CN207908494U - 一种在线毒性分析系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种在线毒性分析系统，包括活性微生物发生器，混合模块以及呼吸速率测定仪，活性微生物发生器用于培养用于测量的微生物物质，其连接至混合模块并向其输送用于测量的微生物物质；混合模块用于引入来自活性微生物发生器的用于测量的微生物物质并引入污水形成混合样，其连接至呼吸速率测定仪并向其输送混和样；呼吸速率测定仪用于引入来自混合模块的混合样并检测其毒性。能够应用于实际污水处理厂，如果一个毒物泄露到污水中，突然降低的呼吸速率就会反映出来。如果呼吸速率快速地降低，低于一个确定的百分比，报警将被触发并执行相应的动作。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水处理领域，具体涉及一种在线毒性分析系统。
背景技术
如果没有在线毒性检测系统，当含有毒性物质的废水进入污水处理厂接触到活性污泥并造成破坏时才会被发现。最坏的情况是污泥不得不重新更换，在这期间废水将无法得到有效的处理，这个结果是十分昂贵的。当含有毒性的成分的污水中在到达处理厂前就被检测出，就可避免活性污泥遭受破坏，这个系统的功能就叫“早期预警”系统。
呼吸速率也称耗氧速率，是单位时间内单位体积混合液中的微生物所消耗的氧气的量。按照所测量的氧的形态，呼吸速率的测量方法可以分为两大类：一种是在液相中测量溶解氧的浓度，称为液相法；一种是在气相中测量气态氧的体积或浓度，称为气相法。目前常用的是液相测量法，该方法根据液体的流动状态又可分为两种：一种是间歇测量法，即被测液体是相对固定的；另一种是连续测量法，即被测液体是流动，不断更新的。液相测量法一般都有一个小呼吸室，与活性污泥系统的曝气池相连，作为氧气的吸收场所，与溶解氧浓度的测量设备组成一套完整的测量系统。
然而现有技术中的测定设备和方法均无法实现在线、连续以及实时的监测，往往发生异常后虽然监测到结果，但损失已经不可避免。
实用新型内容
针对以上现有技术问题，本实用新型的目的在于提供一种在线毒性分析系统，自动化程度高、操作简单、操作界面友好直观，能够应用于实际污水处理厂，如果一个毒物泄露到污水中，突然降低的呼吸速率就会反映出来。如果呼吸速率快速地降低，低于一个确定的百分比，报警将被触发并执行相应的动作。具体技术方案如下：
一种在线毒性分析系统，包括活性微生物发生器，混合模块以及呼吸速率测定仪，其中，所述活性微生物发生器用于培养用于测量的微生物物质，其连接至混合模块并向其输送用于测量的微生物物质；所述混合模块用于引入来自活性微生物发生器的用于测量的微生物物质并引入污水形成混合样，其连接至呼吸速率测定仪并向其输送混和样；所述呼吸速率测定仪用于引入来自混合模块的混合样并检测其毒性。
进一步地，还包括一智能取样器，其连接至所述混合模块引入污水的管路并用于留取毒性过高的污水；和/或，所述混合模块包括一曝气罐，其用于容纳用于测量的微生物物质以及污水并持续曝气以达到最大的呼吸速率。
进一步地，所述在线呼吸速率测定仪包括呼吸室，进口，出口，计量泵，溶解氧电极/溶解氧测定仪，第一和第二三通电磁阀，所述进口连接至计量泵，所述计量泵分别连接至第一和第二三通电磁阀，第一三通电磁阀连接至呼吸室的上端，第二三通电磁阀连接至呼吸室的下端，第一和第二三通电磁阀均连接至出口；或者，所述在线呼吸速率测定仪包括呼吸室，进口，出口，计量泵，溶解氧电极/溶解氧测定仪，第一和第二三通电动阀，所述进口连接至计量泵，所述计量泵分别连接至第一和第二三通电动阀，第一三通电动阀连接至呼吸室的上端，第二三通电动阀连接至呼吸室的下端，第一和第二三通电动阀均连接至出口；或者，所述在线呼吸速率测定仪包括呼吸室，进口，出口，计量泵，溶解氧电极/溶解氧测定仪，第一和第二三通气动阀，所述进口连接至计量泵，所述计量泵分别连接至第一和第二三通气动阀，第一三通气动阀连接至呼吸室的上端，第二三通气动阀连接至呼吸室的下端，第一和第二三通气动阀均连接至出口。
