CN116718742B - 一种未建污水厂地区的水质组分分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水水质组分检测的技术领域，目的是针对没有建设污水处理厂的地区缺少当地水质相关信息且现有水质检测方式粗放、不科学的技术问题，提供了一种未建污水厂地区的水质组分分析方法，通过运行实验室级别的序批式反应器SBR，经由每日的测量工作，来确定进水的水质组分，包括经过细分的COD组分以及该水质对于硝化反应速率的影响。由于各个组分在污水处理系统中的生化降解和迁移转化能力与途径不同，在获得了进水COD组分信息和硝化反应速率相关的信息后，为调研水质提供了更科学、更准确的定量方法，进而帮助设计人员更好地优化设计方案。
Description
技术领域
本发明涉及污水组分检测的技术领域，具体而言，涉及一种未建污水厂地区的水质组分分析方法。
背景技术
随着城市扩展，越来越多的地区需要进行统一的市政污水收集及处理，以保证进入自然水体之前，污水得到了有效的处理并且满足国家或地区的处理要求。
常见的水质指标包括悬浮固体SS、化学需氧量COD、氮、磷、pH、碱度、5日生化需氧量BOD5等。COD与BOD都是污水中有机污染物的指代性指标，BOD指生化需氧量，常被用于描述污水的有机污染物浓度，它仅仅描述了有机物中被氧化并产生能量的部分，而忽略了有机物中被转化为细胞质的部分，更不能测量无法被微生物利用给部分，因此BOD是不能用于质量平衡的计算的。COD指化学需氧量，测得的是在强酸环境下，在银盐或汞盐的催化下，可以被重铬酸钾氧化的有机物，方法执行相对稳定，结果可对比，可用于质量平衡核算。传统办法采用BOD5/COD评价污水的可生化降解性，一般认为BOD5/COD大于0.45时，该污水易生化处理，介于0.45和0.30之间时可生化处理，小于0.25时不宜生化处理。COD测得的有机物包括可生化降解的组分和不可生化降解的组分；而每一种可生化降解的COD组分被微生物用于好氧生长时，都可能有不同的产率Y，产率Y即有机物中转化为细胞质的部分占总有机物量的比例，注意BOD只能测得(1-Y)的部分。由此可见当进水COD组分不同时，即使总COD浓度相同，可能BOD值也不同；我国污水随地域、当地排水情况不同，COD组分不同。
因此，用单一的BOD与COD比值来评价污水的可生化降解性的评价方式比较粗放。尤其针对有些地区因早期没有建设污水处理厂，缺少当地水质的相关信息，通常是通过了解当地污水来源或对当地排水管道收集的污水进行随机的取样进行水质检测，这样的水质检测方式也是粗放的，有待优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种未建污水厂地区的水质组分分析方法，可以确定当地污水的COD组分信息和硝化反应速率相关的信息，为调研水质提供了更科学、更准确、更严谨的定量方法。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种未建污水厂地区的水质组分分析方法，包括以下步骤：
A10.序批式反应器SBR的运行；
运行SBR至稳态；在相同的进水和运行条件下，SBR处理后的反应器内的活性污泥浓度及出水中各指标浓度均不再随时间变化即达到稳态；
A11.SBR污水处理装置的单次循环时间为24小时，每次循环的操作包括进水、混合、排泥、沉降、滗水五个阶段；SBR污水处理装置维持在20℃运行；进水阶段将定量的污水倒入SBR污水处理装置；混合阶段搅拌混合并开启曝气，并保持反应器处于全混状态进行好氧生化反应；在混合阶段的末期进行定量排泥，维持SBR污水处理装置以稳定的污泥泥龄SRT运行；排泥结束后关闭曝气和混合，进入沉降阶段实现泥水分离；滗水阶段将经过生化处理并实现泥水分离后的上清液排出；
A12.SBR运行的启动阶段，从一污水处理厂获得回流污泥，沉降后取浓缩的1L污泥作为生化反应器启动运行的污泥，启动当日按照SBR的循环设置开始运行SBR，运行2-3个SRT，SBR达到稳态；
达到稳态阶段后的12-15天为集中监测阶段；
B10.SBR的监测；
B11.在SBR运行的启动阶段进行每日的水质检测；
B12.在SBR运行的集中监测阶段进行每日的水质检测；
