CN105699601B - 一种判定活性污泥处理能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判定活性污泥处理能力的方法，包括：1)对污水厂曝气池的活性污泥进行呼吸图谱分析，测定耗氧速率OUR值；2)将污水厂曝气池的活性污泥与原水混合后进行曝气测试；3)测试污水厂曝气池污泥浓度的值，将各耗氧速率OUR除以污泥浓度MLSS得到比耗氧速率SOUR；4)绘制曝气测试得到的SOUR曲线并按其导数变化特征点得到2个时间点t₁与t₂；5)若t₂处于定义的安全区域，则污水处理系统出水可安全达标。本发明可根据对活性污泥呼吸图谱与曝气测试数据分析判定活性污泥处理能力。通过此方法，可以使污水厂的技术工作人员了解当前活性污泥处理的处理能力，及时调整运行参数，为污水处理厂的合理运行和节能降耗提供指导性意见。

Description

一种判定活性污泥处理能力的方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及一种通过对活性污泥呼吸图谱的分析和污泥与原水的曝气测定，判定污水厂活性污泥的处理能力的方法。

背景技术

污水处理厂设计进厂污水的水量与水质数值按相关资料计算确定，但污水处理厂建成后的实际情况与设计结果不同，往往有很大差异。污水厂在设计时一般采用污泥负荷或者容积负荷来表示系统处理能力。而设计规范给定的负荷范围广，且不同工艺有不同要求，因此污水处理厂的负荷往往要依据实际情况进行确定。然而污水处理系统的实际污泥负荷却经常受进水水质、污泥活性、水力停留时间等因素的影响，这给污水处理厂的实际处理能力的评估带来了困难，因此实际污水处理厂一般只有在出水超标等情况下，运行者才会意识到系统超负荷，而一般状态下的系统处理能力及出水超标的风险却无法评估。我国大量的中小型污水处理厂由于水质水量波动大，系统抗冲击能力弱，及时评估系统处理能力对于工艺运行参数调整具有重要意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种判定活性污泥处理能力的方法，该方法利用可生物降解污染物降解完成时间t₂作为一个活性污泥指标，通过测定的安全区域来判定活性污泥处理能力的高低，运行人员及时调整运行参数，为污水处理厂的合理运行和节能降耗提供指导性意见。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

根据本发明实施例提供的一种判定活性污泥处理能力的方法，包括下述步骤：

1)取未经任何处理的污水厂活性污泥，测量待测污水厂活性污泥浓度MLSS；

2)对污水厂活性污泥进行呼吸图谱测试，分别得到5个耗氧速率：现状耗氧速率OUR_S、准内源耗氧速率OUR_me、内源耗氧速率OUR_en、加氮源后耗氧速率OUR_N和总耗氧速率OUR_T，得到各搅拌阶段的比耗氧速率SOUR：

SOUR＝OUR/MLSS

式中，OUR为各耗氧速率；

对SOUR-t作导数曲线；

3)取曝气池内的活性污泥V₁置于污水处理智慧运行工作站的好氧反应器中，再取对应污水处理厂原水V₂置于好氧反应器内，重复进行时控曝气，再搅拌，直至溶解氧曲线出现三个台阶停止；

4)并按溶解氧曲线导数变化特征点得到快速可生物降解污染物降解完成时间t₁和慢速可生物降解污染物降解完成时间t₂；定义实际污水厂曝气池中的降解时间折算至反应器时间：

t_exp＝(原水体积V₂/污泥体积V₁)*曝气池水力停留时间；

5)绘制现场污泥与原水混合后降解曲线，定义比内源耗氧速率和比准内源耗氧速率最小值作为判定处理能力的呼吸临界点SOUR_cap(min{SOUR_en，SOUR_me})，在现场污泥与原水混合后降解曲线中将SOUR_cap±25％值作两条横线，与降解曲线相交得两点A、B，并得到两个时间点t_2sw1、t_2sw2；

