活性污泥沉降浓缩综合性能测定方法

　　申请日2015.12.29

　　公开(公告)日2016.05.11

　　IPC分类号G01N15/04; G01N21/17; G01N29/024

　　摘要

　　本发明涉及一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置及测定方法，其特征在于：所述测定装置包括一沉降柱，所述沉降柱包括一上层腔室和一下层腔室，在所述上层腔室的底部设置一排水管，在所述下层腔室中设置一抽水泵，所述抽水泵的进口与一贯穿所述下层腔室的侧壁的取样管连接，所述抽水泵的出口与一伸入所述上层腔室的管路连接;在所述下层腔室中设置一曝气器，所述曝气器通过一伸入所述上层腔室的气管连接一曝气头;在所述上层腔室的顶部设置一超声波信号发射传感器和一超声波信号接收传感器，在所述上层腔室的中部设置一红外光发射传感器和一红外光检测器。

　　摘要附图

 

　　权利要求书

　　1.一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置，其特征在于：它包括一沉降柱，所述沉降柱包括一上层腔室和一下层腔室，在所述上层腔室的底部设置一排水管，在所述下层腔室中设置一抽水泵，所述抽水泵的进口与一贯穿所述下层腔室的侧壁的取样管连接，所述抽水泵的出口与一伸入所述上层腔室的管路连接;在所述下层腔室中设置一曝气器，所述曝气器通过一伸入所述上层腔室的气管连接一曝气头;在所述上层腔室的顶部设置一超声波信号发射传感器和一超声波信号接收传感器，在所述上层腔室的中部设置一红外光发射传感器和一红外光检测器。

　　2.如权利要求1所述的一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置，其特征在于：还包括一带有数据采集卡的微型计算机，所述数据采集卡分别与所述超声波信号发射传感器、超声波信号接收传感器、红外光发射传感器、红外光检测器电连接。

　　3.如权利要求1或2所述的一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置，其特征在于：在所述取样管和排水管上分别设置一阀门。

　　4.如权利要求1或2所述的一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置，其特征在于：所述沉降柱的材质为有机玻璃。

　　5.一种基于如权利要求1至4任一项所述的装置所实施的活性污泥沉降浓缩综合性能测定方法，包括以下步骤：

　　1)将取样管与曝气池的末端或二沉池的前端连接;

　　2)利用抽水泵将一定量的污泥混合液泵入沉降柱的上层腔室中;

　　3)启动曝气器，对所取的样品混合液进行曝气，使样品混合液混匀;

　　4)控制红外光发射传感器向样品混合液发射红外光，并实时采集及记录红外光检测器测得的样品混合液的污泥浓度值MLSS;与此同时，控制超声波信号发射传感器向样品混合液持续发射超声波，利用超声波信号接收传感器对经过污泥上表面反射回来的超声波信号进行接收，并记录发射与接收信号的时间间隔Δt，由下式求得不同时刻的污泥层高度：

　　H=H0-h=H0-1/2cΔt

　　式中，H表示污泥层高度;H0表示沉降柱中液面的高度;h表示沉降柱中的液面到污泥上表面的距离;c表示超声波的传播速度;Δt表示超声波信号从发射到被接收的时间;

　　上述数据采集过程持续90min，每隔10s采集并计算出一个污泥层高度和污泥浓度值;

　　5)将步骤4)所获得的数据处理成污泥沉降曲线;

　　6)计算用于表征污泥沉降浓缩综合性能的关键参数。

　　6.如权利要求5所述的一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定方法，其特征在于：所述步骤6)中关键参数的计算方法如下：

　　①污泥容积指数SVI值：数据采集卡采集到的沉降30min后的污泥层高度以SV30表示，结合第一次采集到的污泥浓度值MLSS1以及沉降柱的体积Q，计算得到污泥容积指数SVI值：

　　$SVI=\frac{1000{\mathrm{SV}}_{30}}{Q\·{\mathrm{MLSS}}_1};$

　　②SSVI3.5值：根据通过实验得到的普适性经验公式SSVI3.5=0.67SVI(3Q/10SV30)0.6求得SSVI3.5值;

　　③成层沉降速率VZS值：截取步骤5)得到的污泥沉降曲线上的第一个近似为直线的部分作为成层沉降阶段，在该部分上找到斜率最大的位置做切线，该切线的斜率就是成层沉降速率VZS值;

