CN109231437A - 一种在线污水生物毒性快速监测预警装置 - Google Patents

一种在线污水生物毒性快速监测预警装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及污水处理运行监测领域，具体涉及一种在线污水生物毒性快速监测预警装置。所述的装置采用先污水曝气充氧再进入后续多个无曝气活性污泥生物反应器的串联形式，整体流程为连续流推流式。通过监测各生物反应器中混合液溶解氧(DO)的递减及变化规律，判定污水对活性污泥生物活性的影响，从而对进厂污水生物毒性快速预警。为了消除其它因素的影响，采用两次报警方式，在DO升高达到预设报警值进行初次报警的同时，采用向无曝气生物反应器投加乙酸钠并监测DO变化趋势的验证方法，根据DO变化规律进行二次报警，保证生物毒性判定预警的准确性。

Description

一种在线污水生物毒性快速监测预警装置
技术领域
本发明涉及污水处理运行监测领域，具体涉及一种在线污水生物毒性快速监测预警装置。
背景技术
污水处理厂在运行过程中，生物处理工艺中的活性污泥微生物会受到进厂污水中有毒有害物质的影响，造成微生物活性降低或死亡，使污水厂生物处理工艺系统不能正常运行，甚至出现生物处理系统瘫痪的状况。因此，需要对进厂污水毒性进行快速监测和预警，以便在突然出现有毒有害情况时污水厂采取紧急措施，保障污水处理系统不受冲击。
污水生物毒性的监测方法有鱼类毒性试验、藻类毒性试验、发光细菌毒性试验、微生物呼吸(活性污泥瓦勃氏呼吸仪)等多种毒性监测方法，其中活性污泥呼吸速率试验通过测定溶解氧的变化速率，测定简单直接，最适合用于污水处理厂监测污水对活性污泥微生物的生物毒性。但瓦勃氏呼吸仪测定是一种间断进行的毒性测定，不能实现在线和连续监测，无法起到快速预警的作用。
目前利用微生物呼吸抑制性的污水生物毒性在线监测技术。发明专利(申请号CN201210499187.5、公开号-CN102944658B)公开了一种基于体系溶解氧浓度的污水生物毒性分析方法，发明专利(申请号CN201210499312.2公开号CN102980983B)公开了一种污水生物毒性在线监测分析仪及监测系统，均采用周期性向主生物反应器加入污水并曝气反应，反应器中DO传感器采集获得呈周期性规律变化的体系DO特征曲线。采集获得DO特征数据通过自定义的污泥活性抑制率公式进行计算分析，根据体系DO的变化呈现出与正常污水进入时不同的趋势特征，来识别和评估污水的生物毒性程度。但存在问题是，每周期加入定量的污水，而污水厂进水水质是随时发生变化的，会影响DO采集数据值；另一方面该技术也属间歇运行，操作步骤较多，且不能真正实现连续不间断监测预警。发明专利(申请号CN201610963761.6、公开(公告)号CN106526114A)公开了一种基于固定化好氧微生物体系的污水生物毒性分析方法，与发明专利(申请号CN201210499312.2公开号CN102980983B)相似，不同之处是将活性污泥换成了生物膜，采用在半软性生物填料上生长生物膜的微生物固定化方式，周期性间歇注入污水进行反应；反应器中DO传感器采集获得DO周期内规律变化。该发明是一种以生物膜作为测试污泥、先对污水曝气充氧然后再注入到反应器中进行反应的多步骤周期间歇运行方式，操作比较复杂。而且，生物膜形态的微生物比活性污泥微生物对毒性物质的抵抗能力强。发明专利(CN201310340605.0、公开号CN103592334B)提供了一种基于序批式生物毒性监测预警系统的监测方法。本发明的预警系统采用序批式反应器的原理，包括注入混合、接触搅拌、曝气充氧、反应监测、排空清洗共五个阶段。在曝气充氧、反应阶段完成活性污泥呼吸速率的测定和计算。在排空清洗阶段，序批式反应器将排空反应器内的混合液，并利用清水进行清洗，避免上批次潜在的毒性物质对下一批次监测产生影响。该技术操作复杂，由于间歇进行，不能实现不间断监测。
发明内容
为了克服现有在线生物毒性监测技术的缺陷和不足，达到快速、不间断、准确实时在线监测的目的，构建一个能反映污水毒性对污水厂活性污泥真实抑制性的快速监测预警装置系统和方法。以便当发生污水生物毒性事件时，快速预警尽快采取措施，以避免具有生物毒性的污水进入污水厂的生物处理工艺系统，保障活性污泥的生物活性。
