继电器、放水阀 继电器、反冲气泵继电器、反冲进气阀门继电器、反冲进水泵继电器、反冲进水阀门继电器， 这些继电器经接口依序分别与进水泵12、进水阀13、碳源投加泵15、碳源投加阀16、放水阀 18、反冲气泵19、反冲进气阀门20、反冲进水泵21、反冲进水阀门22控制连接；所述进水泵 12和进水阀13设在进水池11与反硝化滤池连接的进水管3上，所述放水阀18设在进水池 与反硝化滤池滤料层下部连接的反冲放水管6上；所述反冲进水泵和反冲进水阀设在清水 池17与反硝化滤池滤料层下部连通的反冲进水管2上，所述反冲气泵19、反冲进气阀门20 通过反冲气管7与反硝化滤池底部连通；所述碳源投加泵和碳源投加阀设在碳源储药箱14 与反硝化滤池连接的投药管4上；所述清水池还设有与反硝化滤池滤料层上部连通的出水 管5 ；另外还设有与反硝化滤池上部连通的储泥池23。实施例2 本发明的反硝化滤池工艺的反冲洗控制系统的运行方法以某城市污水处理厂排放的实际二级处理出水作为实施对象，所选择的反硝化滤 池处理规模360吨/天，选择4-8mm的陶粒作为滤料，外加碳源采用甲醇。水质各项数据 为表1城市污水处理厂二级出水水质情况
项目CODcrNH4-NNO2-NNO3-NTN浊度SS(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)(mg/L)(NTU)(mg/L)最小/ 最大值29. 6-46. 60. 34-2. 720-0.2320. 4-24. 422.4-27.90. 98-9. 770. 6-9. 46平均值34.011.250. 1722. 6425. 12.994. 43按以下步骤具体实施1)启动控制系统本发明的控制系统与反硝化滤池污水处理工艺过程同时启动， 进水泵将待处理的污水从进水池经进水泵和进水阀注入反硝化滤池，同时，通过碳源投加 泵和碳源投加阀向反硝化滤池进水中投加碳源，过程控制器通过浊度传感器和硝酸盐传感 器、浊度测定仪和硝酸盐测定仪采集出水浊度和硝酸盐含量信号，取得反硝化滤池反硝化过滤过程的实时控制参数；2)参数处理判断过程控制器将上一步得到的控制参数传给工控器，工控器进行 处理判断，当运行到第20个小时时，出现情况中“浊度的一阶导数大于0. INTU/min持续 30min，且过滤时间t > 1证”，工控器给过程控制器发出控制信号，过程控制器通过相应的 继电器控制关闭进水泵及进水阀，停止进水，同时，关闭碳源投加泵及碳源投加阀，停止碳 源投加，反硝化过滤过程中止，进行下一步骤；3)排水过程工控器和过程控制器，简称为控制器，控制打开反冲放水管上的放 水阀，也是对滤料层的反冲冼，放水达到设定时间:3min后，关闭放水阀，进入第4)步骤；4)单独气反冲洗控制器控制打开反冲气泵和反冲进气阀，对反硝化滤池进行单 独气冲，达到设定时间4. 5min，然后进入第幻步骤；5)气水联合反冲洗控制器控制打开反冲进水管上的反冲进水阀，启动反冲进水 泵，对反硝化滤池进行气水联合反冲洗，同时读取在线参数；由控制器通过出水浊度传感器 采集反冲洗出水浊度信号，作为反硝化滤池反冲洗过程的过程实时控制参数；当反冲洗到 5分钟时，出现情况“浊度大于1000NTU持续lmin，反冲洗时间大于％iin” ；控制器反冲进 气阀和反冲气泵，停止气水联合反冲洗，进入第6)步骤；6)单独水反冲洗保持反冲洗进水泵和进水阀处于开启状态，对反硝化滤池进行 单独水，反冲洗水将剥落的悬浮物不断排出反硝化滤池，同时读取在线参数；由控制器通过 出水浊度传感器采集反冲洗出水浊度信号，作为反硝化滤池单独水反冲洗过滤过程的实时 控制参数；当反冲洗到8分钟时，出现情况“出水浊度< (进水浊度+2)NTU持续lmin，且 反冲时间t > 5min”;关闭反冲进水阀，反冲进水泵，单独水反冲洗过程结束，并结束本反冲 洗运行过程，重新进入第1)步骤。经过120小时的试运行，本实施例的反硝化滤池的反冲洗运行非常正常，适时地 自动启动反冲洗过程，始终保证了滤池的不堵塞和出水达标，节约了电能约1000度，避免 了以前经常出现的滤池堵塞，出水悬浮物较高的情况。经检测本实施例试运行过程中的出水水质保持为COD 小于 35mg/L，NO3^N 低于;3mg/L，TN 低于 5mg/L，TP 低于 0. 3mg/L, SS 低于 5mg/ L,浊度低于5NTU，水质可达到地表IV类水质标准。
权利要求
