在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法
2023-12-04 22:01:31
專利名稱：在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法
技術領域：
本發明涉及廢水處理技術領域，具體是在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性 的方法。
背景技術：
小規模/短期性工業廢水未經處理併入城市生活廢水的現象較普遍，增大了毒性 物質進入城市廢水處理廠的可能性。毒性物質會抑制活性汙泥微生物的活性，造成處理過 程不穩定，甚至整個生物處理系統的崩潰。廢水生物處理系統的啟動和達到穩定，是一項 耗時費力的工作。毒性進水很可能造成巨大的經濟損失和環境汙染事故。因此，對進水毒 性進行實時在線監測和評估是城市廢水處理廠運行管理的迫切需求。汙染物對微生物的 毒性作用可以從其生長速率、生物量等方面進行考察。目前的技術包括ATP發光、酶抑制和 Microtox等毒性檢測方法。但是，這些方法或者是基於分子生物學測試，或者是基於發光 細菌的發光原理，其測試對象和測定條件與實際廢水處理廠活性汙泥系統完全不同，測試 結果不能真實反映活性汙泥微生物對毒性物質的反應；也不能進行在線監測。呼吸速率是 活性汙泥微生物好氧利用有機物時的氧消耗速率。理論上，在基質穩定的條件下，呼吸速率 的變化能夠反映汙泥微生物活性的變化，是成本低、耗時少、與活性汙泥行為相關性最好的 潛在進水毒性檢測原理。但是，目前這一原理還未應用於城市廢水處理廠進水毒性監測和 評估，也沒有專用的儀器裝置。
發明內容
本發明的目的是提供一種在線、高頻對進水毒性進行實時監測、顯示的在線監測 和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法。本發明目的是這樣實現的
一種在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法，包括以下步驟 (1)、設置在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的裝置，整個裝置包括貯存池、汙 泥準備池、混合室、貯備瓶和反應室，所述貯存池和汙泥準備池均經管道與混合室聯通，所 述混合室經管道與反應室聯通；所述貯存池與混合室之間的管道上串聯有第一汙水泵，所 述汙泥準備池與混合室之間的管道上串聯有第二汙泥泵，所述混合室與反應室之間的管道 上串聯有第三汙水泵；
所述貯備瓶經管道與第三汙水泵和反應室之間的管道聯通，該貯備瓶下方串聯微量投 加泵將貯備瓶的溶液勻速泵出，所述混合室與反應室內分別設置第一溶解氧電極和第二溶 解氧電極，該第一溶解氧電極和第二溶解氧電極將信號輸入計算機處理，所述貯存池連接 有串聯第三汙水泵的輸入管道，所述反應室頂部設置有出口。(2)、將進入城市廢水處理廠的廢水通過第三汙水泵泵入貯存池進行曝氣，確保溶 解氧濃度在5mg02/l以上，進入貯存池的廢水流量和貯存池容積相匹配，確保廢水在池內的 停留時間在5 IOmin ；停留時間過長將導致預警滯後；停留時間過短，將需要大的泵流量
4和曝氣強度，造成能源浪費甚至溶解氧濃度無法提升。(3)、在活性汙泥準備池內準備待用的活性汙泥，目的是得到濃度均一、活性良好 的活性汙泥。準備方法是向活性汙泥準備池內注入回流汙泥進行稀釋，或者注入曝氣池出 口處的混合液進行沉澱濃縮，得到最終濃度為4000-5000mgSS/l的汙泥在汙泥準備池內， 按照10 20mgC0D/l的比例向汙泥中投加等摩爾比的濃度為10gC0D/l的乙酸-乙酸鈉儲 備液對汙泥進行活化，同時在汙泥準備池內充氧曝氣、攪拌；汙泥準備池的有效容積與第二 汙泥泵泵出流量相匹配，確保24h的泵出用量；一次準備的活性汙泥量過大，可能使汙泥長 時間處於飢餓狀態而活性降低，影響後續監測結果的解析；一次準備的活性汙泥量過小，增 加工作量，而且各批次之間的汙泥濃度和活性不一致，也會影響後續監測結果的解析。