CN103364448B - 城市污水厂进水毒性预警监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市污水厂进水毒性预警监测方法。利用完全混合式反应器作为预警主体，使用外部曝气设备对预警反应器进行曝气，控制气量使预警反应器混合液DO达到平衡状态，通过DO₁传感器对完全混合预警反应器内的DO进行实时监测，数据经过PLC系统采集与分析，根据公式DO_T%=(DO₁₂-DO₁₁)/DO₁₁*100计算出DO_T%，与预先植入的数值进行比较，能对污水厂进水的毒性情况进行判断。本发明节省了污水与污泥的储存设备，便于维护与管理，监测结果更具有代表性，减少误报警，提高准确率。

Description

城市污水厂进水毒性预警监测方法

技术领域

本发明涉及城市污水处理领域，特别是一种城市污水厂进水毒性预警监测方法。

背景技术

目前的水处理技术工艺中，活性污泥法仍然以其处理流程简单、运行费用低廉、维护便利等优点而广泛应用于各大中小型污水处理厂。随着我国工业发展脚步的加快，工业废水排放量的逐年加大，未经处理的工业废水并入城市生活污水进入污水处理厂的情况较为普遍，而其中可能含有大量的微生物毒性物质，这些毒性物质会抑制活性污泥微生物的正常代谢过程，造成污水处理过程不稳定，出水水质不达标的情况，甚至可能导致整个活性污泥系统崩溃，继而可能进行耗时费力的培菌工作，给污水厂日常运营和管理带来极大的不便。因此，城市污水厂进水毒性监测设备的研究和开发显的极为重要，依靠进水毒性监测设备可以迅速了解进水毒性情况，并针对不同毒性程度的进水采取相应的应对措施，最大程度减轻毒性物质对活性污泥微生物的抑制作用，保证出水连续稳定达标排放。

当前考察城市污水厂进水毒性作用的技术有ATP发光、酶抑制、Microtox、Hatox-1800等毒性监测方法，然而，这些方法基于分子生物学测试、发光细菌的发光及生物电流变化等原理，其测试对象和测试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；电流变化程度与毒性物质对微生物的抑制程度线性相关性低，也不能进行在线连续监测。

呼吸速率(Oxygen Uptake rate)，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受抑制性程度，进而可以判定进是否含有活性污泥微生物毒性物质及毒性程度。在这一原理基础上开发的污水生物毒性监测设备较少，已开发的设备存在系统复杂、连续监测不稳定、维护要求高、双DO电极设备之间的系统误差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种稳定有效的对城市污水厂进水毒性进行预警监测方法，本预警监测方法以OUR为原理，采用DO突变为指标对污水厂进水毒性进行预警监测。

具体步骤为：

（1）建立一个进水毒性预警监测装置，包括与污水系统和污泥系统连通的完全混合预警反应器，完全混合预警反应器为圆柱形一体混合反应器，器壁上均匀置有混合液扰流挡板，通过管路分别与污水系统和污泥系统连接，泥水在完全混合预警反应器反应完后由溢流口排出，DO监测系统包括置于混合液中的DO₁电极探头和置于进水储存器中的DO₂电极探头，并分别通过DO₁传感器和DO₂传感器与PLC控制系统连接。

污水系统与完全混合预警反应器之间的连接管路上置有污水泵，污泥系统与完全混合预警反应5之间的连接管路上置有污泥泵。

完全混合预警反应器底部配置有磁力搅拌器，通过控制磁力搅拌子转动使混合液均匀分布，利用曝气机连接曝气头对完全混合预警反应器中的混合液进行曝气，并控制DO值。

完全混合预警反应器的器壁上均匀置有8个条状混合液扰流挡板，能使混合液混合更加均匀，避免出现循环流；顶部封盖上留有通气孔和电极固定预留孔，封盖能够进一步减小大气中氧气的影响，通气孔是为了与外界保持压力一致，电极固定预留孔能够准确固定电极的位置。

进水储存器内置有DO电极，实时监测进水DO₂值，并把数值通过DO₂传感器反馈给PLC控制系统，根据其分析结果，控制完全混合预警反应器中DO₁电极探头是否进行数据监测。

