CN103487468A

CN103487468A - 污水厂进水毒性预警监测方法

Info

Publication number: CN103487468A
Application number: CN201310459171.6A
Authority: CN
Inventors: 赵文玉; 杨广文; 王哲; 王庆
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Jiangsu Jinxi Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: CN103487468B

Abstract

本发明公开了一种污水厂进水毒性预警监测方法。连续采集生化池活性污泥与进水按比例混合预曝气，再泵入完全混合预警反应器，利用溶解氧电极对DO进行实时监测，数据经过PLC系统采集与分析，根据公式DO_Y%=(DO₂-DO₁)/DO₀*100计算出DO_Y%(DO₀为系统消耗溶解氧的量、DO₁为毒性物质冲击前溶解氧水平、DO₂为毒性物质冲击后溶解氧水平)，与预先设定的抑制率值进行比较，评价进水对生化池活性污泥的抑制性。本发明能够实时监测污水厂进水毒性，真实反映进水对本厂活性污泥的毒性情况，而且操作维护简单、成本低廉，适用与污水处理厂进水毒性在线监测。

Description

污水厂进水毒性预警监测方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其是含有工业废水的污水，特别是一种在线连续监测污水厂进水毒性的监测方法。

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不便。因此，城市污水厂进水毒性监测设备的研究和开发显的非常重要，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。

当前考察城市污水厂进水毒性作用的技术有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不高，代表性不强，同样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，进而可以判定进水中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、双溶解氧电极设备之间的系统误差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定有效的装置与监测方法对污水厂进水毒性进行监测，本监测方法以OUR为原理，采用DO抑制率为指标对污水厂进水毒性进行实时监测。

具体步骤为：

（1）建立一个污水厂进水毒性预警装置，包括污水供给系统、污泥供给系统、预曝气完全混合反应器、完全混合预警反应器、PLC系统和碳源储存器，所述污水供给系统和污泥供给系统分别通过污水泵、污泥泵与预曝气完全混合反应器相连；通过蠕动泵从预曝气完全混合反应器泵送混合液，经过盘式硅胶管进入完全混合预警反应器；利用与DO₁传感器连接的DO₁电极和与DO₂传感器连接的DO₂电极分别对预曝气完全混合反应器和完全混合预警反应器中的DO值进行监测；DO₁传感器和DO₂传感器与PLC系统相连，对监测的数据进行采集与判断；碳源储存器通过管路向预曝气完全混合反应器中定量注入乙酸钠，维持一定量的COD含量。

预曝气完全混合反应器底部置有第一磁力搅拌子，通过磁力搅拌器控制转速，曝气机通过曝气管连接曝气头为预曝气完全混合反应器中的混合液提供充足的溶解氧。

碳源储存器中储存有一定浓度的乙酸钠溶液，通过管路定量投加于预曝气完全混合反应器中。

盘式硅胶管两端分别连有预曝气完全混合反应器和完全混合预警反应器，并通过蠕动泵使混合液连续流动；利用DO₁电极和DO₂电极分别对预曝气完全混合反应器和完全混合预警反应器中的DO值进行监测。

完全混合预警反应器内壁表面置有扰流挡板，使混合液在第二磁力搅拌子搅拌作用下混合更加均匀，避免出现循环流，顶部置有封盖，使得完全混合预警反应器所处环境密闭，避免外界空气对监测的干扰。

（2）将污泥流量Q₁和污水流量Q₂控制为Q₁: Q₂=1-2:3，使进入预曝气完全混合反应器的混合液中含有MLSS为1000mg/L，打开曝气机，并调节气量使预曝气完全混合反应器中的DO值为5.5-6.0mg/L，控制混合液的水力停留时间(HRT)为1～3min，通过磁力搅拌器保证污水与污泥的充分接触反应；

（3）在步骤（2）同等条件下把污水置换成放置2小时以上的清水，同时使用DO₂电极对完全混合预警反应器中的DO值进行检测并记录，计算出DO₀=DO_q-DO_w(DO₀为混合液消耗的溶解氧，DO_q为通入清水时监测到的DO值，DO_w为通入污水时监测到的DO值)。

（4）使用蠕动泵把混合液通过盘式硅胶管22泵入完全混合预警反应器中，并控制其HRT为2min；控制碳源储存器使投加到预曝气完全混合反应器中乙酸钠的量为100 mg/L COD；

