发明内容
本发明的目的是提供一种在线、高频对进水毒性进行实时监测、显示的在线监测和评估城市废水处理厂进水毒性的方法。
本发明目的是这样实现的:一种在线监测和评估城市废水处理厂进水毒性的方法,包括以下步骤:(1)、设置在线监测和评估城市废水处理厂进水毒性的装置,整个装置包括贮存池、污泥准备池、混合室、贮备瓶和反应室,所述贮存池和污泥准备池均经管道与混合室联通,所述混合室经管道与反应室联通;所述贮存池与混合室之间的管道上串联有第一污水泵,所述污泥准备池与混合室之间的管道上串联有第二污泥泵,所述混合室与反应室之间的管道上串联有第三污水泵;所述贮备瓶经管道与第三污水泵和反应室之间的管道联通,该贮备瓶下方串联微量投加泵将贮备瓶的溶液匀速泵出,所述混合室与反应室内分别设置第一溶解氧电极和第二溶解氧电极,该第一溶解氧电极和第二溶解氧电极将信号输入计算机处理,所述贮存池连接有串联第三污水泵的输入管道,所述反应室顶部设置有出口。
(2)、将进入城市废水处理厂的废水通过第三污水泵泵入贮存池进行曝气,确保溶解氧浓度在5mgO2/l以上,进入贮存池的废水流量和贮存池容积相匹配,确保废水在池内的停留时间在5~10min;停留时间过长将导致预警滞后;停留时间过短,将需要大的泵流量和曝气强度,造成能源浪费甚至溶解氧浓度无法提升。
(3)、在活性污泥准备池内准备待用的活性污泥,目的是得到浓度均一、活性良好的活性污泥。准备方法是向活性污泥准备池内注入回流污泥进行稀释,或者注入曝气池出口处的混合液进行沉淀浓缩,得到最终浓度为4000-5000mgSS/l的污泥在污泥准备池内,按照10~20mgCOD/l的比例向污泥中投加等摩尔比的浓度为10gCOD/l的乙酸-乙酸钠储备液对污泥进行活化,同时在污泥准备池内充氧曝气、搅拌;污泥准备池的有效容积与第二污泥泵泵出流量相匹配,确保24h的泵出用量;一次准备的活性污泥量过大,可能使污泥长时间处于饥饿状态而活性降低,影响后续监测结果的解析;一次准备的活性污泥量过小,增加工作量,而且各批次之间的污泥浓度和活性不一致,也会影响后续监测结果的解析。
(4)、贮存池处理后的废水和污泥准备池处理后的污泥分别经第一污水泵和第二污泥泵送入混合室混合,确保混合室最终混合污泥浓度800~1000mgSS/l,同时对混合池内混合污泥进行搅拌,然后利用第一溶解氧电极对混合室内混合液的溶解氧浓度DOin进行实时测量,测量信号传送到计算机;计算机装有基于Labview开发的软件对溶解氧测量信号进行采集、处理、显示和储存。
(5)、第三污水泵又将混合室内的污泥混合液泵入反应室,同时,微量投加泵将浓度为10gCOD/l的等摩尔的乙酸-乙酸钠贮备液由贮备瓶泵入反应室,确保泵入反应室的混合液的基质浓度在50mgCOD/l以上,达到基质饱和,不影响活性污泥反应速率;反应室的有效容积与第三污水泵的流量及需要的混合液在反应室内的停留时间相匹配,确保混合液在反应室内停留时间在5-10min,同时对混合液进行搅拌,第二溶解氧电极对混合液的溶解氧浓度DO
eff进行实时测量,测量信号传输到计算机,反应室内的混合液由出口流入废水处理系统,整套装置不间断运行;(6)、第一溶解溶解氧电极采集的溶解氧浓度DO
in和第二溶解氧电极采集的溶解氧浓度DO
eff信号送入计算机,设定2个溶解氧电极的溶解氧浓度测量频率为V(可以为10个/s),需要的呼吸速率(OUR)的测量间隔为I(可以为30s,1min等)。利用数据处理软件自动对时间间隔I内采集到的N个DO
in和DO
eff进行算术平均,其中N=VI,得到此OUR测试时间间隔内DO
in和DO
eff的算术平均值
和
同时,对I时间间隔内得到的N个DO
eff对时间进行线性拟合,得到其变化速率
用方程
计算得到OUR
i,其中Q为第三污水泵的流量,V是反应室的有效容积;(7)、线监测和评估城市废水处理厂进水毒性的装置的连续运行,将实时得到城市废水处理厂进水与活性污泥混合液的呼吸速率,在基质饱和、所用污泥浓度和活性均不变化的情况下,该呼吸速率基本维持恒定,进水中毒性物质的存在将抑制活性污泥活性,导致呼吸速率降低,通过对测量软件上呼吸速率曲线的观察可以及时、直观捕捉到毒性进水的信息,进一步,呼吸速率降低的程度反映了毒性的大小:
其中,OUR(N)为选定的初始m个OUR正常值的平均值,由数据处理软件自动进行运算,OUR(A)为当前值,软件自动计算上述比值并在界面上以图表方式实时显示;另一种显示方式以比呼吸速率(SOUR)进行监测和评估:
,利用SS的在线测量技术,将混合室SS测量结
果传输到测量软件,软件自动计算SOUR(SS)和抑制百分比并实时显示。
上述步骤(1)中所述贮存池内设置有第一曝气头,所述污泥准备池内设置有第二曝气头和搅拌器,所述混合室设置有第一磁力搅拌器,所述反应室15内设置有第二磁力搅拌器,分别对贮存池进行曝气,对污泥准备池进行搅拌和曝气,对混合室和反应室15进行搅拌。
