申请日2011.11.25
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号G01N27/00
摘要
一种基于DO突变率的城市污水生物抑制性实时监控系统与方法，监控系统是利用由曝气混合槽和折流式生物反应器邻接组成的曝气混合折流式生物反应器，用DO1在线监测仪和DO2在线监测仪组成的DO检测系统监测曝气混合槽中DO1值与折流式生物反应器出口位置的DO2值，传输到PLC控制系统中，根据公式DO2T=(DO22-DO21)/DO21*100%，计算DO2的突变率，与预设的DO2突变率值DO2T1、DO2T2以及DO2T3比较，可判断活性污泥中OUR的变化情况，进而判断活性污泥受抑制情况。
权利要求书
1.一种基于DO突变率的城市污水生物抑制性实时监控系统，包括接通 到污水供给系统(1)和污泥供给系统(2)的曝气混合折流式生物反应器(5)， 其特征在于，曝气混合折流式生物反应器(5)由曝气混合槽(5-1)和折流 式生物反应器(5-2)邻接组成，曝气混合槽(5-1)和折流式生物反应器(5-2) 的底部平齐，槽壁相邻，曝气混合槽(5-1)与折流式生物反应器(5-2)共 用一个槽壁(19)，槽壁(19)上有连通孔(20)，水位齐平，连通孔(20)位 置低于水位，曝气混合槽(5-1)接通污水供给系统(1)和污泥供给系统(2)， 折流式生物反应器(5-2)出口接到水位控制虹吸三通(14)的弯管，虹吸三 通(14)的出液管连接排水管(16)，虹吸三通(14)的支管连接通气管(15)， DO检测系统包括DO1在线监测仪(11)和DO2在线监测仪(13)，DO1在线监 测仪(11)的DO1电极探头(10)位于曝气混合槽(5-1)中，DO2在线监测 仪(13)的DO2电极探头(12)位于折流式生物反应器(5-2)的出口，DO1在线监测仪(11)和DO2在线监测仪(13)的信号输出端连接到PLC控制系 统(17)，PLC控制系统(17)接有报警系统(18)。
2.根据权利要求1所述的实时监控系统，其特征在于，污水供给系统(1) 与曝气混合折流式生物反应器(5)之间的连接管道上有污水泵(3)，污泥 供给系统(2)与曝气混合折流式生物反应器(5)之间的连接管道上有污泥 泵(4)。
3.根据权利要求1所述的实时监控系统，其特征在于，所述曝气混合折 流式生物反应器(5)底部配置有磁力搅拌器(6)，曝气混合槽(5-1)内底 有曝气头(9)，曝气头(9)连接曝气机(8)，曝气混合槽(5-1)内底和 折流式生物反应器(5-2)内底有搅拌子(7)。
4.一种基于权利要求1所述实时监控系统的监控方法，其特征在于，包 括以下步骤：
步骤一，将污泥流量Q2和污水流量Q1按照体积比Q2∶Q1=1∶4的比例泵 入曝气混合折流式生物反应装置(5)中，打开曝气泵，曝气强度保证曝气混 合槽(5-1)中DO1值为2-3mg/L以上，曝气混合槽(5-1)中泥水混合物水 力停留时间为1～2min，使污泥和污水充分曝气混合;
步骤二，使充分曝气混合后的泥水混合物通过连通孔(20)流入折流式 生物反应器(5-2)，利用DO1在线监测仪(11)和DO2在线监测仪(13)分 别监测曝气混合后初始溶解氧DO1和折流式生物反应器(5-2)出口端溶解氧 DO2;
步骤三，将DO1和DO2的值输入到PLC控制系统(17)，通过调节曝气机 (8)曝气量控制DO1相对稳定为2-3mg/L，根据公式DO2T=(DO22-DO21) /DO21*100%，计算DO2的突变率，其中DO21为T1时刻的DO2值，DO22为T2时刻 的DO2值，DO2T为DO2的突变率;
