CN103342415A - 城市污水厂进水毒性监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市污水厂进水毒性监测装置。污泥供给构筑物内的污泥过滤器通过三通和污泥泵与完全混合预警反应器相连；污水供给构筑物内的污水过滤器通过预曝气槽、污水泵也与完全混合预警反应器相连；预曝气槽上部有出水口，底部置有预曝气头，预曝气头与曝气机相连；完全混合预警反应器下部置有玻璃垫片，玻璃垫片上放置磁力搅拌子，磁力搅拌子由底部磁力搅拌器控制转速；完全混合预警反应器中上部有溢流口，DO电极探头置于完全混合预警反应器溢流口液面下，并由薄铁片固定于完全混合预警反应器壁上，DO电极探头通过DO传感器与PLC人机控制系统相连。本发明结构简单、投入少、运行稳定、结果代表性强、操作维护方便。

Description

城市污水厂进水毒性监测装置

技术领域

本发明涉及城市污水处理领域，特别是含有工业废水的城市污水厂进水毒性监测装置。 

背景技术

目前的水处理技术工艺中，活性污泥法仍然以其处理流程简单、运行费用低廉、维护便利等优点而广泛应用于各大中小型污水处理厂。随着我国工业发展脚步的加快，工业废水排放量的逐年加大，未经处理的工业废水并入城市生活污水进入污水处理厂的情况较为普遍，而其中可能含有大量的微生物毒性物质，这些毒性物质会抑制活性污泥微生物的正常代谢过程，造成污水处理过程不稳定，出水水质不达标的情况，甚至可能导致整个活性污泥系统崩溃，继而可能进行耗时费力的培菌工作，给污水厂日常运营和管理带来极大的影响。因此，城市污水厂进水毒性监测设备的研究和开发显的极为重要，依靠进水毒性监测设备可以迅速了解进水毒性情况，并针对不同毒性程度的进水采取相应的应对措施，最大程度减轻毒性物质对活性污泥微生物的抑制作用，保证出水连续稳定达标排放。 

城市污水厂进水对微生物的毒性作用，可以从其生长速率、生物量、酶的活性、生物电流变化等方面进行考察，目前的技术有ATP发光、酶抑制、Microtox、Hatox-1800等毒性监测方法，然而，这些方法基于分子生物学测试、发光细菌的发光及生物电流变化等原理，其测试对象和测试条件与实际污水处理厂活性污泥系统完全不同，测试结果不能真实反映活性污泥中微生物的受抑制情况；电流变化程度与毒性物质对微生物的抑制程度线性相关性低，也不能进行在线连续监测。 

呼吸速率(Oxygen Uptake rate)，是活性污泥微生物好氧利用有机物时的氧消耗速率，是表征活性污泥微生物活性的理论指标，即活性污泥OUR的变化情况就可反应微生物受抑制性程度，进而可以判定进是否含有活性污泥微生物毒性物质及毒性程度。在这一原理基础上开发的污水生物毒性监测设备较少，已开发的设备存在系统复杂、连续监测不稳定、维护要求高、双DO电极设备之间的系统误差等问题。 

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有技术的不足之处，提供一种能够稳定连续对城市污水厂进水进行监测的装置。 

本发明是这样实现的：城市污水厂进水毒性监测装置由污泥供给构筑物、污水供给构筑物、污泥过滤器、污水过滤器、三通、预曝气槽、预曝气头、曝气机、污水泵、污泥泵、磁力搅拌子、DO电极探头、PLC人机控制系统、DO传感器、薄铁片、溢流口、完全混合预警反应器、磁力搅拌器、玻璃垫片和出水口组成。 

污泥供给构筑物内的污泥过滤器通过三通和污泥泵与完全混合预警反应器相连；污水供给构筑物内的污水过滤器通过预曝气槽、污水泵也与完全混合预警反应器相连；预曝气槽上部有出水口，底部置有预曝气头，预曝气头与曝气机相连；完全混合预警反应器下部置有玻璃垫片，玻璃垫片上放置磁力搅拌子，磁力搅拌子由底部磁力搅拌器控制转速，使混合液呈悬浮状态；完全混合预警反应器中上部有溢流口，DO电极探头置于完全混合预警反应器溢流口液面下，并由薄铁片固定于完全混合预警反应器壁上，DO电极探头通过DO传感器与PLC人机控制系统相连。 

