CN102980983A

CN102980983A - 一种污水生物毒性在线监测分析仪及监测系统

Info

Publication number: CN102980983A
Application number: CN2012104993122A
Authority: CN
Inventors: 于广平; 刘坚; 苑明哲; 何王金; 岳秀; 唐嘉丽; 郭高飞
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: CN102980983B

Abstract

本发明公开了一种污水生物毒性在线监测分析仪及监测系统，分析仪为一体化柜体结构，该柜体包括上柜体空间和下柜体空间，所述上柜体空间用于控制系统、数据采集分析系统及触摸屏安装，下柜体空间分为前、后两部分，前、后部分之间用可拆卸隔板隔开，所述可拆卸隔板上固定有进样泵、气体流量计、电磁阀和管道；本发明的分析仪为一体化柜体结构，由气液输送系统、湿式生化反应系统、自动控制系统和数据采集处理及通讯系统组成，用于污水处理厂可实现对进厂污水生物毒性的在线识别与预警，避免污水中有毒成分导致活性污泥中毒而影响污水处理效率，具有运行全自动、分析快速准确、安装简单、维护简便等特点。

Description

一种污水生物毒性在线监测分析仪及监测系统

技术领域

本发明涉及污水监测的技术领域，特别涉及一种污水生物毒性在线监测分析仪和监测系统。

背景技术

污水生物毒性监测技术有：（1）水生动植物急性毒性试验，包括鱼类毒性、水蚤类毒性、浮萍类、蚕豆根尖微核、藻类毒性等试验法；（2）微生物毒性试验，包括发光特性、呼吸抑制、酶活抑制等试验法。其中，微生物呼吸抑制试验由于其准确性与直观性等特点，现已被用来评价废水对活性污泥的毒性作用。当处理系统在遭受毒物冲击而导致污泥中毒时，污泥的氧呼吸速率突然下降常是最为灵敏的早期警报。

目前，基于微生物呼吸的污水毒性在线检测技术中，主要通过污泥中微生物的比呼吸速率的变化来分析与判断污泥系统的生物活性和污水处理能力。例如中国发明专利200910082957.4（公开号为CN 101556270A）公开了一种监测活性污泥系统动态比耗氧速率的装置，该发明是将密封计量瓶，放在磁力搅拌器上，通过回流泵和反应器形成污泥循环回路，该装置设计简洁，运行稳定和测量数据重现性好，通过直观的表述SOUR曲线，可以准确监控系统不同时刻的反应状态。虽然在线检测比耗氧速率比常规检测技术更加快速、直观与准确，但由于比耗氧速率需要根据体系溶解氧和污泥浓度数值通过公式的计算转化才可取得，而非仪表在线直接监测的数据，因此，其在实际操作与应用的过程中，具有数据模拟容易出现非相关性的情况，造成结果误差，同时造成在线自动控制与数据分析程序的开发难度大。除此之外，国内污水处理厂目前还主要存在缺乏用于对异常工况在线快速识别的技术和仪器、工艺参数调控技术落后等问题，这也为实际污水处理厂的在线检测技术带来了一定的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种污水生物毒性在线监测分析仪。

本发明的第二目的在于，提供一种基于上述分析器的生物毒性在线监测系统。

为了达到上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种污水生物毒性在线监测分析仪，所述分析仪为一体化柜体结构，该柜体包括上柜体空间和下柜体空间，所述上柜体空间用于控制系统、数据采集分析系统及触摸屏安装，下柜体空间分为前、后两部分，前、后部分之间用可拆卸隔板隔开，所述可拆卸隔板上固定有进样泵、气体流量计、电磁阀和管道；下柜体空间后部分和上柜体空间之间用第一隔板隔开，该第一隔板上设有第一开孔；下柜体空间的前部分为湿式生化反应系统和气液输送系统安装空间，此空间中，固定一块低位面板，用于固定主生化反应器，左侧内壁选定位置上固定另一面板，用于固定污水预处理器；下柜体空间的后部分为设备与控制器连接线放置空间，连接线通过第一隔板上的第一开孔与控制器连接，下柜体空间的前部分与上部分柜体由第二隔板隔开，不互通，柜体共开三扇门，后部分安装第一扇门，上柜体前端安装第二扇门，第二扇门上设有用于固定安装触摸屏的第二开孔，前部分安装第三扇门，第三扇门上安装透明观察窗。