步骤四，在PLC控制系统(17)中预设三个DO2突变率值DO2T1、DO2T2以 及DO2T3，DO2T1 当DO2T≤DO2T1，不报警，表明废水中无生物抑制性物质; 当DO2T1 当DO2T2 当DO2T>DO2T3，PLC控制系统(17)控制报警系统(18)报警，表明废水 中存在生物抑制性物质，抑制性很强，需引起严重关注。 5.根据权利要求4所述的监控方法，其特征在于，利用磁力搅拌器(6) 和搅拌子(7)的搅拌作用保持曝气混合槽(5-1)和折流式生物反应器(5-2) 中的污泥呈悬浮状态。 6.根据权利要求4所述的监控方法，其特征在于，当需要发出报警时， 根据OURT的不同值，PLC控制系统(17)控制报警系统(18)发出不同的报 警信号。 7.根据权利要求4所述的监控方法，其特征在于，DO2值取样时间间隔 取值范围为2～5min。 8.根据权利要求4所述的监控方法，其特征在于，DO2T1=50%，DO2T2=100%， DO2T3=200%。 说明书 基于DO突变率的城市污水生物抑制性实时监控系统与方法 技术领域 本发明涉及含工业废水的城市污水处理领域，尤其是涉及基于OUR的城 市污水生物抑制性实时监控系统与方法。 背景技术 当前，活性污泥法是城市污水处理领域中的主要工艺。大多数城市污水 由生活污水和工业废水混合组成，其中工业废水成分复杂，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，城市污水生物抑制 性实时监控设备的研究与开发有着重要的实际意义，可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 元的正常运行及出水水质达到排放标准。 在污水处理厂运行过程中，通常只会对常规的综合性指标(BOD5、COD 等)进行监测，通过(BOD5/COD)判断污水的可生化性(或生物抑制性)， 单检测BOD5就需要5天以上的时间，具有严重的滞后性，不能及时准确地为 污水处理运行的调整提供依据。如果直接对污水中的有毒有害物质进行监测， 监测项目多，成本高，有些项目耗时较长，同样难以及时准确地反映污水生 物抑制性程度，并且目前还缺乏有毒有害物质对微生物抑制作用的综合评价 体系，即有毒有害物质的种类、剂量等。 有毒有害物质对微生物的抑制性(毒性)可以从其生物速率、生物量等 方面进行考察，目前的检测技术包括ATP发光、酶抑制和Microtox等毒性检 测方法，这些方法的测试对象和测定条件与实际污水处理厂活性污泥系统完 全不同，测试结果不能真实反映活性污泥中微生物的受抑制情况;也不能进 行在线监测。 耗氧速率(又称为呼吸速率，OUR)是活性污泥微生物好氧利用有机物时 的氧消耗速率，是表征活性污泥微生物活性的理论指标，即活性污泥OUR的 变化情况就可反应微生物抑制性程度。在这一原理基础上开发的污水生物抑 制性实时监控设备较少，已开发的设备存在系统复杂、需外加营养物质、响 应时间长等问题。根据OUR值计算式为：OUR=(DO1-DO2)/T(式中，T为生物 反应器的水力停留时间)开展探讨，若保持进水端DO1相对稳定，则可通过DO2的变化来判定OUR值的变化，即DO2升高，OUR值降低，微生物活性受到抑制; DO2值相对不变或降低，表明微生物活性未受到抑制。基于DO突变率的城市 污水生物抑制性实时监控系统比基于OUR的城市污水生物抑制性实时监控系 统在结构更简单、操作简单、响应更快、系统稳定性更好，类似的设备及其 应用未见报道。 发明内容 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于DO突变 率的城市污水生物抑制性实时监控系统与方法，可通过DO的突变情况间接判 断活性污泥中OUR的变化情况，进而判断活性污泥受抑制情况。 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 一种基于DO突变率的城市污水生物抑制性实时监控系统，包括接通到污 水供给系统1和污泥供给系统2的曝气混合折流式生物反应器5，曝气混合 折流式生物反应器5由曝气混合槽5-1和折流式生物反应器5-2邻接组成， 曝气混合槽5-1和折流式生物反应器5-2的底部平齐，槽壁相邻，曝气混合 槽5-1与折流式生物反应器5-2共用一个槽壁19，槽壁19上有连通孔20，水 位齐平，连通孔20位置低于水位，曝气混合槽5-1接通污水供给系统1和污 泥供给系统2，折流式生物反应器5-2出口接到水位控制虹吸三通14的弯管， 虹吸三通14的出液管连接排水管16，虹吸三通14的支管连接通气管15，DO 检测系统包括DO1在线监测仪11和DO2在线监测仪13，DO1在线监测仪11的 DO1电极探头10位于曝气混合槽5-1中，DO2在线监测仪13的DO2电极探头 12位于折流式生物反应器5-2的出口，DO1在线监测仪11和DO2在线监测仪 13的信号输出端连接到PLC控制系统17，PLC控制系统17接有报警系统18。 