汙水處理系統運行異常的生物活性監測裝置及其監測方法

2023-05-10 18:04:16

專利名稱：汙水處理系統運行異常的生物活性監測裝置及其監測方法
技術領域：
本發明涉及廢水生物處理技術領域，具體涉及一種汙水處理系 統運行異常的生物活性監測裝置及其監測方法。
背景技術：
A/A/0工藝作為典型的汙水脫氮除磷處理工藝，技術成熟，應用 廣泛。最基本的日常檢測指標包括曝氣池DO (溶解氧)、SVI (汙泥 容積指數)和出水COD (化學需氧量)(或B0D5，即五日生化需氧 量)及微生物鏡檢等，並以此作為工藝控制的依據。對於傳統活性 汙泥工藝，不可避免地受到水質及環境條件突然變化引發的衝擊， 時常出現汙泥膨脹、解體、上浮及生物泡沫等微生物相異常問題。 汙水處理廠日常運行管理中如不及時發現或採取有效的應對措施， 可能會對汙水處理效果及外圍環境造成重大影響。傳統的汙水處理 廠監控、預警體系，往往採取事後控制策略，只是針對水質或汙泥 表觀性能進行監測，本身存在一定的滯後性、靈敏度不高，以致影 響工藝控制的時效性。
汙泥是完成汙水處理過程的主要承擔者，也就是微生物的聚集 態，微生物的生理生化活性能夠直接反映一定生境下微生物的代謝 活性。目前，國內外研究者在某一特性種的微生物的生理生化活性 研究及水處理系統中微生相的分子生物學領域已獲得了豐富的成 果，但對於各種微生物菌群的群體生理生化活性及其在汙水處理中 的應用則較少。

發明內容
本發明的一個目的在於提供一種汙水處理系統運行異常的生物 活性監測裝置。
為了實現上述目的，本發明的技術方案如下汙水處理系統運 行異常的生物活性監測裝置，包括集水桶，集水桶與進水泵連接， 進水泵與厭氧池連接，厭氧池與兼氧池連接，兼氧池與曝氣池連 接，曝氣池與沉澱池連接，沉澱池通過汙泥回流泵與厭氧池連接。 曝氣池與兼氧池之間通過內回流泵連接，在厭氧池和兼氧池內均設 有攪拌機，在曝氣池內設有取樣點。
本發明的另一目的在於提供一種汙水處理系統運行異常的生物 活性監測方法。
為了實現上述目的，本發明的技術方案如下汙水處理系統運 行異常的生物活性監測方法，包括以下步驟A、構建汙水處理系統 運行異常的生物活性監測裝置；B、運行上述生物活性監測裝置，汙 水停留時間分別為曝氣池5 7小時，厭氧池1 3小時，兼氧池1
3小時，活性汙泥有機負荷為O. 1 0. 14g/(g d)(以五日生化需氧量 及混合液懸浮固體濃度計，下同)，內回流比為1.8 2.2，汙泥回流 比為2/5 3/5;曝氣池溶解氧為2 4 mg/L，汙泥齡為13 17天，沉 澱池停留時間約為2 3小時；C、從曝氣池的取樣點取出混合液，測 定其TTC-脫氫酶活性；D、將上述TTC-脫氫酶活性值與正常值比較， 判斷是否運行異常。其中運行異常包括低C/N進水、低曝氣池溶解 氧、低pH衝擊。其中步驟C為a、在離心管中加入汙泥混合液、 Tris-HC1緩衝液、0. 36。/。的Na2S03溶液和0. 4y。的TTC溶液按照l: 0.8 1.2: 0.2 0.4: 0.2~0.4的體積比混勻製成樣品，同時將蒸餾 水、Tris-HC1緩衝液、0.36。/。的Na2S03溶液和0.4。/o的TTC溶液按照l:0.8 1.2: 0.2 0.4: 0.2 0.4的體積比混勻製成對照液；b、將樣品
與對照液分別於(37± 1) 。C恆溫水浴振蕩器振蕩25 35min後加甲醛 終止酶反應，其中汙泥混合液與甲醛的體積比為1: 0.3 0.5或者蒸
餾水與甲醛的體積比為l: 0.3 0.5，以上均為暗反應；C、將樣品與
