反硝化深床滤池碳源复合投加的高效反硝化脱氮方法

摘要

本发明属于污水、工业废水处理技术领域，本发明提供的反硝化深床滤池碳源复合投加的高效反硝化脱氮方法，包括以下步骤：步骤S1、设备布置；步骤S2、气水反冲洗后池内留存废水中微生物浓度控制；步骤S3、恢复过滤初期碳源投加和出水流量流程控制，本发明通过在每格滤池进水渠内设置颗粒悬浮物在线检测仪，通过PLC控制系统自动监控气水反冲洗后池内留存废水的颗粒悬浮物浓度，确保气水反冲洗后有足量的微生物回到滤料层中，有效补充滤料层的微生物，为微生物膜浓度快速恢复提供微生物量的保障，缩短微生物膜浓度恢复时间，保障微生物对碳源和硝基氮的高效利用，保障出水水质。

说明书

技术领域

本发明属于污水、工业废水处理技术领域，具体而言，涉及反硝化深床滤池碳源复合投加的高效反硝化脱氮方法。

背景技术

反硝化深床滤池安装石英砂填料作为过滤介质和微生物附着生长的载体。通过过滤作用截留的颗粒悬浮物和反硝化微生物生长的微生物体填充在石英砂滤料的间隙中。

反硝化微生物在石英砂滤料中的生长方式表现为微生物膜形态，即附着在石英砂滤料表面生长，由于营养物质分散于水相中，微生物附着在石英砂滤料表面向水相中生长，形成一定厚度的微生物膜。

当石英砂间隙中堆积足量的颗粒悬浮物和微生物膜时，石英砂滤料层的过水能力降低，需要启动气水反冲洗对石英砂滤料层进行清洗，气水反冲过程将石英砂间隙中的颗粒悬浮物和微生物洗出随废水排放，气水反冲洗过程使得滤料层中的微生物膜浓度大量损失，恢复过滤后，由于微生物浓度欠量，进水中的硝基氮和投加碳源得不到有效处理，出水硝基氮和COD浓度升高，影响出水水质。

反硝化深床滤池现实应用中通常设置多格滤池，单格滤池的气水反冲洗只影响该格滤池的微生物浓度，按照目前的应用技术，该格滤池的微生物膜浓度低下，恢复过滤运行后，并未就该格滤池补充微生物，并未额外增加营养物质促进微生物生长，微生物膜浓度需要较长的恢复时间，微生物膜浓度恢复期内该格滤池的出水COD和硝基氮浓度通常是超标的。

反硝化深床滤池气水反冲后快速恢复微生物膜浓度，缩短恢复时间是反硝化深床滤池高效反硝化脱氮的关键。在微生物膜浓度未恢复前，出水中的硝基氮和COD浓度往往偏高。微生物膜浓度的恢复需要补充营养或补充微生物，微生物需要一定的时间生长来恢复微生物膜浓度。

反硝化深床滤池气水反冲洗将石英砂滤料间隙中的微生物洗出分散于废水中，一部分微生物随废水排放，一部分微生物分散在池内留存的废水中。过多排放废水是造成微生物流失的重要因素，应该严格控制废水排放，保证池内留存废水中有足量微生物回到滤料层中；留存废水中颗粒悬浮物浓度过高，当滤池恢复过滤时则会造成出水颗粒悬浮物浓度过高；留存废水中颗粒悬浮物浓度过低，则微生物浓度得不到有效补充。现行技术并不具备相应功能协调留存微生物浓度提高与出水颗粒悬浮物浓度达标的矛盾。

就某格气水反冲洗的滤池额外补充营养物质能够加快滤料层中微生物膜浓度的快速恢复。在保证滤料层中有一定浓度的微生物，再通过额外补充碳源是行之有效的微生物膜浓度快速恢复的充分必要条件，但是在微生物浓度未足量时，仍然存在出水硝基氮和COD浓度超标。反硝化深床滤池现行碳源投加技术、运行控制技术并不能额外补充碳源，并不能解决额外投加碳源后出水硝基氮和COD浓度超标的问题。

其问题主要表现为：

(1)现行反硝化深床滤池系统就单格滤池无法执行微生物生长控制和无法对出水水质进行控制；

(2)现行反硝化深床滤池系统无法对气水反冲洗后滤料层中的微生物膜浓度施以控制和在线评估；

(3)现行反硝化深床滤池系统气水反冲洗后，无法实施微生物膜浓度快速恢复；

(4)无法就气水反冲洗的滤池出水水质实施有效的控制，忽视单格滤池水质波动对反硝化深床滤池系统总出水的水质影响；

现行反硝化深床滤池系统没有专门用于碳源复合投加的高效反硝化脱氮技术的专业控制方法。

发明内容

本发明提供了反硝化深床滤池碳源复合投加的高效反硝化脱氮方法，具有高效反硝化脱氮能力、全自动灵活调增出水量、科学合理的碳投放技术等优点，从而解决现有技术中水反冲洗后，无法实施微生物膜浓度快速恢复、单格滤池水质波动对反硝化深床滤池系统总出水的水质影响等技术问题。