（5）利用DO₁传感器连接的DO₁电极对预曝气完全混合反应器中的混合液进行连续监测，控制DO为5.5-6.0 mg/L；利用DO₂传感器连接的DO₂电极对完全混合反应器中的DO进行连续监测，并通过PLC系统对采集的数据进行计算与分析。

（6）PLC系统对DO₂传感器监测的数据进行计算与分析，根据预先植入的公式：DO_Y%=(DO₂-DO₁)/DO₀*100计算出DO_Y%(DO₀为系统消耗溶解氧的量、DO₁为毒性物质冲击前溶解氧水平、DO₂为毒性物质冲击后溶解氧水平)，并与预设的DO抑制率DO_Y1 、DO_Y2 、DO_Y3比较：

当DO_Y≤DO_Y1，不报警，指示灯绿色，表明进水中不含污泥毒性物质。

当DO_Y1<DO_Y≤DO_Y2，报警，指示灯橙色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较小，需要适当关注。

当DO_Y2<DO_Y≤DO_Y3，报警，指示灯黄色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较大，需采取适当措施。

当DO_Y≥DO_Y3，报警，指示灯红色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性很大，需要采取污水厂受冲击的应急方案。

步骤（2）中，控制预曝气完全混合反应器中的混合液DO值为5.5-6.0mg/L，HRT为1-3min(需要与完全混合预警反应器匹配)。

步骤（4）中，盘式硅胶管直径为10mm，长度为2.8m，呈螺旋状盘绕于有机圆柱体表面；完全混合预警反应器内壁表面置有扰流挡板，使混合液在第二磁力搅拌子搅拌作用下混合更加均匀，避免出现循环流，顶部置有封盖，使得完全混合预警反应器所处环境密闭，避免外界空气对监测的干扰。

步骤（6）中，预设的DO_Y%分别为，DO_Y1=10%、DO_Y2 =30%、DO_Y3 =50%。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）实时采集生化池污泥与沉砂池进水，监测结果代表性强；（2）污泥与污水提前充分接触，增加接触时间，反应更完全；（3）增加预曝气阶段，减小进水溶解氧对系统产生的影响；（4）使用单只溶解氧电极，减小电极间的系统误差；（5）增加碳源补充系统，避免因进水碳源不足造成毒性预警监测结果不准确的情况。

附图说明

图1 为本发明实施例污水厂进水毒性预警装置结构示意图。

图中标记：1-污水供给系统；2-污泥供给系统；3-污水泵；4-污泥泵；5-预曝气完全混合反应器；6、21-磁力搅拌器；7-曝气头；8-第一磁力搅拌子；9-曝气机；10-DO₁传感器；11-DO₁电极；12-PLC系统；13-DO₂传感器；14-DO₂电极；15-封盖；16-溢流口；17-扰流挡板；18-完全混合预警反应器；19-第二磁力搅拌子；20-蠕动泵；22-盘式硅胶管；23-碳源储存器。

图2 为本发明实施例Cu=5 mg/L时Cu(Ⅱ)离子冲击时的实时监测结果图。

图3 为本发明实施例Cu=10 mg/L时Cu(Ⅱ)离子冲击时的实时监测结果图。

图4 为本发明实施例苯酚=10 mg/L苯酚冲击时实时监测结果图。

图5 为本发明实施例苯酚=20 mg/L苯酚冲击时实时监测结果图。

具体实施方式

实施例：

(1) 如图1所示，建立一套进水毒性预警监测装置，包括污水供给系统1、污泥供给系统2、预曝气完全混合反应器5、完全混合预警反应器18、PLC系统12和碳源储存器22，所述污水供给系统1和污泥供给系统2分别通过污水泵3、污泥泵4与预曝气完全混合反应器5相连；通过蠕动泵20从预曝气完全混合反应器5泵送混合液，经过盘式硅胶管22进入完全混合预警反应器18；利用与DO1传感器10连接的DO1电极11和与DO2传感器13连接的DO2电极14分别对预曝气完全混合反应器5和完全混合预警反应器18中的DO值进行监测；DO1传感器10和DO2传感器13与PLC系统12相连，对监测的数据进行采集与判断；碳源储存器23通过管路向预曝气完全混合反应器5中定量注入乙酸钠，维持一定量的COD含量。

预曝气完全混合反应器5底部置有第一磁力搅拌子8，通过磁力搅拌器6控制转速，曝气机9通过曝气管连接曝气头7为预曝气完全混合反应器5中的混合液提供充足的溶解氧。

碳源储存器23中储存有一定浓度的乙酸钠溶液，通过管路定量投加于预曝气完全混合反应器5中。

盘式硅胶管22两端分别连有预曝气完全混合反应器5和完全混合预警反应器18，并通过蠕动泵20 使混合液连续流动，利用DO₁电极11和DO₂电极14分别对预曝气完全混合反应器5和完全混合预警反应器18中的DO值进行监测。