對照液分別在3500 4500r/min速度下離心10 20min後，棄上清， 分別加入三氯甲烷混勻繼續在(37土irC條件下暗處水浴振蕩萃取 8 12min後在4000r/min下離心8 12min，三氯甲烷與汙泥混合液的 體積比為O. 8 1. 2: l或者三氯甲烷與蒸餾水的體積比為O. 8 1. 2: l，' d、分別取樣品和對照液的有機層，用分光光度計在波長485mn處 讀取吸光值；e、步驟c中樣品離心後的產生的沉澱汙泥在(105 ±1) 'C下烘乾至少l小時後測汙泥乾重;f、按照下列公式計算TTC-脫氫酶
活性U Y，式中，〃T為TTC-脫氫酶活性(mg/(g'h)); / 艦為
^附
波長485nm處的有機層液體吸光值；K為萃取劑即三氯甲烷體積
(mL); A為常數；好為汙泥千重(g); t為振蕩時間(h)。
本發明根據城市汙水的特性及處理要求、結合微生物生理生化 活性的檢測方法，通過構建的生物活性監測裝置，將其應用於運行
異常的監測中，為相應的修復措施提供依據。其顯著效果為(1) 微生物生理生化活性的檢測本身操作簡便、快速；(2)將微生物生
理生化活性的檢測應用於汙水處理系統的運行管理中，主要針對異 常運行的預警，具有靈敏度高、實效性好、可及時反映運行異常等
優點。(3)為相應的修復措施提供參考依據，縮短工藝控制時間，
對確保汙水處理廠的安全、穩定運行有積極意義。


圖l是本發明的工藝流程圖。
具體實施方式
本發明作詳細說明。
汙水處理系統運行異常的生物活性監測裝置，包括集水桶l，集
水桶1與進水泵2連接，進水泵2與厭氧池3連接，厭氧池3與兼 氧池4連接，兼氧池4與曝氣池5連接，曝氣池5與沉澱池6連 接，沉澱池6通過汙泥回流泵7與厭氧池3連接，沉澱池6設有出 水管，沉澱池6的剩餘汙泥通過汙泥管道9排出。曝氣池5與兼氧 池4之間通過內回流泵8連接，在厭氧池3和兼氧池4內均設有攪 拌機10，在曝氣池5內設有取樣點。曝氣池5和兼氧池4通過氣管 11與風機12連接。
汙水處理系統運行異常的生物活性監測方法，包括以下步驟-A、構建汙水處理系統運行異常的生物活性監測裝置；B、運行上述 生物活性監測裝置，汙水停留時間分別為曝氣池5 7小時，厭氧 池1 3小時，兼氧池1 3小時，活性汙泥有機負荷為0. l 0, 14g/(g* d)(以五日生化需氧量及混合液懸浮固體濃度計，下 同)，內回流比為2,汙泥回流比為1/2;曝氣池溶解氧為2 ~4mg/L，汙泥齡為13 17天，沉澱池停留時間約為2 3小時；C、 從曝氣池的取樣點取出混合液，測定其TTC-脫氫酶活性；D、將上 述TTC-脫氫酶活性值與正常值比較，判斷是否運行異常。其中運行 異常包括低C/N進水、低曝氣池溶解氧、低pH衝擊。其中步驟C 為a、在離心管中加入汙泥混合液、Tris-HC1緩衝液、0. 36%的 Na2S(V溶液和0.4y。的TTC溶液按照1: 0.8 1.2: 0. 2 0. 4: 0. 2 0. 4 的體積比混勻製成樣品，同時將蒸餾水、Tris-HC1緩衝、0.36%的 Na2S03溶液和0.4。/。的TTC溶液按照l: 0.8 1.2: 0, 2 0. 4: 0. 2 0. 4 的體積比混勻製成對照液；b、將樣品與對照液分別於(37士l)t:恆 溫水浴振蕩器振蕩25 35min後加甲醛終止酶反應，其中汙泥混合液與甲醛(甲醛是分析純的)的體積比為1: 0.3 0.5或者蒸餾水 與甲醛(甲醛是分析純的)的體積比為1: 0.3 0.5; C、將樣品與
對照液分別在3500 4500r/min速度下離心10 20min後，棄上 清，分別加入三氯甲垸(三氯甲垸是分析純的)混勻繼續在 (37士1)。C條件下暗處水浴振蕩萃取8 12min後在4000r/min下離 心8 12min，三氯甲垸與汙泥混合液的體積比為0. 8 1. 2: 1或者 三氯甲烷與蒸餾水的體積比為0.8 1.2: 1; d、分別取樣品和對照 液的有機層，用分光光度計在波長485nm處讀取吸光值；e、步驟