进一步地，所述溶解氧电极设置于呼吸室的进口和/或出口处。
进一步地，所述溶解氧电极或者溶解氧测定仪的探头尽量靠近呼吸室。
进一步地，所述溶解氧测定仪包括采样计算机，溶解氧分析仪以及探头，所述探头用于靠近呼吸室进行检测，其连接至溶解氧分析仪，所述溶解氧分析仪连接至采样计算机用于计算呼吸速率和/或其他数据。
进一步地，还包括混合模块微生物物质进口管道，和/或，混合模块污水进口管道，和/或，混合模块混合样出口管道，和/或，溢流管道，和/或，呼吸速率测定仪出口管道，其中，所述活性微生物发生器通过混合模块微生物物质进口管道连接至混合模块，所述污水通过混合模块污水进口管道进入混合模块，所述混合模块通过混合模块混合样出口管道连接至呼吸速率测定仪，所述溢流管道为混合模块/曝气罐的溢流管道，所述呼吸速率测定仪出口管道为呼吸速率测定仪的出口管道。
进一步地，其为一种基于活性污泥呼吸速率的在线毒性分析系统，所述呼吸速率测定仪为在线呼吸速率测定仪，所述用于测量的微生物物质为微生物污泥；
和/或，
还包括回流管道和/或废液管道，所述溢流管道和/或呼吸速率测定仪出口管道连接至回流管道和/或废液管道，溢流管道和/或呼吸速率测定仪出口管道内测量后的废水当检测结果为不含毒性时导流进入回流管道并流回活性微生物发生器提供营养液，若毒性超过预定值时导流进入废液管道；
和/或，
还包括废液池，所述废液管道连接至废液池；
和/或，
还包括污水管道，其一端连接至污水处理厂进水口端和/或出水口端，另一端连接至混合模块或直接连接至曝气罐；
和/或，
还包括报警模块，其连接至呼吸速率测定仪，并用于在检测出毒性时立刻报警；
和/或，
所述呼吸速率测定仪还包括单溶解氧传感器和呼吸模块，所述单溶解氧传感器用于测量呼吸模块中样品的溶解氧浓度，实时采集数据并实时计算呼吸速率跟毒性抑制率；
和/或，
所述呼吸室为管道状；
和/或，
所述活性微生物发生器采用活性污泥工艺发生器，或A/O工艺发生器，或A2/O工艺发生器，或SBR工艺发生器，或氧化沟工艺发生器；
和/或，
所述智能取样器连接至呼吸速率，并用于在呼吸速率仪检测到污水中的毒性达临界值时将被检测水取一定量留置作为记录水样并标定取样时间；
和/或，
所述呼吸速率测定仪还包括毒性计算模块。
上述在线毒性分析系统的测定方法，包括如下步骤：
(1)预设活性污泥中微生物正常呼吸时溶解氧浓度单位时间内消耗一预设值一,呼吸速率为预设值二；
(2)毒性污水进入系统，抑制微生物的活性，导致呼吸速率降低；
(3)溶解氧消耗减少，单位时间内消耗预设值三，呼吸速率为预设值四；
(4)监控污泥呼吸速率；
(5)当污泥呼吸速率降低到预设值时，系统做出预警，避免污水流入污水厂生化处理系统。
进一步地，所述单位时间设置为1min，所述预设值一设置为3mg，所述预设值二设置为3mg/min，所述预设值三设置为0.5mg，所述预设值四设置为0.5mg/min；
和/或，
步骤(1)中，所述活性污泥采用活性微生物培养系统直接采集污水处理厂实时污泥进行培养，连续不断输入，具有相同或相近的pH值、温度、水样及污泥；
和/或，
步骤(4)中，采用呼吸速率测定仪的单溶解氧传感器测量呼吸模块中样品的溶解氧浓度，在线连续的直接利用采集的实时数据进行处理，实时计算呼吸速率跟毒性抑制率；
和/或，
步骤(1)中，采用活性微生物发生器，根据现场处理工艺模拟微生物生长过程，使微生物浓度与种群高度相似，以便检测出有毒物质对现有处理工艺的冲击及冲击程度；