（2）将污泥流量Q₁和污水流量Q₂控制为Q₁: Q₂=1～2:3，使进入完全混合预警反应器的混合液中含有污泥浓度（MLSS）为1000～1500mg/L，打开磁力搅拌器并控制磁力搅拌子的转速，打开曝气泵，并调节气量使完全混合预警反应器中的DO值为2.5±0.3mg/L，控制混合液的水力停留时间（HRT）为1～3min，保证污水与污泥能够充分接触反应；DO₁值取样时间间隔为15s。

（3）利用与DO₁传感器连接的DO₁电极探头对完全混合预警反应器中溢流口处的混合液进行连续监测，并把采集到的数据输入到PLC控制系统中进行计算与分析。

（4）PLC控制系统首先对进水储存器中监测到的DO₂数值进行判断：当DO₂小于根据现场情况确定的设定值时，PLC控制系统正常运行；当DO₂大于根据现场情况确定的设定值时，PLC控制系统停止对完全混合预警反应器中的DO电极探头监测到的DO₁数据进行采集与分析，直到恢复前步条件。

（5）在步骤（4）正常执行条件下进行；PLC系统13对DO₁电极探头10监测到的数据DO₁进行分析，根据预植入公式：DO_T%=(DO₁₂-DO₁₁)/DO₁₁*100计算出DO_T%(其中DO₁₁为基线值，DO₁₂为系统受冲击后监测的数值)并与预设的DO突变率DO_T1 、DO_T2 和DO_T3比较：

当DO_T≤DO_T1，不报警，指示灯绿色，表明进水中不含污泥毒性物质；

当DO_T1<DO_T≤DO_T2，报警，指示灯橙色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较小，需要适当关注；

当DO_T2<DO_T≤DO_T3，报警，指示灯黄色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较大，需采取适当措施；

当DO_T≥DO_T3，报警，指示灯红色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性很大，需要采取污水厂受冲击的应急方案；

本发明的原理是：呼吸速率(OUR)能够表征污泥活性的强弱，本发明是基于OUR原理，利用DO突变为指标的方法间接表征污泥受毒性抑制后的活性情况。当完全混合预警反应器5中的DO在一定量的曝气量条件下保持稳定时，可以说明此条件下，污泥OUR处于稳定状态，当有毒性物质进入完全混合预警反应器5时，稳定状态遭到破坏，表现出DO的变化，通过监测此DO值的变化，可以间接表征污泥受毒性物质的抑制情况。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、直接使用污水厂沉砂池进水和生化池污泥，并按比例泵送到完全混合预警反应器进行预警反应，节省了污水与污泥的储存设备，监测结果更具有代表性。

2、采用完全混合预警反应器，器壁上置有混合液扰流挡板，使得混合液混合更加均匀，避免循环流，通过控制HRT可以改变预警反应器对毒性物质的响应时间，便于针对污水厂的实际情况操作，反应器的拆卸和清洗更加方便，便于维护与管理。

3、对完全预警反应器上部设置封盖，进一步减小大气中氧气对混合液DO的影响，同时为DO电极的固定提供准确的位置。

4、采用判断反馈式DO₂监测系统，提前对进水的DO进行监测，排除因雨季进水被雨水稀释导致BOD急剧下降DO升高，而使得监测预警结果不准确的情况，减少误报警。

5、使用一支溶解氧电极，能够有效避免目前双电极OUR预警系统中存在的电极间的系统误差，减少误报警，提高准确率。

附图说明

图1 为本发明进水毒性预警监测装置的结构示意图。

图中标记：1-污水系统；2-污泥系统；3-污水泵；4-污泥泵；5-完全混合预警反应器；6-磁力搅拌器；7-磁力搅拌子；8-曝气机；9-曝气头；10-DO₁电极探头；11-DO₁传感器；12-溢流口；13-PLC控制系统；14-封盖；15-通气孔；16-混合液扰流挡板；18-DO₂传感器；19-DO₂电极探头；20-进水储存器。