在步骤B11和B12中，水质检测指标包括进水和出水中的CODT、COD1.2μm、COD0.45μm、TN、NH3-N、TP、PO4-P、TSS和VSS，及SBR污水处理装置中的MLSS和MLVSS；其中，
CODT指将水样通过均质器进行均质搅拌后测得的总COD；
COD1.2μm指水样通过孔径为1.2μm的滤膜后滤液中的化学需氧量COD，具体包括真正可溶的COD及胶体型COD；
COD0.45μm指水样通过孔径为0.45μm的滤膜后滤液中的化学需氧量COD，具体为真正可溶的COD；
TN指水样中的总氮含量；
TP指水样中的总磷含量；
NH3-N指水样中的氨氮含量；
PO4-P指水样中的溶解性正磷酸盐含量；
TSS指水样中总悬浮颗粒固体浓度；
VSS指水样中挥发性悬浮颗粒固体浓度；
TSS与VSS的差值为ISS，ISS指水样中无机悬浮颗粒固体浓度；
MLSS为在混合状态下SBR污水处理装置混合液中的悬浮颗粒固体浓度；
MLVSS为在混合状态下SBR污水处理装置混合液中的挥发性悬浮颗粒固体浓度；
B13.在SBR运行的集中监测阶段监测硝化效果；在SBR污水处理装置的混合阶段每隔30至45分钟进行一次取样，并用孔径为1.2μm的滤膜过滤，检测参数NH3-N,NO2-N和NO3-N；
NO3-N指水样中的硝酸盐氮含量；
NO2-N指水样中的亚硝酸盐氮含量；
C10.进水污水组分确定；
C11.快速可生化降解COD组分比例Fbs＝(COD0.45μm，进水–COD1.2μm，出水)/CODT，进水；
C12.不可生化降解溶解型COD组分比例Fus＝COD1.2μm，出水/CODT，进水；
C13.胶体型COD组分比例FCOL＝(COD1.2μm，进水–COD0.45μm，进水)/CODT，进水；
C14.颗粒型COD与VSS比值FCV＝(CODT，进水-COD1.2μm，进水)/VSS进水。
在本发明的一实施例中，步骤C10还包括：
C15.进水TN中氨氮的比值FNA＝NH3-N/TN；
C16.进水TP中正磷酸盐的比值FPO4＝PO4-P/TP。
在本发明的一实施例中，步骤C10中还包括：
在SBR运行的集中监测阶段，检测每日产生的剩余污泥量M排泥，TSS及M排泥，VSS，剩余污泥量指每日从SBR中排放的污泥TSS总量M排泥,TSS及VSS总量M排泥,VSS；
M排泥,VSS＝Vwas×VSS排泥＝每日产生的异养菌VSS值+每日产生的内源呼吸产物VSS值+每日产生的自养菌VSS值+累积不可生化降解颗粒型有机物的VSS值；
即得C17.
Vwas·VSS排泥＝VwwYh(CODT,进水–CODT，出水)/(1+kd·SRT)+fdkdVwwYh(CODT，进水–COD T，出水)/(1+kd·SRT)+
VwwYn(TN进水–NH3-N出水)/(1+kdn·SRT)+Vww·SRT·VSSXI
其中人工测得数据包括：
Vwas–每日实际排泥的体积，m3/d，
VSS排泥–剩余污泥的VSS浓度,g/m3，
CODT，进水–进水总COD,g/m3，
CODT，出水–出水总COD,g/m3，
Vww–每日SBR处理的污水量,m3/d，
TN进水–进水总氮浓度，g/m3，
NH3-N出水–出水氨氮浓度，g/m3，
Yh–异养菌产率，0.4gVSS/gCOD，
kd–异养菌衰解速率，0.1gVSS/gCOD·d-1，
fd–内源呼吸产物的产率，0.1gVSS/gVSS，
Yn–自养菌产率，0.17gVSS/gCOD，
kdn–自养菌衰解速率，0.1gVSS/gCOD·d-1，
SRT–平均污泥泥龄，d；
步骤C17中唯一的未知参数为进水中不可生化降解的可挥发性颗粒性物质浓度VSSXI，根据步骤C17计算得出VSSXI；
进水中不可生化降解颗粒型COD浓度XI＝VSSXI·FCV，其中FCV为颗粒型COD与VSS比值；
可生化降解颗粒型COD浓度XSP＝CODT，进水-COD1.2μm，进水-XI；
最后，计算得出进水中不可生化降解颗粒性COD组分Fup，即XI占进水总COD浓度的比例，Fup＝XI/CODT，进水。
在本发明的一实施例中，本方法还包括以下步骤：
D10.SBR的模拟，进水COD组分进一步校准与确定；
将步骤C10中计算所得的各种组分作为活性污泥模型的输入项，对SBR的运行进行模拟计算，模拟过程包括以下具体步骤，