　　④压缩沉降速率VCS值：截取步骤5)得到的污泥沉降曲线的第二个近似为直线的部分，取该部分的中点做切线，该切线的斜率就是压缩沉降速率VCS值;

　　⑤压缩浓缩速率UCS值：通过实验得到的普适性经验公式求得UCS值：

　　UCS=(dXs)/dt=-15.593(SVI)(-0.408)[-3.171ln(SVI)-1.8694]e([-3.171ln(SVI)-1.8694]/t)/t2，

　　式中，Xs表示沉降柱底部的污泥浓度;e表示自然对数;t表示时间;

　　⑥极限污泥浓度X∞值：通过实验得到的普适性经验公式求得X∞值：

　　Xs=15.593(SVI)(-0.408)e([-3.171ln(SVI)-1.8694]/t)+66.023(SVI)(-0.428)

　　上式中，当t取值为无穷大时，得到的Xs即为X∞值。

　　7.如权利要求5或6所述的一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定方法，其特征在于：完成关键参数的测量后，将样品混合液通过排水管排出，然后利用抽水泵向沉降柱的上层腔室中泵入清水，并启动曝气器对上层腔室进行清洗，清洗5min后将清水从排水管排出。

　　说明书

　　一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置及测定方法

　　技术领域

　　本发明涉及一种应用于污水处理系统中的活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置及测定方法，属于污水处理领域。

　　背景技术

　　活性污泥法是城镇污水生物处理中最传统和重要的方法，污水处理过程的生产环境条件多变且恶劣(比如进水水质的变化、气候的变化、微生物种群的变化等)，其处理效果易受外界环境的干扰和影响，导致污水处理不能正常的进行。比如活性污泥的沉降浓缩性能会受到雨季污水组成变化的影响，这主要是因为污泥中离子强度的变化引起的，一旦二沉池中的污泥沉降浓缩性能发生改变，有可能就会导致二沉池中的泥层变化和底部回流污泥浓度的变化，最终的结果是会影响出水的SS(悬浮物浓度)值和曝气池生物量的变化，因此活性污泥的沉降浓缩性能是反应活性污泥物理状态的一个非常重要的综合指标。然而，由于实时在线检测方法的限制，一般污水处理厂污泥沉降性能特征的确定往往通过批沉降实验获得，但是这种方法耗时长，而且一天监测一次，不能实时的反映活性污泥特性的变化。因此为了连续地获得二沉池中活性污泥的沉降浓缩特征和浓度的变化，就需要一个简便的污泥沉降浓缩综合性能的自动分析系统，这对于污水处理厂的运行优化有重要的意义。

　　现有的污水处理厂通常采用人工方法通过批次沉降实验求得污泥容积指数SVI、成层沉降速率VZS的值，一方面此方法存在着人为操作和读数的误差，而且一天监测一次，不能实时的反映活性污泥特性的变化;另一方面监测的指标偏少并不能真实的很好的反应活性污泥的状态。目前并无活性污泥的沉降浓缩综合性能测定技术和装置。

　　发明内容

　　针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实时、自动测定活性污泥的沉降浓缩综合性能的活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置及测定方法。

　　为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定装置，其特征在于：它包括一沉降柱，所述沉降柱包括一上层腔室和一下层腔室，在所述上层腔室的底部设置一排水管，在所述下层腔室中设置一抽水泵，所述抽水泵的进口与一贯穿所述下层腔室的侧壁的取样管连接，所述抽水泵的出口与一伸入所述上层腔室的管路连接;在所述下层腔室中设置一曝气器，所述曝气器通过一伸入所述上层腔室的气管连接一曝气头;在所述上层腔室的顶部设置一超声波信号发射传感器和一超声波信号接收传感器，在所述上层腔室的中部设置一红外光发射传感器和一红 外光检测器。

　　还包括一带有数据采集卡的微型计算机，所述数据采集卡分别与所述超声波信号发射传感器、超声波信号接收传感器、红外光发射传感器、红外光检测器电连接。

　　在所述取样管和排水管上分别设置一阀门。

　　所述沉降柱的材质为有机玻璃。

　　一种活性污泥沉降浓缩综合性能测定方法，包括以下步骤：

　　1)将取样管与曝气池的末端或二沉池的前端连接;