本发明采用监测预警装置不间断连续进水出水的方式，多个无曝气生物反应桶串联，正常稳定运行时每个无曝气生物反应桶的溶解氧(DO)保持相对稳定的范围，串联的各个无曝气生物反应桶内DO沿水流方向呈递减规律；当污水生物毒性对活性污泥活性造成抑制时，各个无曝气生物反应桶DO值升高，且递减规律发生变化，根据DO变化特征可以判定生物毒性并预警。
本发明所述的一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，该装置包括曝气充氧桶和至少三个串联的无曝气生物反应桶；曝气充氧桶前端下部设有污水进水管；曝气充氧桶后端上部出水口通过管路与串联的第一个无曝气生物反应桶前端下部进水口连通；第一个无曝气生物反应桶前端下部设有活性污泥进泥管；
所述的曝气充氧桶内部设有微孔曝气头和溶解氧在线测定仪传感器探头，微孔曝气头通过管路与空压机连通，溶解氧在线测定仪传感器探头与溶解氧在线测定仪电连接；
所述的每一个无曝气生物反应桶内均设有溶解氧在线测定仪传感器探头和搅拌器，溶解氧在线测定仪传感器探头与溶解氧在线测定仪电连接；
所述的溶解氧在线测定仪与PLC控制系统电连接。
所述曝气充氧桶内溶解氧测定仪传感器下方倾斜设置导流板。
该装置还包括加药装置，所述的加药装置包括与第二个串联反应室通过加药管路连通的储药槽，加药管路上设有计量泵，计量泵与PLC控制系统电连接。
所述的无曝气生物反应桶的串联方式为前一个无曝气生物反应桶的后部上端出水口与后一个无曝气生物反应桶的前部下端进水口连通。
最后一个无曝气生物反应桶后端上部设有溢流管。
采用本发明进行在线污水生物毒性快速监测预警方法，其具体步骤为：
(1)开启PLC控制系统、溶解氧在线测定仪；污水进入曝气充氧桶，打开空压机对其进行曝气，得充氧污水；保证充氧污水中DO平常浓度值达到7mg/L以上，传送到PLC控制器；
(2)充氧污水进入串联的无曝气生物反应桶，同时活性污泥进入无曝气生物反应桶，在搅拌器的混合作用下，活性污泥与充氧污水混合液依次流过后续无曝气生物反应桶，最终溢流排出；该过程中，连续24h采集各个无曝气生物反应桶中混合液DO浓度，将DO浓度统计汇总并做出曲线，统计每个时段无曝气生物反应桶的DO平常浓度值并计算平均值，统计每个时段各反应室DO的沿程变化规律，计算出平常微生物呼吸速率值，传送到PLC控制器；
(3)按照步骤(1)和(2)的连续进水、连续曝气条件下连续进行DO测定，DO数据自动采集实时传送到PLC控制系统，进行分析识别并决定是否报警，若达到DO浓度报警值或呼吸速率报警值则第一次报警。
该方法还包括以下步骤：
(4)第一次报警同时，PLC控制系统自动开启计量泵向第二个无曝气生物反应桶中投加乙酸钠至反应室中DO<0.5mg/L，然后DO数据自动采集实时传送到PLC控制系统，进行分析识别并决定是否报警，若达到DO浓度报警值或呼吸速率报警值则第二次报警。
步骤(2)中污水与活性污泥的流量比为：0.2-0.4:1。
曝气充氧桶和每个无曝气生物反应桶水力停留时间HRT在3-5min。
所述的DO浓度报警值为第二个串联无曝气生物反应桶的DO值达到2倍本反应桶DO平常浓度值或达到曝气充氧桶中DO值的40％以上。
所述的呼吸速率报警值为≤平常微生物呼吸速率值的70％。
本发明所述的生物毒性监测装置模拟污水厂好氧活性污泥生物反应器，经过曝气充氧的污水与活性污泥混合接触，在活性污泥微生物活性正常条件下(污水无生物毒性)，水中的溶解氧(DO)被好氧微生物利用而不断消耗(微生物氧化降解污染物BOD5、氨氮等)，混合液中DO降低。当污水具有生物毒性时，活性污泥微生物活性受到抑制而降低甚至死亡，对氧的消耗会大大降低甚至不再消耗DO，引起混合液DO变化规律发生变化。因此，通过反应器混合液中DO的升降变化规律来判定微生物活性是否受到抑制，从而判断出污水是否具有生物毒性。
本发明中，曝气充氧桶只为污水充氧，桶内安装DO在线检测仪传感器探头，为了避免曝气气泡对DO在线检测仪传感器探头监测数据的影响，在探头侧下方安装倾斜放置的导流板，防止气泡上升过程中与探头接触。曝气充氧桶出水进入后续串联的无曝气生物反应桶。采用连续进水、连续曝气的连续流方式。
无曝气生物反应桶内活性污泥与充氧污水混合，微生物降解有机物而消耗DO，所用活性污泥不在本系统内回流循环，而是利用污水厂生物处理工艺的活性污泥，污水厂生物处理系统活性污泥经浓缩后(浓缩后污泥浓度在12000mg/L左右)直接用泵打入曝气充氧桶，保持了该装置与污水厂生物处理工艺系统活性污泥的一致性，这样可以直接反映污水生物毒性对生产系统的影响。反应后的活性污泥混合液直接溢流排出系统，生物毒性监测系统中无需设置污泥沉淀和分离设施，操作更方便。