所述污泥供给构筑物与完全混合预警反应器之间通过三通分流连接，防止管内聚气停止流动，使用污泥泵控制进泥流量；污水供给构筑物与完全混合预警反应器之间设置预曝气槽，消除进水DO对系统的影响，控制预曝气槽进水流量与曝气量及污水泵的流量相匹配，使其DO能够达到3.0±0.5mg/L，过量进水通过预曝气槽的出水口排出，使用污水泵控制进水流量。 

所述DO传感器通过单支DO电极探头对完全混合预警反应器溢流口处DO进行连续测定，监测数据由PLC人机系统采集、处理、储存，计算出OUR抑制率，与设定值比较，判定是否报警及报警级别。 

利用城市污水厂进水毒性监测装置进行毒性监测的步骤为： 

（2）将污泥流量Q1与污水流量Q2按照流量比Q1：Q2=1:3泵入完全混合预警反应器，控制完全混合预警反应器中泥水混合液停留时间HRT=1min，打开磁力搅拌器，控制磁力搅拌子，使污泥与污水充分接触均匀混合，且无额外氧气混入，利用单支DO电极探头连续监测DO值的变化。

（3）将DO电极探头监测到的数据传入PLC人机控制系统，使用预先植入的程序进行计算，OUR_n=(DO₀-DO_n)/T，其中，DO₀为同等条件下预警系统进清水时完全混合预警反应器中DO值，DO_n为T_n时刻（规定T_n-T₀=nT,n≧1，T₀为预警系统运行起始时刻）污水与污泥混合液状态下的DO值，T为泥水混合液在完全混合预警反应器中的水力停留时间，T= V/(Q1+Q2)，V为完全混合预警反应器的有效体积；式OUR_Y(n+1)%=（OUR_n-OUR_n+1）/OUR_n*100、OUR_n=(DO₀-DO_n) /T及OUR_n+1= (DO₀-DO_n+1) /T进行变量代换可得到OUR_Y(n+1)%=(DO_n+1-DO_n)/(DO₀-DO_n)*100，其中OUR_n为T_n时刻的OUR值，OUR_n+1为T_n+1时刻的OUR值。 

（4）在PLC人机系统中预设三个OUR抑制率值OUR_Y1、OUR_Y2以及OUR_Y3，OUR_Y1<OUR_Y2<OUR_Y3，将步骤四中计算出的OUR_Y与预设值比较： 

当OUR_Y≦OUR_Y1，不报警，表明废水中无生物抑制性物质。

当OUR_Y1<OUR_Y≦OUR_Y2，PLC人机控制系统控制报警系统报警，表明废水中存在生物抑制性物质，但抑制性不强，需引起轻度关注，设定为橙色警报。 

当OUR_Y2<OUR_Y≦OUR_Y3，PLC人机控制系统控制报警系统报警，表明废水中存在生物抑制性物质，抑制性较强，需引起适度关注，根据情况采取适当措施，设定为黄色警报。 

当OUR_Y> OUR_Y3，PLC人机控制系统控制报警系统报警，表明废水中存在生物抑制性物质，抑制性很强，需引起强烈关注，设定为红色警报。 

所述步骤（2）中，完全混合预警反应器的水力停留时间控制在1min，时间过短反应不充分，时间过长使得预警滞后，都不利于快速了解进水毒性。 

所述步骤（3）中，DO₀为在同等水力停留时间（HRT）及同等曝气量条件下系统进清水时，PLC人机控制系统根据DO电极监测到的完全混合预警反应器内不同水温Te时的DO值得出的经验公式计算。 

与现有技术相比，本发明所具有的优点如下： 

1、直接通过虹吸作用使污水和污泥与完全混合预警反应器连通，无需另外贮存污泥和污水，节省动力成本，并且随时保证污泥活性和污水性质与污水处理厂一致，使结果更具说服力。

