CN111579742A - 一种城市污水短程硝化效果预判装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市污水短程硝化效果预判装置及其使用方法。该城市污水短程硝化效果预判装置包括活性污泥检测系统和控制调节系统。本发明通过维持一个利于亚硝酸盐氧化菌生长的最佳环境来检测其活性强弱，能适用于活性污泥中某个菌群的活性检测，工艺流程简单，控制操作灵活，准确度高。本发明的短程预判装置具有结构简单、设计合理、操作使用灵活方便、处理效率高、方便携带、装置运行稳定及安全可靠等优点。

Description

一种城市污水短程硝化效果预判装置及其使用方法
技术领域
本发明属于污水处理菌种活性检测技术领域，更具体地，涉及一种城市污水短程硝化效果预判装置及其使用方法。
背景技术
城市污水处理最普遍的工艺为活性污泥法。传统活性污泥法通过活性污泥在缺氧-好氧的环境下交替运行，可同时实现多种污染物去除。在好氧环境中微生物进行硝化反应并去除部分有机物、缺氧条件下利用有机物进行反硝化反应实现脱氮。常规硝化反硝化工艺的脱氮效果受有机物的影响显著，在低碳氮比条件下脱氮效率普遍不高。部分城市污水碳氮比普遍偏低，而且进水中的有机物未能高效利用，导致出水氮元素难以稳定达标，不符合再生水回用的基本要求。
短程硝化/厌氧氨氧化工艺的出现为城市污水处理和再生回用提供了新的思路。短程硝化将部分氨氮氧化成亚硝态氮，然后通过后续厌氧氨氧化直接将氨氮和亚硝酸盐转换为氮气。该工艺处理负荷高、能耗少、无需外加碳源且污泥产量低，具有显著地优势。厌氧氨氧化工艺实现碳和氮污染物去除的分离，改变了污水处理工艺流程，是未来水处理发展的核心技术。
基于厌氧氨氧化技术的工艺流程对短程硝化的稳定具有更高的要求。短程硝化的稳定运行是厌氧氨氧化可以稳定运行的充分条件，只有稳定的短程硝化反应才能为后续的厌氧氨氧化提供其生长所需的氨氮和亚硝氮底物。如果短程硝化无法实现，那么厌氧氨氧化也无法实现，因此短程硝化反应能否稳定运行是厌氧氨氧化技术成败的关键。在目前国内外低氨氮废水厌氧氨氧化技术研究过程中，对短程硝化反应是否稳定无法做出精准的判断，会导致短程硝化破坏进而导致厌氧氨氧化菌失去活性。针对该问题，应考虑如何能够快速精准的监测短程硝化反应的稳定性，以及预判短程硝化反应的趋势并及时做出工艺调整防止短程硝化破坏。因此，研究一种城市污水短程硝化效果预判装置具有极其重要的研究意义。
发明内容
针对现有技术中城市污水短程硝化稳定性预判不足，本发明的目的在于：提供一种城市污水短程硝化效果预判装置及其操作方法，该预判装置及操作方法具有结构简单、设计合理、操作使用灵活方便、精准度高、便于携带及安全可靠等优点。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种城市污水短程硝化效果预判装置，该城市污水短程硝化效果预判装置包括活性污泥检测系统和控制调节系统；
所述活性污泥检测系统包括加热水箱、曝气池、药剂池和空气泵；
所述加热水箱内设有用于对加热水箱中的水进行加热的控温加热棒、用于搅拌的液下推进器和与加热水箱的底部连接、用于排空加热水箱内的液体的加热水箱泄空阀；
所述曝气池设有取样口，底部设置有曝气盘，曝气盘与曝气管连接；
所述药剂池包括酸药剂池、碱药剂池和氨药剂池，分别与酸药剂池泄空阀、碱药剂池泄空阀和氨药剂池泄空阀连接，用于排空药剂池中的药液；
所述空气泵通过气量调节阀与曝气池底部的曝气管连接；
所述控制调节系统包括控制器、加药泵和设置于曝气池内的在线水质监测探头；
所述控制器通过信号线分别与在线水质监测探头、气量调节阀以及加药泵连接；所述加药泵分别通过加酸管、加碱管和加氨管将对应的药剂注入曝气池；
所述在线监测探头的监测指标包括：NH4 +-N浓度、NO3 --N浓度、pH值以及溶解氧，根据在线监测探头传回的数据，通过控制器实时调整加药泵的加药量及气量调节阀的开度。
优选地，气量调节阀和曝气管之间还设置有气体流量计。
优选地，所述曝气池为多个，每个曝气池均可独立运行。
优选地，所述曝气池为3个。