D11.对SBR运行的启动阶段进行模拟；模拟的反应器运行时长为2-3个泥龄SRT；
D12.对SBR运行的集中监测阶段进行模拟；并将MLSS、MLVSS二者的模拟计算值与实测值进行对比；
D13.根据步骤D12的对比结果调整步骤C17中的Fup，直到模拟计算与实测MLSS的重合度不低于85％；Fup每一次调整都需要从SBR运行起始日开始模拟；
D14.模拟与实测MLSS的重合度达标后，根据出水的COD调整步骤C12中的Fus。
在本发明的一实施例中，本方法还包括以下步骤：
E10.硝化菌生长速率的校准；
E11.将步骤B13中的检测参数在模拟中用作对活性污泥模型中硝化菌生长速率的校准；将每日的NH3-N,NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值进行对比；
E12.调整硝化菌生长速率，直至每日的NH3-N,NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值的重合度不低于85％。
在本发明的一实施例中，本方法还包括以下步骤：
F10.步骤E10后，在模型中使用进水组分Fbs、FCOL、FCV、Fus、Fup、FNA、FPO4及硝化菌生长速率设为模拟中修正后的参数值，以SBR运行中每日测得的实际进水CODT，进水、TN进水、TP进水、TSS进水和VSS进水浓度为模型输入值，从初始状态再次进行模拟，同时满足MLSS、MLVSS、CODT，出水、NH3-N、NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值的重合度不低于85％，完成模拟。
在本发明的一实施例中，SBR的泥龄SRT为10-30天。
在本发明的一实施例中，当该地区的进水COD为100–200mg/L时,SBR的泥龄SRT为20-30天。
在本发明的一实施例中，当不便每天获取新鲜污水时，则每次获取SRB运行3-5天所需的污水量，污水的储存温度配置为4℃；使用存储污水时，每天将污水注入到SBR之前，对污水用温水浴将温度提升到20℃。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1)在SBR运行阶段始终测量进水各指标，可以获得多日平均值，比随机单次或几次取样获得的结果更加具有代表性；
2)反应装置采取SBR反应器，只需一个搅拌器，对设备要求不高；方便直接手动进水、排泥和滗水，且每日只需一次，不需要相应的进出水水泵设备；
3)本方法克服了胶体物质对于污泥VSS浓度的影响，明确了统一使用相同孔径1.2μm的玻璃纤维滤膜，从而避免了数据偏差，达到更科学、更准确的污水组分分析目的；
4)通过设置合理的SBR的泥龄，保证SBR在处理装置的混合阶段维持合理的混合液污泥浓度MLSS，以及良好的污泥沉降性，进而使SBR达到稳态，达到模拟一个平稳运行的污水处理装置状态，再对SBR的运行进行集中详尽的检测，收集数据、充分掌握进水水质特征；
5)本方法一改未建污水厂地区以前随机采样的水质检测方法，创新地将序批式反应器SBR的运行、化学检测以及科学可靠严谨的计算式结合在一起，为调研水质提供了更科学、更准确的定量方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为污水处理厂进水COD组分划分的示意图；
图2为实验室级别SBR污水处理装置五个阶段的示意图；
图3为硝化效果监测的示意图；
图4为COD组分及不同滤纸过滤后滤液COD的对应关系的示意图；
图5为实验室级别SBR装置集中监测阶段MLVSS(点)与模拟值(线)重合的示意图；
图6为实验室级别SBR装置集中监测阶段NH3-N,NO3-N,NO2-N(点)与模拟值(线)的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1-图6，一种未建污水厂地区的水质组分分析方法，通过运行实验室级别的序批式反应器SBR，经由每日的测量工作，来确定进水的水质组分，包括附图1中经过细分的COD组分以及该水质对于硝化反应速率的影响。由于各个组分在污水处理系统中的生化降解和迁移转化能力与途径不同，在获得了进水COD组分信息和硝化反应速率相关的信息后，可以帮助设计人员更好地优化设计方案。
