CN110763730A - 一种单探头污水毒性实时监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单探头污水毒性实时监测系统和方法，包括污水池、污泥池、完全混合器、曝气头、曝气机、旋转推流式生物反应器、DO电极探头以及PLC控制预警系统，完全混合器接通污水池和污泥池，完全混合器连通旋转推流式生物反应器的入口，旋转推流式生物反应器的出口通过回流泵接通完全混合器，完全混合器底部设置有曝气头，曝气头连接曝气机，曝气机向完全混合器内恒曝气量曝气，DO电极探头放置于完全混合器的出口侧，DO电极探头与PLC控制预警系统连接。本发明采用回流方式使得仅需设置单探头，减小误报率，降低成本。

Description

一种单探头污水毒性实时监测系统和方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种单探头污水毒性实时监测系统和方法。

背景技术

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。尤其是我国现有的城市污水处理厂广泛采用活性污泥法，工业废水成分复杂，可能存在对活性污泥有抑制性的有毒有害物质，如果其含量超过一定的程度(如事故排放或偷排)，就会对污水处理厂生物处理单元造成危害，使出水水质恶化，不能达标排放，情况严重时甚至引起大量微生物的死亡，给生物处理单元造成不可恢复性的破坏，需重新接种培养活性污泥，给污水处理厂运行管理造成极大的困难，造成极大的经济损失和环境污染事故。因此对进水水质波动的实时预警就非常必要。可以提前预警城市污水生物抑制性程度，提早采取相应的运行管理措施(如加大污泥回流量、增加尾水回流等浓度稀释或排入调节池延后处理等)，保证污水处理厂生物处理单元的正常运行及保证出水水质。

从以上国内外研究进展来看，基于预警方法和原理的不同，大致可以分为几类：(1)基于传感电流、微生物燃料电池为基础原理的毒性预警方法，目前的研究完全处于理论探索阶段，由于废水毒性的复杂性、隐蔽性、环境敏感性，理论上与实际应用仍存在着较大差距。(2)基于生物预警的方法，大多基于水体中的某类细菌、藻类、微型动物等，通过微生物、生物的反馈来判断毒性，这类方法相对于电流、燃料电池通过电子传递的方法原理，一定程度上提高了毒性监测预警的现实可行性。尽管如此，这类基于某一生物反馈的方法极易受到外界环境的干扰，且无法长期维持培养：如发光细菌作为单一菌群对外界任何不利的影响，其生长的因子均会反馈，则不利于毒性预警的准确性；由于无法实现发光细菌的在线培养，对于实现在线预警的工程应用上存在较大难度。(3)基于活性污泥法(微生物群体)，通过微生物OUR来反馈废水中毒性物质的研究，大多需要用两台一起分别测量进水口和出水口两个位置的参数，两台仪器测量过程中由于校准误差、设备本身精度误差、检测误差等，会造成较大的系统误差，导致准确性、稳定性不高，不利于实际的应用。

综上所述，对污水毒性预警装置的应用和研究还存在以下问题：

(1)由于受到环境影响的因素较多、废水的多变和复杂性,从方法原理上决定了基于电流、某类细菌等的监测预警方法，极易受到环境干扰、准确性低、工程化应用难，因此这些大多处于理论研究阶段、尚未实现在线应用。

(2)基于活性污泥OUR的预警方法，OUR测定需用两组DO检测仪，由于系统误差造成误报警几率升高，准确性和稳定性下降，限制了其研究和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单探头污水毒性实时监测系统和方法，通过控制曝气量恒定及控制污水回流即可实现利用单探头实时监测DO突变率，进而判断活性污泥受抑制情况。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单探头污水毒性实时监测系统，包括污水池、污泥池、完全混合器、曝气头、曝气机、旋转推流式生物反应器、DO电极探头以及PLC控制预警系统，所述完全混合器接通所述污水池和污泥池，所述完全混合器连通所述旋转推流式生物反应器的入口，所述旋转推流式生物反应器的出口通过回流泵接通所述完全混合器，所述完全混合器底部设置有所述曝气头，所述曝气头连接所述曝气机，所述曝气机向所述完全混合器内恒曝气量曝气，所述DO电极探头放置于所述完全混合器的出口侧，所述DO电极探头与所述PLC控制预警系统连接。

进一步的，所述污水池与完全混合器之间通过污水泵连通，所述污泥池与完全混合器之间通过污泥泵连通。

进一步的，所述完全混合器下方设置有磁力搅拌器，所述完全混合器内设置有搅拌子。

进一步的，所述回流泵的出口远离所述完全混合器的出口。

基于单探头污水毒性实时监测系统的监测方法，包括如下步骤：

S01、将污水流量Q1和污泥流量Q2按照恒定体积比泵入完全混合器，将初始DO₀值输入到PLC控制预警系统，打开曝气机，保证完全混合器中初始溶解氧DO值为DO₀；

S02、通过回流泵使曝气后的泥水混合物以流量Q3进入旋转推流式生物反应器，并回流至完全混合器，利用DO电极探头在线监测回流混合后的泥水混合物的溶解氧DO₁；

S03、将DO₁的值输入PLC控制预警系统，根据公式DO_T1突变率k₁＝(DO₀-DO_1T1)/DO₀得到DO_T1的突变率，其中DO_1T1为T1时刻的DO_T值；

