CN105547753A - 生物污泥原态采样器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物污泥原态采样器及使用方法，属于污水处理技术领域。采样器进样端设置快速接头，快速接头通过三通分别连接放空阀和进样阀，进样阀通过储样三通分别连接透明计量管以及出样阀，透明计量管另一端通过管段连接微调旋塞，校压管阀、水洗阀、气洗阀以及排气针型阀分别设置在透明计量管与微调旋塞相连接的管段两侧，气洗阀的另一端连接气压调节装置。将这些手动阀门采用电动阀时，在PLC控制下按给定程序实现自动采样操作。本发明可有效防止采样过程中污泥破碎问题，保证污泥形态学结构的完好性；本发明具有结构简单、操作方便及自动采样等特点。

Description

生物污泥原态采样器及使用方法

技术领域：

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种生物污泥原态采样器及使用方法。

背景技术：

无论是好氧还是厌氧污水处理工艺，污泥的状态都是工艺运行的关键点。近几十年来，为了监测污水处理厂或实验室中污水处理反应器的运行状况，人们常用光学显微镜对活性污泥样本进行观测的方法，即污泥镜检。对于污泥镜检，其关键性步骤在于取样。其中涉及到的主要问题是如何保证污泥结构的完整性。

污泥结构的完整性问题在试验室研究过程中表现得尤为突出。人们通常会在反应器不同高度处设置采样口：如采用小口径采样口，则由于管口流速较大，紊动程度剧烈，易对污泥结构造成破坏；如采用大口径采样口，虽降低了样品在管道中的流速，但为了控制采样量或样品流量，闸阀的开度通常较小，在样品通过闸阀时亦会造成污泥的破坏；另外，随着采样点向反应器底部的深入，取样口处的压力差随之增大，会在采样过程中对污泥结构产生影响。

近几年来，图像分析技术在污水处理领域的研究和应用都得到了一定的推进。基于图像分析技术，国外很多学者提出了一些监测污泥特性的在线系统，但是常规样品自动采集时存在阀门节流缝隙小、流速快容易将结构较为松散的微生物絮体打碎，导致检测结果偏差大。这也是阻碍污泥特性在线监测系统实际应用或商业化的重要原因之一。

发明内容：

本发明针对以上技术问题，提供一种生物污泥原态采样器及使用方法，该装置可避免污泥絮体结构在采样管道或阀门处被严重破坏。

本发明所提供的一种生物污泥原态采样器包括快速接头1、放空阀2、进样阀3、出样阀4、储样三通5、透明计量管6、校压管阀7、水洗阀8、气洗阀9、气压调节装置10、排气针型阀11、微调旋塞12、PLC控制器20、步进电机19、连接器21、卡扣22及相应管路；所述快速接头1设置在所述采样器的进样端，所述快速接头1通过三通分别连接所述放空阀2以及所述进样阀3，所述进样阀3通过储样三通5分别连接所述透明计量管6以及所述出样阀4，所述透明计量管6的另一端通过管段连接所述微调旋塞12，所述校压管阀7、水洗阀8、气洗阀9以及排气针型阀11分别设置在所述透明计量管6与所述微调旋塞12相连接的管段两侧，所述气洗阀9的另一端连接所述气压调节装置10；所述PLC控制器20与所述步进电机19相连，所述步进电机19通过能够上下滑动的所述连接器21与所述微调旋塞12中的手轮14相连，所述卡扣22固定在所述步进电机19的电机轴上；当手动采样时，提起连接器21，用卡扣22下端的扣爪钩住连接器21上的搭钩，使步进电机19与手轮14脱开；当自动采样时，松开卡扣22，推下连接器21使步进电机19的传动轴与手轮14轴相连。

所述微调旋塞12包括手轮14、螺杆15、定位器16、橡胶塞头17及螺母18，所述手轮14设置在所述螺杆15的一端，所述螺杆15的另一端设置所述橡胶塞头17，所述橡胶塞头17通过所述螺母18固定，所述螺杆15穿过所述定位器16与所述橡胶塞头17连接。

