一种控制水头损失的系统和方法技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种控制水头损失的系统和方法。
背景技术
目前，污水处理厂常用的处理装置为反硝化深床滤池，其原理为利用滤层的滤料
上附着的微生物膜将污水中的硝基氮转化为氮气。在反硝化深床滤池运行过程中，随着系
统截留的固体悬浮量的增加、微生物膜的代谢和反硝化过程中氮气的积累，滤层阻力逐渐
增大，水头损失增加的趋势加快。因此，一个过滤周期过程中需要经常进行反冲洗，以避免
滤层出现堵塞和板结等问题，降低水头损失。
现有反硝化深床滤池运行过程反冲洗的反冲强度设定为恒定值，这将会导致过滤
周期的初期微生物膜恢复较慢，过滤周期的后期气体释放不彻底。在过滤初期，微生物膜尚
未完全稳定，该阶段反硝化效率较低，产气量偏小，过大的气水反冲强度将会延长微生物膜
恢复期，影响出水水质；过滤后半期，微生物膜非常稳定，且滤层微生物浓度很高，此阶段反
硝化效率高，产气量高，形成大量不易水反冲释放的中小尺寸气泡，相对较低的气水反冲强
度使得气体释放率较低，水头损失并未有效降低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种控制水头损失的系统和方法，能够提高反
硝化深床滤池的运行效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种控制水头损失的
系统，包括：水头损失仪，用于测量滤池中待处理污水通过滤层后的水头损失；反冲装置，用
于在预设反冲强度下将所述滤池的所述滤层上的杂质剥离并冲出所述滤池；控制器，所述
控制器与所述反冲装置耦接，用于根据所述水头损失，控制所述反冲装置的所述预设反冲
强度，使得所述预设反冲强度与所述水头损失正相关。
其中，所述反冲装置包括水反冲装置，所述水反冲装置包括至少一个变频水泵、至
少一个定频水泵；所述变频水泵与所述定频水泵一端分别与所述控制器耦接，另一端分别
位于并联的反冲支路管道上，并联的所述反冲支路管道的一端合并为总反冲管道与所述滤
池的下端部耦接。
其中，所述水反冲装置还包括电磁流量计，所述电磁流量计位于所述总反冲管道
上，用于测量所述水反冲装置的流量并反馈至所述控制器；所述控制器根据所述流量和所
述水头损失，控制所述变频水泵的运行频率，所述运行频率与与所述流量正相关，所述流量
与所述预设水反冲强度正相关，进而使得所述预设水反冲强度与所述水头损失正相关。
进一步，将所述水头损失划分为至少两个区间，分别为第一区间和第二区间；当当
前水头损失为所述第一区间时，所述控制器控制所述变频水泵为第一运行频率，进而使得
所述预设水反冲强度为第一反冲强度；当所述当前水头损失为所述第二区间时，所述控制
器控制所述变频水泵为第二运行频率，进而使得所述预设水反冲强度为第二反冲强度。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种控制水头损失
的方法，包括：水头损失仪测量滤池中待处理污水通过滤层后的水头损失；反冲装置在预设
反冲强度下将所述滤池的所述滤层上的杂质剥离并冲出所述滤池；控制器根据所述水头损
失，控制所述反冲装置的所述预设反冲强度，使得所述预设反冲强度与所述水头损失正相
关。
其中，所述反冲装置包括水反冲装置，所述水反冲装置包括至少一个变频水泵、至
少一个定频水泵；所述变频水泵与所述定频水泵一端分别与所述控制器耦接，另一端分别
位于并联的反冲支路管道上，并联的所述反冲支路管道的一端合并为总反冲管道与所述滤
池的下端部耦接。
其中，所述水反冲装置还包括电磁流量计，所述电磁流量计位于所述总反冲管道
上，用于测量所述水反冲装置的流量并反馈至所述控制器；所述控制器根据所述流量和所
述水头损失，控制所述变频水泵的运行频率，所述运行频率与与所述流量正相关，所述流量
与所述预设水反冲强度正相关，进而使得所述预设水反冲强度与所述水头损失正相关。
其中，所述控制器根据所述水头损失，控制所述反冲装置的所述预设反冲强度，使
得所述预设反冲强度与所述水头损失正相关包括：将所述水头损失划分为至少两个区间，
分别为第一区间和第二区间；当当前水头损失为所述第一区间时，所述控制器控制所述变
频水泵为第一运行频率，进而使得所述预设水反冲强度为第一反冲强度；当所述当前水头