c中樣品離心後的產生的沉澱汙泥在(105 ±1) x:下烘乾至少1小
時後測汙泥乾重；f、按照下列公式計算TTC-脫氫酶活性 "'"^f，式中，^為TTC-脫氫酶活性(mg/(g'h)); ZU為波長
附
485nm處的有機層液體吸光值；r為萃取劑(即三氯甲烷)體積 (mL); ,T為常數，單位為mL/txg (A是一個常數，通過測定一系列 標準物質的吸光度，對該組數據線性回歸，得到標準曲線方程，再
由標準曲線斜率和樣品的吸光度值計算出)；F為汙泥乾重(g); t
為振蕩時間(h)。
根據本發明的一個實施例，TTC-脫氫酶活性的測定方法為 15mL離心管中加入汙泥混合液5mL、 Tris-HC1緩衝液5mL (稱取 6.0379g三經甲基氨基甲烷，分析純，加入20mL 1. Omol/L鹽酸， 再定容至1L) 、 0. 36%的Na2S。3溶液1. 5mL和0. 4%的TTC溶液1. 5mL
(稱取0.2g2， 3， 5-氯化三苯基四氮唑，分析純，溶於少量蒸餾水 中，稀釋至50mL，貯存於棕色容量瓶)，混勻。同時作對照液。將 樣品與對照液於(37士1)。C恆溫水浴振蕩器振蕩30min後加2mL甲醛
(甲醛是分析純的)溶液，終止酶反應。以上均為暗反應。在 4000r/min離心15min後，棄上清，分別加入5mL三氯甲垸混勻繼續在(37士1) t:條件下暗處水浴振蕩萃取10min後在4000r/min下離 心10min。取有機層，用分光光度計在波長485nm處讀取吸光值。 離心後的沉澱汙泥在(105 ±1) 。C下烘乾1 h後測其幹質量。按照
下列公式計算TTC-脫氫酶活性。
A^附
圖1示出了本發明的一個實施例，在該實施例中構建兩套生物活 性監測裝置，其中一套A為正常水樣的生物活性監測裝置，在集水桶 中輸入正常水樣，用於模擬正常水樣的運行，另一套B為非正常水樣 的生物活性監測裝置，在集水桶中輸入非正常水樣，用於模擬非正 常水樣的運行，在該兩套生物活性監測裝置分別取樣汙泥混合液； 步驟C中分別測定兩套生物活性監測裝置的TTC-脫氫酶活性，其中根 據正常水樣的生物活性監測裝置中取樣的汙泥混合液計算出的TTC-脫氫酶活性為TTC-脫氫酶活性正常值，將非正常水樣的生物活性監 測裝置中取樣的汙泥混合液計算出的TTC-脫氫酶活性與TTC-脫氫酶 活性正常值比較，判斷是否運行異常。通常我們認為，當計算出的 TTC-脫氫酶活性與TTC-脫氫酶活性正常值比較差異超過20%顯示出 運行異常。
本發明將一種快速生物活性監測方法應用於汙水處理系統運行異 常的診斷和修復中。通過實驗室構建的生物活性監測裝置，除了可 以對正常運行進行監控外，還模擬各類典型的運行異常所造成的衝 擊，研究衝擊效應，比較其動態變化與水質理化、汙泥理化等常規 監測指標在靈敏度、時效性方面的異同，並作為主要依據之一篩選 出快速、有效的修復措施。汙水處理系統運行異常的快速生物活性 監測方法將微生物的生理生化活性檢測應用於汙水處理廠的運行管 理中，針對運行異常的衝擊及其修復措施，並與水質等指標體系比 較， 一年多的實驗結果表明該方法具有操作簡便、快速、靈敏度 高、實效性好、可及時反映運行異常等優點。
權利要求
1、汙水處理系統運行異常的生物活性監測裝置，包括集水桶，集水桶與進水泵連接，進水泵與厭氧池連接，厭氧池與兼氧池連接，兼氧池與曝氣池連接，曝氣池與沉澱池連接，沉澱池通過汙泥回流泵與厭氧池連接。
2、 如權利要求l所述的生物活性監測裝置，其特徵在於曝氣池 與兼氧池之間通過內回流泵連接，沉澱池設有出水管和汙泥管道， 在厭氧池和兼氧池內均設有攪拌機，在曝氣池內設有取樣點。
3、 汙水處理系統運行異常的生物活性監測方法，包括以下步驟A、構建汙水處理系統運行異常的生物活性監測裝置；B、運行 上述生物活性監測裝置；C、從曝氣池的取樣點取出汙泥混合液，測 定其TTC-脫氫酶活性；D、將上述TTC-脫氫酶活性值與正常值比較， 判斷是否運行異常。