作为优化,上述步骤(5)中第三污水泵的污泥混合液以100ml/min的速率泵入反应室将混合室内的,同时贮备瓶内浓度为10gCOD/l的等摩尔的乙酸-乙酸钠贮备液按照0.5ml/min的速率泵入反应室。
作为优化,上述步骤(6)中设定2个溶解氧电极的溶解氧浓度测量频率为V,V为10个/s,需要的呼吸速率(OUR)的测量间隔为I,I为30s或1min。
上述步骤(1)中贮存池上部开有溢流口,将溢出的废水流回废水处理系统。
有益效果:本发明是在线连续采集城市废水处理厂进水,与测试用活性污泥和外加易生物降解碳源混合,自动测定混合液的呼吸速率,根据呼吸速率或者比呼吸速率的变化来识别和评价进水对活性污泥的毒性及抑制程度。它不仅能够在线、高频对进水毒性进行实时监测,真实反映进水对本厂活性污泥的抑制,而且自动化程度高、操作简单、操作界面友好直观,能够应用于实际废水处理厂。
具体实施方式
实施例1首先设置在线监测和评估城市废水处理厂进水毒性的装置,整个装置包括贮存池2、污泥准备池7、混合室6、贮备瓶16和反应室15,所述贮存池2和污泥准备池7均经管道与混合室6联通,所述混合室6经管道与反应室15联通;所述贮存池2与混合室6之间的管道上串联有第一污水泵5,所述污泥准备池7与混合室6之间的管道上串联有第二污泥泵10,所述混合室6与反应室15之间的管道上串联有第三污水泵14;所述贮备瓶16经管道与第三污水泵14和反应室15之间的管道联通,该贮备瓶16下方串联微量投加泵17将贮备瓶16的溶液匀速泵出,所述混合室6与反应室15内分别设置第一溶解氧电极11和第二溶解氧电极19,该第一溶解氧电极11和第二溶解氧电极19将信号输入计算机13处理,所述贮存池2连接有串联第三污水泵1的输入管道,所述反应室15顶部设置有出口20。
贮存池2上部开有溢流口4。所述贮存池2内设置有第一曝气头3,所述污泥准备池7内设置有第二曝气头8和搅拌器9,所述混合室6设置有第一磁力搅拌器12,所述反应室15内设置有第二磁力搅拌器18。
在装置运行前,首先进行活性污泥的准备:将经过浓缩的曝气池出水污泥置入活性污泥准备池7,总体积为45l,在线SS仪显示其浓度为4000mg/l;向污泥中投加浓度为10gCOD/l的等摩尔乙酸-乙酸钠溶液90ml,造成活性污泥准备池内初始基质浓度为20mgCOD/l;开启曝气装置经第二曝气头8为污泥充氧,开启机械搅拌装置9对污泥进行混合搅拌。开启第三污水泵1以10l/min的流量将模拟的城市废水处理厂进水泵入有效容积为10l的进水贮存池2,开启曝气装置通过第一曝气头3对进水充氧。开启第一污水泵5和第二污泥泵10,流量分别设置为75ml/min和25ml/min。开启第一磁力搅拌器12对有效容积为100ml的混合室12内的混合液进行搅拌。待混合室12内的混合液达到有效容积后,开启第三污水泵14将混合液泵入有效容积为500ml的反应室15,开启第二磁力搅拌器18对混合液进行搅拌;开启微量投加泵17,将基质贮备瓶16内浓度为10gCOD/l的等摩尔的乙酸-乙酸钠贮备液以0.5ml/min的速率投加到反应室15内,使泵入反应室15的混合液的基质浓度为50mgCOD/l。待反应室15充满后,打开在线进水毒性监测软件,设置溶解氧的采样频率为10,OUR的测试时间间隔为1min,即每个溶解氧电极测试到600个溶解氧读数时,软件进行一次数据处理,得到一个OUR,在软件界面上已图形显示;设置OUR(N)个数为10,即以初始测到的10个OUR的平均值作为OUR(N),计算抑制百分数并在软件界面上以图形显示。根据活性污泥准备池7内污泥浓度和稀释倍数,计算得到反应池15内的活性污泥浓度为1000mgSS/l,将该值输入到软件界面上的污泥浓度SS处,软件自动计算SOUR和对应的抑制百分比,并在软件界面上分别以图形显示。
为了模拟有抑制的情况,在装置运行到第30min时,将进水更换为含Cu2+浓度为2.50mg/l的进水。监测结果表明活性污泥立即受到抑制,呼吸速率由无抑制时的约0.71mgO2/(l.min)降低到约0.46mgO2/(l.min),抑制程度达到约35%。具体数据和图形见附表和图2。
t(min) |
DOin |
DOeff |
OUR |
抑制程度% |
0 |
6.37 |
4.06 |
0.697 |
|
1 |
6.36 |
4.02 |
0.697 |
|
2 |
6.35 |
3.97 |
0.724 |
|
3 |
6.35 |
3.94 |
0.724 |
|
4 |
6.34 |
3.9 |
0.724 |
|
5 |
6.33 |
3.87 |
0.711 |
|
6 |
6.33 |
3.84 |
0.711 |
|
7 |
6.32 |
3.81 |
0.718 |
|
8 |
6.32 |
3.78 |
0.711 |
|
9 |
6.32 |
3.76 |
0.711 |
|