为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：

本发明污水生物毒性在线监测分析仪的监测系统包括湿式生化反应系统、气液输送系统、控制系统、数据采集系统以及通讯系统；

所述湿式生化反应系统，用于实现活性污泥实时降解污水的生化反应体系；

所述气液输送系统，用于输送污水、自来水、污泥和压缩空气；

所述控制系统，用于实现对设备的手动控制和自动程序运行，由PLC自动化控制硬件和上位机软件集成；

所述数据采集系统，用于数据采集、处理、储存与传输；

所述通讯系统，用于将采集处理的数据向分析仪外部传送。

优选的，所述湿式生化反应系统包括污水预处理器和主生化反应器，所述污水预处理器对污水进入主反应器之前进行曝气预处理，所述污水预处理器配有进水口、排水口、溢流口、清水口和盘式曝气器；所述主生化反应器为活性污泥降解污水污染物消耗体系溶氧的场所，所述主生化反应器配有进水口、清水口、高位出水口、低位出水口和溢流口，主生化反应器内还固定安装有污泥浓度传感器、溶解氧（DO）传感器、温度传感器、搅拌器以及恒温加热器，主生化反应器底部完全覆盖安装有微孔盘式曝气器。

优选的，所述气液输送系统包括PVC管、硅胶管、电磁阀、手动球阀、蠕动泵、进水泵、污泥泵、微型气泵和气体流量计，并且设置一总排液管，所有排液管道均连接到总排液管排除。

优选的，所述控制系统包括PLC控制模块、电气元件、WINCC上位机模块以及触摸屏，所述WINCC上位机模块通过WINCC上位机软件编写控制程序，所述PLC控制模块执行控制指令向设备发出电控信号，实现对湿式生化反应系统和气液输送系统的自动化控制，所有控制操作通过触摸屏触控完成，所述PLC模块包括CPU、开关量输出模块、模拟量输入模块以及模拟量输出模块。

优选的，所述数据采集系统包括，溶解氧传感器、污泥浓度传感器、温度传感器，数据采集变送器以及PLC控制模块，数据采集变送器将各在线探头从湿式生化反应系统中探测产生的光信号和电化学信号采集变换为电流信号，经确定的R485数据传输协议传送至PLC控制模块进行特征数据识别与分析。

优选的，所述通讯系统包括以太网模块和网络连接线，采集处理的数据经以太网通讯方式向外部传输。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明采用基于分析仪中生化反应体系溶解氧（DO）变化特征的分析技术开发而成，在带有生物毒性的污水进入检测装置时，生化反应体系DO的变化将呈现出与正常污水进入时不同的趋势特征，这种变化趋势是活性污泥活性受到抑制的直观表现，两种情况下采集获得DO特征数据通过自定义的污泥活性抑制率公式进行计算分析，可在线识别和评估污水的生物毒性程度，并触发相应报警。

2、本发明的在线监测分析仪为一体化柜体结构，由气液输送系统、湿式生化反应系统、自动控制系统和数据采集处理及通讯系统组成，用于污水处理厂可实现对进厂污水生物毒性的在线识别与预警，避免污水中有毒成分导致活性污泥中毒而影响污水处理效率，具有运行全自动、分析快速准确、安装简单、维护简便等特点。