6)当t₂＞t_exp时，活性污泥处理系统出水超标风险大；

当t₂＜t_exp时，活性污泥处理系统的出水判定可分为：

若t₁＜t₂＜t_2sw1时，则活性污泥处理系统进水负荷低，出水可安全达标；

若t₂＞t_2sw2时，则活性污泥处理系统超负荷，出水超标风险大；

若t_2sw1＜t₂＜t_2sw2时，则活性污泥处理系统进水负荷处于临界状态。

进一步，步骤2)中呼吸图谱测试的具体过程为：取污水厂曝气池中污泥0.3L并用自来水稀释至1.2L，测定现状耗氧速率OUR_S；之后将污泥样品通过搅拌15s、沉淀10min、去上清液定容至0.6L，用缓冲溶液(PBS)洗泥3次，测定污泥的准内源耗氧速率OUR_me；然后用自来水将反应器内活性污泥混合液定容至1.2L，通过对污泥样品曝气2h测定其内源耗氧速率OUR_en；再加入50g/L的氯化铵，测加氮源后耗氧速率OUR_N＝OUR_en+OUR_A；最后加入200g/L的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总耗氧速率OUR_T＝OUR_en+OUR_A+OUR_H。

进一步，步骤3)中，重复进行时控曝气2h，再搅拌300s。

进一步，步骤3)中，所述三个台阶分别为：第一个台阶为快速可生物降解污染物降解阶段，降解完成时间为t₁；第二个台阶为慢速可生物降解污染物降解阶段，降解完成时间为t₂，第三个台阶为可生物降解污染物耗尽，微生物进入内源代谢阶段。

进一步，当t₂＞t_exp时，为出水超标区，原水在实际污水长曝气池内的降解时间不足，污染物没有完全降解完，污水已从曝气池流出，活性污泥处理系统出水超标风险大；活性污泥处理系统的出水不会达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

进一步，当t₂＜t_exp时，活性污泥的水力停留时间是足够的，可将活性污泥处理系统的污染物降解完成时间分为三个区域，即安全区域[t₁，t_2sw1]、临界区域[t_2sw1，t_2sw2]、超负荷区域[t_2sw2，+∞]。

进一步，当t₁＜t₂＜t_2sw1时，为安全区域，原水负荷相对污泥系统低，活性污泥的比耗氧速率SOUR高，去除污染物快，处理能力足够，活性污泥处理系统处于安全状态，出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

进一步，当t₂>t_2sw2时，为超负荷区域，进水负荷相对活性污泥而言太大，当活性污泥的比耗氧速率SOUR降至呼吸临界点时的比耗氧速率SOUR_cap时，污染物依旧没有降解完全，此后活性污泥进入内源呼吸状态，降解污染物能力进一步下降，剩余污染物很难进一步被降解，此时的进水负荷已超出活性污泥系统的处理能力，活性污泥处于超负荷状态，污水处理系统运行风险大，致使出水无法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

进一步，当t_2sw1＜t₂＜t_2sw2时，为临界区域，在此区间内污泥活性降低，去除污染物有限，进水负荷处于活性污泥处理的临界状态，致使出水有可能达标，也有可能不达标，出水不稳定。

本发明针对传统污水处理厂依据出水是否超标判断超负荷的局限，无法对处理能力做出正确评估的难题，从污泥自身特性和污泥与原水共同作用特征出发，将呼吸图谱与处理能力相结合，给出污水处理系统处理能力的安全区域，为污水处理厂的合理运行和节能降耗提供指导性意见。

相对于现有技术，本发明的特点在于：

1)快速有效，弥补现行方法的不足

基于活性污泥的呼吸图谱判定活性污泥的处理能力，能够有效快速地判定活性污泥的处理能力，弥补系统运行中处理能力难以评估的不足；

2)检测方便

步骤简单易行，测试设备自动化，例如使用西安绿标水环境科技有限公司提供的WBM400型污水处理智慧运行工作站，即可在无人操作的情况下自动化对待检测污泥进行检测。

附图说明

图1(a)、图1(b)为污染物降解时间区域划分图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明通过将活性污泥的呼吸图谱与污泥与原水混合后曝气测试结合来判定活性污泥的处理能力。