从图1可见，进水COD可以划分为可生化降解和不可生化降解COD：
1)快速可生化降解COD：包括了短链脂肪酸COD(SA)和其它快速生化降解COD(SF)。这部分有机物以溶解性状态存在于混合液中，有机分子较小，因此可以直接被微生物所利用，对于生物脱氮除磷有重要作用。将短链脂肪酸COD(SA)与其它快速生化降解COD区分开来是因为这部分COD可以被聚磷菌在厌氧条件下转移至细胞内生成聚羟链烷酸(PHB或PHA)，因此对于生物除磷尤其重要。
2)慢速可生化降解COD：慢速降解COD包括了可生化降解胶体型COD(SCOL)和可生化降解颗粒型COD(XSP)，胶体型COD会被活性污泥所吸附再在微生物释放的酶作用下水解。有一些生物模型不对胶体和颗粒型COD进行区分，在污泥龄较短的生化工艺中会对结果产生影响。机理模型计算中需要区分胶体型与颗粒型的COD。
3)不可生化降解溶解型COD：根据工程实际经验，生化过程几乎不产生不可生化降解的溶解型COD(SI)，因此这部分COD随着进水进入系统，随着出水离开系统，不发生改变。因此，进水中的不可生化降解COD影响出水的COD浓度。
4)不可生化降解颗粒型COD：不可生化降解的颗粒型COD(XI)在生化处理过程中不能被生物降解，会与其它颗粒物一起在系统中累积，只能通过排泥的方式离开系统，因此会对系统中生化污泥的活性污泥比例产生影响。
本水质组分分析方法包括以下步骤：
A10.序批式反应器SBR的运行；
运行SBR至稳态；在相同的进水和运行条件下，SBR处理后的反应器内的活性污泥浓度及出水中各指标浓度均不再随时间变化即达到稳态；
A11.SBR污水处理装置的单次循环时间为24小时，每次循环的操作包括进水、混合、排泥、沉降、滗水五个阶段，参照附图2；进水阶段将定量的污水倒入SBR污水处理装置；混合阶段搅拌混合并开启曝气，并保持反应器处于全混状态进行好氧生化反应；在混合阶段的末期进行定量排泥，维持SBR污水处理装置以稳定的污泥泥龄SRT运行，SBR的泥龄SRT为10-30天，当该地区的进水COD为100–200mg/L时,SBR的泥龄SRT为20-30天。排泥结束后关闭曝气和混合，进入沉降阶段实现泥水分离；滗水阶段将经过生化处理并实现泥水分离后的上清液排出。具体细节如表1所示。
表1实验室级别SBR污水处理装置的操作循环设置
本实施例中，使用大号玻璃容器，液体体积Vliq为10L，每日进水总体积Vww为9L，若维持反应装置平均泥龄SRT为15天，则每日剩余污泥排放量Vwas为10/15*1000＝667ml。
SBR污水处理装置维持在20℃运行，可将装置放置在恒温箱内；混合阶段搅拌混合并开启曝气，并保持反应器处于全混状态；
验室级别SBR的进水即为需要鉴定其水质特征的污水，如有条件，应每日取得该污水加入SBR中进行处理，如果每日取得污水不可行，则可以每次取得3–5天进水量的污水，例如，当Vww为9L时，3天的SBR运行需要27L污水，5天的SBR运行需要45L的污水。污水的储存温度配置为4℃，每日将污水注入到SBR之前，需要将污水用温水浴将温度提升到20℃，以防止对系统造成温度冲击。
由于SBR没有专门的二沉池，良好的污泥沉降性对于处理装置的运行有着重要的作用，因此需要设置合理的SRT，保证SBR在混合阶段能够维持合理的MLSS混合液污泥浓度。对于处理真实污水的SBR，进水COD浓度在300–400mg/L左右，按照上述SBR循环设置，一天进水一次，水力停留时间为24小时，为了维持合理的MLSS，SBR的SRT应该超过10天。不可生化降解的颗粒型COD在反应器中的累积程度会随着SRT增长而增加，从而可以更准确地估计这一组分的比例，但是较长的SRT也代表着更长的SBR运行时间：SBR必须运行2–3个SRT才能达到稳态。当该地区的进水COD为100–200mg/L时,则当地的COD较低，SBR的泥龄SRT为20-30天。
A12.SBR运行的启动阶段，从一污水处理厂获得回流污泥，沉降后取浓缩的1L污泥作为生化反应器启动运行的污泥，启动当日按照SBR的循环设置开始运行SBR，运行2-3个SRT，SBR达到稳态；
达到稳态阶段后的12-15天为集中监测阶段；
B10.SBR的监测；
B11.在SBR运行的启动阶段进行每日的水质检测；