本发明是这样实现的：

反硝化深床滤池碳源复合投加的高效反硝化脱氮方法，包括以下步骤：

步骤S1、设备布置，

本方法的设备包括：

碳源辅助投加装置，设置于加药间内，包括为反硝化深床滤池的每格滤池设置的一台碳源投加变频计量泵以及每格滤池的进水闸门后设置的辅助碳源投加混合池；

两台颗粒悬浮物浓度在线检测仪，每格滤池的进水渠内安装一台，每格滤池的出水管上安装一台，用于分别实时监测该格滤池进、出水颗粒悬浮物浓度；

电磁流量计，安装于每格滤池出水管路的出水调节阀输出端处，作为出水流量控制使用；

硝基氮在线检测仪，安装于每格滤池的出水管输出端处，用于实时监测该格滤池出水的硝基氮浓度；

PLC控制系统，用于连接上述各设备并针对每格滤池的出水流量对应的进行独立控制调节；

步骤S2、气水反冲洗后池内留存废水中微生物浓度控制；

每格滤池气水反冲洗启动时，通过安装于该格滤池进水渠内的颗粒悬浮物浓度在线检测仪实时检测反冲废水中的颗粒悬浮物浓度，颗粒悬浮物浓度随气水反冲洗过程呈先上升再下降的趋势变化，当颗粒悬浮物浓度达到最高点后，在下行趋势中，当实时检测的颗粒悬浮物浓度低于PLC控制系统中设定的颗粒悬浮物浓度时，PLC控制系统自动停止对该格滤池进行气水反冲洗；

步骤S3、恢复过滤初期碳源投加和出水流量流程控制，

步骤S31、碳源比例投加，

每格滤池出水管处安装的电磁流量计，实时检测出水流量，并与出水调节阀联动调节其开度，并反馈流量信号给PLC控制系统用于按比例计算碳源投加量；

步骤S32、出水流量流程控制，

将PLC控制系统的出水颗粒悬浮物浓度参数值和出水硝基氮浓度参数值均分别设定为：低浓度、中等浓度和高浓度三挡设定值，用于调节出水调节阀开度或关闭出水调节阀的数值参考；

将每格滤池实时检测的出水颗粒悬浮物浓度或硝基氮浓度与各自对应的浓度设定值进行比较：

当出水颗粒悬浮物检测浓度或硝基氮浓度高于各自设定的中等浓度时，该格滤池出水流量均调整为次低流量运行；

当出水颗粒悬浮物检测浓度或硝基氮浓度高于各自浓度设定的高浓度时，该格滤池出水流量均调整为低流量运行或关闭出水调节阀，延时至设定时间后再打开；

当出水颗粒悬浮物检测浓度或硝基氮浓度低于各自设定的中等浓度时，该格滤池出水流量均调整为次低流量运行；

当出水颗粒悬浮物检测浓度或硝基氮浓度低于各自设定低浓度时，该格滤池出水流量调整为正常流量运行。

进一步的，所述步骤S1中，所述助碳源投加混合池设置有快速混合搅拌器和带电动球阀的辅助碳源投加管。

进一步的，所述步骤31中，该格滤池气水反冲结束后，进水闸门按延时至设定时间打开，在进水闸门延时打开的时间内，按照PLC控制系统设定碳源投加流量向进水闸门后的混合池内投加碳源，PLC控制系统控制对应的碳源辅助投加装置的变频计量泵并打开该滤池对应辅助碳源投加管路上的电动球阀，并启动对应变频计量泵按设定流量投加碳源，同时控制辅助碳源投加混合池的快速混合搅拌器启动；

进水闸门打开后，按照该格滤池出水设定流量开启出水调节阀，该格滤池出水管上的电磁流量计实时检测滤池出水流量输出给PLC控制系统，并通过PID调节出水调节阀开度，控制该滤池出水流量在设定范围内；

