申请日2018.04.24
公开(公告)日2018.08.17
IPC分类号G01N33/18; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种污水有机质组分的检测装置及方法。这种污水有机质组分的检测装置包括密闭容器、密封塞、具回流孔防溅球、电动搅拌机、曝气头、溶解氧探头、温度传感器、电热棒、温度与溶解氧测定仪、数据信号输入端、计算机、数据输出端、控制器、出气阀继电器、电热棒继电器、电动搅拌机继电器、曝气继电器、气泵和出气阀。还公开了一种使用该检测装置检测污水有机质组分的方法。本发明的检测方法基于活性污泥法模型，一方面从生化反应角度按照有机物的生物降解过程，另一方面从物理性质角度按照存在形态的表现形式对污水组成进行划分，并依据不同的机理提出测定方案，提高有机物组分检测效率及准确度。
权利要求书
1.一种污水有机质组分的检测装置，其特征在于：
包括反应系统、检测系统、控制系统和数据采集系统;
反应系统包括密闭容器，密闭容器的顶部设有密封塞，密封塞中依次设有具回流孔防溅球、电动搅拌机、溶解氧探头、温度传感器和电热棒，具回流孔防溅球通过出气阀与密封塞相连接，密闭容器的底部设有曝气头;
检测系统包括温度与溶解氧测定仪，温度与溶解氧测定仪分别与溶解氧探头和温度传感器相连接;
控制系统包括控制器，控制器设有出气阀继电器、电热棒继电器、电动搅拌机继电器和曝气继电器，出气阀继电器与出气阀相连接，电热棒继电器与电热棒相连接，电动搅拌机继电器与电动搅拌机相连接，曝气继电器通过气泵与曝气头相连接;
数据采集系统包括计算机，计算机设有数据信号输入端和数据输出端，数据信号输入端与温度与溶解氧测定仪相连接，数据输出端与控制器相连接。
2.根据权利要求1所述的一种污水有机质组分的检测装置，其特征在于：温度与溶解氧测定仪设定溶解氧浓度为2mg/L～6mg/L，温度为19.5℃～20.5℃。
3.一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)划分有机物组分：根据活性污泥ASM2D模型，将污水中的有机物划分为溶解性的发酵产物SA、可发酵的易生物降解有机物SF、溶解态不可生物降解有机物SI、颗粒性的缓慢可降解有机物XS、颗粒态不可生物降解有机物XI、异养菌XH;其中，SA和SF均属于易生物降解有机物SS;
2)采用间歇活性污泥法测定SI：取活性污泥接种于污水中，曝气，将出水絮凝沉淀，过滤后测定出水中溶解态CODf值为SI;
3)采用蒸馏冷凝方法测定SA：加热蒸馏污水，收集发酵产物馏出液，测定馏出液中的SA浓度;
4)测定SS、XS和XH：将活性污泥和污水加入到权利要求1所述的检测装置中密封，曝气，反应，测定污泥的耗氧速率变化曲线，通过对曲线面积积分来计算SS、XS和XH的浓度;
5)计算SF和XI：根据物料平衡计算SF和XI，其中：SF=SS-SA;XI=CODT-SS-XS-SI-XH。
4.根据权利要求3所述的一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：步骤2)具体为：取活性污泥接种于污水中，使污泥负荷与污泥量的比值F/M为0.05～0.2，连续曝气后取出水，在pH为10～11的条件下投加硫酸锌，再去除形成的胶体，过滤后测定出水中溶解态CODf值为SI。
5.根据权利要求3所述的一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：步骤3)中，加热蒸馏污水具体为在污水中加入0.5%～2%体积百分比的氢氧化钠溶液进行加热蒸馏，氢氧化钠溶液的质量浓度为5%～20%。
6.根据权利要求5所述的一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：步骤3)中，测定SA的方法为酸碱滴定法，具体为：使用氢氧化钠标准溶液对发酵产物馏出液进行滴定，以酚酞为指示剂，滴定的终点为pH=8.3且同时酚酞呈粉红色。
