申请日2018.10.18
公开(公告)日2018.12.18
IPC分类号C02F7/00
摘要
一种基于曝气控制的水处理系统,至少包括生化处理单元和用于进行曝气控制的控制单元,若干个曝气器按照彼此平行间隔排布的方式内置于所述生化处理单元中,曝气器被配置为能够绕其旋转轴旋转以改变其与地面的倾斜角度的工作模式,其中,在所述倾斜角度减小的情况下,曝气器产生的若干第一尺寸的气泡按照比例增加的方式与其它第一尺寸的气泡彼此融合以形成若干第二尺寸的气泡;第一尺寸的气泡的数量和第二尺寸的气泡的数量彼此之间的比值随所述倾斜角度的增大而增大。本发明的水处理系统通过改变曝气器倾斜角度的方式以调整不同尺寸的气泡的混合比例,能够将填料保持在设定的流化运动速度的同时也为微生物生长提供充足的溶解氧。
权利要求书
1.一种基于曝气控制的水处理系统,至少包括用于对废水进行生化处理的生化处理单元(3)和用于进行曝气控制的控制单元(7),其特征在于,若干个曝气器(6)按照彼此平行间隔排布的方式内置于所述生化处理单元(3)中,所述曝气器(6)被配置为能够绕其旋转轴旋转以改变其与地面的倾斜角度(α)的工作模式,其中,
在所述倾斜角度(α)减小的情况下,曝气器产生的若干第一尺寸的气泡按照比例增加的方式与其它第一尺寸的气泡彼此融合以形成若干第二尺寸的气泡;
第一尺寸的气泡的数量和第二尺寸的气泡的数量彼此之间的比值随所述倾斜角度(α)的增大而增大。
2.如权利要求1所述的水处理系统,其特征在于,所述控制单元(7)被配置为:
预设生化处理单元(3)的溶解氧浓度和废水流动速度;
基于采集的生化处理单元(3)的耗氧速率和实时含氧量计算所需的供氧量,基于所述供氧量计算曝气器(6)的理论曝气量;
按照调整曝气器(6)的供气流量和所述倾斜角度(α)的方式使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差以及废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差分别小于第一阈值和第二阈值。
3.如权利要求1或2所述的水处理系统,其特征在于,所述曝气器(6)通过安装在形状由长方形限定的安装板(602)上的曝气膜片(601)进行曝气,其中,
在垂直于安装板(602)的长边方向的平面中观察,所述曝气膜片(601)与所述安装板(602)限定出呈半圆形的气体空腔(604),所述气体空腔经安装板上的通孔与用于为曝气器供气的进气接头(603)连通;
所述曝气器(6)能够按照绕其平行于其长边方向的旋转轴自转的方式以改变所述倾斜角度(α),其中,所述倾斜角度(α)是所述安装板(602)与地面之间的夹角。
4.如前述权利要求之一所述的水处理系统,其特征在于,在溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值的情况下,所述曝气器(6)减小所述倾斜角度(α)至最小值60°以生成最大比例的第二尺寸的气泡,其中,
所述控制单元(7)按照减小所述供气流量的方式使得废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值。
5.如前述权利要求之一所述的水处理系统,其特征在于,在废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值的情况下,所述曝气器增大所述倾斜角度(α)至最大值120°生成最大比例的第一尺寸的气泡以使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值。
6.如前述权利要求之一所述的水处理系统,其特征在于,所述生化处理单元(3)是移动床生物膜反应器(301),至少包括由反应器本体(704)和隔板(701)限定形成的用于进行厌氧处理的厌氧反应区(702)、用于进行反硝化处理的缓冲反应区(714)和用于进行好氧处理的好氧反应区(703),其中,若干个所述曝气器(6)按照彼此平行间隔排布的方式设置于所述好氧反应区(703)的底部;
所述好氧反应区(703)、所述厌氧反应区(702)和所述缓冲反应区(714)彼此间经第一管道(705)连通使得废水能够按照依次进入所述厌氧反应区(702)、所述缓冲反应区(714)和所述好氧反应区(703)的方式进行流动。
7.如前述权利要求之一所述的水处理系统,其特征在于,安装板(602)的沿其长度方向上的第一端部(605)和第二端部(606)的形状由圆柱形限定,所述反应器本体(704)具有与所述第一端部(605)和所述第二端部(606)彼此对应的固定孔(710),其中,
所述第一端部(605)和所述第二端部(606)均经设置在所述固定孔(710)中的滚动副(711)与所述反应器本体(704)活动连接;