和/或，
步骤(5)中，呼吸速率测定仪对被检测水样进行连续不断的检测，当呼吸速率快速地降低，低于一个预设的百分比，报警将被触发并执行相应的动作；
和/或，
混合模块不断地自动地填充来自活性微生物发生器的微生物污泥，同时引入污水并持续曝气以达到最大的呼吸速率；测定仪连续从混合模块中抽取混和样送到呼吸速率测定模块中检测毒性。
与目前现有技术相比，本系统是在线连续采集城市废水处理厂进水，与测试用活性污泥和外加易生物降解碳源混合，自动测定混合液的呼吸速率，根据呼吸速率或者比呼吸速率的变化来识别和评价进水对活性污泥的毒性及抑制程度。它不仅能够在线、高频对进水毒性进行实时监测，真实反映进水对本厂活性污泥的抑制，而且自动化程度高、操作简单、操作界面友好直观，能够应用于实际污水处理厂。分析仪内部的工业计算机控制所有的操作和功能，如果一个毒物泄露到污水中，突然降低的呼吸速率就会反映出来。如果呼吸速率快速地降低，低于一个确定的百分比，报警将被触发并执行相应的动作。
本系统与同类国外进口产品最大的区别就在于本系统为连续式测量，连续式呼吸速率测定法采用进水泵，而不像间歇式呼吸速率测定法那样每隔一定时间取一次样。活性微生物发生器，是根据现场(主要是污水厂)处理工艺模拟微生物生长过程，使微生物浓度与种群高度相似，以便检测出有毒物质对现有处理工艺的冲击及冲击程度。(2)由于活性微生物发生器为呼吸速率仪提供不间断的活性菌源，而当有毒性物质对检测样本有冲击的时候，自动化系统将确保活性菌源将单独处理，不会影响后续的检测过程。(3)在线呼吸速率仪对被检测水样是连续不断的，如果一个毒物泄露到污水中，突然降低的呼吸速率就会反映出来。如果呼吸速率快速地降低，低于一个确定的百分比，报警将被触发并执行相应的动作。
附图说明
图1为呼吸速率变化趋势图
图2为活性污泥工艺结构图
图3为A/O工艺结构图
图4为A2/O工艺结构图
图5为SBR工艺结构图
图6为氧化沟工艺结构图
图7为在线呼吸速率测定仪设计简图
图8为溶解氧测定仪探头示意图
图9为溶解氧浓度变化趋势图
图10为智能取样器设计图
图11为在线毒性分析系统整体图
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型进行详细描述，其为本实用新型多种实施方式中的一种优选实施例。
参照图1，活性污泥中微生物正常呼吸时溶解氧浓度单位时间(1min)内消耗3mg,所以呼吸速率为3mg/min。当毒性污水进入系统后抑制微生物的活性，呼吸速率降低，溶解氧消耗减少，单位时间内消耗0.5mg，所以此时的呼吸速率为0.5mg/min。当污泥呼吸速率降低到一定程度时，系统做出预警，避免污水流入污水厂生化处理系统对污泥造成不可逆转的伤害。
参照图2，活性污泥法中，活性污泥法的运行参数如下：
1)BOD污泥负荷率(NS)：0.2-0.4kgBOD/(kgMLSS·d)
2)BOD容积负荷(NV)：0.3-0.8kgBOD/(m3·d)
3)混合液悬浮物浓度(MLSS)：1.5-2.0g/L
4)污泥龄(ts)：2-4d
5)气水比：3-7
6)曝气时间(t)：6-8h
7)回流比：20-30％
8)污泥体积指数(SVI)：60-120L/g
参照图3，A/O工艺(缺氧-好氧工艺)中，A/O工艺的运行参数如下：
1)氨氮去除率70％～80％
2)硝化最佳pH值为8.0～8.4，反硝化最佳pH值为6.5～7.5
3)原污水总氮浓度TN＜30mg/L
4)溶解氧控制要求O段大于1mg/L；A段小于0.5mg/L
5)污泥浓度一般要求大于3000mg/L
6)污泥回流比：30～100％
7)污泥龄应达到15d以上