10 |
6.32 |
3.74 |
0.71 |
-0.392817059 |
11 |
6.32 |
3.72 |
0.711 |
-0.252525253 |
12 |
6.32 |
3.7 |
0.71 |
-0.392817059 |
13 |
6.32 |
3.68 |
0.711 |
-0.252525253 |
14 |
6.31 |
3.67 |
0.71 |
-0.392817059 |
15 |
6.31 |
3.65 |
0.711 |
-0.252525253 |
16 |
6.31 |
3.64 |
0.71 |
-0.392817059 |
17 |
6.31 |
3.63 |
0.706 |
-0.953984287 |
18 |
6.31 |
3.62 |
0.7 |
-1.795735129 |
19 |
6.31 |
3.61 |
0.699 |
-1.936026936 |
20 |
6.31 |
3.61 |
0.699 |
-1.936026936 |
21 |
6.31 |
3.6 |
0.699 |
-1.936026936 |
22 |
6.32 |
3.6 |
0.699 |
-1.936026936 |
23 |
6.32 |
3.59 |
0.692 |
-2.918069585 |
24 |
6.33 |
3.59 |
0.692 |
-2.918069585 |
25 |
6.34 |
3.65 |
0.692 |
-2.918069585 |
26 |
6.45 |
4.36 |
0.699 |
-1.936026936 |
27 |
6.43 |
4.3 |
0.699 |
-1.936026936 |
28 |
6.42 |
4.24 |
0.699 |
-1.936026936 |
29 |
6.4 |
4.2 |
0.699 |
-1.936026936 |
30 |
6.81 |
4.97 |
0.465 |
-34.76430976 |
31 |
6.81 |
4.97 |
0.465 |
-34.76430976 |
32 |
6.81 |
4.97 |
0.465 |
-34.76430976 |
33 |
6.81 |
4.96 |
0.465 |
-34.76430976 |
34 |
6.8 |
4.96 |
0.465 |
-34.76430976 |
35 |
6.81 |
4.96 |
0.461 |
-35.32547699 |
36 |
6.81 |
4.95 |
0.461 |
-35.32547699 |
37 |
6.8 |
4.95 |
0.461 |
-35.32547699 |
38 |
6.8 |
4.95 |
0.461 |
-35.32547699 |
39 |
6.81 |
4.95 |
0.461 |
-35.32547699 |
40 |
6.81 |
4.95 |
0.461 |
-35.32547699 |
41 |
6.8 |
4.94 |
0.466 |
-34.62401796 |
42 |
6.81 |
4.94 |
0.468 |
-34.34343434 |
43 |
6.81 |
4.94 |
0.471 |
-33.92255892 |
44 |
6.81 |
4.93 |
0.479 |
-32.80022447 |
45 |
6.8 |
4.94 |
0.479 |
-32.80022447 |
46 |
6.8 |
4.94 |
0.479 |
-32.80022447 |
47 |
6.8 |
4.93 |
0.479 |
-32.80022447 |
48 |
6.8 |
4.93 |
0.468 |
-34.34343434 |
49 |
6.81 |
4.93 |
0.47 |
-34.06285073 |
50 |
6.8 |
4.93 |
0.47 |
-34.06285073 |
51 |
6.8 |
4.93 |
0.468 |
-34.34343434 |
52 |
6.81 |
4.93 |
0.468 |
-34.34343434 |
53 |
6.81 |
4.93 |
0.468 |
-34.34343434 |
54 |
6.81 |
4.93 |
0.468 |
-34.34343434 |
55 |
6.82 |
4.94 |
0.47 |
-34.06285073 |
56 |
6.82 |
4.94 |
0.471 |
-33.92255892 |
57 |
6.82 |
4.94 |
0.483 |
-32.23905724 |
58 |
6.82 |
4.94 |
0.483 |
-32.23905724 |
59 |
6.83 |
4.94 |
0.483 |
-32.23905724 |