S04、在PLC控制预警系统中预设多个DO突变率值，将S03中计算出的DO_T突变率与预设值比较，判断废水毒性强度。

进一步的，根据k₁值的不同，PLC控制预警系统发出不同的报警信号。

进一步的，S04中将S03中计算出的DO_T1突变率k₁与预设值k比较：

当∣k-k₁∣/k≤10％，不报警，表明废水无毒性；

当10％＜∣k-k₁∣/k≤30％，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，但毒性不强，需引起轻度关注；

当30％＜∣k-k₁∣/k≤50％，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，毒性较强，需引起适度关注，根据情况采取适当措施；

当50％＜∣k-k₁∣/k，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，毒性很强，需立即采取措施。

本发明的单探头污水毒性实时监测系统和方法与现有技术相比的有益效果：仅采用一个DO探头，不会产生仪表干涉，误报率低，成本低，监测方便，同时能够满足实时监测，保证对污水的监测效果。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，为本发明的一种单探头污水毒性实时监测系统的示意图，包括污水池1、污泥池2、完全混合器3、曝气头4、曝气机5、旋转推流式生物反应器6、DO电极探头7以及PLC控制预警系统8。所述完全混合器3分别通过污水泵9和污泥泵10接通所述污水池1和污泥池2，通过污水泵9和污泥泵10控制污水和污泥以恒定的比例进入完全混合器3进行混合，从而通过控制曝气强度即可保证泥水混合物的曝气量恒定。所述完全混合器3连通所述旋转推流式生物反应器6的入口，所述旋转推流式生物反应器6的出口14通过回流泵11接通所述完全混合器3。进入旋转推流式生物反应器6的泥水混合物由于在旋转推流式生物反应器6内形成旋流，因此能够实现搅拌混合、耗氧，由于反应器6内污泥的溶解氧被消耗，此部分泥水混合物的溶解氧会低于完全混合器3中泥水混合物的溶解氧，此部分泥水混合物回流至完全混合器3中后，与完全混合器3中高溶解氧的泥水混合物混合，使完全混合器3中泥水混合物的溶解氧降低。若反应器6内通过泥水混合物的耗氧量保持不变，则完全混合器3中稳定后测得的溶解氧含量会保持不变且低于预设的曝气后的泥水混合物的溶解氧含量，若污水中存在毒性，则会抑制污泥的耗氧或大量增加耗氧量，回流至完全混合器3后，会使混合器中测得的溶解氧含量产生波动。如果存在抑制污泥耗氧的污染物，则溶解氧突变率减小，对比实际溶解氧突变率与预设的溶解氧突变率，若溶解氧突变率的变化超过预设范围，则进行报警；如果存在大量消耗溶解氧的有机污染物质，则溶解氧突变率变大，对比实际溶解氧突变率与预设的溶解氧突变率，若溶解氧突变率的变化超过预设范围，则进行报警。为控制完全混合器3中泥水混合物的初始溶解氧含量恒定，所述完全混合器3底部设置有所述曝气头4，所述曝气头4连接所述曝气机5，所述曝气机5向所述完全混合器3内恒曝气量曝气。所述DO电极探头7放置于所述完全混合器3的出口14侧，此处泥水混合物经充分曝气和混合，溶解氧含量较为稳定，为进一步保证回流的泥水混合物与完全混合器3中的混合物混合均匀，所述完全混合器3下方设置有磁力搅拌器12，所述完全混合器3内设置有搅拌子13。为防止回流的泥水混合物从完全混合器出口14直接流出，所述回流泵11的出口远离所述完全混合器3的出口14。从而能够在磁力搅拌器12的作用下，使回流的泥水混合物与完全混合器3中原有的混合物充分混合。所述DO电极探头7与所述PLC控制预警系统8连接。通过对DO电极探头7输入PLC控制预警系统8的参数进行计算分析，而后与预设参数的对比，得出污水的毒性。由于本系统不检测具体的污染物，而是对溶氧量的变化进行监测，无论污泥中菌群如何，只要有对溶氧量造成影响的污染物，即可被监测，对进厂的污水进行预警，且污水和污泥持续流入流出完全混合器，能够保证对污水的持续监测，不存在真空期。