参照图4，A2/O工艺(厌氧-缺氧-好氧工艺)中，该工艺对有机物去除率与普通活性污泥法基本相同，对于一般城市生活污水运行参数为：
1)BOD5去除率为85％-95％
2)污泥负荷一般为0.1-0.2kgBOD5/kgMLSS·d
3)总停留时间为6-12h，其中厌氧区0.5-1.5h，缺氧区0.5-1h，好氧区4-8h
4)MLSS为3000-4000mg/L
5)污泥回流比为25-100％。
6)总氮去除率一般为60-80％
7)磷去除率50-75％，剩余污泥中磷的含量在2.5％以上
8)污泥龄一般为5-25d
参照图5，SBR工艺中，SBR活性污泥法的设计参数，必须考虑处理厂的地域特性和设计条件(用地面积、维护管理、处理水质指标等)适当的确定。用于设施设计的设计参数应以下值为准：
1)BOD污泥负荷(kg BOD/kg MLSS·d)：0.03-0.4
2)MLSS(mg/L)：1500-5000
3)排出比(1/m)：1/2-1/6
4)安全高度ε(cm)(活性污泥界面以上的最小水深)：50以上
参照图6，氧化沟工艺中，氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。一般氧化沟法的主要设计参数为：
1)水力停留时间：10－40小时
2)污泥龄：一般大于20天
3)有机负荷：0.05－0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)
4)容积负荷：0.2－0.4kgBOD5/(m3.d)
5)活性污泥浓度：2000－6000mg/l
6)沟内平均流速：0.3－0.5m/s
参照图7，在线呼吸速率测定仪，呼吸速率测量方法按照生物反应器是否密封，可分为密闭式和开放式。密闭式测量方法类似于在呼吸室的进口和出口处分别放置溶解氧电极，测量得到的溶解氧差值除以污泥停留时间就是呼吸速率。改进后的方法只使用一个溶解氧电极，通过控制两个三通电磁阀门使污泥周期性反向流动，实现同时测量进出口的溶解氧浓度。这样极大减少了系统误差。
两个三通电磁阀交替通断电，入流和出流以h为周期改变方向。周期h需要依据溶解氧探头的的响应时间确定，一般为60s左右。
呼吸室密封，将呼吸室设计成管道状，这样便减少了新旧污水的混合程度，并且减少了污泥沉淀，加大了测量的准确性。需要测量混合液的流速q，单位L/min；以及呼吸室体积V，单位L；
参照图8，溶解氧测定仪探头，溶解氧仪尽量使用高精度高质量的仪表以支持长期连续测量，溶解氧仪的探头尽量靠近呼吸室以减小误差，后端连接计算机计算呼吸速率及其他数据。途中，A—探头，B—溶解氧分析仪，C—采样计算机。
参照图9，呼吸速率计算过程中，由于交替测量进出口溶解氧浓度，所测溶解氧浓度变化趋势为：h时间内可以完成一次进出口溶解氧浓度的测量，h为测量周期。极高值为进口溶解氧浓度稳定值，极低值为出口呼吸室混合液溶解氧浓度稳定值。由于计算公式较复杂，在此不作赘述，最终计算呼吸速率公式为：
rk＝(a(Ck+1+Ck-1)-(a+2/h)(Ck+2+Ck)/2-(a-2/h)(CK-2+Ck)/2)/2
其中α为q/V。如果被测系统中溶解氧浓度变化不大，则可使用与原来的连续式方法相同的公式，即：
rk＝α((Ck+1+Ck-1)/2-Ck)
参照图10，智能取样器由取样管、支架、留样瓶跟内部的配电盘构成，用于跟呼吸速率仪配合使用，当呼吸速率仪检测到污水中的毒性达到警戒线时，智能取样器同步将被检测水取一定量留置作为记录水样，同时标定取样时间，以备人工检测。
参照图11，活性微生物发生器是一套复杂的微生物培养反应贮存装置，由集水槽、缺氧池、曝气池池跟二沉池等构成(不同工艺构造不尽相同)，能够保证微生物长期处在最佳状态，并能源源不断地提供微生物用来测量。测量后的废水若不含毒性则可流回微生物发生器提供营养液，若毒性太大则流入废液池等待进一步处理。