60 |
6.83 |
4.94 |
0.483 |
-32.23905724 |
61 |
6.84 |
4.94 |
0.468 |
-34.34343434 |
62 |
6.84 |
4.94 |
0.468 |
-34.34343434 |
63 |
6.84 |
4.94 |
0.468 |
-34.34343434 |
64 |
6.85 |
4.94 |
0.468 |
-34.34343434 |
65 |
6.85 |
4.95 |
0.47 |
-34.06285073 |
66 |
6.85 |
4.95 |
0.47 |
-34.06285073 |
67 |
6.86 |
4.95 |
0.471 |
-33.92255892 |
68 |
6.86 |
4.96 |
0.471 |
-33.92255892 |
69 |
6.86 |
4.96 |
0.47 |
-34.06285073 |
70 |
6.87 |
4.97 |
0.467 |
-34.48372615 |
71 |
6.87 |
4.97 |
0.467 |
-34.48372615 |
72 |
6.87 |
4.98 |
0.467 |
-34.48372615 |
73 |
6.88 |
4.98 |
0.466 |
-34.62401796 |
74 |
6.88 |
4.99 |
0.466 |
-34.62401796 |
75 |
6.88 |
4.99 |
0.466 |
-34.62401796 |
76 |
6.89 |
5 |
0.466 |
-34.62401796 |
77 |
6.89 |
5 |
0.466 |
-34.62401796 |
实施例2将实施例1中的进水更换为没有毒性的废水,连续运行20分钟,得到正常运行的OUR。然后将进水更换为含Cr
6+浓度为40mg/l的进水。监测结果表明活性污泥立即受到抑制,呼吸速率由无抑制时的约0.79mgO
2/(l.min)降低到约0.63mgO
2/(l.min),抑制程度达到约20%。
t(min) |
DOin |
DOeff |
OUR |
抑制程度%) |
0 |
6.87 |
5.09 |
0.79 |
|
1 |
6.82 |
4.93 |
0.797 |
|
2 |
6.79 |
4.76 |
0.77 |
|
3 |
6.76 |
4.62 |
0.802 |
|
4 |
6.73 |
4.49 |
0.77 |
|
5 |
6.71 |
4.38 |
0.805 |
|
6 |
6.7 |
4.28 |
0.807 |
|
7 |
6.69 |
4.19 |
0.775 |
|
8 |
6.68 |
4.12 |
0.781 |
|
9 |
6.69 |
4.06 |
0.79 |
|
10 |
6.68 |
3.99 |
0.786 |
-0.342335489 |
11 |
6.68 |
3.94 |
0.786 |
-0.342335489 |
12 |
6.68 |
3.89 |
0.785 |
-0.469126411 |
13 |
6.68 |
3.85 |
0.78 |
-1.103081019 |
14 |
6.68 |
3.82 |
0.78 |
-1.103081019 |
15 |
6.76 |
4.62 |
0.807 |
2.320273868 |
16 |
6.73 |
4.49 |
0.79 |
0.164828198 |
17 |
6.71 |
4.38 |
0.827 |
4.856092304 |
18 |
6.7 |
4.28 |
0.825 |
4.60251046 |
19 |
6.69 |
4.19 |
0.77 |
-2.370990237 |
20 |
6.68 |
4.12 |
0.795 |
0.798782807 |
21 |
6.69 |
4.06 |
0.644 |
-18.34664638 |
22 |
6.83 |
4.89 |
0.634 |
-19.6145556 |
23 |
6.82 |
4.82 |
0.627 |
-20.50209205 |
24 |
6.81 |
4.76 |
0.649 |
-17.71269177 |
25 |
6.8 |
4.7 |
0.639 |
-18.98060099 |
26 |
6.81 |
4.65 |
0.633 |
-19.74134652 |
27 |
6.81 |
4.61 |
0.633 |
-19.74134652 |
28 |
6.81 |
4.57 |
0.629 |
-20.24851021 |
29 |
6.81 |
4.55 |
0.626 |
-20.62888297 |
30 |
6.81 |
4.53 |
0.626 |
-20.62888297 |