4、 如權利要求3所述的生物活性監測方法，其特徵在於，歩驟B 中汙水停留時間分別為曝氣池5 7小時，厭氧池1 3小時，兼 氧池1 3小時，活性汙泥有機負荷為0. 1 0. 14g/(g d)(以五日 生化需氧量及混合液懸浮固體濃度計，下同)，內回流比為1.8 2.2，汙泥回流比為2/5 3/5;曝氣池溶解氧為2 4mg/L，汙泥齡 為13 17天，沉澱池停留時間約為2 3小時。
5、 如權利要求4所述的生物活性監測方法，其特徵在於，步驟C 為a、在離心管中加入汙泥混合液、Tris-HCl緩衝液、0. 36%的 Na2S(V溶液和0.4。/。的TTC溶液按照1: 0. 8 1.2: 0. 2 0. 4: 0. 2 0.4的體積比混勻製成樣品，同時將蒸餾水、Tris-HCl緩衝液、0. 36。/。的Na2SO3溶液和0. 4。/。的TTC溶液按照1: 0. 8 1.2: 0. 2 0. 4: 0.2 0.4的體積比混勻製成對照液；b、將樣品與對照液分別於 (37±1) 。C恆溫水浴振蕩器振蕩25 35min後加甲醛終止酶反應，其 中汙泥混合液與甲醛的體積比為1: 0. 3 0. 5或者蒸餾水與甲醛的 體積比為l: 0.3 0.5，以上均為暗反應；c、將樣品與對照液分別 在3500 4500r7min速度下離心10 20min後，棄上清，分別加入三 氯甲烷混勻繼續在(37士1) 。C條件下暗處水浴振蕩萃取8 12min後 在4000r/min下離心8 12min，三氯甲烷與汙泥混合液的體積比為0.8 1.2: 1或者三氯甲烷與蒸餾水的體積比為0.8 1.2: 1; d、分別取樣品和對照液的有機層，用分光光度計在波長485nm處讀取 吸光值；e、步驟c中樣品離心後的產生的沉澱汙泥在(105 ±1) °C 下烘乾至少1小時後測汙泥乾重;f、按照下列公式計算TTC-脫氫酶活性t;r二M，式中，〃T為TTC-脫氫酶活性；Z^為波長485nm A^附處的有機層液體吸光值；P為萃取劑即三氯甲垸體積；A為常數；^ 為汙泥乾重；t為振蕩時間。
6、如權利要求5所述的生物活性監測方法，其特徵在於步驟A中 構建兩套生物活性監測裝置；步驟B中分別運行該兩套生物活性監測 裝置，其中一套為正常水樣的生物活性監測裝置，另一套為非正常 水樣的生物活性監測裝置，在該兩套生物活性監測裝置分別取樣汙 泥混合液；步驟C中分別測定兩套生物活性監測裝置的TTC-脫氫酶活 性，其中根據正常水樣的生物活性監測裝置中取樣的汙泥混合液計 算出的TTC-脫氫酶活性為正常值，將非正常水樣的生物活性監測裝 置中取樣的汙泥混合液計算出的TTC-脫氫酶活性與正常值比較，判 斷是否運行異常。
全文摘要
本發明公開了一種汙水處理系統運行異常的生物活性監測裝置及其監測方法，根據城市汙水的特性及處理要求、結合微生物生理生化活性的檢測方法，通過構建的生物活性監測裝置，將其應用於運行異常的監測中，為相應的修復措施提供依據。其顯著效果為(1)微生物生理生化活性的檢測本身操作簡便、快速；(2)將微生物生理生化活性的檢測應用於汙水處理系統的運行管理中，主要針對異常運行的預警，具有靈敏度高、實效性好、可及時反映運行異常等優點。(3)為相應的修復措施提供參考依據，縮短工藝控制時間，對確保汙水處理廠的安全、穩定運行有積極意義。
文檔編號C02F3/30GK101445295SQ20081020444
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月11日 優先權日2008年12月11日
發明者沈昌明, 王國華, 譚學軍 申請人:上海市政工程設計研究總院