所述第一端部(605)或所述第二端部(606)与驱动电机(713)机械连接以实现曝气器(6)的旋转。
8.如前述权利要求之一所述的水处理系统,其特征在于,所述水处理系统还包括预处理单元(1)和氧化单元(2),其中,
所述预处理单元(1)被配置为:废水依次经均质罐(101)、混凝池(102)、絮凝池(103)、沉淀池(104)、第一中间水池(106)和砂滤池(105)进行预处理以得到第一废水的工作模式,所述第一废水在进入所述氧化单元(2)前由第二中间水池(107)集存;
所述氧化单元(2)被配置为:所述第一废水经臭氧接触池(204)进行氧化反应以得到第二废水的工作模式,所述第二废水在进入所述生化处理单元(3)之前由臭氧缓冲池(205)集存。
9.如前述权利要求之一所述的水处理系统,其特征在于,所述生化处理单元(3)还包括位于所述移动床生物膜反应器(301)下游的第一保安过滤器(302),其中,所述第二废水依次经所述移动床生物膜反应器(301)和所述第一保安过滤器(302)处理以得到第三废水;
所述水处理系统还包括深度处理单元(4),其中,所述第三废水按照依次经过超滤装置(401)、第二保安过滤器(402)和反渗透装置(403)的方式得到反渗透产水。
10.如前述权利要求之一所述的水处理系统,其特征在于,所述水处理系统还包括均与所述控制单元(7)通信地连接的第一数据采集单元(8)和第二数据采集单元(9),其中,
所述第一数据采集单元(8)至少能够基于耗氧速率测定仪(801)和溶解氧测定仪(803)分别采集生化处理单元(3)的耗氧速率和实时含氧量;所述第二数据采集单元(9)至少能够基于流速传感器(901)采集好氧反应区(703)中的废水流动速度。
说明书
一种基于曝气控制的水处理系统
技术领域
本发明属于化工器械技术领域,尤其涉及一种基于曝气控制的水处理系统。
背景技术
移动床生物膜反应器也称悬浮填料生物反应器,应用于以生物膜法为主体工艺的废水生物处理工艺中。移动床生物膜反应器兼具生物流化床和生物接触氧化法两种工艺的优点,具有良好的脱氮除磷效果,近年来受到了越来越多的关注,目前已有将工艺已应用于工业废水和生活污水的处理中的报道。为了加强生物膜反应器的传质效率,试验设计将生物悬浮填料填装在生物膜反应器中,所采用的生物悬浮填料比重接近于水,轻微搅拌下易于随水自由运动,有效表面积大,适合微生物吸附生长,当曝气充氧时,空气泡的上升浮力推动填料和周围的水体流动起来,当气流穿过水流和填料的空隙时又被填料阻滞,并被分割成小气泡。在这样的过程中,填料被充分地搅拌并与水流混合,而空气流又被充分地分割成细小的气泡,增加了生物膜与氧气的接触和传氧效率,使污水在较短时间内达到净化的目的。
移动床生物膜反应器中曝气阶段通入的气体至少具有两个作用:一是提高废水中的氧溶解量以供好氧微生物正常生长使用;二是提供填料的流化动能,通过气泡带动填料在反应器内部的移动。现有的移动床生物膜反应器仅配置单一的曝气头,通过曝气头散发的气泡的大小是固定的,为了使得填料能够正常的进行流化,曝气头的气孔尺寸较大以形成大气泡。大气泡在上升至填料后被分割为若干小气泡以提高废水中的含氧量,从而导致对含氧量的控制不精确,常常出现曝气过度的现象。同时,移动床生物膜反应器在使用过程中均处于加压通气状态,其往往是废水处理厂的主要耗能工艺段,进而曝气过度造成的能耗的增加。
公开号为CN205773608U的专利文献公开了一种精确曝气控制系统,该系统包括:包括控制模块、曝气管和鼓风机;曝气管与鼓风机之间设有气体流量调节阀;气体流量调节阀与鼓风机分别与控制模块相连;还包括气量计算模块、气量校正模块、气量分配模块、设置在进水管道上的进水检测仪、设置在生化池中的水质检测仪和设置在二沉池的出水管上的出水检测仪;气量计算模块、进水检测仪、水质检测仪和出水检测仪分别与控制模块相连;气量校正模块设置在气量计算模块和气量分配模块之间;气量计算模块和气量校正模块分别与鼓风机相连;气量分配模块与气体流量调节阀相连。采用本方案后,精确曝气控制系统能够在线控制生化池的曝气量,能够有效节约曝气能耗15%以上,同时节省人力及运行成本。但是其采用孔径单一的曝气管,在曝气过程中能够起到显著增加废水含氧量的效果,但是其不能针对例如是移动床生物膜反应器所需的填料流化等特殊使用场景对气泡的大小进行动态调整,不能够在提高含氧量同时动态改变填料的流化速度。
发明内容
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合,其能够执行与“模块”相关联的功能。