采用多个无曝气生物反应桶(3-5个)串联的整体流程推流方式组成生物反应系统，串联的各无曝气生物反应桶DO沿水流方向可以形成渐次降低的趋势，各桶之间DO的差值与水力停留时间的比值就相当于测定了微生物呼吸速率。每个无曝气生物反应桶均设置机械搅拌器，并安装在线DO测定仪实时测定DO。设置正常运行DO值范围和报警值。当DO超过预设值时报警装置进行报警。
该装置的曝气充氧桶与无曝气生物反应桶串联，自流形式，各桶之间用连接管相连，出水口与进水口均要在液面以下。每个桶(水力停留时间HRT在3-5min左右)形状尺寸尺寸相同。污水从曝气充氧桶进入，在桶内被曝气充氧，曝气充氧桶充氧后的污水依次流过后续的无曝气生物反应桶。活性污泥从第一个无曝气生物反应桶进入，与污水混合液依次重力流流过后续反应桶，从最后一个反应桶溢流排出。在机械搅拌器的混合作用下，活性污泥与污水中的污染物质接触反应而消耗DO，反应桶中DO沿程降低。每个反应室都连续进水出水、连续曝气、连续实时进行DO测定。DO数据自动采集实时传送到PLC控制模块，进行分析识别并决定是否报警。
以第二个无曝气生物反应桶DO达到2倍本反应桶DO平常浓度值或达到曝气充氧桶中DO值的40％以上作为报警值；设置呼吸速率报警值，当基于各生物反应桶DO计算出呼吸速率小于报警值时，则监测装置系统自动分析报警，初步判定进厂污水生物毒性增强，需要采取紧急应对措施。
为了提高生物毒性预警的准确性，本发明设置两个报警层次。反应室DO升高可能有两个原因引起，一个可能是污水具有生物毒性，抑制了活性污泥微生物活性，微生物消耗氧量下降，从而使DO升高；另一个可能是进厂污水污染物质浓度较低(没有生物毒性)，微生物消耗氧量也下降，使DO升高。(1)满足步骤(3)预设报警值，进行第一次报警。(2)在第一次报警的同时，监测系统自动向第二个无曝气生物反应桶中投加一定浓度的乙酸钠以补充提高水中BOD(乙酸钠极易被微生物利用)，如果该反应室DO迅速下降，则为进水水质浓度较低所引起，如果反应室DO下降不明显甚至仍在升高，则证明污水生物毒性对微生物活性造成抑制或损害，进行第二次报警。因此，第一次报警同时投加乙酸钠能进一步证实污水具有生物毒性，提高了预警准确性。所述的储药槽乙酸钠浓度为10-12g/L。
本发明公开了一种在线污水生物毒性快速监测预警装置与方法。监测预警装置采用先污水曝气充氧再进入后续多个无曝气活性污泥生物反应器的串联形式，整体流程为连续流推流式。通过监测各生物反应器中混合液溶解氧(DO)的递减及变化规律，判定污水对活性污泥生物活性的影响，从而对进厂污水生物毒性快速预警。为了消除其它因素的影响，采用两次报警方式，在DO升高达到预设报警值进行初次报警的同时，采用向无曝气生物反应器投加乙酸钠并监测DO变化趋势的验证方法，根据DO变化规律进行二次报警，保证生物毒性判定预警的准确性。
附图说明
图1为本发明所述一种在线污水生物毒性快速监测预警装置结构示意图；
图中：1、曝气充氧桶，2-4、无曝气生物反应桶，5、进水阀门与流量计，6、活性污泥进泥管，7、空压机，8、阀门，9、流量计，10、溶解氧(DO)在线测定仪，11、微孔曝气头，12、溶解氧(DO)在线测定仪传感器探头，13、导流板，14、搅拌器，15、放空阀，16、连接管，17、溢流排出管，18、储药槽，19、计量泵，20、PLC控制系统。
具体实施方式
实施例1
一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，该装置包括曝气充氧桶和至少三个串联的无曝气生物反应桶；曝气充氧桶前端下部设有污水进水管；曝气充氧桶后端上部出水口通过管路与串联的第一个无曝气生物反应桶前端下部进水口连通；第一个无曝气生物反应桶前端下部设有活性污泥进泥管；
所述的曝气充氧桶内部设有微孔曝气头和溶解氧在线测定仪传感器探头，微孔曝气头通过管路与空压机连通，溶解氧在线测定仪传感器探头与溶解氧在线测定仪电连接；
所述的每一个无曝气生物反应桶内均设有溶解氧在线测定仪传感器探头和搅拌器，溶解氧在线测定仪传感器探头与溶解氧在线测定仪电连接；
所述的溶解氧在线测定仪与PLC控制系统电连接。
所述曝气充氧桶内溶解氧测定仪传感器下方倾斜设置导流板。
实施例2
一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，该装置包括曝气充氧桶和至少三个串联的无曝气生物反应桶；曝气充氧桶前端下部设有污水进水管；曝气充氧桶后端上部出水口通过管路与串联的第一个无曝气生物反应桶前端下部进水口连通；第一个无曝气生物反应桶前端下部设有活性污泥进泥管；