本发明判定污水厂活性污泥的处理能力，包括以下步骤：

1)取未经任何处理的污水厂污泥，测量待测污水厂污泥浓度MLSS；

2)对污水厂活性污泥进行呼吸图谱测试：取污水厂曝气池中污泥V₁＝0.3L并用自来水稀释至1.2L，测定现状耗氧速率OUR_S；之后将污泥样品通过搅拌15s、沉淀10min、去上清液定容至0.6L，用缓冲溶液(PBS)洗泥3次，测定污泥的准内源耗氧速率OUR_me；然后用自来水将反应器内活性污泥混合液定容至1.2L，通过对污泥样品曝气2h测定其内源耗氧速率OUR_en；再加入50g/L的氯化铵，测加氮源后耗氧速率OUR_N＝OUR_en+OUR_A；最后加入200g/L的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总耗氧速率OUR_T＝OUR_en+OUR_A+OUR_H。可得到5个OUR耗氧速率：现状耗氧速率OUR_S、准内源耗氧速率OUR_me、内源耗氧速率OUR_en、加氮源后耗氧速率OUR_N和总耗氧速率OUR_T，和与之对应的各搅拌阶段的比耗氧速率SOUR：

SOUR＝OUR/MLSS

式中，OUR为各耗氧速率；

对SOUR-t作导数曲线；

3)取曝气池内的活性污泥V₁＝0.6L置于污水处理智慧运行工作站的好氧反应器中，再取对应污水处理厂原水V₂＝0.6L于好氧反应器内，接着重复进行时控曝气2h，再搅拌300s，直至溶解氧曲线出现三个台阶停止；

第一个台阶为快速可生物降解污染物降解阶段，降解完成时间为t₁；第二个台阶为慢速可生物降解污染物降解阶段，降解完成时间为t₂，第三个台阶为可生物降解污染物耗尽，微生物进入内源代谢阶段。

4)至此可得到快速可生物降解污染物降解完成时间t₁，与慢速可生物降解污染物降解完成时间t₂；定义实际污水厂曝气池中的降解时间折算至反应器时间t_exp＝(原水体积V₂/污泥体积V₁)*曝气池水力停留时间；

5)定义比内源耗氧速率和比准内源耗氧速率最小值作为判定处理能力的呼吸临界点SOUR_cap(min{SOUR_en，SOUR_me})，在现场污泥与原水混合后降解曲线中将SOUR_cap±25％值作两条横线，与降解曲线相交得两点A、B，并得到两个时间点t_2sw1、t_2sw2；

6)若t₂＞t_exp时，为出水超标区，则活性污泥处理系统出水超标风险大；原水在实际污水长曝气池内的降解时间不足，污染物没有完全降解完，污水已从曝气池流出，活性污泥处理系统出水超标风险大；活性污泥处理系统的出水不会达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准；

在t₂＜t_exp时，活性污泥处理系统的出水判定可分为：

若t₁＜t₂<t_2sw1(安全区域)，则活性污泥处理系统进水负荷相对活性污泥低，出水可安全达标；活性污泥的比耗氧速率SOUR高，去除污染物快，处理能力足够，活性污泥处理系统处于安全状态，出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

若t₂>t_2sw2(超负荷区域)，则活性污泥处理系统进水负荷相对活性污泥超负荷，活性污泥运行风险大，出水不达标；进水负荷相对活性污泥而言太大，当活性污泥的比耗氧速率SOUR降至呼吸临界点时的比耗氧速率SOUR_cap时，污染物没有降解完全，活性污泥处于超负荷状态，污水处理系统运行风险大，致使出水无法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

若t_2sw1＜t₂＜t_2sw2(临界区间)，活性污泥处理系统进水负荷处于活性污泥处理的临界状态，在此区间内污泥活性降低，去除污染物有限，进水负荷处于活性污泥处理的临界状态，则活性污泥处理系统不稳定，出水达标具有一定的风险。

下面通过具体实施例进一步说明本发明效果。

1)对来源于陕西、甘肃多个污水处理厂曝气池中污泥进行取样(各污水厂概况见表1)，并且测定其MLSS；

2)选择西安绿标水环境科技有限公司提供的WBM400型污水处理智慧运行工作站作为检测污泥OUR的仪器；

3)取污水厂曝气池中污泥0.3L并用自来水稀释至1.2L，测定现场OUR_S；之后将污泥样品通过搅拌15s、沉淀10min、去上清液定容至0.6L，用缓冲溶液(PBS)洗泥3次，测定污泥的准内源OUR_me；然后用自来水将反应器内活性污泥混合液定容至1.2L，通过对污泥样品曝气2h测定其内源OUR_en，再加入50g/L的氯化铵测定OUR_N＝OUR_en+OUR_A，最后加入200g/L的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总呼吸速率OUR_T＝OUR_en+OUR_A+OUR_H；