(4)、貯存池處理後的廢水和汙泥準備池處理後的汙泥分別經第一汙水泵和第二 汙泥泵送入混合室混合，確保混合室最終混合汙泥濃度800 1000mgSS/l，同時對混合池 內混合汙泥進行攪拌，然後利用第一溶解氧電極對混合室內混合液的溶解氧濃度DOin進行 實時測量，測量信號傳送到計算機；計算機裝有基於Labview開發的軟體對溶解氧測量信 號進行採集、處理、顯示和儲存。(5)、第三汙水泵又將混合室內的汙泥混合液泵入反應室，同時，微量投加泵將濃 度為10gC0D/l的等摩爾的乙酸-乙酸鈉貯備液由貯備瓶泵入反應室，確保泵入反應室的混 合液的基質濃度在50mgC0D/l以上，達到基質飽和，不影響活性汙泥反應速率；反應室的有 效容積與第三汙水泵的流量及需要的混合液在反應室內的停留時間相匹配，確保混合液在 反應室內停留時間在5-lOmin，同時對混合液進行攪拌，第二溶解氧電極對混合液的溶解氧 濃度DOrff進行實時測量，測量信號傳輸到計算機，反應室內的混合液由出口流入廢水處理 系統，整套裝置不間斷運行；
(6)、第一溶解溶解氧電極採集的溶解氧濃度DOin和第二溶解氧電極採集的溶解氧 濃度DOrff信號送入計算機，設定2個溶解氧電極的溶解氧濃度測量頻率為V (可以為 10個/s)，需要的呼吸速率(OUR)的測量間隔為I (可以為30s，Imin等)。利用數據處 理軟體自動對時間間隔I內採集到的N個DOin和DOeff進行算術平均，其中N=VI，得到
此OUR測試時間間隔內D0in*D0rff的算術平均值(DOin)i和(DO, ；同時，對I
(IDOeff
時間間隔內得到的N個DOrff對時間進行線性擬合，得到其變化速率(-^i ；用方程
OURi =芸[(1)0丄-(￡)0「]算得到0呢.，其中Q為第三汙水泵的流量，V是 Vat
反應室的有效容積；
(7)、線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的裝置的連續運行，將實時得到 城市廢水處理廠進水與活性汙泥混合液的呼吸速率，在基質飽和、所用汙泥濃度和 活性均不變化的情況下，該呼吸速率基本維持恆定，進水中毒性物質的存在將抑制 活性汙泥活性，導致呼吸速率降低，通過對測量軟體上呼吸速率曲線的觀察可以及 時、直觀捕捉到毒性進水的信息，進一步，呼吸速率降低的程度反映了毒性的大小
5I制百分比(%)= 0ur^LΓΓΓ^"『，其中，OUR(N)為選定的初始m個OUR正常值
的平均值，由數據處理軟體自動進行運算，OUR(A)為當前值，軟體自動計算上述比值並在界 面上以圖表方式實時顯示；
另一種顯示方式以比呼吸速率(SOUR)進行監測和評估 OUR
SOlM鵬=，利用SS的在線測量技術，將混合室SS測量結果 VSS
抑制百分比
傳輸到測量軟體，軟體自動計算SOUR(SS)和抑制百分比並實時顯示。上述步驟(1)中所述貯存池內設置有第一曝氣頭，所述汙泥準備池內設置有第二 曝氣頭和攪拌器，所述混合室設置有第一磁力攪拌器，所述反應室15內設置有第二磁力攪 拌器，分別對貯存池進行曝氣，對汙泥準備池進行攪拌和曝氣，對混合室和反應室15進行 攪拌。作為優化，上述步驟(5)中第三汙水泵的汙泥混合液以lOOml/min的速率泵入反 應室將混合室內的，同時貯備瓶內濃度為10gC0D/l的等摩爾的乙酸-乙酸鈉貯備液按照 0. 5ml/min的速率泵入反應室。作為優化，上述步驟(6)中設定2個溶解氧電極的溶解氧濃度測量頻率為V，V為 10個/s，需要的呼吸速率(OUR)的測量間隔為I，I為30s或lmin。上述步驟(1)中貯存池上部開有溢流口，將溢出的廢水流回廢水處理系統。有益效果本發明是在線連續採集城市廢水處理廠進水，與測試用活性汙泥和外 加易生物降解碳源混合，自動測定混合液的呼吸速率，根據呼吸速率或者比呼吸速率的變 化來識別和評價進水對活性汙泥的毒性及抑制程度。它不僅能夠在線、高頻對進水毒性進 行實時監測，真實反映進水對本廠活性汙泥的抑制，而且自動化程度高、操作簡單、操作界 面友好直觀，能夠應用於實際廢水處理廠。