附图说明

图1是污水生物毒性在线检测分析仪的整体结构示意图；

图2A-图2D是污水生物毒性在线检测分析仪一体化柜体形状结构示意图；

图3是反应体系DO特征曲线示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，污水处理厂曝气池或二沉池活性污泥经污泥泵4进入分析仪的主生化反应器1，经清水阀5放清水清洗和配置至设定的污泥浓度，污泥浓度由污泥浓度传感器6实时检测，活性污泥在主生化反应器1中得到恒定曝气和搅拌，实际污水经进水泵3周期性定量注入预处理器2预曝气处理后重力流入主生化反应器1与活性污泥反应，每周期注入定量污水是由主生化反应器1中的液位计7通过恒定液位差检测来控制实现，反应全过程通过恒温加热器9进行恒温控制并提供恒定供风量和恒速搅拌，恒定供风量供给由气体流量计8调节实现。DO传感器10实时在线采集反应体系的DO数据，进行分析，监测结束后将启动清洗程序对反应器和管道进行清洗，全程控制与数据分析是由控制、分析与通讯系统11完成。

上述分析器的监测系统包括湿式生化反应系统、气液输送系统、控制系统、数据采集系统以及通讯系统；所述湿式生化反应系统，用于实现活性污泥实时降解污水的生化反应体系；所述气液输送系统，用于输送污水、自来水、污泥和压缩空气；所述控制系统，用于实现对设备的手动控制和自动程序运行，由PLC自动化控制硬件和上位机软件集成；所述数据采集系统，用于数据采集、处理、储存与传输；所述通讯系统，用于将采集处理的数据向分析仪外部传送。

所述湿式生化反应系统包括污水预处理器和主生化反应器，所述污水预处理器对污水进入主反应器之前进行曝气预处理，所述污水预处理器配有进水口、排水口、溢流口、清水口和盘式曝气器；所述主生化反应器为活性污泥降解污水污染物消耗体系溶氧的场所，所述主生化反应器配有进水口、清水口、高位出水口、低位出水口和溢流口，主生化反应器内还固定安装有污泥浓度传感器、DO传感器、温度传感器、搅拌器以及恒温加热器，主生化反应器底部完全覆盖安装有微孔盘式曝气器。

所述气液输送系统包括PVC管、硅胶管、电磁阀、手动球阀、蠕动泵、进水泵、污泥泵、微型气泵和气体流量计，并且设置一总排液管，所有排液管道均连接到总排液管排除。

所述控制系统包括PLC控制模块、电气元件、WINCC上位机模块以及触摸屏，所述WINCC上位机模块通过WINCC上位机软件编写控制程序，所述PLC控制模块执行控制指令向设备发出电控信号，实现对湿式生化反应系统和气液输送系统的自动化控制，所有控制操作通过触摸屏触控完成，所述PLC模块包括CPU、开关量输出模块、模拟量输入模块以及模拟量输出模块。

所述数据采集系统包括，溶解氧传感器、污泥浓度传感器、温度传感器，数据采集变送器以及PLC控制模块，数据采集变送器将各在线探头从湿式生化反应系统中探测产生的光信号和电化学信号采集变换为电流信号，经确定的R485数据传输协议传送至PLC控制模块进行特征数据识别与分析。

如图2A-图2D所示，上述分析仪为一体化柜体结构，该柜体包括上柜体空间和下柜体空间22，所述上柜体空间用于控制系统、数据采集分析系统及触摸屏安装，下柜体空间分为前、后两部分，前、后部分之间用可拆卸隔板隔开，所述可拆卸隔板上固定有进样泵、气体流量计、电磁阀和管道；下柜体空间后部分和上柜体空间之间用第一隔板隔开，该第一隔板上设有第一开孔；下柜体空间的前部分为湿式生化反应系统和气液输送系统安装空间，此空间中，固定一块低位面板，用于固定主生化反应器，左侧内壁选定位置上固定另一面板，用于固定污水预处理器；下柜体空间的后部分为设备与控制器连接线放置空间，连接线通过第一隔板上的第一开孔与控制器连接，下柜体空间的前部分与上部分柜体由第二隔板隔开，不互通，柜体共开三扇门，后部分安装第一扇门，上柜体前端安装第二扇门，第二扇门上设有用于固定安装触摸屏的第二开孔，前部分安装第三扇门，第三扇门上安装透明观察窗。