DO指反应器中溶解氧浓度，为重要运行参数也需要记录；
B12.在SBR运行的集中监测阶段进行每日的水质检测；
SBR运行的启动阶段过程中每日需要测量表2中的指标。
表2SBR启动的采样与分析
由表2可知，在启动阶段对出水监测要求不高，主要是确定污泥沉降性、质量平衡及硝化反应的正常进行。
实验室级别SBR运行到稳态，可以模拟一个平稳运行的污水处理厂状态，因此可以在这个时候针对它的运行进行集中详尽的监测。集中监测阶段所收集的数据可以有效地帮助技术人员分析掌握进水水质的特征。集中监测阶段每日需要检测的指标见表3。
表3SBR污水处理装置集中监测期检测指标
在步骤B11和B12中，水质检测指标包括进水和出水中的CODT、COD1.2μm、COD0.45μm、TN、NH3-N、TP、PO4-P、TSS和VSS，及SBR污水处理装置中的MLSS和MLVSS；其中，
CODT指将水样通过均质器进行均质搅拌后测得的总COD；
COD1.2μm指水样通过孔径为1.2μm的滤膜后滤液中的化学需氧量COD，具体包括真正可溶的COD及胶体型COD；
COD0.45μm指水样通过孔径为0.45μm的滤膜后滤液中的化学需氧量COD，具体为真正可溶的COD；
TN指水样中的总氮含量；
TP指水样中的总磷含量；
NH3-N指水样中的氨氮含量；
PO4-P指水样中的溶解性正磷酸盐含量；
TSS指水样中总悬浮颗粒固体浓度；
VSS指水样中挥发性悬浮颗粒固体浓度；
TSS与VSS的差值为ISS，ISS指水样中无机悬浮颗粒固体浓度；
MLSS为在混合状态下SBR污水处理装置混合液中的悬浮颗粒固体浓度；
MLVSS为在混合状态下SBR污水处理装置混合液中的挥发性悬浮颗粒固体浓度；
OUR指氧气消耗速率，通过控制反应器中溶解氧的溶度，利用测量DO与估算OUR的设备计算所得；
需要说明的是，针对进水和出水不同水样测得的同一指标将通过下标区分，如CODT，进水和CODT，出水；
B13.在SBR运行的集中监测阶段监测硝化效果；在SBR污水处理装置的混合阶段每隔30至45分钟进行一次取样，并用1.2μm玻璃纤维滤纸过滤，检测参数NH3-N,NO2-N和NO3-N；参照附图3。NO3-N指水样中的硝酸盐氮含量；NO2-N指水样中的亚硝酸盐氮含量。
C10.进水污水组分确定；
在12天集中监测期中监测的数据可以用于对污水进行特征化分析；将每日测得的各个指标值输入表4中。
表4集中监测阶段SBR的进、出水检测值进水检测值：
出水检测值：
通常生化处理后，出水中几乎不存在胶体型的COD，也就是说出水经过1.2μm与0.45μm的滤膜过滤后的滤液COD值几乎一致。因此，出水中通过1.2μm滤膜的滤液的COD值可以看作是进水中不可生化降解的溶解型COD。而进水经过1.2μm与0.45μm滤膜过滤后的滤液的COD值会有较大区别，这里定义为胶体型COD，这部分胶体通常被认为是慢速可生化降解的有机物。它们在反应生化过程中需要经过被微生物所吸附、被微生物分泌的酶降解至小分子水平。这里值得补充说明的是，本方法克服了胶体物质对于污泥VSS浓度的影响，明确了统一使用相同孔径1.2μm的玻璃纤维滤膜，从而避免了数据偏差，达到更科学、更准确的污水组分分析目的。
进水经过0.45μm滤膜过滤后的滤液的COD是完全可溶性的COD，它包括了快速可生化降解COD和不可生化降解溶解型COD。因此按照附图4将COD组分根据可以通过不同孔径的滤膜的COD测量值对应起来，参照附图1；再根据表中数据，直接得出一部分对于表征进水组分较为重要的比例，参照表5。
表5可直接计算的污水组分
根据图4的对应关系，CODT，进水与COD1.2μm，进水的差值为颗粒型的COD，但同时包含了可生化降解颗粒型COD和不可生化降解颗粒型COD，不能通过简单的办法计算。
在SBR运行的集中监测阶段，检测每日产生的剩余污泥量M排泥，TSS及M排泥，VSS，剩余污泥量指每日从SBR中排放的污泥TSS总量M排泥,TSS及VSS总量M排泥,VSS；
剩余污泥M排泥,VSS中的VSS总量满足以下理论表达式：
M排泥,VSS＝Vwas×VSS排泥＝每日产生的异养菌VSS值+每日产生的内源呼吸产物VSS值+每日产生的自养菌VSS值+累积不可生化降解颗粒型有机物的VSS值；
即得C17.