1.一种反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统，其特征在于设有在反硝化滤池(1)内 滤料层(10)上方清水区内设置的在线水浊度传感器04)和在线硝酸盐传感器( )，上 述传感器分别与浊度测定仪(2 和硝酸盐测定仪(XT)进行信号连接，并经信号输入接口 (29)与过程控制器08)信号连接，过程控制器与工控机(30)进行信号和控制连接；工控 机的控制信号经接口和导线传送给过程控制器( )，过程控制器设有进水泵继电器、进水 阀继电器、碳源投加泵继电器、碳源投加阀继电器、放水阀继电器、反冲气泵继电器、反冲进 气阀门继电器、反冲进水泵继电器、反冲进水阀门继电器，这些继电器经接口依序分别与进 水泵(12)、进水阀(13)、碳源投加泵(15)、碳源投加阀(16)、放水阀(18)、反冲气泵(19)、 反冲进气阀门(20)、反冲进水泵(21)、反冲进水阀门02)控制连接；所述进水泵(12)和进 水阀(1 设在进水池(11)与反硝化滤池连接的进水管C3)上，所述放水阀(1 设在进水 池与反硝化滤池滤料层下部连接的反冲放水管(6)上；所述反冲进水泵和反冲进水阀设在 清水池(17)与反硝化滤池滤料层下部连通的反冲进水管(2)上，所述反冲气泵(19)、反冲 进气阀门OO)通过反冲气管(7)与反硝化滤池底部连通；所述碳源投加泵和碳源投加阀设 在碳源储药箱(14)与反硝化滤池连接的投药管(4)上；所述清水池还设有与反硝化滤池滤 料层上部连通的出水管(5)；另外还设有与反硝化滤池上部连通的储泥池03)。
2.根据权利要求1所述的反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统的运行方法，其特征包 括以下步骤1)启动控制系统本发明的控制系统与反硝化滤池污水处理工艺过程同时启动，进水 泵将待处理的污水从进水池经进水泵和进水阀注入反硝化滤池，同时，通过碳源投加泵和 碳源投加阀向反硝化滤池进水中投加碳源，过程控制器通过浊度传感器和硝酸盐传感器、 浊度测定仪和硝酸盐测定仪采集出水浊度和硝酸盐含量信号，取得反硝化滤池反硝化过滤 过程的实时控制参数；2)参数处理判断过程控制器将上一步得到的控制参数传给工控机，工控机进行处理 判断若没有出现以下四种情况之一时继续第1)步反硝化过滤过程，当出现以下四种情况 中之一的情况时，工控机给过程控制器发出控制信号，过程控制器通过相应的继电器控制 关闭进水泵及进水阀，停止进水，同时，关闭碳源投加泵及碳源投加阀，停止碳源投加，反硝 化过滤过程中止，进行下一步骤；所述四种情况如下①浊度的一阶导数大于0.INTU/min持续30min，且过滤时间t > 15h ；②浊度大于进水浊度超过3个NTU维持30min，且过滤时间t> 20h ；③出水浊度大于IONTU持续15min，且过滤时间t> 20h ；④过滤时间大于设定的最大过滤时间；3)排水过程工控机和过程控制器，简称为控制器，控制打开反冲放水管上的放水阀， 放水达到设定时间，该时间视反硝化生物滤池大小而定，以池中污水放至滤池滤料层以上 40cm为准，关闭放水阀，进入第4)步骤；4)单独气反冲洗控制器控制打开反冲气泵和反冲进气阀，对反硝化生物滤池进行单 独气冲，达到设定时间，该时间按滤池进水出水水质和过滤时间预先设定，以滤池恢复处理 效果时间最短为准，然后进入第幻步骤；5)气水联合反冲洗控制器控制打开反冲进水管上的反冲进水阀，启动反冲进水泵， 对反硝化滤池进行气水联合反冲洗，同时读取在线参数；由控制器通过出水浊度传感器采集反冲洗出水浊度信号，作为反硝化滤池反冲洗过程的过程实时控制参数；控制的具体方 式是当出现以下3种情况之一时，控制器关闭反冲进气阀和反冲气泵，停止气水联合反冲 洗，进入第6)步骤，所述3种情况是①浊度大于1000NTU持续lmin，反冲洗时间>^iin ；②浊度的一阶导数大于0.INTU/min持续2min，且反冲洗时间t > 4min ；③反冲洗时间大于设定的最大冲洗时间；6)单独水反冲洗保持反冲洗进水泵和进水阀处于开启状态，对生物滤池进行单独水 反冲洗，滤反冲洗水将剥落的悬浮物不断排出生物滤池，同时读取在线参数；由控制器通过 出水浊度传感器采集反冲洗出水浊度信号，作为反硝化滤池单独水反冲洗过滤过程的实时 控制参数；具体控制方式是当出现以下4种情况之一时，关闭反冲进水阀，反冲进水泵，单 独水反冲洗过程结束，并结束本反冲洗运行过程，重新进入第1)步骤；所述4个情况是①出水浊度的一阶导数彡-0.2NTU/min持续lmin，且反冲时间t > 5min ；②出水浊度彡(进水浊度+2)NTU持续lmin，且反冲时间t > 5min ；③反冲去除的生物量大于等于过滤过程生长的生物量；④单独水冲时间大于设定的最大单独水冲时间。
全文摘要
本发明涉及一种反硝化滤池实时自动反冲洗控制系统与运行方法，设有在反硝化滤池内的在线水浊度传感器、硝酸盐传感器和浊度测定仪、硝酸盐测定仪，还设有过程控制器和工控机，过程控制器设有进水泵继电器、进水阀继电器、等多个继电器，这些继电器经接口依序分别与相应的泵和阀门控制连接；所述清水池还设有与反硝化滤池滤料层上部连通的出水管和与反硝化滤池上部连通的储泥池。反冲洗控制系统的运行方法，其特征包括以下步骤1启动控制系统；2参数处理判断；3排水过程；4单独气反冲洗；5气水联合反冲洗；6单独水反冲洗。本发明适用于城镇污水深度处理和含氮工业废水处理，结构完善，操作简便，效率高，效果好。
文档编号G05B19/418GK102063115SQ20111002260
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者刘秀红, 刘金翰, 卢爱国, 常江, 李鑫伟, 杨岸明, 甘一萍, 胡俊 申请人:北京城市排水集团有限责任公司