本发明生物污泥原态采样器的使用方法具体如下：

手动采样时，提起连接器21，用卡扣22下端的扣爪钩住连接器21上的搭钩，保持所述连接器21与所述手轮14脱开，手动调节所述微调旋塞12；自动采样时，松开卡扣22，推下连接器21使步进电机19的传动轴与手轮14轴相连，保持步进电机19的传动轴与手轮14轴同步旋转，自动采样时，放空阀2、进样阀3、出样阀4、校压管阀7、水洗阀8、气洗阀9、气压调节装置10、排气针型阀11均采用电动阀门与PLC控制器20相连，按事先编制的程序模拟手动采样过程进行自动采样。

进样系统中，采样器进样端设置快速接头1，其后管路上连接有进样阀3，气洗阀9及气压调节装置10。进样时，通过气压调节装置10使管道内部处于有压状态(如反应器为厌氧则通入氮气)，样品途经管段中阀门开度为全开。进样阀3安装在竖向管段上，以防在阀门开启过程中混合液通过闸板缝隙而造成污泥结构破坏。

计量系统中通过储样三通5将透明计量管6与进样管路和出样管路连接，其后管路上设置排气针型阀11和微调旋塞12；所述透明计量管6采用透明材质，其上设置计量刻度线。

反冲洗系统中水洗阀8、气洗阀9、气压调节装置10所在管段分别与竖向管段连接，其后连接透明定量管6，再通过储样三通5将透明定量管6与进样阀3和出样阀4连接，进样阀3与快速接头1所连三通上连接放空阀2。

在反应器池壁不同高度设有固定采样口时，采样器主体位于反应器液面下方，样品可通过重力作用自流至采样器中。考虑到在进样阀3未完全打开的瞬间，混合液在压力驱动下通过阀门缝隙而造成破碎，故考虑采用气压来平衡阀门处的压差。对此，主要还存在以下几个问题：第一，即使有气压用于平衡液压，如阀门安装于横向管段上，由于重力作用混合液仍会在阀门不完全打开时通过闸板缝隙；第二，阀门一侧混合液的压力大小如何确定，用于平衡此压力的气压过大或过小都会对污泥造成影响。为克服上述问题，本发明采样器在实际使用时，进样阀3应安装于竖直管段上，其次，设置如图2所示的校压U型管，确保气压略高于所需的平衡压力。

为避免污泥流经阀门时对污泥絮体性状产生的节流扰动破坏，先将压缩空气放入采样器提高采样阀门的背压，尽可能缩小阀板前后的压差，再一次性将阀板全开，此时污泥流过阀板的差压小则速度低，在层流状态下采样，并逐渐排除采样器内气体，让被采污泥充满采样器，关闭采样阀。借助水流的不可压塑性，慢慢放掉污泥上方的空气达到减压的目的，然后在接近自由水头的压力下打开放样阀缓慢放出污泥样品，从而实现无损原样采样。对这个操作过程进行全自动控制可实现自动原态在线检测，促进过程自动控制。

本发明所述采样器在进样过程中管路处于有压状态，样品会随着污泥泄压缓慢进入到管路中，且途经阀门的开度为全开。因此，可实现在采样过程中保持污泥结构的完整性，使得镜检时的样品与其在反应器中时的结构尽可能一致。

本发明所述采样器中设置气、水反洗系统，水洗(可加药冲洗)可除去管道内壁粘附的污泥或其它杂质，气洗可使管道内壁快速干燥，二者结合使用不但可以避免每次取样时残留样品造成的相互干扰，也可防止水洗后残留洗液对样品的干扰。

附图说明：

图1本发明采样器结构示意图；

图2本发明采样器用于具体采样时的系统构成示意图；

图3本发明采样器中微调旋塞的结构示意图。

图中：1：快速接头；2：放空阀；3：进样阀；4：出样阀；5：储样三通；6：透明计量管；7：校压管阀；8：水洗阀；9：气洗阀；10：气压调节装置；11：排气针型阀；12：微调旋塞；13：反应器采样阀；14：手轮；15：螺杆；16：定位器；17：橡胶塞头；18：螺母；19：步进电机；20：PLC控制器；21：连接器；22：卡扣。