　　2)利用抽水泵将一定量的污泥混合液泵入沉降柱的上层腔室中;

　　3)启动曝气器，对所取的样品混合液进行曝气，使样品混合液混匀;

　　4)控制红外光发射传感器向样品混合液发射红外光，并实时采集及记录红外光检测器测得的样品混合液的污泥浓度值MLSS;与此同时，控制超声波信号发射传感器向样品混合液持续发射超声波，利用超声波信号接收传感器对经过污泥上表面反射回来的超声波信号进行接收，并记录发射与接收信号的时间间隔Δt，由下式求得不同时刻的污泥层高度：

　　H=H0-h=H0-1/2cΔt

　　式中，H表示污泥层高度;H0表示沉降柱中液面的高度;h表示沉降柱中的液面到污泥上表面的距离;c表示超声波的传播速度;Δt表示超声波信号从发射到被接收的时间;

　　上述数据采集过程持续90min，每隔10s采集并计算出一个污泥层高度和污泥浓度值;

　　5)将步骤4)所获得的数据处理成污泥沉降曲线;

　　6)计算用于表征污泥沉降浓缩综合性能的关键参数。

　　所述步骤6)中关键参数的计算方法如下：

　　①污泥容积指数SVI值：数据采集卡采集到的沉降30min后的污泥层高度以SV30表示，结合第一次采集到的污泥浓度值MLSS1以及沉降柱的体积Q，计算得到污泥容积指数SVI值：

　　$SVI=\frac{1000{\mathrm{SV}}_{30}}{Q\·{\mathrm{MLSS}}_1};$

　　②SSVI3.5值：根据通过实验得到的普适性经验公式SSVI3.5=0.67SVI(3Q/10SV30)0.6求得SSVI3.5值;

　　③成层沉降速率VZS值：截取步骤5)得到的污泥沉降曲线上的第一个近似为直线的部分作为成层沉降阶段，在该部分上找到斜率最大的位置做切线，该切线的斜率就 是成层沉降速率VZS值;

　　④压缩沉降速率VCS值：截取步骤5)得到的污泥沉降曲线的第二个近似为直线的部分，取该部分的中点做切线，该切线的斜率就是压缩沉降速率VCS值;

　　⑤压缩浓缩速率UCS值：通过实验得到的普适性经验公式求得UCS值：

　　UCS=(dXs)/dt=-15.593(SVI)(-0.408)[-3.171ln(SVI)-1.8694]e([-3.171ln(SVI)-1.8694]/t)/t2，

　　式中，Xs表示沉降柱底部的污泥浓度;e表示自然对数;t表示时间;

　　⑥极限污泥浓度X∞值：通过实验得到的普适性经验公式求得X∞值：

　　Xs=15.593(SVI)(-0.408)e([-3.171ln(SVI)-1.8694]/t)+66.023(SVI)(-0.428)

　　上式中，当t取值为无穷大时，得到的Xs即为X∞值。

　　完成关键参数的测量后，将样品混合液通过排水管排出，然后利用抽水泵向沉降柱的上层腔室中泵入清水，并启动曝气器对上层腔室进行清洗，清洗5min后将清水从排水管排出。

　　本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明测定装置设置一包括上层腔室和下层腔室的沉降柱，在下层腔室中设置用于将样品混合液送入上层腔室的抽水泵以及曝气器，在上层腔室中设置用于测定污泥层高度的超声波信号发射传感器和超声波信号接收传感器，以及用于测定污泥浓度值的红外光发射传感器和一红外光检测器，因此，不仅可以实现实时测量，而且测量结果更为准确。2、本发明基于测量对样品混合液的数据测量和采集，进一步计算获得多个表征污泥沉降浓缩综合性能的关键参数，包括污泥容积指数SVI值、SSVI3.5值、成层沉降速率VZS值、压缩沉降速率VCS值、压缩浓缩速率UCS值、极限污泥浓度X∞值等，因此本发明所获取的性能参数更全面。本发明可广泛应用于采用各种活性污泥法工艺的污水处理厂，可通过自动取样、实时分析来进行污水生物处理过程中活性污泥沉降浓缩综合性能的实时连续测定。