4)取曝气池内的活性污泥V₁＝0.6L置于污水处理智慧运行工作站的好氧反应器中，再取对应污水处理厂原水V₂＝0.6L于好氧反应器内，接着重复进行时控曝气2h，再搅拌300s(实验中取定搅拌阶段的呼吸速率OUR)，直至溶解氧曲线出现三个台阶停止；

5)将得到的各呼吸速率OUR与污泥浓度MLSS作商得到比呼吸速率SOUR：SOUR＝OUR/MLSS，式中，OUR为各耗氧速率；对SOUR-t作导数曲线，见图1(a)和图1(b)所示。

实施例分析：

以A污水厂为例。图1(a)和图1(b)是A污水厂的实验结果图。图1(a)中t_exp为2520min，由dSOUR/dt变化特征判定可生物降解污染物完全降解时间t₂(1263min)小于t_exp，可生物降解污染物在实际污水处理厂中的停留时间足够。由呼吸临界区间SOUR_cap×(1±0.25)得到的降解临界时间为t_2sw1＝1080min，t_2sw2＝2200min。此时，t_2sw1＜t₂＜t_2sw2(临界区域)，出水上清液可以达标排放。而实际污水处理厂出水COD值为30mg/L，NH₃-N值为1.0mg/L左右。图1(b)则是另外一次实验，此时t₂也在t_2sw1<t₂<t_2sw2范围内，但对应污水厂出水水质COD＝87.06mg/L，NH₃-N＝0.927mg/L，出水COD超出国家规定标准，出水超标。因此，此两实验t_2sw1<t₂<t_2sw2(临界区域)，污水处理厂出水具有一定的风险。

对7厂的实验结果统计发现，在t₂＜t_exp条件下，t₂＜t_2sw1出现次数为4次，且对应实际污水处理厂出水全部达标；t₂＞t_2sw2出现2次，对应实际污水厂出水全部超标排放；t_2sw1＜t₂＜t_2sw2，出现次数最多，出水部分超标(见表2)。即当t₂在安全区域[t₁，t_2sw1]内，污水处理系统运行风险较低，安全性高，出水达标，当t₂在超负荷区域[t_2sw2，+∞]内，污水处理系统运行风险大，出水不达标。当t₂在临界区域[t_2sw1，t_2sw2]内，污水处理系统出水存在一定的风险，出水可能达标，也可能不达标。

实验中出现t₂＞t_exp的情况有D、E、F三厂(见表2)，而此三厂均属于A²/O工艺，曝气池水力停留时间比氧化沟工艺短。在此种情况下，出水有达标的，也有不达标的，分析原因是t₂＞t_exp，即原水在实际污水厂曝气池的降解时间小于污染物完全降解所需要的时间时，也就是说，原水在实际污水厂曝气池内的降解时间不足，污染物没有完全降解完，污水已从曝气池流出，出水易超标。达标原因则是因为A²/O工艺活性污泥处理系统因在好氧池前端设置有初沉池、厌氧池、缺氧池，而初沉池、厌氧池、缺氧池可以去除一部分的污染物，这样就缩短了污染物在曝气池内降解完全所需要的时间，即t_exp会相应缩短，从而导致t_exp＜t₂，出水可以达标。

表1污水处理厂概况

表2各污水处理厂实验结果统计表(次数)

注：括号内是实际污水处理厂超标次数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)取未经任何处理的污水厂活性污泥，测量待测污水厂活性污泥浓度MLSS；

2)对污水厂活性污泥进行呼吸图谱测试，分别得到5个耗氧速率：现状耗氧速率OUR_S、准内源耗氧速率OUR_me、内源耗氧速率OUR_en、加氮源后耗氧速率OUR_N和总耗氧速率OUR_T，得到各搅拌阶段的比耗氧速率SOUR：