混合模块不断地自动地填充来自活性微生物发生器的微生物污泥，同时引入污水并持续曝气以达到最大的呼吸速率。测定仪连续从混合模块中抽取混和样送到呼吸速率测定模块中检测毒性。曝气罐中活性污泥的好氧速率、呼吸速率与其生命力有关，因而也体现了毒性作用的大小。如果工艺条件中呼吸速率只和污水中毒性混合物有关，那么呼吸速率的减少便可以指示出毒性物质的影响。该分析仪可以同时测量显示：溶解氧浓度(前)、溶解氧浓度(后)、呼吸速率、毒性抑制率％。
智能取样器同样由呼吸速率仪内的PLC控制，呼吸速率仪检测到毒性达到临界值时立即取样。
本实用新型属于污水自动处理技术领域且公开了利用微生物呼吸速率变化实现污水的毒性在线监测系统，包括：活性微生物培养系统、混合模块、呼吸速率测定、毒性计算模块和智能取样模块。活性微生物培养系统直接采集污水处理厂实时污泥进行培养，连续不断输入保持新鲜状态，具有相同的pH值、温度、水样及污泥。呼吸速率测定模块采用独特的单溶解氧传感器测量呼吸模块中样品的溶解氧浓度，不使用双溶氧探头避免探头之间的性能差异导致的测量误差。呼吸速率测定模块能够在线连续的直接利用采集的实时数据进行处理，实时计算呼吸速率跟毒性抑制率，无任何停留时间。本实用新型安置于污水处理厂进水口端，一经检测出毒性立刻报警，避免对污水处理厂处理工艺造成冲击。本实用新型无需使用试剂，维护量小，可实现无人看管。
Claims (6)
1.一种在线毒性分析系统，其特征在于，包括活性微生物发生器，混合模块以及呼吸速率测定仪，其中，
所述活性微生物发生器用于培养用于测量的微生物物质，其连接至混合模块并向其输送用于测量的微生物物质；
所述混合模块用于引入来自活性微生物发生器的用于测量的微生物物质并引入污水形成混合样，其连接至呼吸速率测定仪并向其输送混和样；
所述呼吸速率测定仪用于引入来自混合模块的混合样并检测其毒性；
还包括一智能取样器，其连接至所述混合模块引入污水的管路并用于留取毒性过高的污水；
所述智能取样器连接至呼吸速率测定仪，并用于在呼吸速率测定仪检测到污水中的毒性达临界值时将被检测水取一定量留置作为记录水样并标定取样时间；
所述呼吸速率测定仪还包括单溶解氧传感器和呼吸模块，所述单溶解氧传感器用于测量呼吸模块中样品的溶解氧浓度，实时采集数据并实时计算呼吸速率跟毒性抑制率；
其中，
所述在线呼吸速率测定仪包括呼吸室，进口，出口，计量泵，溶解氧电极/溶解氧测定仪，第一和第二三通电磁阀，所述进口连接至计量泵，所述计量泵分别连接至第一和第二三通电磁阀，第一三通电磁阀连接至呼吸室的上端，第二三通电磁阀连接至呼吸室的下端，第一和第二三通电磁阀均连接至出口；
或者，
所述在线呼吸速率测定仪包括呼吸室，进口，出口，计量泵，溶解氧电极/溶解氧测定仪，第一和第二三通电动阀，所述进口连接至计量泵，所述计量泵分别连接至第一和第二三通电动阀，第一三通电动阀连接至呼吸室的上端，第二三通电动阀连接至呼吸室的下端，第一和第二三通电动阀均连接至出口；
或者，
所述在线呼吸速率测定仪包括呼吸室，进口，出口，计量泵，溶解氧电极/溶解氧测定仪，第一和第二三通气动阀，所述进口连接至计量泵，所述计量泵分别连接至第一和第二三通气动阀，第一三通气动阀连接至呼吸室的上端，第二三通气动阀连接至呼吸室的下端，第一和第二三通气动阀均连接至出口。
2.如权利要求1所述的在线毒性分析系统，其特征在于，所述混合模块包括一曝气罐，
其用于容纳用于测量的微生物物质以及污水并持续曝气以达到最大的呼吸速率。
3.如权利要求2所述的在线毒性分析系统，其特征在于，所述溶解氧电极设置于呼吸室的进口和/或出口处。