出水电磁流量计输出信号给PLC控制系统，PLC控制系统按照比例控制设定参数计算辅助碳源投加量后，控制对应的变频计量泵执行碳源投加。

进一步的，所述步骤S32中，当出水颗粒悬浮物和硝基氮检测浓度均低于设定低浓度，滤池出水流量大于等于常规流量设定值时，出水流量流程控制结束，碳源辅助投加装置停止投加碳源，辅助碳源投加混合池的快速混合搅拌器停止运行，反硝化深床滤池切换至常规运行模式运行。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在每格滤池进水渠内设置颗粒悬浮物在线检测仪，并结合基于PLC控制系统的碳源复合投加高效反硝化脱氮控制技术，通过PLC控制系统自动监控气水反冲洗后池内留存废水的颗粒悬浮物浓度，确保气水反冲洗后有足量的微生物回到滤料层中，有效补充滤料层的微生物，为微生物膜浓度快速恢复提供微生物量的保障，缩短微生物膜浓度恢复时间，保障微生物对碳源和硝基氮的高效利用，保障出水水质；

(2)本发明通过将PLC控制技术嵌入原有反硝化深床滤池控制中，通过合理的预设PLC控制系统参数、配置在线监测仪器同时运用PID调节控制技术，灵活控制出水调节发开度，从而实现反硝化深床滤池高效反硝化脱氮的同时，也有效保障各格滤池的出水水质达标；

(3)本发明通过为每格滤池设置单独的碳源辅助投加装置、辅助碳源投加混合池和快速混合搅拌器，用于该格滤池气水反冲洗结束后辅助投加碳源，为微生物生长补充营养，促进微生物生长。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明的整体平面结构示意图；

图3为本发明的PLC控制系统结构示意图；

图4为本发明的气水反冲洗控制流程示意图；

图5为本发明的滤池出水流量PID调节控制流程图；

图6为依据出水颗粒悬浮物浓度调节出水流量的控制流程图；

图7为依据出水硝基氮浓度调节出水流量的控制流程图。

附图标记说明：1、滤池；2、碳源辅助投加装置；3、变频计量泵；4、辅助碳源投加混合池；5、快速混合搅拌器；6、电动球阀；7、进水闸门；8、颗粒悬浮物浓度在线检测仪；9、电磁流量计；10、出水调节阀；11、硝基氮在线检测仪；12、PLC控制系统。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

具体如图1-6所示，提供了反硝化深床滤池碳源复合投加的高效反硝化脱氮方法，包括以下步骤：

步骤S1、设备布置，

本方法的设备以及结构形式如图1所示主要包括：

碳源辅助投加装置2，设置于加药间内，包括为反硝化深床滤池的每格滤池1设置的一台碳源投加变频计量泵3以及每格滤池1的进水闸门7后设置的辅助碳源投加混合池4，助碳源投加混合池设置有快速混合搅拌器5和带电动球阀6的辅助碳源投加管，可充分混合、精准投加碳源；

两台颗粒悬浮物浓度在线检测仪8，每格滤池1的进水渠内安装一台，每格滤池1的出水管上安装一台，用于分别实时监测该格滤池1进、出水颗粒悬浮物浓度；

电磁流量计9，安装于每格滤池1出水管路的出水调节阀10输出端处，作为出水流量控制使用；

硝基氮在线检测仪11，安装于每格滤池1的出水管输出端处，用于实时监测该格滤池1出水的硝基氮浓度；

PLC控制系统12，用于连接上述各设备并针对每格滤池1的出水流量对应的进行独立控制调节，同时，开发针对每格滤池1气水反冲洗后，PLC控制系统12自动执行反硝化深床滤池1碳源复合投加的高效反硝化脱氮的专用控制方法；

出水调节阀10，用于调节各格滤池1的出水流量，设置于本；

步骤S2、气水反冲洗后池内留存废水中微生物浓度控制，

每格滤池1气水反冲洗启动时，通过安装于该格滤池1进水渠内的颗粒悬浮物浓度在线检测仪8实时检测反冲废水中的颗粒悬浮物浓度，颗粒悬浮物浓度随气水反冲洗过程呈先上升再下降的趋势变化，当颗粒悬浮物浓度达到最高点后，在下行趋势中，当实时检测的颗粒悬浮物浓度低于PLC控制系统12中设定的颗粒悬浮物浓度时，PLC控制系统12自动停止对该格滤池1进行气水反冲洗，从而通过严格的控制废水排放量，以保证滤池1内留存的废水中有足量微生物回到滤料层中，从而使得填料表面的生物膜生长速率增加，从而有效解决气水反冲后滤池1回复走起过长导致出水检测数据不达标的问题；

步骤S3、恢复过滤初期碳源投加和出水流量流程控制，

步骤S31、碳源比例投加，

每格滤池1出水管处安装的电磁流量计9，实时检测出水流量，并与出水调节阀10联动调节其开度，并反馈流量信号给PLC控制系统12用于按比例计算碳源投加量；

某格滤池1气水反冲结束后，进水闸门7按延时至设定时间打开，在进水闸门7延时打开的时间内，按照PLC控制系统12设定碳源投加流量向进水闸门7后的混合池内投加碳源，PLC控制系统12控制对应的碳源辅助投加装置2的变频计量泵3并打开该滤池1对应辅助碳源投加管路上的电动球阀6，并启动对应变频计量泵3按设定流量投加碳源，同时控制辅助碳源投加混合池4的快速混合搅拌器5启动；