优选地，每个曝气池均设有至少两个取样口，至少一个位于曝气池底部，至少一个位于曝气池顶部。
优选地，每个曝气池均设有4个取样口，4个取样口沿曝气池垂直轴线方向均匀分布。
优选地，所述酸药剂池、所述碱药剂池和所述氨药剂池的顶部均设有单向密封盖。
本发明的第二方面提供一种城市污水短程硝化效果预判装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括如下步骤：
1)向加热水箱中注满水，打开控温加热棒和液下推进器，调节控温加热棒为26-30℃；向酸药剂池中加入盐酸溶液，向碱药剂池中加入碳酸氢钠溶液，向氨药剂池中加入碳酸氢氨溶液；
2)取待检测的活性污泥以水洗净后倒入曝气池内，然后加入水稀释至曝气池最高水位线；
3)打开控制器和空气泵，在线水质监测探头将监测值传输到控制器9，经控制器处理后实时调整气量调节阀的开度，经过曝气管将气体输送至对应的曝气盘，保证曝气池内DO值维持在2.5-3mg/L之间；与此同时，控制器通过控制加药泵首先将氨药剂池内的药剂通过加氨管加入曝气池，再根据在线水质监测探头测定的pH值通过控制加药泵将酸药剂池或碱药剂池内药剂通过对应的加酸管和加碱管注入曝气池，使曝气池内pH值稳定在6.8-7.2之间；
4)在上述控制条件下，维持曝气池持续运行，当经在线水质监测探头监测NH4 +-N浓度降为0mg/L且全部氧化为NO3 --N后，计量总时间为H；
5)当H≥18h，说明活性污泥反应稳定无需改变运行参数；
当12≤H＜18h，说明活性污泥存在短程破坏的风险，需降低曝气池溶解氧浓度避免短程破坏；
当6≤H＜12h，说明活性污泥已经出现短程破坏的迹象，需降低曝气池溶解氧浓度，并加大系统排泥量；
当H＜6h，说明系统短程已经遭到破坏，需立刻降低曝气池溶解氧浓度，并加大系统排泥量，同时向系统中投加亚硝酸氧化菌抑制剂，使系统短程得到恢复，实现稳定的短程硝化反应。
优选地，计量总时间后，还包括：
关闭装置所有电源，打开加热水箱泄空阀、取样口、酸药剂池泄空阀、碱药剂池泄空阀和氨药剂池泄空阀，将装置内所有溶液释放并清洗后关闭所有阀门。
作为优选方案，步骤5)中，降低曝气池(2)溶解氧浓度至1-1.5mg/L。
本发明的有益效果：
本发明的短程预判装置具有结构简单、设计合理、操作使用灵活方便、处理效率高、方便携带、装置运行稳定及安全可靠等优点。本发明的短程预判装置在使用的过程中，可通过维持一个利于亚硝酸盐氧化菌生长的最佳环境来检测其活性强弱，能适用于活性污泥中某种菌群的活性检测，工艺流程简单，控制操作灵活，准确度高。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种城市污水短程硝化效果预判装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的一种城市污水短程硝化效果预判装置的右视结构示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种城市污水短程硝化效果预判装置的俯视结构示意图；
附图标记说明：1-加热水箱、2-曝气池、3-曝气盘、4-空气泵；5-酸药剂池；6-碱药剂池、7-氨药剂池、8-加药泵、9-控制器、10-气量调节阀、11-气体流量计、12-液下推进器、13-控温加热棒、14-在线水质监测探头、15-取样口、16-加热水箱泄空阀、17-酸药剂池泄空阀、18-碱药剂池泄空阀、19-氨药剂池泄空阀、20-加碱管、21-加酸管、22-加氨管、23-曝气管。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的第一方面提供一种城市污水短程硝化效果预判装置，该城市污水短程硝化效果预判装置包括活性污泥检测系统和控制调节系统；
活性污泥检测系统包括加热水箱、曝气池、药剂池和空气泵；
加热水箱内设有用于对加热水箱中的水进行加热的控温加热棒、用于搅拌的液下推进器和与加热水箱的底部连接、用于排空加热水箱内的液体的加热水箱泄空阀；
曝气池设有取样口，底部设置有曝气盘，曝气盘与曝气管连接；