Vwas·VSS排泥＝VwwYh(CODT,进水–CODT，出水)/(1+kd·SRT)+fdkdVwwYh(CODT,进水–COD T，出水)/(1+kd·SRT)+
VwwYn(TN进水–NH3-N出水)/(1+kdn·SRT)+Vww·SRT·VSSXI
其中人工测得数据包括：
Vwas–每日实际排泥的体积，m3/d，
VSS排泥–剩余污泥的VSS浓度,g/m3，
CODT,进水–进水总COD,g/m3，
CODT，出水–出水总COD,g/m3，
Vww–每日SBR处理的污水量,m3/d，
TN进水–进水总氮浓度，g/m3，
NH3-N出水–出水氨氮浓度，g/m3，
Yh–异养菌产率，0.4gVSS/gCOD，
kd–异养菌衰解速率，0.1gVSS/gCOD·d-1，
fd–内源呼吸产物的产率，0.1gVSS/gVSS，
Yn–自养菌产率，0.17gVSS/gCOD，
kdn–自养菌衰解速率，0.1gVSS/gCOD·d-1，
等式中SRT为SBR平均污泥龄，是在制定SBR运行方式时确定的量：
SRT–平均污泥泥龄，d；
步骤C17中唯一的未知参数为进水中不可生化降解的可挥发性颗粒性物质浓度VSSXI，根据步骤C17计算得出VSSXI；
进水中不可生化降解颗粒型COD浓度XI＝VSSXI·FCV，其中FCV为颗粒型COD与VSS比值；
可生化降解颗粒型COD浓度XSP＝CODT，进水-COD1.2μm，进水-XI；
最后，计算得出进水中不可生化降解颗粒性COD组分Fup，即XI占进水总COD浓度的比例，Fup＝XI/CODT，进水。
由此，污水的COD各组分均可以得到初步的确定。
D10.SBR的模拟，进水COD组分校准与确定；
将步骤C10中计算所得的各种组分作为活性污泥模型的输入项，对SBR的运行进行模拟计算。此处需要说明的是，活性污泥模型包括国际水协会发布的公开ASM类模型或者购买的商业模型，ASM模型可选择类型具体可以参考WA(国际水协会)出版的《ACTIVATEDSLUDGE MODELS ASM1,ASM2,ASM2d AND ASM3》(该书出版于2000年，作者为HENZE M,GUJERW,MINO T等人，国际标准书号ISBN：1 900222 24 8)，其中提及的模型只要可以实现本实施例所提到的效果或者解决相关问题，均可以进行使用，本实施例不进行特别限定；商业模型为可以通过公开渠道购买的本领域的处理模型。模拟过程包括以下具体步骤，
D11.对SBR运行的启动阶段进行模拟；模拟的反应器运行时长为2-3个泥龄SRT；
D12.对SBR运行的集中监测阶段进行模拟；并将MLSS、MLVSS二者的模拟计算值与实测值进行对比；
D13.根据步骤D12的对比结果调整步骤C17中的Fup，直到模拟计算与实测MLSS的重合度不低于85％，参照附图6；Fup每一次调整都需要从SBR运行起始日开始模拟；
D14.模拟与实测MLSS的重合度达标后，根据出水的COD调整步骤C12中的Fus。
E10.硝化菌生长速率的校准；
E11.将步骤B13中的检测参数在模拟中用作对活性污泥模型中硝化菌生长速率的校准；将每日的NH3-N,NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值进行对比；
E12.调整硝化菌生长速率，直至每日的NH3-N,NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值的重合度不低于85％，参照附图6。
F10.步骤E10后，在模型中使用进水组分Fbs、FCOL、FCV、Fus、Fup、FNA、FPO4及硝化菌生长速率设为模拟中修正后的参数值，以SBR运行中每日测得的实际进水CODT，进水、TN进水、TP进水、TSS进水和VSS进水浓度为模型输入值，从初始状态再次进行模拟，同时满足MLSS、MLVSS、CODT，出水、NH3-N、NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值的重合度不低于85％，完成模拟。最终同时确定了该污水的组分及其对硝化作用的影响。
本发明的水质组分分析方法解决了现存的对进水水质了解不足；在工艺设计中可能会出现反应器中曝气区和非曝气区分区不合理的情况，其中曝气区是指给反应器提供空气或氧气，促进好氧微生物反应进行，实现氨氮被氧化、有机物被氧化，非曝气区指仅搅拌而不提供空气或氧气，促进微生物利用硝态氮氧化有机物等过程。进水水质中COD组分对于曝气、非曝气区分配、回流量设置有重要影响；此外进水TSS和VSS对于合理设计二沉池尺寸与生化工艺处理量匹配有重要作用；有助于解决设计处理能力与实际处理能力不符、运行参数不合理、污水厂在运行中难以优化等若干问题。