具体实施方式：

根据反应器中采样点的布置形式，下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图2中，反应器深度方向上设置有多处采样口，采样口通过反应器采样阀13控制出流状态，反应器采样阀13后连接快速接头1，以方便采样器的快速安装与拆卸。系统中所涉及到的阀门均可设置为电磁阀，以方便实现操作的自动化。阀门开度仅有两种状态，即全开或全闭，以使样品通过时不对污泥结构造成破坏。透明计量管6为透明材质，且宜选不易附着微生物或其它污渍的材料，管壁上设置有定量刻度线。微调旋塞12上设置隔气的橡胶塞头17，螺杆15上设置外螺纹，配合定位器16上的内螺纹，可实现通过旋转手轮14使橡胶塞头17推进或抽出，以对透明计量管6内的液位进行微调。

图2中，采样器通过快速接头1与反应器采样阀13相连，快速接头1后通过三通分别连接放空阀2和进样阀3，进样阀3后通过储样三通5分别连接透明计量管6和出样阀4；透明计量管6所连竖向管段分别与校压管阀7、水洗阀8、气洗阀9和排气针型阀11所在管段相连，竖向管段末端设置微调旋塞12，气洗阀9所在管段末端连接气压调节装置10；校压U形管的一端连接校压管阀7，另一端与反应器联通。

本发明所提供的采样器用于手动采样时的使用方法具体步骤如下：

1、提起连接器21，用卡扣22下端的扣爪钩住连接器21上的搭钩，保持所述连接器21与所述手轮14脱开；

2、先打开反应器采样阀13至开度最大，再打开放空阀2将采样阀口附近残留的不满足分析要求的样品泻出，随后关闭放空阀2，此时样品液面停留在进样阀3的闸板下方。

3、打开校压管阀7、排气针型阀11，使校压U形管中液面与反应器平齐，关闭排气针型阀，打开气洗阀9和气压调节装置10，使管路中维持有压状态(如反应器为厌氧则通入氮气)，控制压力使校压U形管液面稍低于进样阀3的闸板标高，关闭气洗阀9和气压调节装置。

4、打开进样阀3，通过调节排气针形阀11缓慢泄压，由于管路中一直为有压状态，在泄压的过程中，样品缓慢进入透明计量管6中，并在样品量到达定量刻度附近时，关闭排气针型阀11停止泄压。

5、调节微调旋塞12，使得液面与所需刻度平齐，观测时应以凹液面最低处为准。

6、关闭进样阀3和反应器采样阀13，从快速接头1处旋转采样器(如采用自动在线监测方式则无需旋转)，使采样器竖向管段保持倾斜，打开出样阀4，并使排气针型阀11开度缓慢增至最大，样品靠重力驱动自行流出，此时需注意使样品顺着采样容器壁留下，以防样品下落时破坏絮体结构。

7、关闭排气针型阀11，打开放空阀2、进样阀3、水洗阀8，向管路中通入蒸馏水对管路进行水洗，如管路内壁黏附有难以用蒸馏水冲洗干净的物质，可用预配洗液冲洗后，再用蒸馏水冲洗。

8、关闭水洗阀8，打开气洗阀9和气压调节装置10，对竖向管道进行气洗，待其干燥后关闭所有阀门，完成手动采样。

本发明所提供的采样器用于自动采样时的使用方法具体步骤如下：

1、松开卡扣22，推下连接器21使步进电机19的传动轴与手轮14轴相连，保持步进电机19的传动轴与手轮14轴同步旋转；

2、所述放空阀2、进样阀3、出样阀4、校压管阀7、水洗阀8、气洗阀9、气压调节装置10及所述排气针型阀11均采用电动阀门，所述放空阀2、进样阀3、出样阀4、校压管阀7、水洗阀8、气洗阀9、气压调节装置10及所述排气针型阀11均分别与所述PLC控制器20相连，按事先编制的程序模拟人工采样过程进行自动采样。

Claims (4)

