CN107601770A - 一种污水厂进水毒性实时预警装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水厂进水毒性实时预警装置及其使用方法，包括污水过滤器、污水泵、进水口、2个密闭反应池、丝状菌氧电极微生物传感器、菌胶团氧电极微生物传感器、PLC控制预警系统以及出水口，所述污水过滤器进水口与预处理系统和生化池连接管道上的取水口相连，所述污水泵一端与所述污水过滤器连接，另一端与所述进水口连接，所述进水口与所有所述密闭反应池连接，所述丝状菌氧电极微生物传感器以及所述菌胶团氧电极微生物传感器检测电极分别位于不同的所述密闭反应池内，均与所述PLC控制预警系统连接，所有所述密闭反应池的出水口与所述预处理系统连接。本发明具有实时、多级预警，效果直观，预警迅速，运行稳定操作方便、高效经济的特点。

Description

一种污水厂进水毒性实时预警装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种污水厂进水毒性实时预警装置及其使用方法，属于污水处理活性污泥失衡实时预警技术领域。

背景技术

活性污泥法因为低的处理运行费用、简单的工艺流程、方便的维护等优点，被我国现有的城市污水处理厂广泛采用。但随着我国经济社会尤其是工业的发展，大量未经妥善处理的工业废水与生活污水混合排入城市污水处理厂，造成进水水质的波动，从而对处理工艺的稳定运行带来冲击，因此对进水水质波动的实时预警就非常必要。

常规的水质和污泥理化指标的检测费时耗力，预警不及时，不能很好反应有毒有害物质对生化系统的冲击和影响导致出水水质不达标，而在线生物毒性检测技术能够快速监测分析污水厂的进水毒性和程度，有很好的研究和应用价值。利用微生物检测毒性易于保存培养，兼具酶作用过程，成本低实用性高，检测精度高，因此成为研究热点。作为研究应用最为广泛的发光细菌和硝化细菌毒性监测，虽能一定程度反映水质的毒性，但是不能很好的反映其对污水处理厂中活性污泥的中毒情况。

而未妥善处理的工业废水对污水处理厂的影响直接主要的体现在对生化池中活性污泥的影响，工业废水中的大量可溶性有机物，N、P的不平衡，酸碱和微量元素的失衡，过量的重金属都会影响活性污泥中微生物的代谢和繁殖，导致活性污泥系统的失衡甚至失效（污泥膨胀、解体），进而影响污水厂的出水水质。因此，监测即将进入生化池的污水对活性污泥中主要的微生物的代谢影响，就可以实现对污水厂进水毒性的实时预警，但相关的监测设备并未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有实时、多级预警，效果直观，预警迅速，运行稳定操作方便、高效经济的污水厂进水毒性实时预警装置及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种污水厂进水毒性实时预警装置，包括污水过滤器、污水泵、进水口、至少2个密闭反应池、丝状菌氧电极微生物传感器、菌胶团氧电极微生物传感器、PLC控制预警系统以及出水口，所述污水过滤器进水口与预处理系统和生化池连接管道上的取水口相连，所述污水泵一端与所述污水过滤器连接，另一端与所述进水口连接，所述进水口与所有所述密闭反应池连接，所述丝状菌氧电极微生物传感器以及所述菌胶团氧电极微生物传感器的检测电极分别位于不同的所述密闭反应池内，均与所述PLC控制预警系统连接，所有所述密闭反应池的出水口与所述预处理系统连接。

氧电极微生物传感器采用O型圈将对应的丝状菌微生物膜或菌胶团微生物膜固定包覆在不同的氧电极上，2个所述氧电极分别与氧电极信号转换器连接，所述氧电极信号转换器与所述PLC控制预警系统连接。

所述丝状菌微生物膜以及所述菌胶团微生物膜制备方法如下：

对污水处理厂中活性污泥中丝状菌/菌胶团进行富集培养、分离纯化和鉴定；

将培养好的800-1000 mL的丝状菌/菌胶团悬浊液在5000-7500 r/min的转速下离心5-10 min，倒出上清液，然后加入3-5mL pH7.0的缓冲液；

称量4-5g聚乙烯醇、0.3-0.4g海藻酸钠、20-25g CaCl₂以及0.5-0.7g NaNO₃ ，加入25-30mL无氨水，加热搅拌到完全溶解；

将冷却的混合液和丝状菌/菌胶团浓缩液按1:1体积混合，倒入模具中避光静置1 -1.5h后，将膜取出用无氨水清洗两次，即可。

所述丝状菌包括微丝菌、诺卡氏菌、Type0041、Type0092、Type021N型，所述菌胶团包括生枝动胶菌、蜡状芽孢杆菌、黄杆菌属、放线形诺卡氏菌、中间埃希氏菌、假单胞菌属、酵母菌。