需要说明的是，1)在SBR运行阶段始终测量进水各指标，可以获得多日平均值，比随机单次或几次取样获得的结果更加具有代表性；2)反应装置采取SBR反应器，只需一个搅拌器，对设备要求不高；方便直接手动进水、排泥和滗水，且每日只需一次，不需要相应的进出水水泵设备；污水指标的检测可以采用相应的商品测试套装、便携型加热消解设备及便携性紫外风光光度计型分析仪，不需要昂贵的实验室配套；3)本方法克服了胶体物质对于污泥VSS浓度的影响，明确了统一使用相同孔径1.2μm的玻璃纤维滤膜，从而避免了数据偏差，达到更科学、更准确的污水组分分析目的；4)通过设置合理的SBR的泥龄，保证SBR在处理装置的混合阶段维持合理的混合液污泥浓度MLSS，以及良好的污泥沉降性，进而使SBR达到稳态，达到模拟一个平稳运行的污水处理装置状态，再对SBR的运行进行集中详尽的检测，收集数据、充分掌握进水水质特征；5)本方法一改未建污水厂地区以前随机采样的水质检测方法，创新地将序批式反应器SBR的运行、化学检测以及科学可靠严谨的计算式结合在一起，为调研水质提供了更科学、更准确的定量方法。
污水厂的设计与实际运行存在着脱节的现象；从方案设计开始进行精细化地把控，可以从源头上杜绝污水厂设计的不合理，为运行中的节能降耗奠定基础。本方法测得的COD组分能更加有效地帮助设计人员确定工艺方案、分区方式和曝气需求。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种未建污水厂地区的水质组分分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
A10.序批式反应器SBR的运行；
运行SBR至稳态；在相同的进水和运行条件下，SBR处理后的反应器内的活性污泥浓度及出水中各指标浓度均不再随时间变化即达到稳态；
A11.SBR污水处理装置的单次循环时间为24小时，每次循环的操作包括进水、混合、排泥、沉降、滗水五个阶段；SBR污水处理装置维持在20℃运行；进水阶段将定量的污水倒入SBR污水处理装置；混合阶段搅拌混合并开启曝气，并保持反应器处于全混状态进行好氧生化反应；在混合阶段的末期进行定量排泥，维持SBR污水处理装置以稳定的污泥泥龄SRT运行；排泥结束后关闭曝气和混合，进入沉降阶段实现泥水分离；滗水阶段将经过生化处理并实现泥水分离后的上清液排出；
A12.SBR运行的启动阶段，从一污水处理厂获得回流污泥，沉降后取浓缩的1L污泥作为生化反应器启动运行的污泥，启动当日按照SBR的循环设置开始运行SBR，运行2-3个SRT，SBR达到稳态；
达到稳态阶段后的12-15天为集中监测阶段；
B10.SBR的监测；
B11.在SBR运行的启动阶段进行每日的水质检测；
B12.在SBR运行的集中监测阶段进行每日的水质检测；
在步骤B11和B12中，水质检测指标包括进水和出水中的CODT、COD1.2μm、COD0.45μm、TN、NH3-N、TP、PO4-P、TSS和VSS，及SBR污水处理装置中的MLSS和MLVSS；其中，
CODT指将水样通过均质器进行均质搅拌后测得的总COD；
COD1.2μm指水样通过孔径为1.2μm的滤膜后滤液中的化学需氧量COD，具体包括真正可溶的COD及胶体型COD；
COD0.45μm指水样通过孔径为0.45μm的滤膜后滤液中的化学需氧量COD，具体为真正可溶的COD；
TN指水样中的总氮含量；
TP指水样中的总磷含量；
NH3-N指水样中的氨氮含量；
PO4-P指水样中的溶解性正磷酸盐含量；
TSS指水样中总悬浮颗粒固体浓度；
VSS指水样中挥发性悬浮颗粒固体浓度；
TSS与VSS的差值为ISS，ISS指水样中无机悬浮颗粒固体浓度；
MLSS为在混合状态下SBR污水处理装置混合液中的悬浮颗粒固体浓度；
MLVSS为在混合状态下SBR污水处理装置混合液中的挥发性悬浮颗粒固体浓度；
B13.在SBR运行的集中监测阶段监测硝化效果；在SBR污水处理装置的混合阶段每隔30至45分钟进行一次取样，并用孔径为1.2μm的滤膜过滤，检测参数NH3-N,NO2-N和NO3-N；
NO3-N指水样中的硝酸盐氮含量；
NO2-N指水样中的亚硝酸盐氮含量；
C10.进水污水组分确定；
C11.快速可生化降解COD组分比例Fbs＝(COD0.45μm，进水–COD1.2μm，出水)/CODT，进水；
C12.不可生化降解溶解型COD组分比例Fus＝COD1.2μm，出水/CODT，进水；
C13.胶体型COD组分比例FCOL＝(COD1.2μm，进水–COD0.45μm，进水)/CODT，进水；
C14.颗粒型COD与VSS比值FCV＝(CODT，进水-COD1.2μm，进水)/VSS进水；步骤C10还包括：
C15.进水TN中氨氮的比值FNA＝NH3-N/TN；
C16.进水TP中正磷酸盐的比值FPO4＝PO4-P/TP；步骤C10中还包括：
在SBR运行的集中监测阶段，检测每日产生的剩余污泥量，剩余污泥量指每日从SBR中排放的污泥TSS总量M排泥,TSS及VSS总量M排泥,VSS；
M排泥,VSS＝Vwas×VSS排泥＝每日产生的异养菌VSS值+每日产生的内源呼吸产物VSS值+每日产生的自养菌VSS值+累积不可生化降解颗粒型有机物的VSS值；
即得C17.