图2 为本发明进水毒性预警监测装置中完全混合预警反应器（5）的封盖示意图。

图中标记：14-封盖；15-通气孔；16-混合液扰流挡板；17-电极固定预留孔。

图3 为本发明实施例Cu(Ⅱ)离子冲击时的实时监测结果。

图4 为本发明实施例Cr(Ⅵ)离子冲击时的实时监测结果。

具体实施方式

实施例：

（1）如图1和图2所示，建立一个进水毒性预警监测装置，包括与污水系统1和污泥系统2连通的完全混合预警反应器5，完全混合预警反应器5为圆柱形一体混合反应器，器壁上均匀置有混合液扰流挡板16，通过管路分别与污水系统1和污泥系统2连接，泥水在完全混合预警反应器5反应完后由溢流口12排出，DO监测系统包括置于混合液中的DO₁电极探头10和置于进水储存器20中的DO₂电极探头19，并分别通过DO₁传感器11和DO₂传感器18与PLC控制系统13连接。

污水系统1与完全混合预警反应器5之间的连接管路上置有污水泵3，污泥系统2与完全混合预警反应器5之间的连接管路上置有污泥泵4。

完全混合预警反应器5底部配置有磁力搅拌器6，通过控制磁力搅拌子7转动使混合液均匀分布，利用曝气机8连接曝气头9对完全混合预警反应器5中的混合液进行曝气，并控制DO值。

完全混合预警反应器5的器壁上均匀置有8个条状混合液扰流挡板16，能使混合液混合更加均匀，避免出现循环流；顶部封盖14上留有通气孔15和电极固定预留孔17，封盖能够进一步减小大气中氧气的影响，通气孔是为了与外界保持压力一致，电极固定预留孔17能够准确固定电极的位置。

进水储存器20内置有DO电极19，实时监测进水DO₂值，并把数值通过DO₂传感器18反馈给PLC控制系统13，根据其分析结果，控制完全混合预警反应器5中DO₁电极探头10是否进行数据监测。

（2）将污泥流量Q₁和污水流量Q₂控制为Q₁: Q₂=1:3，使进入完全混合预警反应器5的混合液中含有污泥浓度（MLSS）为1000mg/L，打开磁力搅拌器6并控制磁力搅拌子7的转速，打开曝气泵8，并调节气量使完全混合预警反应器5中的DO值为2.6mg/L，控制混合液的水力停留时间（HRT）为2min，保证污水与污泥能够充分接触反应；DO₁值取样时间间隔为15s。

（3）利用与DO₁传感器11连接的DO₁电极探头10对完全混合预警反应器5中溢流口12处的混合液进行连续监测，并把采集到的数据输入到PLC控制系统13中进行计算与分析。

（4）PLC控制系统13首先对进水储存器20中监测到的DO₂数值进行判断：当DO₂小于1.6mg/L时，PLC控制系统13正常运行；当DO₂大于1.6mg/L时，PLC控制系统13停止对完全混合预警反应器5中的DO电极探头10监测到的DO₁数据进行采集与分析，直到恢复前步条件；DO_T1% 、DO_T2% 和DO_T3%分别设为15%、30%和50%。

（5）在步骤（4）正常执行条件下进行；PLC系统13对DO₁电极探头10监测到的数据DO₁进行分析，根据预植入公式：DO_T%=(DO₁₂-DO₁₁)/DO₁₁*100计算出DO_T%(其中DO₁₁为基线值，DO₁₂为系统受冲击后监测的数值)，并与预设的DO突变率DO_T1 、DO_T2 和DO_T3比较：

当DO_T≤15%，不报警，指示灯绿色，表明进水中不含污泥毒性物质。

当15%<DO_T≤30%，报警，指示灯橙色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较小，需要适当关注。

当30%<DO_T≤50%，报警，指示灯黄色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较大，需采取适当措施。

当DO_T≥50%，报警，指示灯红色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性很大，需要采取污水厂受冲击的应急方案。

图3 为系统在不同浓度梯度Cu(Ⅱ)离子冲击情况下，DO变化情况的实时监测结果。

具体方法：待完全混合预警反应器5产生稳定的DO基线值后，通入含有一定量Cu(Ⅱ) 离子的模拟污水，待DO上升到高值平稳后，再次通入正常污水，产生的峰值(h₁、h₂、h₃)即为完全混合预警反应器5中污泥受Cu(Ⅱ)离子抑制所释放出的溶氧，以此表征污泥受抑制情况，完全混合预警反应器5的实验HRT取2min。

图4 为系统在不同浓度梯度Cr(Ⅵ)离子冲击情况下，DO变化情况的实时监测结果。

具体方法与Cu(Ⅱ)离相同。

表1和表2分别为预警反应器污泥受Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)离子冲击后的具体相关数据。