4.如权利要求3所述的在线毒性分析系统，其特征在于，所述溶解氧测定仪包括采样计算机，溶解氧分析仪以及探头，所述探头用于靠近呼吸室进行检测，其连接至溶解氧分析仪，所述溶解氧分析仪连接至采样计算机用于计算呼吸速率。
5.如权利要求4所述的在线毒性分析系统，其特征在于，还包括混合模块微生物物质进口管道，和/或，混合模块污水进口管道，和/或，混合模块混合样出口管道，和/或，溢流管道，和/或，呼吸速率测定仪出口管道，其中，
所述活性微生物发生器通过混合模块微生物物质进口管道连接至混合模块，所述污水通过混合模块污水进口管道进入混合模块，所述混合模块通过混合模块混合样出口管道连接至呼吸速率测定仪，所述溢流管道为混合模块/曝气罐的溢流管道，所述呼吸速率测定仪出口管道为呼吸速率测定仪的出口管道。
6.如权利要求5所述的在线毒性分析系统，其特征在于，其为一种基于活性污泥呼吸速率的在线毒性分析系统，所述呼吸速率测定仪为在线呼吸速率测定仪，所述用于测量的微生物物质为微生物污泥；
和/或，
还包括回流管道和/或废液管道，所述溢流管道和/或呼吸速率测定仪出口管道连接至回流管道和/或废液管道，溢流管道和/或呼吸速率测定仪出口管道内测量后的废水当检测结果为不含毒性时导流进入回流管道并流回活性微生物发生器提供营养液，若毒性超过预定值时导流进入废液管道；
和/或，
还包括废液池，所述废液管道连接至废液池；
和/或，
还包括污水管道，其一端连接至污水处理厂进水口端和/或出水口端，另一端连接至混合模块或直接连接至曝气罐；
和/或，
还包括报警模块，其连接至呼吸速率测定仪，并用于在检测出毒性时立刻报警；
和/或，
所述呼吸室为管道状；
和/或，
所述活性微生物发生器采用活性污泥工艺发生器，或A/O工艺发生器，或A2/O工艺发生器，或SBR工艺发生器，或氧化沟工艺发生器；
和/或，
所述呼吸速率测定仪还包括毒性计算模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720961318.5U CN207908494U (zh) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 一种在线毒性分析系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720961318.5U CN207908494U (zh) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 一种在线毒性分析系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207908494U true CN207908494U (zh) | 2018-09-25 |
Family
ID=63570128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201720961318.5U Active CN207908494U (zh) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 一种在线毒性分析系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207908494U (zh) |
-
2017
- 2017-08-03 CN CN201720961318.5U patent/CN207908494U/zh active Active
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