完全混合预警反应器18内壁表面置有扰流挡板17，使混合液在第二磁力搅拌子19搅拌作用下混合更加均匀，避免出现循环流，顶部置有封盖15，使得完全混合预警反应器18所处环境密闭，避免外界空气对监测的干扰。

(2) 将污泥流量Q₁和污水流量Q₂控制为Q₁: Q₂=1:3，使进入预曝气完全混合反应器5的混合液中含有污泥浓度(MLSS)为1000mg/L，打开曝气机9，并调节气量使预曝气完全混合反应器5中的DO值为5.8mg/L，控制混合液的水力停留时间(HRT)为1min，通过磁力搅拌器6保证污水与污泥的充分接触反应；

(3) 在上一步同等条件下把污水置换成放置2小时以上的清水，同时使用DO₂电极14对完全混合预警反应器18中的DO值进行检测并记录，计算出DO₀=DO_q-DO_w(DO₀为混合液消耗的溶解氧，DO_q为通入清水时监测到的DO值，DO_w为通入污水时监测到的DO值)。

(4) 使用蠕动泵20把混合液通过盘式硅胶管22泵入完全混合预警反应器18中，并控制其HRT为2min；控制碳源储存器23使其投加乙酸钠的量为100 mg/L COD；

(5) 利用DO₁传感器10连接的DO₁电极11对预曝气完全混合反应器5中的混合液进行连续监测，控制DO为5.8 mg/L；利用DO₂传感器13 连接的DO₂电极14对完全混合预警反应器18中的DO进行连续监测，并通过PLC系统12对采集的数据进行计算与分析；DO₂值取样时间间隔为30s。

(6) PLC系统12对DO₂传感器13监测的数据进行计算与分析，根据预先植入的公式：DO_Y%=(DO₂-DO₁)/DO₀*100计算出DO_Y%(DO₀为系统消耗溶解氧的量、DO₁为毒性物质冲击前溶解氧水平、DO₂为毒性物质冲击后溶解氧水平)，并与预设的DO抑制率DO_Y1、DO_Y2、DO_Y3比较，本实施例中DO_Y%分别为，DO_Y1=10%、DO_Y2 =30%、DO_Y3 =50%：

当DO_Y≤10%，不报警，指示灯绿色，表明进水中不含污泥毒性物质。

当10%<DO_Y≤30%，报警，指示灯橙色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较小，需要适当关注。

当30%<DO_Y≤50%，报警，指示灯黄色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较大，需采取适当措施。

当DO_Y≥50%，报警，指示灯红色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性很大，需要采取污水厂受冲击的应急方案。

图2、3为系统在不同浓度梯度Cu(Ⅱ)离子冲击情况下(5mg/L、10mg/L)，抑制率情况的实时监测结果。

具体方法：按照实施步骤首先确定DO₀，随后通入污水，待完全混合预警反应器18产生稳定的DO基线后，通入含一定量Cu(Ⅱ)离子的模拟污水，待DO上升到高值平稳后，再次通入正常污水，产生的DO峰值为完全混合预警反应器18中污泥微生物受Cu(Ⅱ)离子抑制所释放出的溶解氧，通过公式：DO_Y%=(DO₂-DO₁)/DO₀*100，计算出抑制率，以此表征污泥受抑制情况，完全混合预警反应器18的实验HRT取2min。

图4、5为系统在不同浓度梯度苯酚冲击情况下(10mg/L、20mg/L)，抑制率情况的实时监测结果。

具体方法与Cu(Ⅱ)离相同。

Claims

1.一种污水厂进水毒性预警监测方法，其特征在于具体步骤为：

一、建立一个污水厂进水毒性预警装置，包括污水供给系统（1）、污泥供给系统(2)、预曝气完全混合反应器(5)、完全混合预警反应器(18)、PLC系统(12)和碳源储存器(23)，所述污水供给系统(1)和污泥供给系统(2)分别通过污水泵(3)、污泥泵(4)与预曝气完全混合反应器(5)相连；通过蠕动泵(20)从预曝气完全混合反应器(5)泵送混合液，经过盘式硅胶管(22)进入完全混合预警反应器(18)；利用与DO₁传感器(10)连接的DO₁电极(11)和与DO₂传感器(13)连接的DO₂电极(14)分别对预曝气完全混合反应器(5)和完全混合预警反应器(18)中的DO值进行监测；DO₁传感器(10)和DO₂传感器(13)与PLC系统(12)相连，对监测的数据进行采集与判断；碳源储存器(23)通过管路向预曝气完全混合反应器(5)中定量注入乙酸钠，维持一定量的COD含量；