表1：

Cu2+(mg/L)	DO1(mg/L)	DO2(mg/L)	H(mg/L)	DOT%
					3	2.58	3.32	0.74(h1)	28.68%
8	2.58	3.53	0.95(h2)	36.82%
					15	2.58	3.71	1.13(h3)	43.80%

表2：

Cr6+(mg/L)	DO1(mg/L)	DO2(mg/L)	H(mg/L)	DOT%
					3	2.64	2.99	0.35(h1)	13.26%
8	2.64	3.14	0.50(h2)	18.94%
					15	2.64	3.28	0.64(h3)	24.24%

Claims (1)

1.一种城市污水厂进水毒性预警监测方法，其特征在于具体步骤为：

（1）建立一个进水毒性预警监测装置，包括与污水系统（1）和污泥系统（2）连通的完全混合预警反应器（5），完全混合预警反应器（5）为圆柱形一体混合反应器，器壁上均匀置有混合液扰流挡板（16），通过管路分别与污水系统（1）和污泥系统（2）连接，泥水在完全混合预警反应器（5）反应完后由溢流口（12）排出，DO监测系统包括置于混合液中的DO₁电极探头（10）和置于进水储存器（20）中的DO₂电极探头（19），并分别通过DO₁传感器（11）和DO₂传感器（18）与PLC控制系统（13）连接；

污水系统（1）与完全混合预警反应器（5）之间的连接管路上置有污水泵（3），污泥系统（2）与完全混合预警反应器（5）之间的连接管路上置有污泥泵（4）；

完全混合预警反应器（5）底部配置有磁力搅拌器（6），通过控制磁力搅拌子（7）转动使混合液均匀分布，利用曝气机（8）连接曝气头（9）对完全混合预警反应器（5）中的混合液进行曝气，并控制DO值；

完全混合预警反应器（5）的器壁上均匀置有8个条状混合液扰流挡板（16），顶部封盖（14）上留有通气孔（15）和电极固定预留孔（17）；

进水储存器（20）内置有DO₂电极探头（19），实时监测进水DO₂值，并把数值通过DO₂传感器（18）反馈给PLC控制系统（13），根据其分析结果，控制完全混合预警反应器（5）中DO₁电极探头（10）是否进行数据监测的；

（2）将污泥流量Q₁和污水流量Q₂控制为Q₁: Q₂=1～2:3，使进入完全混合预警反应器的混合液中含有污泥浓度即MLSS为1000～1500mg/L，打开磁力搅拌器（6）并控制磁力搅拌子（7）的转速，打开曝气泵（8），并调节气量使完全混合预警反应器（5）中的DO值为2.5mg/L，控制混合液的水力停留时间即HRT为1～3min，保证污水与污泥能够充分接触反应；DO₁值取样时间间隔为15s；

（3）利用与DO₁传感器（11）连接的DO₁电极探头（10）对完全混合预警反应器（5）中溢流口（12）处的混合液进行连续监测，并把采集到的数据输入到PLC控制系统（13）中进行计算与分析；

（4）PLC控制系统（13）首先对进水储存器（20）中监测到的DO₂数值进行判断：当DO₂小于根据现场情况确定的设定值时，PLC控制系统（13）正常运行；当DO₂大于根据现场情况确定的设定值时，PLC控制系统（13）停止对完全混合预警反应器（5）中的DO电极探头（10）监测到的DO₁数据进行采集与分析，直到恢复前步条件；

（5）在步骤（4）正常执行条件下进行；PLC系统（13）对DO₁电极探头（10）监测到的数据DO₁进行分析，根据预植入公式：DO_T%=(DO₁₂-DO₁₁)/DO₁₁*100计算出DO_T%，其中DO₁₁为基线值，DO₁₂为系统受冲击后监测的数值，并与预设的DO突变率DO_T1 、DO_T2 和DO_T3比较：

当DO_T≤DO_T1，不报警，指示灯绿色，表明进水中不含污泥毒性物质；

当DO_T1<DO_T≤DO_T2，报警，指示灯橙色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较小，需要适当关注；

当DO_T2<DO_T≤DO_T3，报警，指示灯黄色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性较大，需采取适当措施；

当DO_T≥DO_T3，报警，指示灯红色，表明进水中含有污泥毒性物质，毒性很大，需要采取污水厂受冲击的应急方案。