SOUR＝OUR/MLSS

式中，OUR为各耗氧速率；

对SOUR-t作导数曲线；

3)取曝气池内的活性污泥V₁置于好氧反应器中，再取对应污水处理厂原水V₂置于好氧反应器内，重复进行时控曝气，再搅拌，直至溶解氧曲线出现三个台阶停止；

4)并按溶解氧曲线导数变化特征点得到快速可生物降解污染物降解完成时间t₁和慢速可生物降解污染物降解完成时间t₂；定义实际污水厂曝气池中的降解时间折算至反应器时间：

t_exp＝(原水体积V₂/污泥体积V₁)*曝气池水力停留时间；

5)绘制现场污泥与原水混合后降解曲线，定义比内源耗氧速率和比准内源耗氧速率最小值作为判定处理能力的呼吸临界点SOUR_cap(min{SOUR_en，SOUR_me})，在现场污泥与原水混合后降解曲线中将SOUR_cap±25％值作两条横线，与降解曲线相交得两点A、B，并得到两个时间点t_2sw1、t_2sw2；

6)当t₂＞t_exp时，活性污泥处理系统出水超标风险大；

当t₂＜t_exp时，活性污泥处理系统的出水判定可分为：

若t₁＜t₂＜t_2sw1时，则活性污泥处理系统进水负荷低，出水可安全达标；

若t₂＞t_2sw2时，则活性污泥处理系统超负荷，出水超标风险大；

若t_2sw1＜t₂＜t_2sw2时，则活性污泥处理系统进水负荷处于临界状态。

2.按照权利要求1所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，步骤2)中呼吸图谱测试的具体过程为：取污水厂曝气池中污泥0.3L并用自来水稀释至1.2L，测定现状耗氧速率OUR_S；之后将污泥样品通过搅拌15s、沉淀10min、去上清液定容至0.6L，用PBS缓冲溶液洗泥3次，测定污泥的准内源耗氧速率OUR_me；然后用自来水将反应器内活性污泥混合液定容至1.2L，通过对污泥样品曝气2h测定其内源耗氧速率OUR_en；再加入50g/L的氯化铵，测加氮源后耗氧速率OUR_N＝OUR_en+OUR_A；最后加入200g/L的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总耗氧速率OUR_T＝OUR_en+OUR_A+OUR_H。

3.按照权利要求1所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，步骤3)中，重复进行时控曝气2h，再搅拌300s。

4.按照权利要求1所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，步骤3)中，所述三个台阶分别为：第一个台阶为快速可生物降解污染物降解阶段，降解完成时间为t₁；第二个台阶为慢速可生物降解污染物降解阶段，降解完成时间为t₂，第三个台阶为可生物降解污染物耗尽，微生物进入内源代谢阶段。

5.按照权利要求1所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，当t₂＞t_exp时，为出水超标区，原水在实际污水长曝气池内的降解时间不足，污染物没有完全降解完，污水已从曝气池流出，活性污泥处理系统出水超标风险大；活性污泥处理系统的出水不会达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

6.按照权利要求1所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，当t₂＜t_exp时，活性污泥处理系统的水力停留时间是足够的，可将活性污泥处理系统的污染物降解完成时间分为三个区域，即安全区域[t₁，t_2sw1]、临界区域[t_2sw1，t_2sw2]、超负荷区域[t_2sw2，+∞]。

7.按照权利要求6所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，当t₁＜t₂＜t_2sw1时，为安全区域，原水负荷相对污泥系统低，活性污泥的比耗氧速率SOUR高，去除污染物快，处理能力足够，活性污泥处理系统处于安全状态，出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

8.按照权利要求6所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，当t₂>t_2sw2时，为超负荷区域，进水负荷相对活性污泥而言太大，当活性污泥的比耗氧速率SOUR降至呼吸临界点时的比耗氧速率SOUR_cap时，污染物没有降解完全，活性污泥处理系统处于超负荷状态，运行风险大，致使出水无法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标准。

9.按照权利要求6所述的一种判定活性污泥处理能力的方法，其特征在于，当t_2sw1＜t₂＜t_2sw2时，为临界区域，在此区间内污泥活性降低，去除污染物有限，进水负荷处于活性污泥处理系统的临界状态，致使出水不稳定。