损失为所述第二区间时，所述控制器控制所述变频水泵为第二运行频率，进而使得所述预
设水反冲强度为第二反冲强度。
其中，所述控制器控制所述水反冲装置的所述水反冲强度范围为10-20m/h。。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明所提供的水头损失控制系
统包括控制器、反冲装置和水头损失仪，控制器根据水头损失仪测出的水头损失调节反冲
装置的预设反冲强度，预设反冲强度与水头损失正相关；当处于过滤初期时，微生物膜未完
全稳定形成，此时水头损失较小，控制器控制预设反冲强度低，有利于微生物膜的形成；当
处于过滤后期，微生物膜已稳定形成，此时反硝化效率高，水头损失大，控制器控制预设反
冲强度高，有利于迅速降低水头损失。通过上述方式，本发明可以根据水头损失调节反冲装
置的反冲强度，提高反硝化深床滤池的运行效率。
附图说明
图1是本发明控制水头损失系统一实施方式的结构示意图；
图2是本发明控制水头损失方法一实施方式的流程示意图；
图3是本发明控制水头损失系统又一实施方式的结构示意图；
图4是本发明控制水头损失方法又一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1，图1为本发明水头控制系统的结构示意图，包括：水头损失仪10、反冲
装置12和控制器14。
水头损失仪10用于测量滤池16中待处理污水通过滤层18后的水头损失，待处理污
水一般由图1中箭头所示的方向进入滤池16，然后经滤层18通过物理和/或化学作用处理后
流出滤池16；在本实施例中，只是示意性的画出滤层18的结构，在实际应用过程中，滤层18
可以是由多层不同孔径的滤料形成，本实施例对此不作限定；
反冲装置12，用于在预设反冲强度下将滤池16的滤层18上的杂质剥离并冲出滤池
16，在处理污水整个过程中，需要每间隔一段时间利用反冲装置12冲洗滤层16的杂质，上述
杂质包括滤层18截留的悬浮物、老化的微生物膜以及反硝化过程中产生的氮气等；
控制器14与反冲装置12耦接，用于根据水头损失，控制反冲装置12的预设反冲强
度，使得预设反冲强度与水头损失正相关，即水头损失越大，预设反冲强度越大。
具体而言，反冲装置12包括水反冲装置12a，水反冲装置12a包括至少一个变频水
泵122、至少一个定频水泵120；变频水泵122与定频水泵120的一端分别与控制器14耦接，耦
接方式可为电连接，也可为信号连接，变频水泵122与定频水泵120的另一端分别与并联的
反冲支路管道121、123耦接，并联的反冲支路管道121、123合并为总反冲管道125与滤池16
的下端部161耦接，上述下端部161是指滤层18的下方位置对应滤池16的位置。在实际应用
过程中，由于目前水泵运行方式的的限定，一般是由定频水泵120和变频水泵122联用的方
式，当科技不断发展，对于以后的水反冲装置12也可无需定频水泵120，直接采取变频水泵
122。
在其他实施例中，请继续参阅图1，上述水反冲装置12a还包括电磁流量计124，电
磁流量计124位于总反冲管道125上，用于测量水反冲装置12a的总反冲管道125的流量并反
馈至控制器14；控制器14根据流量和水头损失，控制变频水泵122的运行频率，运行频率与
与流量正相关，流量与预设水反冲强度正相关，进而使得预设水反冲强度与水头损失正相
关。也就是说，变频水泵122运行频率越大，总反冲管道125的流量越大，此时预设的水反冲
强度也越大。水反冲强度的调节范围为10.0-20.0m/h，例如10m/h、12m/h、15m/h、18m/h、
20m/h；在某些情况下，水反冲装置12a还包括位于总反冲管道125上的反冲阀门126，用于控
制总反冲管道125的通断。
在一个应用场景中，将水头损失划分为至少两个区间，分别为第一区间和第二区
间；当当前水头损失为第一区间时，控制器控制变频水泵为第一运行频率，进而使得预设水
反冲强度为第一反冲强度；当当前水头损失为第二区间时，控制器控制变频水泵为第二运
行频率，进而使得预设水反冲强度为第二反冲强度。
例如，将水头损失以0.5kPa为界划分为两个区间，其中0.5kPa落入0-0.5kPa的区
间范围；当处于过滤周期的初期时，滤层的生物膜生长较快，反硝化作用受到水中少量溶解