圖1是本發明在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的裝置的示意圖；圖2是 實施例1的OUR和抑制百分比的實時監測圖。
具體實施方式
實施例1
首先設置在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的裝置，整個裝置包括貯存池2、汙 泥準備池7、混合室6、貯備瓶16和反應室15，所述貯存池2和汙泥準備池7均經管道與混 合室6聯通，所述混合室6經管道與反應室15聯通；所述貯存池2與混合室6之間的管道 上串聯有第一汙水泵5，所述汙泥準備池7與混合室6之間的管道上串聯有第二汙泥泵10，所述混合室6與反應室15之間的管道上串聯有第三汙水泵14 ；
所述貯備瓶16經管道與第三汙水泵14和反應室15之間的管道聯通，該貯備瓶16下 方串聯微量投加泵17將貯備瓶16的溶液勻速泵出，所述混合室6與反應室15內分別設置 第一溶解氧電極11和第二溶解氧電極19，該第一溶解氧電極11和第二溶解氧電極19將信 號輸入計算機13處理，所述貯存池2連接有串聯第三汙水泵1的輸入管道，所述反應室15 頂部設置有出口 20。貯存池2上部開有溢流口 4。所述貯存池2內設置有第一曝氣頭3，所述汙泥準備 池7內設置有第二曝氣頭8和攪拌器9，所述混合室6設置有第一磁力攪拌器12，所述反應 室15內設置有第二磁力攪拌器18。在裝置運行前，首先進行活性汙泥的準備將經過濃縮的曝氣池出水汙泥置入活 性汙泥準備池7，總體積為45 1，在線SS儀顯示其濃度為4000mg/l ；向汙泥中投加濃度 為10gC0D/l的等摩爾乙酸-乙酸鈉溶液90ml，造成活性汙泥準備池內初始基質濃度為 20mgC0D/l ；開啟曝氣裝置經第二曝氣頭8為汙泥充氧，開啟機械攪拌裝置9對汙泥進行混 合攪拌。開啟第三汙水泵1以10 Ι/min的流量將模擬的城市廢水處理廠進水泵入有效容 積為10 1的進水貯存池2，開啟曝氣裝置通過第一曝氣頭3對進水充氧。開啟第一汙水泵 5和第二汙泥泵10，流量分別設置為75ml/min和25ml/min。開啟第一磁力攪拌器12對有 效容積為IOOml的混合室12內的混合液進行攪拌。待混合室12內的混合液達到有效容積 後，開啟第三汙水泵14將混合液泵入有效容積為500ml的反應室15，開啟第二磁力攪拌器 18對混合液進行攪拌；開啟微量投加泵17，將基質貯備瓶16內濃度為10gC0D/l的等摩爾 的乙酸-乙酸鈉貯備液以0. 5ml/min的速率投加到反應室15內，使泵入反應室15的混合 液的基質濃度為50mgC0D/l。待反應室15充滿後，打開在線進水毒性監測軟體，設置溶解氧 的採樣頻率為10，OUR的測試時間間隔為lmin，即每個溶解氧電極測試到600個溶解氧讀 數時，軟體進行一次數據處理，得到一個OUR，在軟體界面上已圖形顯示；設置OUR(N)個數 為10，即以初始測到的10個OUR的平均值作為OUR(N)，計算抑制百分數並在軟體界面上以 圖形顯示。根據活性汙泥準備池7內汙泥濃度和稀釋倍數，計算得到反應池15內的活性汙 泥濃度為1000mgSS/l，將該值輸入到軟體界面上的汙泥濃度SS處，軟體自動計算SOUR和對 應的抑制百分比，並在軟體界面上分別以圖形顯示。為了模擬有抑制的情況，在裝置運行到第30min時，將進水更換為含Cu2+濃度 為2. 50mg/l的進水。監測結果表明活性汙泥立即受到抑制，呼吸速率由無抑制時的約 0. 71mg02/(l.min)降低到約0. 46 mg02/(1. min)，抑制程度達到約35%。具體數據和圖形見 附表和圖2。