预曝气完全混合反应器（5）底部置有第一磁力搅拌子（8），通过磁力搅拌器（6）控制转速，曝气机（9）通过曝气管连接曝气头（7）为预曝气完全混合反应器（5）中的混合液提供充足的溶解氧；

碳源储存器（23）中储存有一定浓度的乙酸钠溶液，通过管路定量投加于预曝气完全混合反应器（5）中；

盘式硅胶管（22）两端分别连有预曝气完全混合反应器（5）和完全混合预警反应器（18），并通过蠕动泵（20）使混合液连续流动；利用DO₁电极（11）和DO₂电极（14）分别对预曝气完全混合反应器（5）和完全混合预警反应器（18）中的DO值进行监测；

完全混合预警反应器（18）内壁表面置有扰流挡板（17），使混合液在第二磁力搅拌子（19）搅拌作用下混合更加均匀，避免出现循环流，顶部置有封盖（15），使得完全混合预警反应器（18）所处环境密闭，避免外界空气对监测的干扰；

二、将污泥流量Q₁和污水流量Q₂控制为Q₁: Q₂=1-2:3，使进入预曝气完全混合反应器（5）的混合液中含有MLSS为1000mg/L，打开曝气机（9），并调节气量使预曝气完全混合反应器（5）中的DO值为5.5-6.0mg/L，控制混合液的水力停留时间即HRT为1～3min，通过磁力搅拌器（6）保证污水与污泥的充分接触反应；

三、在步骤（二）同等条件下把污水置换成放置2小时以上的清水，同时使用DO₂电极（14）对完全混合预警反应器（18）中的DO值进行检测并记录，计算出DO₀=DO_q-DO_w；DO₀为混合液消耗的溶解氧，DO_q为通入清水时监测到的DO值，DO_w为通入污水时监测到的DO值；

四、使用蠕动泵（20）把混合液通过盘式硅胶管（22）泵入完全混合预警反应器（18）中，并控制其HRT为2min；控制碳源储存器（23）使投加到预曝气完全混合反应器(5)中乙酸钠的量为100 mg/L COD；

五、利用DO₁传感器（10）连接的DO₁电极（11）对预曝气完全混合反应器（5）中的混合液进行连续监测，控制DO为5.5-6.0 mg/L；利用DO₂传感器（13）连接的DO₂电极（14）对完全混合预警反应器（18）中的DO进行连续监测，并通过PLC系统（12）对采集的数据进行计算与分析；

六、PLC系统（12）对DO₂传感器（13）监测的数据进行计算与分析，根据预先植入的公式：DO_Y%=(DO₂-DO₁)/DO₀*100计算出DO_Y%；DO₀为系统消耗溶解氧的量、DO₁为毒性物质冲击前溶解氧水平、DO₂为毒性物质冲击后溶解氧水平，并与预设的DO抑制率DO_Y1 、DO_Y2 、DO_Y3比较：

当DO_Y≤DO_Y1，不报警，指示灯绿色，表明进水中不含污泥毒性物质；

当DO_Y1<DO_Y≤DO_Y2，报警，指示灯橙色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较小，需要适当关注；

当DO_Y2<DO_Y≤DO_Y3，报警，指示灯黄色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较大，需采取适当措施；

当DO_Y≥DO_Y3，报警，指示灯红色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性很大，需要采取污水厂受冲击的应急方案；

步骤（二）中，控制预曝气完全混合反应器5中的混合液DO值为5.5-6.0mg/L，HRT为1-3min，需要与完全混合预警反应器18匹配；

步骤（四）中，盘式硅胶管22直径为10mm，长度为2.8m，呈螺旋状盘绕于有机圆柱体表面；完全混合预警反应器（18）内壁表面置有扰流挡板（17），使混合液在第二磁力搅拌子（19）搅拌作用下混合更加均匀，避免出现循环流，顶部置有封盖（15），使得完全混合预警反应器（18）所处环境密闭，避免外界空气对监测的干扰；

步骤（六）中，预设的DO_Y%分别为，DO_Y1=10%、DO_Y2 =30%、DO_Y3 =50%。