基于该监测系统，监测方法步骤如下：

S01、将污水流量Q1和污泥流量Q2按照恒定体积比泵入完全混合器，将初始DO₀值输入到PLC控制预警系统，打开曝气机，保证完全混合器中初始溶解氧DO值为DO₀；

S02、通过回流泵使曝气后的泥水混合物以流量Q3进入旋转推流式生物反应器，并回流至完全混合器，利用DO电极探头在线监测回流混合后的泥水混合物的溶解氧DO₁；

S03、将DO₁的值输入PLC控制预警系统，根据公式DO_T1突变率k₁＝(DO₀-DO_1T1)/DO₀得到DO_T1的突变率，其中DO_1T1为T1时刻的DO_T值；

S04、在PLC控制预警系统中预设DO突变率值，将S03中计算出的DO_T突变率与预设值比较，判断废水毒性强度。

进一步的，S04中将S03中计算出的DO_T1突变率k₁与预设值k比较：

当∣k-k₁∣/k≤10％，不报警，表明废水无毒性；

当10％＜∣k-k₁∣/k≤30％，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，但毒性不强，需引起轻度关注；

当30％＜∣k-k₁∣/k≤50％，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，毒性较强，需引起适度关注，根据情况采取适当措施；

当50％＜∣k-k₁∣/k，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，毒性很强，需立即采取措施。

当需要发出报警时，根据∣k-k₁∣/k值的不同，PLC控制预警系统发出橙色、黄色及红色等不同的报警信号。

本发明的方法原理是：

呼吸速率(OUR)是表征活性污泥中微生物活性的一个参数，OUR值大表明微生物活性好，OUR值小表明微生物活性差，OUR值与溶解氧含量有关，OUR值计算式为：OUR＝(DO_入-DO_出)/T，式中，T为生物反应器的水力停留时间。若保持进水端溶解氧含量DO_入相对稳定，则可通过出水端溶解氧含量DO_出的变化来判定OUR值的变化，即，DO_出升高，OUR值降低，微生物活性受到抑制。DO_出值相对不变或降低，表明微生物活性未受到抑制。本方法中，泥水混合物在反应器中进行反应耗氧，DO₁为混合物从反应器中流出后与原混合物再次混合得到的溶解氧含量，若DO₁值降低，表明微生物活性未受到抑制，DO₁值升高，则微生物活性受到抑制。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种单探头污水毒性实时监测系统，其特征在于，包括污水池、污泥池、完全混合器、曝气头、曝气机、旋转推流式生物反应器、DO电极探头以及PLC控制预警系统，所述完全混合器接通所述污水池和污泥池，所述完全混合器连通所述旋转推流式生物反应器的入口，所述旋转推流式生物反应器的出口通过回流泵接通所述完全混合器，所述完全混合器底部设置有所述曝气头，所述曝气头连接所述曝气机，所述曝气机向所述完全混合器内恒曝气量曝气，所述DO电极探头放置于所述完全混合器的出口侧，所述DO电极探头与所述PLC控制预警系统连接。

2.如权利要求1所述的单探头污水毒性实时监测系统，其特征在于，所述污水池与完全混合器之间通过污水泵连通，所述污泥池与完全混合器之间通过污泥泵连通。

3.如权利要求1所述的单探头污水毒性实时监测系统，其特征在于，所述完全混合器下方设置有磁力搅拌器，所述完全混合器内设置有搅拌子。

4.如权利要求1所述的单探头污水毒性实时监测系统，其特征在于，所述回流泵的出口远离所述完全混合器的出口。

5.一种基于权利要求1-4所述的单探头污水毒性实时监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01、将污水流量Q1和污泥流量Q2按照恒定体积比泵入完全混合器，将初始DO₀值输入到PLC控制预警系统，打开曝气机，保证完全混合器中初始溶解氧DO值为DO₀；

S02、通过回流泵使曝气后的泥水混合物以流量Q3进入旋转推流式生物反应器，并回流至完全混合器，利用DO电极探头在线监测回流混合后的泥水混合物的溶解氧DO₁；

S03、将DO₁的值输入PLC控制预警系统，根据公式DO_T1突变率k₁＝(DO₀-DO_1T1)/DO₀得到DO_T1的突变率，其中DO_1T1为T1时刻的DO_T值；

S04、在PLC控制预警系统中预设多个DO突变率值，将S03中计算出的DO_T突变率与预设值比较，判断废水毒性强度。

6.如权利要求5所述的单探头污水毒性实时监测方法，其特征在于，根据k₁值的不同，PLC控制预警系统发出不同的报警信号。

7.如权利要求5所述的单探头污水毒性实时监测方法，其特征在于，S04中将S03中计算出的DO_T1突变率k₁与预设值k比较：

当∣k-k₁∣/k≤10％，不报警，表明废水无毒性；

当10％＜∣k-k₁∣/k≤30％，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，但毒性不强，需引起轻度关注；

当30％＜∣k-k₁∣/k≤50％，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，毒性较强，需引起适度关注，根据情况采取适当措施；

当50％＜∣k-k₁∣/k，PLC控制预警系统报警，表明废水中存在毒性，毒性很强，需立即采取措施。

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