實施例2將實施例1中的進水更換為沒有毒性的廢水，連續運行20分鐘，得到正常運 行的OUR。然後將進水更換為含Cr6+濃度為40mg/l的進水。監測結果表明活性汙泥立即 受到抑制，呼吸速率由無抑制時的約0. 79mg02/(l. min)降低到約0. 63mg02/(l. min)，抑制 程度達到約20%。
權利要求
一種在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法，按以下步驟進行(1)、設置在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的裝置，整個裝置包括貯存池(2)、汙泥準備池(7)、混合室(6)、貯備瓶(16)和反應室(15)，所述貯存池(2)和汙泥準備池(7)均經管道與混合室(6)聯通，所述混合室(6)經管道與反應室(15)聯通；所述貯存池(2)與混合室(6)之間的管道上串聯有第一汙水泵(5)，所述汙泥準備池(7)與混合室(6)之間的管道上串聯有第二汙泥泵(10)，所述混合室(6)與反應室(15)之間的管道上串聯有第三汙水泵(14)；所述貯備瓶(16)經管道與第三汙水泵(14)和反應室(15)之間的管道聯通，該貯備瓶(16)下方串聯微量投加泵(17)將貯備瓶(16)的溶液勻速泵出，所述混合室(6)與反應室(15)內分別設置第一溶解氧電極(11)和第二溶解氧電極(19)，該第一溶解氧電極(11)和第二溶解氧電極(19)將信號輸入計算機(13)處理，所述貯存池(2)連接有串聯第三汙水泵(1)的輸入管道，所述反應室(15)頂部設置有出口(20)。(2)、將進入城市廢水處理廠的廢水通過第三汙水泵(1)泵入貯存池(2)進行曝氣，確保溶解氧濃度在5mgO2/l以上，進入貯存池(2)的廢水流量和貯存池(2)容積相匹配，確保廢水在池內的停留時間在5～10min；(3)、在汙泥準備池(7)內配製濃度為4000～5000mgSS/l的汙泥，按照10～20mgCOD/l的比例向汙泥中投加等摩爾比的濃度為10gCOD/l的乙酸 乙酸鈉儲備液對汙泥進行活化，同時在汙泥準備池(7)內充氧曝氣、攪拌；汙泥準備池(7)的有效容積與第二汙泥泵(10)泵出流量相匹配，確保24h的泵出用量；(4)、貯存池(2)處理後的廢水和汙泥準備池(7)處理後的汙泥分別經第一汙水泵(5)和第二汙泥泵(10)送入混合室(6)混合，確保混合室(6)最終混合汙泥濃度800～1000mgSS/l，同時對混合池內混合汙泥進行攪拌，然後利用第一溶解氧電極(11)對混合室(6)內混合液的溶解氧濃度DOin進行實時測量，測量信號傳送到計算機(13)；(5)、第三汙水泵(14)又將混合室(6)內的汙泥混合液泵入反應室(15)，同時，微量投加泵(17)將濃度為10gCOD/l的等摩爾的乙酸 乙酸鈉貯備液由貯備瓶(16)泵入反應室(15)，確保泵入反應室(15)的混合液的基質濃度在50mgCOD/l以上，達到基質飽和，不影響活性汙泥反應速率；反應室(15)的有效容積與第三汙水泵(14)的流量及需要的混合液在反應室(15)內的停留時間相匹配，確保混合液在反應室(15)內停留時間在5 10min，同時對混合液進行攪拌，第二溶解氧電極(19)對混合液的溶解氧濃度DOeff進行實時測量，測量信號傳輸到計算機(13)，反應室(15)內的混合液由出口(20)流入廢水處理系統，整套裝置不間斷運行；(6)、第一溶解氧電極(11)採集的溶解氧濃度Doin和第二溶解氧電極(19)採集的溶解氧濃度Doeff信號送入計算機，設定2個溶解氧電極的溶解氧濃度測量頻率為V，需要的呼吸速率OUR的測量間隔為I。