如图3所示，本实施例中通过在线检测分析仪和检测系统，在控制反应全过程恒定反应体系体积，恒定污泥浓度，恒定搅拌速率，恒定供风量，恒定污水周期投加量的运行条件下，DO传感器采集获得呈周期性规律变化趋势的体系DO特征曲线，其中曲线下降区下降幅度△H_DO↓是关键特征分析数据，分析仪中数据分析软件根据识别的正常污水注入时和生物毒性污水注入时时的△H_DO↓通过自定义的污泥活性抑制率公式实时计算分析污水毒性程度，当抑制率达到设定界限时，同时分析仪将自动触发报警。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种污水生物毒性在线监测分析仪，其特征在于，所述分析仪为一体化柜体结构，该柜体包括上柜体空间和下柜体空间，所述上柜体空间用于控制系统、数据采集分析系统及触摸屏安装，下柜体空间分为前、后两部分，前、后部分之间用可拆卸隔板隔开，所述可拆卸隔板上固定有进样泵、气体流量计、电磁阀和管道；下柜体空间后部分和上柜体空间之间用第一隔板隔开，该第一隔板上设有第一开孔；下柜体空间的前部分为湿式生化反应系统和气液输送系统安装空间，此空间中，固定一块低位面板，用于固定主生化反应器，左侧内壁选定位置上固定另一面板，用于固定污水预处理器；下柜体空间的后部分为设备与控制器连接线放置空间，连接线通过第一隔板上的第一开孔与控制器连接，下柜体空间的前部分与上部分柜体由第二隔板隔开，不互通，柜体共开三扇门，后部分安装第一扇门，上柜体前端安装第二扇门，第二扇门上设有用于固定安装触摸屏的第二开孔，前部分安装第三扇门，第三扇门上安装透明观察窗。

2.根据权利要求1所述的污水生物毒性在线监测分析仪的监测系统，其特征在于，包括湿式生化反应系统、气液输送系统、控制系统、数据采集系统以及通讯系统；

所述数据采集系统，用于数据采集、处理、储存与传输；

所述通讯系统，用于将采集处理的数据向分析仪外部传送。

3.根据权利要求2所述的生物毒性在线监测系统，其特征在于，所述湿式生化反应系统包括污水预处理器和主生化反应器，所述污水预处理器对污水进入主反应器之前进行曝气预处理，所述污水预处理器配有进水口、排水口、溢流口、清水口和盘式曝气器；所述主生化反应器为活性污泥降解污水污染物消耗体系溶氧的场所，所述主生化反应器配有进水口、清水口、高位出水口、低位出水口和溢流口，主生化反应器内还固定安装有污泥浓度传感器、DO传感器、温度传感器、搅拌器以及恒温加热器，主生化反应器底部完全覆盖安装有微孔盘式曝气器。

4.根据权利要求2或3所述的生物毒性在线监测系统，其特征在于，所述气液输送系统包括PVC管、硅胶管、电磁阀、手动球阀、蠕动泵、进水泵、污泥泵、微型气泵和气体流量计，并且设置一总排液管，所有排液管道均连接到总排液管排除。

5.根据权利要求4所述的生物毒性在线监测系统，其特征在于，所述控制系统包括PLC控制模块、电气元件、WINCC上位机模块以及触摸屏，所述WINCC上位机模块通过WINCC上位机软件编写控制程序，所述PLC控制模块执行控制指令向设备发出电控信号，实现对湿式生化反应系统和气液输送系统的自动化控制，所有控制操作通过触摸屏触控完成，所述PLC模块包括CPU、开关量输出模块、模拟量输入模块以及模拟量输出模块。

6.根据权利要求2或5所述的生物毒性在线监测系统，其特征在于，所述数据采集系统包括，溶解氧传感器、污泥浓度传感器、温度传感器，数据采集变送器以及PLC控制模块，数据采集变送器将各在线探头从湿式生化反应系统中探测产生的光信号和电化学信号采集变换为电流信号，经确定的R485数据传输协议传送至PLC控制模块进行特征数据识别与分析。

7.根据权利要求6所述的生物毒性在线监测系统，其特征在于，所述通讯系统包括以太网模块和网络连接线，采集处理的数据经以太网通讯方式向外部传输。