一种污水厂进水毒性实时预警装置使用方法，包括以下步骤：

启动所述污水泵，从预处理系统和生化池连接管道上的取水口抽取经过预处理即将进入生化池的污水，污水先经过所述污水过滤器，用于去除污水中含有的杂质，然后进入所述密闭反应池；

分别将带有所述丝状菌微生物膜物膜的第一氧电极以及带有所述菌胶团微生物膜的第二氧电极浸入所述密闭反应池中污水液面以下，所述氧电极信号转换器将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统；

所述PLC控制预警系统根据预设的控制程序计算出丝状菌以及菌胶团的呼吸速率进行实时比较分析，判断是否报警和报警的级别。

所述PLC控制预警系统预设的控制程序具体步骤为：

（1）将所述氧电极信号转换器测得的实时电流数据，根据电流和丝状菌/菌胶团的呼吸速率的关系计算出丝状菌/菌胶团的实时呼吸速率分别为S和J；

（2）根据前期实验，设定丝状菌的正常呼吸速率在S₁~S₂ ，失活呼吸速率为S₀ ，其大小为S₀＜S₁＜S₂ ，菌胶团的正常呼吸速率在J₁~J₂ ，失活呼吸速率为J₀ ，其大小为J₀＜J₁＜J₂ ，根据公式计算丝状菌/菌胶团的实时呼吸速率的抑制率 S_Y 和 J_Y ，其中负数代表促进率，其公式分别为 S_Y=S₁-S/ S₁ ，J_Y=J₁-J/ J₁ ；

（3）根据对丝状菌/菌胶团呼吸速率和其抑制率的比较和分析，设置下列预警级别：

a. 当S₁＜S＜S₂ ，J₁＜J＜J₂ ，不报警，说明此时污水厂的进水没有波动；

b. 当S＜S₀ ，J＜J₀ ，发出报警一，说明污水中生物毒性很强，对活性污泥会带来破坏性冲击，应立即停止污水进入生化反应池，造成活性污泥系统的崩溃；

c. 当S＞S₂ ，J＞J₂ ，发出报警二，说明污水负荷过高，需要增加曝气量或者延长污水在生化池的停留时间；

d. 除a、b、c的其他情况下，当S_Y－J_Y ＞25% ，发出报警三，说明污水对丝状菌的抑制更强，活性污泥中的菌胶团会占据优势，导致活性污泥松散脆弱，絮体易破碎形成针状絮凝体污泥或发生非丝状菌膨胀，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加药剂来解决问题；

e. 除a、b、c的其他情况下，当J_Y－S_Y ＞25% ，发出报警四，说明污水对菌胶团的抑制更强，活性污泥中的丝状菌会占据优势，导致活性污泥膨胀，絮体沉降性能变差，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加絮凝剂和药剂来解决问题；

f. 当 | S_Y－J_Y | ＜25% ，发出报警五，污水对丝状菌和菌胶团的呼吸速率有一定影响，对丝状菌和菌胶团的平衡有一定影响，需要密切关注防止情况恶化。

本发明所达到的有益效果：

1. 污水水质的波动主要是对活性污泥系统的冲击，利用氧电极生物传感器实时监测丝状菌和菌胶团的呼吸速率变化，相比发光细菌和硝化细菌毒性监测法可以更加直观真实的反映污水厂进水对活性污泥系统的影响；

2. 本设备用污水泵从预处理系统和生化池连接管道的取水口抽取经过预处理即将进入生化池的污水，及时预警可以避免毒性污水进入生化池破坏活性污泥系统；

3. 采用生物传感器和PLC控制预警系统结合的方式，具有效果直观、预警迅速、运行稳定、操作方便、高效经济的优点。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种污水厂进水毒性实时预警装置，包括污水过滤器1、污水泵2、进水口3、2个密闭反应池4、丝状菌微生物膜6、菌胶团微生物膜7、2个氧电极5、氧电极信号转换器8、PLC控制预警系统9以及出水口10，污水过滤器1进水口与预处理系统和生化池连接管道上的取水口相连，污水泵2分别与污水过滤器1以及进水口3连接，进水口3分别与密闭反应池4连接，2个丝状菌微生物膜6以及菌胶团微生物膜7通过O型圈分别固定在2个氧电极5上，放置在2个密闭反应池4内，2个氧电极均与氧电极信号转换器8以及PLC控制预警系统9连接，出水口10与预处理系统连接。

其中丝状菌微生物膜6以及菌胶团微生物膜7制备方法如下：

对污水处理厂中活性污泥中丝状菌/菌胶团进行富集培养、分离纯化和鉴定；

将培养好的800-1000 mL的丝状菌/菌胶团悬浊液在5000-7500 r/min的转速下离心5-10 min，倒出上清液，然后加入3-5mL pH7.0的缓冲液；