利用數據處理軟體自動對時間間隔I內採集到的N個DOin和DOeff進行算術平均，其中N=VI，得到此OUR測試時間間隔內DOin和DOeff的算術平均值和；同時，對I時間間隔內得到的N個DOeff對時間進行線性擬合，得到其變化速率；用方程計算得到OURi，其中Q為第三汙水泵(14)的流量，V是反應室(15)的有效容積；(7)、線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的裝置的連續運行，將實時得到城市廢水處理廠進水與活性汙泥混合液的呼吸速率，在基質飽和、所用汙泥濃度和活性均不變化的情況下，該呼吸速率基本維持恆定，進水中毒性物質的存在將抑制活性汙泥活性，導致呼吸速率降低，通過對測量軟體上呼吸速率曲線的觀察可以及時、直觀捕捉到毒性進水的信息，進一步，呼吸速率降低的程度反映了毒性的大小，其中，OUR(N)為選定的初始m個OUR正常值的平均值，由數據處理軟體自動進行運算，OUR(A)為當前值，軟體自動計算上述比值並在界面上以圖表方式實時顯示；另一種顯示方式以比呼吸速率SOUR進行監測和評估，利用SS的在線測量技術，將SS測量結果傳輸到測量軟體，軟體自動計算SOUR(SS)和抑制百分比並實時顯示。49649dest_path_image001.jpg,201010265557X100001dest_path_image002.jpg,801704dest_path_image003.jpg,201010265557X100001dest_path_image004.jpg,60385dest_path_image005.jpg,201010265557X100001dest_path_image006.jpg
2.根據權利要求1所述在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法，其特徵在 於所述步驟(1)中所述貯存池(2)內設置有第一曝氣頭(3)，所述汙泥準備池(7)內設置 有第二曝氣頭(8)和攪拌器(9)，所述混合室(6)設置有第一磁力攪拌器(12)，所述反應室 (15)內設置有第二磁力攪拌器(18)。
3.根據權利要求1所述在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法，其特徵在 於所述步驟(5)中第三汙水泵(14)的汙泥混合液以lOOml/min的速率泵入反應室(15)將 混合室(6)內的，同時貯備瓶(16)內濃度為10gC0D/l的等摩爾的乙酸-乙酸鈉貯備液按照 0. 5ml/min的速率泵入反應室(15)。
4.根據權利要求1所述在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法，其特徵在 於所述步驟(6)中設定2個溶解氧電極的溶解氧濃度測量頻率為V，V為10個/s，需要的 呼吸速率(OUR)的測量間隔為I，I為30s或lmin。
5.根據權利要求1所述在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法，其特徵在 於所述步驟(1)中貯存池(2)上部開有溢流口(4)。
全文摘要
本發明公開了一種在線監測和評估城市廢水處理廠進水毒性的方法，具體是在線連續採集城市廢水處理廠進水，與測試用活性汙泥和外加易生物降解碳源混合，自動測定混合液的呼吸速率，根據呼吸速率或者比呼吸速率的變化來識別和評價進水對活性汙泥的毒性及抑制程度。本發明是在線連續採集城市廢水處理廠進水，與測試用活性汙泥和外加易生物降解碳源混合，自動測定混合液的呼吸速率，根據呼吸速率或者比呼吸速率的變化來識別和評價進水對活性汙泥的毒性及抑制程度。它不僅能夠在線、高頻對進水毒性進行實時監測，真實反映進水對本廠活性汙泥的抑制，而且自動化程度高、操作簡單、操作界面友好直觀，能夠應用於實際廢水處理廠。
文檔編號G01N27/26GK101907596SQ20101026555
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月30日 優先權日2010年8月30日
發明者劉陽, 盧培利, 張代鈞, 李振亮 申請人:重慶大學