Vwas·VSS排泥＝VwwYh(CODT，进水–CODT，出水)/(1+kd·SRT)+fdkdVwwYh(CODT，进水–COD T，出水)/(1+kd·SRT)+
VwwYn(TN进水–NH3-N出水)/(1+kdn·SRT)+Vww·SRT·VSSXI
其中人工测得数据包括：
Vwas–每日实际排泥的体积，m3/d，
VSS排泥–剩余污泥的VSS浓度,g/m3，
CODT，进水–进水总COD,g/m3，
CODT，出水–出水总COD,g/m3，
Vww–每日SBR处理的污水量,m3/d，
TN进水–进水总氮浓度，g/m3，
NH3-N出水–出水氨氮浓度，g/m3，
Yh–异养菌产率，0.4gVSS/gCOD，
kd–异养菌衰解速率，0.1gVSS/gCOD·d-1，
fd–内源呼吸产物的产率，0.1gVSS/gVSS，
Yn–自养菌产率，0.17gVSS/gCOD，
kdn–自养菌衰解速率，0.1gVSS/gCOD·d-1，
SRT–平均污泥泥龄，d；
步骤C17中唯一的未知参数为进水中不可生化降解的可挥发性颗粒性物质浓度VSSXI，根据步骤C17计算得出VSSXI；
进水中不可生化降解颗粒型COD浓度XI＝VSSXI·FCV，其中FCV为颗粒型COD与VSS比值；
可生化降解颗粒型COD浓度XSP＝CODT，进水-COD1.2μm，进水-XI；
最后，计算得出进水中不可生化降解颗粒性COD组分Fup，即XI占进水总COD浓度的比例，Fup＝XI/CODT，进水。
2.根据权利要求1所述的未建污水厂地区的水质组分分析方法，其特征在于，
还包括以下步骤：
D10.SBR的模拟，进水COD组分进一步校准与确定；
将步骤C10中计算所得的各种组分作为活性污泥模型的输入项，对SBR的运行进行模拟计算，模拟过程包括以下具体步骤，
D11.对SBR运行的启动阶段进行模拟；模拟的反应器运行时长为2-3个泥龄SRT；
D12.对SBR运行的集中监测阶段进行模拟；并将MLSS、MLVSS二者的模拟计算值与实测值进行对比；
D13.根据步骤D12的对比结果调整步骤C17中的Fup，直到模拟计算与实测MLSS的重合度不低于85％；Fup每一次调整都需要从SBR运行起始日开始模拟；
D14.模拟与实测MLSS的重合度达标后，根据出水的COD调整步骤C12中的Fus。
3.根据权利要求2所述的未建污水厂地区的水质组分分析方法，其特征在于，
还包括以下步骤：
E10.硝化菌生长速率的校准；
E11.将步骤B13中的检测参数在模拟中用作对活性污泥模型中硝化菌生长速率的校准；将每日的NH3-N,NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值进行对比；
E12.调整硝化菌生长速率，直至每日的NH3-N,NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值的重合度不低于85％。
4.根据权利要求3所述的未建污水厂地区的水质组分分析方法，其特征在于，
还包括以下步骤：
F10.步骤E10后，在模型中使用进水组分Fbs、FCOL、FCV、Fus、Fup、FNA、FPO4及硝化菌生长速率设为模拟中修正后的参数值，以SBR运行中每日测得的实际进水CODT，进水、TN进水、TP进水、TSS进水和VSS进水浓度为模型输入值，从初始状态再次进行模拟，同时满足MLSS、MLVSS、CODT,出水、NH3-N、NO2-N和NO3-N的模拟计算值与实测值的重合度不低于85％，完成模拟。
5.根据权利要求1-4任一所述的未建污水厂地区的水质组分分析方法，其特征在于，SBR的泥龄SRT为10-30天。
6.根据权利要求5所述的未建污水厂地区的水质组分分析方法，其特征在于，当该地区的进水COD为100–200mg/L时,SBR的泥龄SRT为20-30天。
7.根据权利要求1-4任一所述的未建污水厂地区的水质组分分析方法，其特征在于，当不便每天获取新鲜污水时，则每次获取SRB运行3-5天所需的污水量，污水的储存温度配置为4℃；使用存储污水时，每天将污水注入到SBR之前，对污水用温水浴将温度提升到20℃。
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