氧的抑制，因此氮气产量少，此时水头损失较少，比如测得为0.2kPa，此时控制器控制变频
水泵的运行频率为第一运行频率，进而使得预设水反冲强度为较低的反冲强度，如15m/h；
而当处于过滤周期的后期时，生物膜已稳定形成，反硝化效率高，产生的氮气不断积聚且不
断向上扩散，水头损失较大，测得为0.9kPa，此时控制器控制变频水泵的运行频率为第二运
行频率，进而使得预设水反冲强度为较高的反冲强度，如20m/h；
又如，将水头损失以0.4kPa和0.7kPa为界，将水头损失划分为三个区间；当水头损
失小于等于0.4kPa时，控制器控制变频水泵的运行频率进而控制此时的水反冲强度为10m/
h；当水头损失大于0.4kpa但小于等于0.7kPa时，控制器控制变频水泵的运行频率进而控制
此时的水反冲强度为15m/h；当水头损失大于0.7kPa时，控制器控制变频水泵的运行频率进
而控制此时的水反冲强度为20m/h。
需要说明的是，上述仅是举例说明，关于水头损失划分为几个区间、划分的区间范
围可根据实际情况进行设定。另外，在其他实施例中控制器还可以控制水反冲装置的运行
时间。如当过滤初期时，反硝化效率低，滤层杂质较少，水头损失小，此时可在降低水反冲强
度的基础上，适当降低水反冲装置的运行时间，比如正常运行时间是30s，此时可以降低为
20s；当过滤后期时，滤层的孔隙率由于杂质截留多而下降明显，水头损失大，此时可在增加
水反冲强度的基础上，适当增加水反冲装置的运行时间，比如可将运行时间增加至40s。
请参阅图2，图2为本发明控制水头损失的方法一实施例的流程示意图，包括如下
步骤：
S101：水头损失仪测量滤池中待处理污水通过滤层后的水头损失；
S102：反冲装置在预设反冲强度下将滤池的滤层上的杂质剥离并冲出滤池；
S103：控制器根据水头损失，控制反冲装置的预设反冲强度，使得预设反冲强度与
水头损失正相关。
本实施例中反冲装置的结构和控制器控制该反冲装置的过程与上述实施例中相
同，在此不再赘述。
请结合图3和图4对上述控制水头损失的系统和方法做进一步具体说明。在一个实
际的应用场景中，上述控制水头损失系统进一步包括进水阀30、出水阀32和排水阀34；进水
阀30位于滤池16的上端部，用于将待处理污水引入滤池；出水阀32位于滤池16的下端部，用
于排出经滤层18处理后的水；排水阀34位于滤池16的上端部，用于排出反冲装置12冲洗滤
池16的含有杂质的废水。在一个完整的处理污水的过滤周期中，每间隔一段时间进行水反
冲，以除去滤层上的杂质，以降低水头损失，具体过程步骤如下：
S201：过滤开始并持续第一预定时间：关闭排水阀34，打开进水阀30和出水阀32；
具体地，过滤持续的第一预定时间可根据实际情况进行更改。例如，在该过滤周期
内第一预定时间可以保持不变，均为1h；或者也可在过滤前半周期第一预定时间为1.5h，过
滤后半周期为1h。
S202：过滤结束水反冲开始并持续第二预定时间：打开排水阀34，关闭进水阀30和
出水阀32，控制器14根据水头损失仪10测出的水头损失，控制反冲装置12的预设反冲强度；
具体地，关于控制器14的控制过程详见上述实施例，在此不再赘述。关于水反冲持
续的第二预定时间可根据实际情况进行调整。在其他应用场景中，在水反冲之前或者之后
还包括气反冲阶段和/或气水反冲阶段，本实施例对此不作具体说明。
S203：判断是否已完成一个过滤周期，若未完成则返回步骤S201，若已完成则过滤
终止。
总而言之，区别于现有技术的情况，本发明所提供的水头损失控制系统包括控制
器、反冲装置和水头损失仪，控制器根据水头损失仪测出的水头损失调节反冲装置的预设
反冲强度，预设反冲强度与水头损失正相关；当处于过滤初期时，微生物膜未完全稳定形
成，此时水头损失较小，控制器控制预设反冲强度低，有利于微生物膜的形成；当处于过滤
后期，微生物膜已稳定形成，此时反硝化效率高，水头损失大，控制器控制预设反冲强度高，
有利于迅速降低水头损失。通过上述方式，本发明可以根据水头损失调节反冲装置的反冲
强度，提高反硝化深床滤池的运行效率。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本
发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。