药剂池包括酸药剂池、碱药剂池和氨药剂池，分别与酸药剂池泄空阀、碱药剂池泄空阀和氨药剂池泄空阀连接，用于排空药剂池中的药液；
空气泵通过气量调节阀与曝气池底部的曝气管连接；
控制调节系统包括控制器、加药泵和设置于曝气池内的在线水质监测探头；
控制器通过信号线分别与在线水质监测探头、气量调节阀以及加药泵连接；加药泵分别通过加酸管、加碱管和加氨管将对应的药剂注入曝气池；
在线监测探头的监测指标包括：NH4 +-N浓度、NO3 --N浓度、pH值以及溶解氧，根据在线监测探头传回的数据，通过控制器实时调整加药泵的加药量及气量调节阀的开度。
作为优选方案，气量调节阀和曝气管之间还设置有气体流量计。
作为优选方案，曝气池为多个，每个曝气池均可独立运行。在实际运行过程中，曝气池优选为3个。
作为优选方案，每个曝气池均设有至少两个取样口，至少一个位于曝气池底部，至少一个位于曝气池顶部。作为进一步的优选方案，每个曝气池均设有4个取样口，4个取样口沿曝气池垂直轴线方向均匀分布。
作为优选方案，酸药剂池、碱药剂池和氨药剂池的顶部均设有单向密封盖，既能保证药剂不溢出又能保持药剂池内外气压一致。
作为优选方案，加药泵的流量恒定，相对于3L的曝气池，三种液体药剂投加流量均为10-40mL/min，如20mL/min。
本发明的第二方面提供上述的一种城市污水短程硝化效果预判装置的使用方法，该使用方法包括如下步骤：
1)向加热水箱中注满水，打开控温加热棒和液下推进器，调节控温加热棒为26-30℃；向酸药剂池中加入盐酸溶液，向碱药剂池中加入碳酸氢钠溶液，向氨药剂池中加入碳酸氢氨溶液；
2)取待检测的活性污泥以水洗净后倒入曝气池内，然后加入水稀释至曝气池最高水位线；
3)打开控制器和空气泵，在线水质监测探头将监测值传输到控制器，经控制器处理后实时调整气量调节阀的开度，经过曝气管将气体输送至对应的曝气盘，保证曝气池内DO值维持在2.5-3mg/L之间；与此同时，控制器通过控制加药泵首先将氨药剂池内的药剂通过加氨管加入曝气池，再根据在线水质监测探头测定的pH值通过控制加药泵将酸药剂池或碱药剂池内药剂通过对应的加酸管和加碱管注入曝气池，使曝气池内pH值稳定在6.8-7.2之间；
4)在上述控制条件下，维持曝气池持续运行，当经在线水质监测探头监测NH4 +-N浓度降为0mg/L且全部氧化为NO3 --N后，计量总时间为H；
5)当H≥18h，说明活性污泥反应稳定无需改变运行参数；
当12≤H＜18h，说明活性污泥存在短程破坏的风险，需降低曝气池溶解氧浓度避免短程破坏；
当6≤H＜12h，说明活性污泥已经出现短程破坏的迹象，需降低曝气池溶解氧浓度，并加大系统排泥量；
当H＜6h，说明系统短程已经遭到破坏，需立刻降低曝气池溶解氧浓度，并加大系统排泥量，同时向系统中投加亚硝酸氧化菌抑制剂，使系统短程得到恢复，实现稳定的短程硝化反应。
作为优选方案，步骤5)中，降低曝气池溶解氧浓度是指将溶解氧浓度由2.5-3mg/L降低至1-1.5mg/L。
作为优选方案，计量总时间后，还包括：
关闭装置所有电源，打开加热水箱泄空阀、取样口、酸药剂池泄空阀、碱药剂池泄空阀和氨药剂池泄空阀，将装置内所有溶液释放并清洗后关闭所有阀门。
实施例
本实施例提供一种城市污水短程硝化效果预判装置，图1示出了根据本发明的一个实施例的一种城市污水短程硝化效果预判装置的结构示意图，图2示出了根据本发明的一个实施例的一种城市污水短程硝化效果预判装置的右视结构示意图，图3示出了根据本发明的一个实施例的一种城市污水短程硝化效果预判装置的俯视结构示意图，如图1、图2、图3所示，该城市污水短程硝化效果预判装置包括活性污泥检测系统和控制调节系统；活性污泥检测系统包括加热水箱1、曝气池2、药剂池和空气泵4；加热水箱1内设有用于对加热水箱1中的水进行加热的控温加热棒13、用于搅拌的液下推进器12和与加热水箱1的底部连接、用于排空加热水箱1内的液体的加热水箱泄空阀16；曝气池2设有取样口15，底部设置有曝气盘3，曝气盘3与曝气管23连接；药剂池包括酸药剂池5、碱药剂池6和氨药剂池7，分别与酸药剂池泄空阀17、碱药剂池泄空阀18和氨药剂池泄空阀19连接，用于排空药剂池中的药液；空气泵4通过气量调节阀10与曝气池2底部的曝气管23连接；控制调节系统包括控制器9、加药泵8和设置于曝气池2内的在线水质监测探头14；控制器9通过信号线分别与在线水质监测探头14、气量调节阀10以及加药泵8连接；加药泵8分别通过加酸管21、加碱管20和加氨管22将对应的药剂注入曝气池2；在线监测探头14的监测指标包括：NH4 +-N浓度、NO3 --N浓度、pH值以及溶解氧，根据在线监测探头14传回的数据，通过控制器9实时调整加药泵8的加药量及气量调节阀10的开度。