污水供给系统1与曝气混合折流式生物反应器5之间的连接管道上有污 水泵3，污泥供给系统2与曝气混合折流式生物反应器5之间的连接管道上 有污泥泵4。 所述曝气混合折流式生物反应器5底部配置有磁力搅拌器6，曝气混合 槽5-1内底有曝气头9，曝气头9连接曝气机8，曝气混合槽5-1内底和折流 式生物反应器5-2内底有搅拌子7。 本发明还提供了一种基于所述实时监控系统的监控方法，包括以下步骤： 步骤一，将污泥流量Q2和污水流量Q1按照体积比Q2∶Q1=1∶4的比例泵 入曝气混合折流式生物反应装置5中，打开曝气泵，曝气强度保证曝气混合 槽5-1中DO1值为2-3mg/L以上，曝气混合槽5-1中泥水混合物水力停留时 间为1～2min，使污泥和污水充分曝气混合; 步骤二，使充分曝气混合后的泥水混合物通过连通孔20流入折流式生物 反应器5-2，利用DO1在线监测仪11和DO2在线监测仪13分别监测曝气混合 后初始溶解氧DO1和折流式生物反应器5-2出口端溶解氧DO2; 步骤三，将DO1和DO2的值输入到PLC控制系统17，通过调节曝气机8 曝气量控制DO1相对稳定为2-3mg/L，根据公式DO2T=(DO22-DO21)/DO21*100%， 计算DO2的突变率，其中DO21为T1时刻的DO2值，DO22为T2时刻的DO2值，DO2T为DO2的突变率; 步骤四，在PLC控制系统17中预设三个DO2突变率值DO2T1、DO2T2以及DO2T3， DO2T1 当DO2T≤DO2T1，不报警，表明废水中无生物抑制性物质; 当DO2T1 当DO2T2 当DO2T>DO2T3，PLC控制系统17控制报警系统18报警，表明废水中存在 生物抑制性物质，抑制性很强，需引起严重关注。 步骤一种，可利用磁力搅拌器6和搅拌子7的搅拌作用保持曝气混合槽 5-1和折流式生物反应器5-2中的污泥呈悬浮状态。 步骤四中，DO2T1最好取50%，DO2T2最好取100%，DO2T3最好取200%。当需 要发出报警时，根据OURT的不同值，PLC控制系统17控制报警系统18发出 不同的报警信号。 曝气混合折流式生物反应器中DO2的取样时间间隔的取值范围为2～ 5min，根据实际废水的情况定。 与现有技术相比，本发明的优点是： (1)直接采集污水和污泥并输送到曝气虹吸装置混合与充氧，不需要贮 水池和贮泥池，减少了贮水池和贮泥池的搅拌设备; (2)不需要外加碳源物质，减少了碳源物质贮水池、搅拌设备及投加设 备; (3)采用采用曝气混合折流式生物反应装置，即可曝气充氧、泥水混合， 还可实现推流，基本消除返混和短流现象，与现有完全混合式生物反应器相 比，缩短抑制性反应响应时间;还可减少现有技术中第一反应室到第二反应 室之间的泵。 (4)只通过生物反应器出口端溶解氧DO2的突变率来判断活性污泥生物 受抑制情况，可杜绝采用OUR的方式判断受到进口端与出口端的两只溶氧仪 的系统误差而造成无法判断的情况(如检测值DO2>DO1的情况，无法计算OUR 值，就不能判断是否受到抑制了;因为理论上DO2值不会大于DO1值，溶解氧 一直在消耗，即便一点未消耗，也只能是DO2=DO1)。 (5)采用“保护对象、针对对象”的原则，污水处理厂(站)活性污泥 为废水生物抑制性实时监控系统的保护对象，本系统就实时采集生物处理单 元的活性污泥为检验对象，让污水直接与活性污泥接触并反应，自动检测生 物反应器出口DO的突变情况来推断OUR的变化情况，以判断污水生物抑制性 程度，针对性强。 (6)综合以上优点，与类似技术相比，设备小、结构简单、成本低、操 作简单、实时性强、系统稳定性好、针对性强等。