2、在污水泵入完全混合预警反应器前，先进行预曝气处理，可以有效避免进水DO变化对系统产生的影响；使用三通对污泥进行分流，一部分由污泥泵抽入完全混合预警反应器内，另一部分以相对较快的流速排出，此举可以防止因管路吸入生化池的气液混合物，使得管内气体积聚导致混合液停止流动的情况。 

3、采用单支DO电极进行连续监测，可有效防止多电极系统中因电极间的系统误差而使得结果不准确的情况。 

4、本发明结构简单、投入少、运行稳定、结果代表性强、操作维护方便。 

附图说明

图1为本发明污水厂进水毒性监测装置结构示意图。 

图中标记：1-污泥供给构筑物，2-污水供给构筑物，3-污泥过滤器，4-污水过滤器，5-三通，6-预曝气槽，7-预曝气头，8-曝气机，9-污水泵，10-污泥泵，11-磁力搅拌子，12-DO电极探头，13- PLC人机控制系统，14-DO传感器，15-薄铁片，16-溢流口，17-完全混合预警反应器，18-磁力搅拌器，19-玻璃垫片，20-出水口。 

图2为本发明模拟进水毒性物质为50mg/L苯酚时的监测结果。 

图3为本发明模拟进水毒性物质为100mg/L苯酚时的监测结果。 

图4为本发明模拟进水毒性物质为200mg/L苯酚时的监测结果。

具体设施方式

实施例：

如图1所示，城市污水厂进水毒性监测装置由污泥供给构筑物1、污水供给构筑物2、污泥过滤器3、污水过滤器4、三通5、预曝气槽6、预曝气头7、曝气机8、污水泵9、污泥泵10、磁力搅拌子11、DO电极探头12、PLC人机控制系统13、DO传感器14、薄铁片15、溢流口16、完全混合预警反应器17、磁力搅拌器18、玻璃垫片19和出水口20组成。

污泥供给构筑物（1）内的污泥过滤器（3）通过三通（5）和污泥泵（10）与完全混合预警反应器（17）相连；污水供给构筑物（2）内的污水过滤器（4）通过预曝气槽（6）、污水泵（9）也与完全混合预警反应器（17）相连；预曝气槽（6）上部有出水口（20），底部置有预曝气头（7），预曝气头（7）与曝气机（8）相连；完全混合预警反应器（17）下部置有玻璃垫片（19），玻璃垫片（19）上放置磁力搅拌子（11），磁力搅拌子（11）由底部磁力搅拌器（18）控制转速，使混合液呈悬浮状态；完全混合预警反应器（17）中上部有溢流口（16），DO电极探头（12）置于完全混合预警反应器（17）溢流口（16）液面下，并由薄铁片（15）固定于完全混合预警反应器（17）壁上，DO电极探头（12）通过DO传感器（14）与PLC人机控制系统（13）相连。 

进行毒性监测的步骤为： 

(1)三通5分流连接污泥泵10，污水先通入预曝气槽6处理，再与污水泵9连接，泥水泵9分别按照流量比Q1:Q2=1:3泵入完全混合预警反应器17，控制总流量使得完全混合预警反应器17的水力停留时间为1min，开启曝气机8，通过预曝气头7对进水定量预曝气，通过污水泵9泵预曝气污水入完全混合预警反应器17，开启磁力搅拌器18，控制完全混合预警反应器17底部磁力搅拌子11转速，既要保持泥水混合液呈悬浮状态，也要确保无额外氧气混入混合液中。

(2)采用使用单支DO电极进行连续监测，依靠DO传感器14和DO电极探头12对完全混合预警反应器17溢流口16处混合液DO值进行连续测定，监测数据由PLC人机控制系统13采集、处理、储存，并对监测到的异常情况进行报警。 

（3）在装置运行监测前，先通入清水进行监测，确定预曝气槽6的水力停留时间及预曝气量，以通污水时完全混合预警反应器17中的溶解氧为3.0±0.5mg/L，记录并固定曝气量，在此曝气量条件下对完全混合预警反应器17溢流口16处DO进行测定，寻求不同水温条件下的DO值，以此确定温度(x)与此处DO(y)之间的函数关系，本实验中得到水温Te与DO之间的经验公式为：DO₀ = 0.0028Te² - 0.3388Te + 12.582,其中Te表示水温，在计算OUR抑制率时，由DO电极监测到的水温Te由PLC人机控制系统13自动计算此水温下的DO₀值。 