7.根据权利要求3所述的一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：步骤4)中，曝气需确保装置内的溶解氧浓度>6mg/L，然后停止曝气，加入硝化抑制剂抑制自养菌活动。
8.根据权利要求7所述的一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：步骤4)中，活性污泥和污水的混合液完全充满密闭容器，在密封状态下进行反应，反应的pH为7.5～8.5。
9.根据权利要求8所述的一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：步骤4)中，SS、XS和XH的浓度计算公式分别如下：
上述式中：
VW—污水体积，L;
V—污泥体积，L;
YH—异氧菌产率系数;
t1—耗氧速率变化曲线中第一个拐点的时间，h;
t2—耗氧速率变化曲线中第二个拐点的时间，h;
r1—耗氧速率变化曲线中从0到t1段的耗氧速率，mg/(L·min);
r2—耗氧速率变化曲线中从t1到t2段的耗氧速率，mg/(L·min);
r3—耗氧速率变化曲线中t2之后的耗氧速率，mg/(L·min);
r(t0)—t0时刻异氧菌的消耗速率，mg/(L·h);
μH—异氧菌最大比增长速率，d-1;
YH—异氧菌产率系数;
SS、XS和XH的浓度单位均为mg/L。
10.根据权利要求4或9所述的一种污水有机质组分的检测方法，其特征在于：活性污泥为处于内源呼吸状态的污泥，污泥的龄期为1天～3天。
说明书
一种污水有机质组分的检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种污水有机质组分的检测装置及方法。
背景技术
近十几年，活性污泥法得到了巨大发展，不仅能去除有机碳，还能脱氮除磷，但长期以来大多采用经验或半经验的方法对活性污泥系统进行设计和运行管理，对生物处理理论的研究并不深入。由于污水水质组分和活性污泥法过程的复杂性，为了对所研究现象的规律有更深刻的认识，应用活性污泥数学模型设计、管理和盖章污水处理厂是我国水处理技术必然的发展趋势。
随着数学模型和计算机技术在活性污泥工艺应用中的日趋频繁，国际水协(IWA)通过对之前研究者工作成果的总结，连续推出了活性污泥1-3号模型(ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3)，为国际上污水处理新技术开发、运行管理、工艺设计、科研提供了普遍适用的平台。将这些ASM系列模型应用于实际污水处理厂中，为污水厂的运行管理、现有工艺的优化、升级改造等提供了非常有用的理论依据。
然而，在实际应用中，ASM模型的有效使用均存在一定困难，主要原因在于进水水质的分析测定和模型参数的实际校正。由于ASM模型中包含了水中的COD、氮、磷等溶解性和非溶解性、惰性和非惰性物质，有些难以直接测量，有些分析测定方法尚未规范。而另一方面，模型进水组分因为不同地区经济、生活习惯、管网布置等因素不同，数值会有较大差异，不能直接引用国内外的研究成果，必须对它们进行实测。
目前，在我国的多数污水处理厂，大多只对常规指标，如COD、SS、氮磷等进行了监测和数据的收集，但对于这些组分的进一步细分以及模型参数的测定则少之又少。因此模型组分参数的测定是活性污泥数学模型在应用中急需克服的一大难题。随着活性污泥工艺的深入研究，其数学模型会越来越复杂，对各参数的准确性和可测性都会有更高的要求，而目前模型中模型参数的测定手段滞后于模型的发展。因此，通过可靠的检测方法和装置来获取模型参数显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水有机质组分的检测装置及方法，该方法基于活性污泥法模型，一方面从生化反应角度按照有机物的生物降解过程，另一方面从物理性质角度按照存在形态的表现形式对污水进行划分，并依据不同的机理提出测定方案，提高有机物组分检测效率及准确度。
本发明所采取的技术方案是：