进水闸门7打开后，按照该格滤池1出水设定流量开启出水调节阀10，该格滤池1出水管上的电磁流量计9实时检测滤池1出水流量输出给PLC控制系统12，并通过PID调节出水调节阀10开度，控制该滤池1出水流量在设定范围内；

出水电磁流量计9输出信号给PLC控制系统12，PLC控制系统12按照比例控制设定参数计算辅助碳源投加量后，控制对应的变频计量泵3执行碳源投加。

步骤S32、出水流量流程控制，

出水颗粒悬浮物浓度检测值在过滤过程不额外控制情况下的变化趋势为：初期恒定低浓度，过滤一段时间后迅速提高；且出水硝基氮浓度检测值在过滤过程不额外控制情况下的变化趋势为初期恒定低浓度，过滤一段时间后缓慢提高提高；

将PLC控制系统12的出水颗粒悬浮物浓度参数值和出水硝基氮浓度参数值均分别设定为：低浓度、中等浓度和高浓度三挡设定值，用于调节出水调节阀10开度或关闭出水调节阀10的数值参考；

将每格滤池1实时检测的出水颗粒悬浮物浓度或硝基氮浓度与各自对应的浓度设定值进行比较：

当该格滤池1出水颗粒悬浮物浓度高于出水颗粒悬浮物浓度设定中等浓度时，该格滤池1出水流量调整为次低流量运行，滤池1出水处的电磁流量计9反馈实时流量信号与次低流量设定值比较，PLC控制系统12调节出水调节阀10开度，控制滤池1出水流量在设定次低流量范围内；

当该格滤池1出水颗粒悬浮物浓度高于出水颗粒悬浮物浓度设定高浓度时，该格滤池1出水流量调整为低流量运行或关闭出水调节阀10，并延时至设定时间后再开启，PLC控制系统12巡检出水颗粒悬浮物浓度检测值与颗粒悬浮物高浓度设定值比较，当该格滤池1出水颗粒悬浮物浓度仍高于出水颗粒悬浮物浓度设定高浓度时，再次调低出水流量或关闭出水调节阀10，循环以上控制流程，直至出水颗粒悬浮物检测浓度趋势向下低于颗粒悬浮物浓度设定高浓度，保持低流量运行；

当出水颗粒悬浮物检测浓度低于设定中等浓度时，调整出水流量为次低流量运行，

当出水颗粒悬浮物检测浓度低于设定低浓度时，调整出水流量为正常流量运行。

与此同时，当该格滤池1出水硝基氮检测浓度达到中等浓度设定值时，该格滤池1出水流量调整为低流量运行，滤池1出水电磁流量计9反馈实时流量信号与设定低流量比较，PLC控制系统12调节出水调节阀10开度，控制滤池1出水流量在设定次低流量范围内；

当该格滤池1出水硝基氮检测浓度达到高浓度设定值时，关闭出水调节阀10，并延时至设定时间后再开启，PLC控制系统12巡检出水硝基氮浓度检测值与高浓度设定值比较，如果出水硝基氮检测浓度仍然高于高浓度设定值，再次关闭调节阀，延时设定时间后再打开，循环以上控制流程，直至出水硝基氮检测浓度趋势向下低于高浓度设定值，保持次低流量运行，当出水硝基氮检测浓度趋势向下低于中等浓度设定值时，滤池1出水流量调整为次低流量运行，当出水硝基氮检测浓度低于低浓度设定值时，滤池1出水流量恢复为正常流量运行。

当出水颗粒悬浮物和硝基氮检测浓度均低于设定低浓度，滤池1出水流量大于等于常规流量设定值时，反硝化深床滤池1碳源复合投加的高效反硝化脱氮技术的专用控制逻辑结束，碳源辅助投加装置2停止投加碳源，辅助碳源投加混合池4的快速混合搅拌器5停止运行，反硝化深床滤池1切换至常规运行模式运行。

通过上述实际检测浓度值与预设浓度值的对比，可通过PLC控制系统12自动在低流量、次低流量以及正常流量之间切换运行，其中出水颗粒悬浮物检测浓度或硝基氮浓度值只需要任意一项数据符合切换标准，则PLC控制系统12将会执行切换操作，其调节灵敏度高，能够精准控制出水COD和硝基氮浓度，有效真对单格滤池1控制，防止出水超标，从而有效保证出水水质达标。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。