气量调节阀10和曝气管23之间还设置有气体流量计11。曝气池2为3个，每个曝气池均可独立运行。每个曝气池2均设有4个取样口15，4个取样口15沿曝气池2垂直轴线方向均匀分布。酸药剂池5、碱药剂池6和氨药剂池7的顶部均设有单向密封盖(未示出)。
本实施例中，设计活性污泥检测系统的长度为70cm，控制调节系统的长度为35cm，城市污水短程硝化效果预判装置的长度为105cm，宽度为26cm，曝气池2的直径为15cm，每个曝气池2间的间距为5cm。
使用方法包括如下步骤，其中，各药剂的用量均为相对于3L的曝气池2的用量：
1)向加热水箱1中注满纯净水，打开控温加热棒13和液下推进器12，调节控温加热棒13为28℃；向酸药剂池5中加入250mL浓度为30％的盐酸溶液，向碱药剂池6中加入250mL浓度为20g/L的碳酸氢钠溶液，向氨药剂池7中加入250mL浓度为15g/L的碳酸氢氨溶液；
2)取待检测的活性污泥(其包括异养菌群、氨盐氧化菌群、亚硝酸盐氧化菌群和聚磷菌)以纯净水洗净(标准：洗后的污泥氨氮浓度小于5mg/L)后倒入曝气池2内，然后加入水稀释至曝气池2最高水位线(3L)；
3)打开控制器9和空气泵4，在线水质监测探头14将监测值传输到控制器9，经控制器9处理后实时调整气量调节阀10的开度，经过曝气管23将气体输送至对应的曝气盘3，保证曝气池2内DO值维持在2.5-3mg/L之间；与此同时，控制器9通过控制加药泵8首先将氨药剂池7内的10mL药剂通过加氨管22加入曝气池2，再根据在线水质监测探头14测定的pH值通过控制加药泵8将酸药剂池5或碱药剂池6内药剂通过对应的加酸管21和加碱管22注入曝气池2，使曝气池2内pH值稳定在6.8-7.2之间；
4)在上述控制条件下，维持曝气池2持续运行，当经在线水质监测探头14监测NH4 +-N浓度降为0mg/L且全部氧化为NO3 --N后，计量总时间为H；
5)关闭装置所有电源，打开加热水箱泄空阀16、取样口15、酸药剂池泄空阀17、碱药剂池泄空阀18和氨药剂池泄空阀19，将装置内所有溶液释放并清洗后关闭所有阀门；
6)当H≥18h，说明活性污泥反应稳定无需改变运行参数；
当12≤H＜18h，说明活性污泥存在短程破坏的风险，需降低曝气池2溶解氧浓度避免短程破坏；
当6≤H＜12h，说明活性污泥已经出现短程破坏的迹象，需降低曝气池2溶解氧浓度，并加大系统排泥量；
当H＜6h，说明系统短程已经遭到破坏，需立刻降低曝气池(2)溶解氧浓度，并加大系统排泥量，同时向系统中投加亚硝酸氧化菌抑制剂，使系统短程得到恢复，实现稳定的短程硝化反应。
其中，步骤5)中，降低曝气池溶解氧浓度是指将溶解氧浓度由2.5-3mg/L降低至1-1.5mg/L。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种城市污水短程硝化效果预判装置，其特征在于，该城市污水短程硝化效果预判装置包括活性污泥检测系统和控制调节系统；
所述活性污泥检测系统包括加热水箱(1)、曝气池(2)、药剂池和空气泵(4)；
所述加热水箱(1)内设有用于对加热水箱(1)中的水进行加热的控温加热棒(13)、用于搅拌的液下推进器(12)和与加热水箱(1)的底部连接、用于排空加热水箱(1)内的液体的加热水箱泄空阀(16)；
所述曝气池(2)设有取样口(15)，底部设置有曝气盘(3)，曝气盘(3)与曝气管(23)连接；
所述药剂池包括酸药剂池(5)、碱药剂池(6)和氨药剂池(7)，分别与酸药剂池泄空阀(17)、碱药剂池泄空阀(18)和氨药剂池泄空阀(19)连接，用于排空药剂池中的药液；