一种污水有机质组分的检测装置，包括反应系统、检测系统、控制系统和数据采集系统;
反应系统包括密闭容器，密闭容器的顶部设有密封塞，密封塞中依次设有具回流孔防溅球、电动搅拌机、溶解氧探头、温度传感器和电热棒，具回流孔防溅球通过出气阀与密封塞相连接，密闭容器的底部设有曝气头;
检测系统包括温度与溶解氧测定仪，温度与溶解氧测定仪分别与溶解氧探头和温度传感器相连接;
控制系统包括控制器，控制器设有出气阀继电器、电热棒继电器、电动搅拌机继电器和曝气继电器，出气阀继电器与出气阀相连接，电热棒继电器与电热棒相连接，电动搅拌机继电器与电动搅拌机相连接，曝气继电器通过气泵与曝气头相连接;
数据采集系统包括计算机，计算机设有数据信号输入端和数据输出端，数据信号输入端与温度与溶解氧测定仪相连接，数据输出端与控制器相连接。
温度与溶解氧测定仪设定溶解氧浓度为2mg/L～6mg/L，温度为19.5℃～20.5℃。
一种污水有机质组分的检测方法，包括以下步骤：
1)划分有机物组分：根据活性污泥ASM2D模型，将污水中的有机物划分为溶解性的发酵产物SA、可发酵的易生物降解有机物SF、溶解态不可生物降解有机物SI、颗粒性的缓慢可降解有机物XS、颗粒态不可生物降解有机物XI、异养菌XH;其中，SA和SF均属于易生物降解有机物SS;
2)采用间歇活性污泥法测定SI：取活性污泥接种于污水中，曝气，将出水絮凝沉淀，过滤后测定出水中溶解态CODf值为SI;
3)采用蒸馏冷凝方法测定SA：加热蒸馏污水，收集发酵产物馏出液，测定馏出液中的SA浓度;
4)测定SS、XS和XH：将活性污泥和污水加入到上述的检测装置中密封，曝气，反应，测定污泥的耗氧速率变化曲线，通过对曲线面积积分来计算SS、XS和XH的浓度;
5)计算SF和XI：根据物料平衡计算SF和XI，其中：SF=SS-SA;XI=CODT-SS-XS-SI-XH。
检测方法的步骤2)具体为：取活性污泥接种于污水中，使污泥负荷与污泥量的比值F/M为0.05～0.2，连续曝气后取出水，在pH为10～11的条件下投加硫酸锌，再去除形成的胶体，过滤后测定出水中溶解态CODf值为SI。
检测方法的步骤3)中，加热蒸馏污水具体为在污水中加入0.5%～2%体积百分比的氢氧化钠溶液进行加热蒸馏，氢氧化钠溶液的质量浓度为5%～20%。
检测方法的步骤3)中，测定SA的方法为酸碱滴定法，具体为：使用氢氧化钠标准溶液对发酵产物馏出液进行滴定，以酚酞为指示剂，滴定的终点为pH=8.3且同时酚酞呈粉红色。
检测方法的步骤4)中，曝气需确保装置内的溶解氧浓度>6mg/L，然后停止曝气，加入硝化抑制剂抑制自养菌活动。
检测方法的步骤4)中，活性污泥和污水的混合液完全充满密闭容器，在密封状态下进行反应，反应的pH为7.5～8.5。
检测方法的步骤4)中，SS、XS和XH的浓度计算公式分别如下：
上述式中：
VW—污水体积，L;
V—污泥体积，L;
YH—异氧菌产率系数;
t1—耗氧速率变化曲线中第一个拐点的时间，h;
t2—耗氧速率变化曲线中第二个拐点的时间，h;
r1—耗氧速率变化曲线中从0到t1段的耗氧速率，mg/(L·min);
r2—耗氧速率变化曲线中从t1到t2段的耗氧速率，mg/(L·min);
r3—耗氧速率变化曲线中t2之后的耗氧速率，mg/(L·min);
r(t0)—t0时刻异氧菌的消耗速率，mg/(L·h);
μH—异氧菌最大比增长速率，d-1;
YH—异氧菌产率系数;
SS、XS和XH的浓度单位均为mg/L。
检测方法的步骤2)或步骤4)中，活性污泥为处于内源呼吸状态的污泥，污泥的龄期为1天～3天。
本发明的有益效果是：
1)本发明涉及到的方法是基于活性污泥法模型，一方面从生化反应角度按照有机物的生物降解过程，另一方面从物理性质角度按照存在形态的表现形式对污水组成进行划分，并依据不同的机理提出测定方案，提高有机物组分检测效率及准确度。
2)本发明涉及到的装置增加了具回流孔的防溅球，减少了在多次短时强曝气过程中混合液的损失，利用继电器控制具回流孔防溅球下端的出气阀，保证反应过程中反应器的密封性。