称量4-5g聚乙烯醇、0.3-0.4g海藻酸钠、20-25g CaCl₂以及0.5-0.7g NaNO₃ ，加入25-30mL无氨水，加热搅拌到完全溶解；

将冷却的混合液和丝状菌/菌胶团浓缩液按1:1体积混合，倒入模具中避光静置1 -1.5h后，将膜取出用无氨水清洗两次，即可。

其中丝状菌代表性菌种包括微丝菌、诺卡氏菌、Type0041、Type0092、Type021N型，菌胶团代表性菌种包括生枝动胶菌、蜡状芽孢杆菌、黄杆菌属、放线形诺卡氏菌、中间埃希氏菌、假单胞菌属、酵母菌。

其使用方法如下：

启动污水泵2，从预处理系统和生化池连接管道上的取水口抽取经过预处理即将进入生化池的污水，污水先经过污水过滤器1，用于去除污水中含有的杂质，然后进入密闭反应池4；

分别将带有丝状菌微生物膜物膜6的第一氧电极5以及带有菌胶团微生物膜7的第二氧电极5浸入密闭反应池4中污水液面以下，氧电极信号转换器8将测得的实时数据传输给PLC控制预警系统9；

PLC控制预警系统9根据预设的控制程序计算出丝状菌以及菌胶团的呼吸速率进行实时比较分析，判断是否报警和报警的级别。

PLC控制预警系统9预设的控制程序具体步骤为：

将氧电极信号转换器8测得的实时电流数据，根据电流和丝状菌/菌胶团的呼吸速率的关系计算出丝状菌/菌胶团的实时呼吸速率分别为S和J；

根据前期实验，设定丝状菌的正常呼吸速率在S₁~S₂ ，失活呼吸速率为S₀ ，其大小为S₀＜S₁＜S₂ ，菌胶团的正常呼吸速率在J₁~J₂ ，失活呼吸速率为J₀ ，其大小为J₀＜J₁＜J₂ ，根据公式计算丝状菌/菌胶团的实时呼吸速率的抑制率 S_Y 和 J_Y ，其中负数代表促进率，其公式分别为 S_Y=S₁-S/ S₁ ，J_Y=J₁-J/ J₁ ；

根据对丝状菌/菌胶团呼吸速率和其抑制率的比较和分析，设置下列预警级别：

a. 当S₁＜S＜S₂ ，J₁＜J＜J₂ ，不报警，说明此时污水厂的进水没有波动；

b. 当S＜S₀ ，J＜J₀ ，发出报警一，说明污水中生物毒性很强，对活性污泥会带来破坏性冲击，应立即停止污水进入生化反应池，造成活性污泥系统的崩溃；

c. 当S＞S₂ ，J＞J₂ ，发出报警二，说明污水负荷过高，需要增加曝气量或者延长污水在生化池的停留时间；

d. 除a、b、c的其他情况下，当S_Y－J_Y ＞25% ，发出报警三，说明污水对丝状菌的抑制更强，活性污泥中的菌胶团会占据优势，导致活性污泥松散脆弱，絮体易破碎形成针状絮凝体污泥或发生非丝状菌膨胀，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加药剂来解决问题；

e. 除a、b、c的其他情况下，当J_Y－S_Y ＞25% ，发出报警四，说明污水对菌胶团的抑制更强，活性污泥中的丝状菌会占据优势，导致活性污泥膨胀，絮体沉降性能变差，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加絮凝剂和药剂来解决问题；

f. 当 | S_Y－J_Y | ＜25% ，发出报警五，污水对丝状菌和菌胶团的呼吸速率有一定影响，对丝状菌和菌胶团的平衡有一定影响，需要密切关注防止情况恶化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种污水厂进水毒性实时预警装置，其特征是，包括污水过滤器（1）、污水泵（2）、进水口（3）、2个密闭反应池（4）、丝状菌氧电极微生物传感器、菌胶团氧电极微生物传感器、PLC控制预警系统（9）以及出水口（10），所述污水过滤器（1）进水口与预处理系统和生化池连接管道上的取水口相连，所述污水泵（2）一端与所述污水过滤器（1）连接，另一端与所述进水口（3）连接，所述进水口（3）与2个所述密闭反应池（4）连接，所述丝状菌氧电极微生物传感器以及所述菌胶团氧电极微生物传感器的检测电极分别位于不同的所述密闭反应池（4）内，均与所述PLC控制预警系统（9）连接，所有所述密闭反应池（4）的出水口（10）与所述预处理系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种污水厂进水毒性实时预警装置，其特征是，氧电极微生物传感器采用O型圈将对应的丝状菌微生物膜（6）或菌胶团微生物膜（7）固定包覆在不同的氧电极（5）上，2个所述氧电极（5）分别与氧电极信号转换器（8）连接，所述氧电极信号转换器（8）与所述PLC控制预警系统（9）连接。