所述空气泵(4)通过气量调节阀(10)与曝气池(2)底部的曝气管(23)连接；
所述控制调节系统包括控制器(9)、加药泵(8)和设置于曝气池(2)内的在线水质监测探头(14)；
所述控制器(9)通过信号线分别与在线水质监测探头(14)、气量调节阀(10)以及加药泵(8)连接；所述加药泵(8)分别通过加酸管(21)、加碱管(20)和加氨管(22)将对应的药剂注入曝气池(2)；
所述在线监测探头(14)的监测指标包括：NH4 +-N浓度、NO3 --N浓度、pH值以及溶解氧，根据在线监测探头(14)传回的数据，通过控制器(9)实时调整加药泵(8)的加药量及气量调节阀(10)的开度。
2.根据权利要求1所述的城市污水短程硝化效果预判装置，其中，气量调节阀(10)和曝气管(23)之间还设置有气体流量计(11)。
3.根据权利要求1所述的城市污水短程硝化效果预判装置，其中，所述曝气池(2)为多个，每个曝气池均可独立运行。
4.根据权利要求3所述的城市污水短程硝化效果预判装置，其中，所述曝气池(2)为3个。
5.根据权利要求1所述的城市污水短程硝化效果预判装置，其中，每个曝气池(2)均设有至少两个取样口(15)，至少一个位于曝气池(2)底部，至少一个位于曝气池(2)顶部。
6.根据权利要求5所述的城市污水短程硝化效果预判装置，其中，每个曝气池(2)均设有4个取样口(15)，4个取样口(15)沿曝气池(2)垂直轴线方向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的城市污水短程硝化效果预判装置，其中，
所述酸药剂池(5)、所述碱药剂池(6)和所述氨药剂池(7)的顶部均设有单向密封盖。
8.权利要求1-7中任一项所述的一种城市污水短程硝化效果预判装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括如下步骤：
1)向加热水箱(1)中注满水，打开控温加热棒(13)和液下推进器(12)，调节控温加热棒(13)为26-30℃；向酸药剂池(5)中加入盐酸溶液，向碱药剂池(6)中加入碳酸氢钠溶液，向氨药剂池(7)中加入碳酸氢氨溶液；
2)取待检测的活性污泥以水洗净后倒入曝气池(2)内，然后加入水稀释至曝气池(2)最高水位线；
3)打开控制器(9)和空气泵(4)，在线水质监测探头(14)将监测值传输到控制器(9)，经控制器(9)处理后实时调整气量调节阀(10)的开度，经过曝气管(23)将气体输送至对应的曝气盘(3)，保证曝气池(2)内DO值维持在2.5-3mg/L之间；与此同时，控制器(9)通过控制加药泵(8)首先将氨药剂池(7)内的药剂通过加氨管(22)加入曝气池(2)，再根据在线水质监测探头(14)测定的pH值通过控制加药泵(8)将酸药剂池(5)或碱药剂池(6)内药剂通过对应的加酸管(21)和加碱管(22)注入曝气池(2)，使曝气池(2)内pH值稳定在6.8-7.2之间；
4)在上述控制条件下，维持曝气池(2)持续运行，当经在线水质监测探头(14)监测NH4 +-N浓度降为0mg/L且全部氧化为NO3 --N后，计量总时间为H；
5)当H≥18h，说明活性污泥反应稳定无需改变运行参数；
当12≤H＜18h，说明活性污泥存在短程破坏的风险，需降低曝气池(2)溶解氧浓度避免短程破坏；
当6≤H＜12h，说明活性污泥已经出现短程破坏的迹象，需降低曝气池(2)溶解氧浓度，并加大系统排泥量；
当H＜6h，说明系统短程已经遭到破坏，需立刻降低曝气池(2)溶解氧浓度，并加大系统排泥量，同时向系统中投加亚硝酸氧化菌抑制剂，使系统短程得到恢复，实现稳定的短程硝化反应。
9.根据权利要求8所述的使用方法，计量总时间后，还包括：
关闭装置所有电源，打开加热水箱泄空阀(16)、取样口(15)、酸药剂池泄空阀(17)、碱药剂池泄空阀(18)和氨药剂池泄空阀(19)，将装置内所有溶液释放并清洗后关闭所有阀门。
10.根据权利要求8所述的使用方法，其中，步骤5)中，降低曝气池(2)溶解氧浓度至1-1.5mg/L。
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