1.一种生物污泥原态采样器，其特征在于所述采样器包括快速接头(1)、放空阀(2)、进样阀(3)、出样阀(4)、储样三通(5)、透明计量管(6)、校压管阀(7)、水洗阀(8)、气洗阀(9)、气压调节装置(10)、排气针型阀(11)、微调旋塞(12)、PLC控制器(20)、步进电机(19)、连接器(21)、卡扣(22)及相应管路；所述快速接头(1)设置在所述采样器的进样端，所述快速接头(1)通过三通分别连接所述放空阀(2)以及所述进样阀(3)，所述进样阀(3)通过所述储样三通(5)分别连接所述透明计量管(6)以及所述出样阀(4)，所述透明计量管(6)的另一端通过管段连接所述微调旋塞(12)，所述校压管阀(7)、水洗阀(8)、气洗阀(9)以及排气针型阀(11)分别设置在所述透明计量管(6)与所述微调旋塞(12)相连接的管段两侧，所述气洗阀(9)的另一端连接所述气压调节装置(10)；所述PLC控制器(20)与所述步进电机(19)相连，所述步进电机(19)通过能够上下滑动的所述连接器(21)与所述微调旋塞(12)中的手轮(14)相连，所述卡扣(22)固定在所述步进电机(19)的电机轴上。

2.根据权利要求1所述的生物污泥原态采样器，其特征在于所述微调旋塞(12)包括手轮(14)、螺杆(15)、定位器(16)、橡胶塞头(17)及螺母(18)；所述手轮(14)设置在所述螺杆(15)的一端，所述螺杆(15)的另一端设置所述橡胶塞头(17)，所述橡胶塞头(17)通过所述螺母(18)固定，所述螺杆(15)穿过所述定位器(16)与所述橡胶塞头(17)连接。

3.权利要求1所述生物污泥原态采样器的使用方法，其特征在于该方法用于手动操作时的具体步骤如下：

(1)提起所述连接器(21)，用所述卡扣(22)下端的扣爪钩住所述连接器(21)上的搭钩，保持所述连接器(21)与所述手轮(14)脱开；

(2)先打开反应器采样阀(13)至开度最大，再打开所述放空阀(2)将采样阀口附近残留的不满足分析要求的样品泻出，随后关闭所述放空阀(2)，此时样品液面停留在所述进样阀(3)的闸板下方；

(3)打开所述校压管阀(7)、排气针型阀(11)，使校压U形管中液面与反应器平齐，关闭所述排气针型阀(11)，打开所述气洗阀(9)及气压调节装置(10)，使管路中维持有压状态，如反应器为厌氧则通入氮气，控制压力使校压U形管液面稍低于所述进样阀(3)的闸板标高，关闭所述气洗阀(9)和所述气压调节装置(10)；

(4)打开所述进样阀(3)，通过调节所述排气针形阀(11)缓慢泄压，由于管路中一直为有压状态，在泄压的过程中，样品缓慢进入所述透明计量管(6)中，并在样品量到达定量刻度附近时，关闭所述排气针型阀(11)，停止泄压；

(5)调节所述微调旋塞(12)，使得液面与所需刻度平齐，观测时应以凹液面最低处为准；

(6)关闭所述进样阀(3)和反应器采样阀(13)，从所述快速接头(1)处旋转采样器，使采样器竖向管段保持倾斜，打开所述出样阀(4)，并使所述排气针型阀(11)开度缓慢增至最大，样品靠重力驱动自行流出；

(7)关闭所述排气针型阀(11)，打开所述放空阀(2)、进样阀(3)及水洗阀(8)，向管路中通入蒸馏水对管路进行水洗；

(8)关闭所述水洗阀(8)，打开所述气洗阀(9)和气压调节装置(10)，对竖向管道进行气洗，待其干燥后关闭所有阀门，完成手动采样过程。

4.权利要求1所述生物污泥原态采样器的使用方法，其特征在于该方法用于自动操作时的具体步骤如下：

(1)松开所述卡扣(22)，推下所述连接器(21)使所述步进电机(19)的传动轴与所述手轮(14)轴相连，保持所述步进电机(19)的传动轴与所述手轮(14)轴同步旋转；

(2)所述放空阀(2)、进样阀(3)、出样阀(4)、校压管阀(7)、水洗阀(8)、气洗阀(9)、气压调节装置(10)及所述排气针型阀(11)均采用电动阀门，所述放空阀(2)、进样阀(3)、出样阀(4)、校压管阀(7)、水洗阀(8)、气洗阀(9)、气压调节装置(10)及所述排气针型阀(11)均分别与所述PLC控制器(20)相连，按事先编制的程序模拟手动采样过程进行自动采样。