所述的曝气充氧桶内部设有微孔曝气头和溶解氧在线测定仪传感器探头，微孔曝气头通过管路与空压机连通，溶解氧在线测定仪传感器探头与溶解氧在线测定仪电连接；
所述的每一个无曝气生物反应桶内均设有溶解氧在线测定仪传感器探头和搅拌器，溶解氧在线测定仪传感器探头与溶解氧在线测定仪电连接；
所述的溶解氧在线测定仪与PLC控制系统电连接。
所述曝气充氧桶内溶解氧测定仪传感器下方倾斜设置导流板。
该装置还包括加药装置，所述的加药装置包括与第二个串联反应室通过加药管路连通的储药槽，加药管路上设有计量泵，计量泵与PLC控制系统电连接。
实施例3
一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，该装置包括曝气充氧桶1和至少三个串联的无曝气生物反应桶2-4；曝气充氧桶1前端下部设有污水进水管21；曝气充氧桶1后端上部出水口通过管路与串联的第一个无曝气生物反应桶2前端下部进水口连通；第一个无曝气生物反应桶2前端下部设有活性污泥进泥管6；
所述的曝气充氧桶1内部设有微孔曝气头11和溶解氧在线测定仪传感器探头12，微孔曝气头11通过管路与空压机7连通，溶解氧在线测定仪传感器探头12与溶解氧在线测定仪10电连接；
所述的每一个无曝气生物反应桶2-4内均设有溶解氧在线测定仪传感器探头12和搅拌器14，溶解氧在线测定仪传感器探头12与溶解氧在线测定仪10电连接；
所述的溶解氧在线测定仪10与PLC控制系统20电连接。
所述曝气充氧桶1内溶解氧测定仪传感器12下方倾斜设置导流板13。
该装置还包括加药装置，所述的加药装置包括与第二个无曝气生物反应桶3通过加药管路连通的储药槽18，加药管路上设有计量泵19，计量泵19与PLC控制系统20电连接。
所述的无曝气生物反应桶的串联方式为前一个无曝气生物反应桶的后部上端出水口与后一个无曝气生物反应桶的前部下端进水口连通。
最后一个无曝气生物反应桶4后端上部设有溢流管17。

Claims (6)

1.一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，其特征在于，该装置包括曝气充氧桶(1)和至少三个串联的无曝气生物反应桶(2-4)；曝气充氧桶(1)前端下部设有污水进水管(21)；曝气充氧桶(1)后端上部出水口通过管路与串联的第一个无曝气生物反应桶(2)前端下部进水口连通；第一个无曝气生物反应桶(2)前端下部设有活性污泥进泥管(6)；
所述的曝气充氧桶(1)内部设有微孔曝气头(11)和溶解氧在线测定仪传感器探头(12)，微孔曝气头(11)通过管路与空压机(7)连通，溶解氧在线测定仪传感器探头(12)与溶解氧在线测定仪(10)电连接；
所述的每一个无曝气生物反应桶(2-4)内均设有溶解氧在线测定仪传感器探头(12)和搅拌器(14)，溶解氧在线测定仪传感器探头(12)与溶解氧在线测定仪(10)电连接；
所述的溶解氧在线测定仪(10)与PLC控制系统(20)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，其特征在于，所述曝气充氧桶(1)内溶解氧测定仪传感器(12)下方倾斜设置导流板(13)。
3.根据权利要求1所述的一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，其特征在于，该装置还包括加药装置，所述的加药装置包括与第二个无曝气生物反应桶(3)通过加药管路连通的储药槽(18)，加药管路上设有计量泵(19)，计量泵(19)与PLC控制系统(20)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，其特征在于，所述的无曝气生物反应桶的串联方式为前一个无曝气生物反应桶的后部上端出水口与后一个无曝气生物反应桶的前部下端进水口连通。
5.根据权利要求1所述的一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，其特征在于，最后一个无曝气生物反应桶(4)后端上部设有溢流管(17)。
6.根据权利要求3所述的一种在线污水生物毒性快速监测预警装置，其特征在于，所述的储药槽内为乙酸钠溶液。
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