(4) 将DO电极探头监测到的数据传入PLC人机控制系统13，使用预先植入的程序进行计算OUR_n=(DO₀-DO_n)/T，其中，DO₀为同等条件下预警系统进清水时完全混合预警反应器中DO值，DO_n为T_n时刻（规定T_n-T₀=nT,n≧1，T₀为预警系统运行起始时刻）污水与污泥混合液状态下的DO值，T为泥水混合液在完全混合预警反应器中的水力停留时间，T= V/(Q1+Q2)，V为完全混合预警反应器的有效体积；由式OUR_Y(n+1)%=（OUR_n-OUR_n+1）/OUR_n*100、OUR_n=(DO₀-DO_n) /T及OUR_n+1= (DO₀-DO_n+1) /T进行变量代换可得到OUR_Y(n+1)%=(DO_n+1-DO_n)/(DO₀-DO_n)*100，其中OUR_n为T_n时刻的OUR值，OUR_n+1为T_n+1时刻的OUR值。 

本实例中，在PLC人机控制系统13中预设三个OUR抑制率值OUR_Y1=15%、OUR_Y2=30%以及OUR_Y3=50%，OUR_Y1<OUR_Y2<OUR_Y3，将计算出的OUR_Y与预设值比较： 

当OUR_Y≦15%，不报警，表明废水中无生物抑制性物质。

当15%<OUR_Y≦30%，PLC人机控制系统13控制报警系统报警，表明废水中存在生物抑制性物质，但抑制性不强，需引起轻度关注，设定为橙色警报。 

当30%<OUR_Y≦50%，PLC人机控制系统13控制报警系统报警，表明废水中存在生物抑制性物质，抑制性较强，需引起适度关注，根据情况采取适当措施，设定为黄色警报。 

当OUR_Y> 50%，PLC人机控制系统13控制报警系统报警，表明废水中存在生物抑制性物质，抑制性很强，需引起强烈关注，设定为红色警报。 

本实例中当苯酚浓度为50mg/L时，OUR_Y=10%<15%（附图2），表明该条件下对活性污泥无抑制，不报警；当苯酚浓度为100 mg/L时，15%<OUR_Y=18%<30%（附图3），表明该条件下对活性污泥有一定的抑制，需引起轻度关注，为橙色预警；当苯酚浓度为100 mg/L时，30%<OUR_Y=53%<50%（附图4），表明该条件下对活性污泥有很强的抑制，需引起重度关注，为红色预警，需要采取一定的措施减轻危害。 

Claims (1)

1.一种城市污水厂进水毒性监测装置，其特征在于城市污水厂进水毒性监测装置由污泥供给构筑物（1）、污水供给构筑物（2）、污泥过滤器（3）、污水过滤器(4)、三通(5)、预曝气槽(6)、预曝气头(7)、曝气机(8)、污水泵(9)、污泥泵(10)、磁力搅拌子(11)、DO电极探头(12)、PLC人机控制系统(13)、DO传感器(14)、薄铁片(15)、溢流口（16）、完全混合预警反应器（17）、磁力搅拌器（18）、玻璃垫片（19）和出水口（20）组成；

污泥供给构筑物（1）内的污泥过滤器（3）通过三通（5）和污泥泵（10）与完全混合预警反应器（17）相连；污水供给构筑物（2）内的污水过滤器（4）通过预曝气槽（6）、污水泵（9）也与完全混合预警反应器（17）相连；预曝气槽（6）上部有出水口（20），底部置有预曝气头（7），预曝气头（7）与曝气机（8）相连；完全混合预警反应器（17）下部置有玻璃垫片（19），玻璃垫片（19）上放置磁力搅拌子（11），磁力搅拌子（11）由底部磁力搅拌器（18）控制转速，使混合液呈悬浮状态；完全混合预警反应器（17）中上部有溢流口（16），DO电极探头（12）置于完全混合预警反应器（17）溢流口（16）液面下，并由薄铁片（15）固定于完全混合预警反应器（17）壁上，DO电极探头（12）通过DO传感器（14）与PLC人机控制系统（13）相连。

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