3.根据权利要求2所述的一种污水厂进水毒性实时预警装置，其特征是，所述丝状菌微生物膜（6）以及所述菌胶团微生物膜（7）制备方法如下：

对污水处理厂中活性污泥中丝状菌/菌胶团进行富集培养、分离纯化和鉴定；

将培养好的800-1000 mL的丝状菌/菌胶团悬浊液在5000-7500 r/min的转速下离心5-10 min，倒出上清液，然后加入3-5mL pH7.0的缓冲液；

称量4-5g聚乙烯醇、0.3-0.4g海藻酸钠、20-25g CaCl₂以及0.5-0.7g NaNO₃ ，加入25-30mL无氨水，加热搅拌到完全溶解；

将冷却的混合液和丝状菌/菌胶团浓缩液按1:1体积混合，倒入模具中避光静置1 -1.5h后，将膜取出用无氨水清洗两次，即可。

4.根据权利要求1所述的一种污水厂进水毒性实时预警装置，其特征是，所述丝状菌包括微丝菌、诺卡氏菌、Type0041、Type0092、Type021N型，所述菌胶团包括生枝动胶菌、蜡状芽孢杆菌、黄杆菌属、放线形诺卡氏菌、中间埃希氏菌、假单胞菌属、酵母菌。

5.根据权利要求1所述的一种污水厂进水毒性实时预警装置使用方法，其特征是，包括以下步骤：

启动所述污水泵（2），从预处理系统和生化池连接管道上的取水口抽取经过预处理即将进入生化池的污水，污水先经过所述污水过滤器（1），用于去除污水中含有的杂质，然后进入所述密闭反应池（4）；

分别将带有所述丝状菌微生物膜物膜（6）的第一氧电极（5）以及带有所述菌胶团微生物膜（7）的第二氧电极（5）浸入所述密闭反应池（4）中污水液面以下，所述氧电极信号转换器（8）将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统（9）；

所述PLC控制预警系统（9）根据预设的控制程序计算出丝状菌以及菌胶团的呼吸速率进行实时比较分析，判断是否报警和报警的级别；

将2个所述密闭反应池（4）出水口（10）打开，将污水回流至所述预处理系统中。

6.根据权利要求5所述的一种污水厂进水毒性实时预警装置使用方法，其特征是，所述PLC控制预警系统（9）预设的控制程序具体步骤为：

将所述氧电极信号转换器（8）测得的实时电流数据，根据电流和丝状菌/菌胶团的呼吸速率的关系计算出丝状菌/菌胶团的实时呼吸速率分别为S和J；

根据前期实验，设定丝状菌的正常呼吸速率在S₁~S₂ ，失活呼吸速率为S₀ ，其大小为S₀＜S₁＜S₂ ，菌胶团的正常呼吸速率在J₁~J₂ ，失活呼吸速率为J₀ ，其大小为J₀＜J₁＜J₂ ，根据公式计算丝状菌/菌胶团的实时呼吸速率的抑制率 S_Y 和 J_Y ，其中负数代表促进率，其公式分别为 S_Y=（S₁-S）/ S₁ ，J_Y=（J₁-J）/ J₁ ；

根据对丝状菌/菌胶团呼吸速率和其抑制率的比较和分析，设置下列预警级别：

a.当S₁＜S＜S₂ ，J₁＜J＜J₂ ，不报警，说明此时污水厂的进水没有波动；

b.当S＜S₀ ，J＜J₀ ，发出报警一，说明污水中生物毒性很强，对活性污泥会带来破坏性冲击，应立即停止污水进入生化反应池，造成活性污泥系统的崩溃；

c.当S＞S₂ ，J＞J₂ ，发出报警二，说明污水负荷过高，需要增加曝气量或者延长污水在生化池的停留时间；

d.除a、b、c的其他情况下，当S_Y－J_Y ＞25% ，发出报警三，说明污水对丝状菌的抑制更强，活性污泥中的菌胶团会占据优势，导致活性污泥松散脆弱，絮体易破碎形成针状絮凝体污泥或发生非丝状菌膨胀，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加药剂来解决问题；

e.除a、b、c的其他情况下，当J_Y－S_Y ＞25% ，发出报警四，说明污水对菌胶团的抑制更强，活性污泥中的丝状菌会占据优势，导致活性污泥膨胀，絮体沉降性能变差，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加絮凝剂和药剂来解决问题；

f.当 | S_Y－J_Y | ＜25% ，发出报警五，污水对丝状菌和菌胶团的呼吸速率有一定影响，对丝状菌和菌胶团的平衡有一定影响，需要密切关注防止情况恶化。