针对现有技术之不足,本发明提供一种基于曝气控制的水处理系统,至少包括用于对废水进行生化处理的生化处理单元和用于进行曝气控制的控制单元。若干个曝气器按照彼此平行间隔排布的方式内置于所述生化处理单元中,所述曝气器被配置为能够绕其旋转轴旋转以改变其与地面的倾斜角度的工作模式,其中,在所述倾斜角度减小的情况下,曝气器产生的若干第一尺寸的气泡按照比例增加的方式与其它第一尺寸的气泡彼此融合以形成若干第二尺寸的气泡。第一尺寸的气泡的数量和第二尺寸的气泡的数量彼此之间的比值随所述倾斜角度的增大而增大。
根据一种优选实施方式,所述控制单元被配置为:预设生化处理单元的溶解氧浓度和废水流动速度。基于采集的生化处理单元的耗氧速率和实时含氧量计算所需的供氧量,基于所述供氧量计算曝气器的理论曝气量。按照调整曝气器的供气流量和所述倾斜角度的方式使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差以及废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差分别小于第一阈值和第二阈值。
根据一种优选实施方式,所述曝气器通过安装在形状由长方形板状限定的安装板上的曝气膜片进行曝气,其中,在垂直于安装板的长边方向的平面中观察,所述曝气膜片与所述安装板限定出呈半圆形的气体空腔,所述气体空腔经安装板上的通孔与用于为曝气器供气的进气接头连通。所述曝气器能够按照绕其平行于其长边方向的旋转轴自转的方式以改变所述倾斜角度,其中,所述倾斜角度是所述安装板与地面之间的夹角。
根据一种优选实施方式,在溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值的情况下,所述曝气器减小所述倾斜角度至最小值60°以生成最大比例的第二尺寸的气泡,其中,所述控制单元按照减小所述供气流量的方式使得废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值。
根据一种优选实施方式,在废水流动速度的实测值与废水流动速度的预设值之差小于所述第二阈值的情况下,所述曝气器增大所述倾斜角度至最大值120°生成最大比例的第一尺寸的气泡以使得溶解氧浓度的实测值与溶解氧浓度的预设值之差小于所述第一阈值。
根据一种优选实施方式,所述生化处理单元是移动床生物膜反应器,至少包括由反应器本体和隔板限定形成的用于进行厌氧处理的厌氧反应区、用于进行反硝化处理的缓冲反应区和用于进行好氧处理的好氧反应区,其中,若干个所述曝气器按照彼此平行间隔排布的方式设置于所述好氧反应区的底部。所述好氧反应区、所述厌氧反应区和所述缓冲反应区彼此间经第一管道连通使得废水能够按照依次进入所述厌氧反应区、所述缓冲反应区和所述好氧反应区的方式进行流动。
根据一种优选实施方式,安装板的沿其长度方向上的第一端部和第二端部的形状由圆柱形限定。所述反应器本体具有与所述第一端部和所述第二端部彼此对应的固定孔,其中,所述第一端部和所述第二端部均经设置在所述固定孔中的滚动副与所述反应器本体活动连接。所述第一端部或所述第二端部与驱动电机机械连接以实现曝气器的旋转。
根据一种优选实施方式,所述水处理系统还包括预处理单元和氧化单元,其中,所述预处理单元被配置为:废水依次经均质罐、混凝池、絮凝池、沉淀池、第一中间水池和砂滤池进行预处理以得到第一废水的工作模式,所述第一废水在进入所述氧化单元前由第二中间水池集存。所述氧化单元被配置为:所述第一废水经臭氧接触池进行氧化反应以得到第二废水的工作模式,所述第二废水在进入所述生化处理单元之前由臭氧缓冲池集存。
根据一种优选实施方式,所述生化处理单元还包括位于所述移动床生物膜反应器下游的第一保安过滤器,其中,所述第二废水依次经所述移动床生物膜反应器和所述第一保安过滤器处理以得到第三废水。所述水处理系统还包括深度处理单元,其中,所述第三废水按照依次经过超滤装置、第二保安过滤器和反渗透装置的方式得到反渗透产水。
根据一种优选实施方式,所述水处理系统还包括均与所述控制单元通信地连接的第一数据采集单元和第二数据采集单元,其中,所述第一数据采集单元至少能够基于耗氧速率测定仪和溶解氧测定仪分别采集生化处理单元的耗氧速率和实时含氧量。所述第二数据采集单元至少能够基于流速传感器采集好氧反应区中的废水流动速度。
本发明的有益技术效果:
(1)本发明的曝气器能够基于固定尺寸的曝气孔形成多种不同尺寸的气泡,通过改变其倾斜角度的方式能够调整不同尺寸的气泡的混合比例,能够将填料保持在设定的流化运动速度同时也为微生物生长提供充足的溶解氧。
(2)本发明基于曝气控制实现对移动床生物膜反应器的曝气量的精确控制,能够有效避免因过度曝气导致的能耗增加。
(3)本发明的曝气器倾斜角度能够动态改变并通过微小气泡的汇集以形成尺寸更大的气泡,在废水中溶解氧浓度满足设定值但填料的流化运动速度未满足设定值的情况下,可以减小曝气器的倾斜角度使得其产生更多的尺寸更大的气泡,基于气泡通过汇集的方式聚合,此时可以降低曝气器的单位时间内的供气量以降低曝气器的能耗。