CN105424911B - 活性污泥呼吸速率测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性污泥呼吸速率测定装置及方法，可以实现连续测定、单台溶解氧仪读数、自动调整测量周期等功能，可有力支持污水处理厂活性污泥性质的监测与控制，本发明装置所述装置包括采样蠕动泵、溶解氧探头套筒、溶解氧探头、溶解氧变送器、圆形盘管、控制器和触摸屏，所述采样蠕动泵一侧与活性污泥池连接，另一侧与所述溶解氧探头套筒连接，所述溶解氧探头套筒连接所述圆形盘管，所述圆形盘管另一侧连接所述活性污泥池，所述溶解氧探头套筒内设有所述溶解氧探头，所述溶解氧探头信号连接所述溶解氧变送器，所述溶解氧变送器信号连接所述控制器，所述控制器连接所述触摸屏，所述控制器信号连接所述采样蠕动泵。

Description

活性污泥呼吸速率测定装置及方法

技术领域

本发明属于城市污水处理技术领域，涉及一种测定废水生物处理系统中活性污泥瞬时呼吸速率的装置和方法。

背景技术

活性污泥法是城镇污水生物处理中的主流技术，在活性污泥法处理污水过程中，活性污泥呼吸速率(OUR)是反应活性污泥系统微生物活性的一个重要指标，而且可表征曝气池的实际需氧量，对于工艺运行和曝气控制具有重要作用。然而，由于OUR在线连续检测方法的限制，污水处理厂目前的监测体系中还没有实现该指标的实时监测。如果能开发一种活性污泥OUR在线检测方法和装置实现污水处理过程中活性污泥OUR的在线动态测定，对于污水处理厂的运行优化有非常重要的意义。

国内专利有采用密闭法，使用一台溶解氧仪测量呼吸速率，其代价是呼吸速率只能间歇测定且时间较长，一般都需要十几分钟，难以迅速反应实际变化情况。在曝气过程控制中，往往需要在几分钟之内测定呼吸速率和计算需氧量。传统方法只能用于评估活性、监测毒性等，不能用于实施控制。因此，需要采用单一探头连续测定的方法。

例如中国专利CN103278495A公开了一种活性污泥比耗氧速率(SOUR)在线测定装置，该装置利用两个荧光溶解氧探头测试呼吸管进水溶解氧和出水溶解氧，呼吸管密闭，敞口曝气，混合液在呼吸管中处于流动状态，通过呼吸管进出水溶解氧的差值与混合液在呼吸管中停留时间的比值确定混合液耗氧速率。但是，在该方法中，两个溶解氧探头测试耗氧速率时，两个荧光溶解氧探头之间的误差将影响测试的准确性，需要定期对两个荧光溶解氧探头进行校准。因此，该专利所述的方法并不能准确测试OUR。

国外仪器有使用同一台溶解氧仪测定(RA-1000)，但需要定期更换流动方向，且呼吸速率测试的周期固定。由于反应器容积、泵流速等的限制，测试周期可调节的范围很小。由于测试周期固定或者可调幅度小，这使得呼吸速率仪难以适应污泥活性或进水负荷大幅度波动的场合。在呼吸速率很大时，在曲线尾部可能出现溶解氧抑制的拐点，导致计算错误；在呼吸速率很小时，曲线很平缓易导致斜率计算不准确。因此，需要在单一探头和连续测定的基础上，增加测量周期的调节灵活性。

此外，传统呼吸速率的计算公式包含了测试周期的影响，导致测试周期改变后，计算公式也需要随之变化。因此，需要采用新的呼吸速率计算方法，在呼吸速率计算中去除测量周期的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对呼吸速率间歇测定、多台溶解氧仪系统误差、测量周期无法调整或幅度小等问题，建立一种基于推流式往复流动的呼吸速率计算方法与活性污泥瞬时呼吸速率测定装置，可以实现连续测定、单台溶解氧仪读数、自动调整测量周期等功能，可有力支持污水处理厂活性污泥性质的监测与控制。

为达上述目的，本发明一种活性污泥呼吸速率测定装置，所述装置包括采样蠕动泵、溶解氧探头套筒、溶解氧探头、溶解氧变送器、圆形盘管、控制器和触摸屏，所述采样蠕动泵一侧与活性污泥池连接，另一侧与所述溶解氧探头套筒连接，所述溶解氧探头套筒连接所述圆形盘管，所述圆形盘管另一侧连接所述活性污泥池，所述溶解氧探头套筒内设有所述溶解氧探头，所述溶解氧探头信号连接所述溶解氧变送器，所述溶解氧变送器信号连接所述控制器，所述控制器连接所述触摸屏，所述控制器信号连接所述采样蠕动泵。

其中所述溶解氧探头套筒底部两侧各设有一个接口，一个接口连接所述采样蠕动泵，另一个接口连接所述圆形盘管。

其中所述采样蠕动泵与所述控制器之间、所述溶解氧探头与所述溶解氧变送器之间、所述溶解氧变送器与所述控制器之间、所述控制器与所述触摸屏之间分别通过数据电缆连接。

一种采用所述活性污泥呼吸速率测定装置进行测定呼吸速率的方法，包括以下步骤：

从0时刻开始采用蠕动泵正转，记录DO(0)，当t达到测量周期T时，将采用蠕动泵反转，继续记录DO(t)，直到t达到2倍测量周期2T，进入下一次测量过程，在t＝(T,2T]的范围内，实时计算呼吸速率OUR(t)如下：

if T＜t＜2T，↓

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

1、本发明采用圆形盘管内往复流动方式替代呼吸速率仪常见的顺序流动，并采用了新的计算方法，使在线仪器的设计体积更小、结构更加紧凑、制作成本更低，运行也更可靠；

2、本发明采用圆形盘管内的推流式往复流动，实现了呼吸速率的实时与连续检测，与传统的序批式间歇测量相比，大大缩短了测量周期，提供了更加丰富的数据和信息；

3、本发明使用同一个溶解氧探头测定和计算活性污泥的呼吸速率，实时计算呼吸速率，消除了两台溶解氧探头分别测定进出水浓度的系统误差，提高了数据的准确性；

4、本发明可根据呼吸速率测试结果自动调整往复流动周期，在速率值较低时自动采用更长的测试周期以提高计算准确性，与其它方法固定测试周期相比，更适用于污水处理厂呼吸速率变化较大的实际情况。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置的控制策略图。

图3为溶解氧曲线与OUR计算示意图。

图4为实验测试结果图

附图标记说明：1采样蠕动泵、2溶解氧探头套筒、3溶解氧探头、4溶解氧变送器、5圆形盘管、6控制器、7触摸屏。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

参见附图1，根据本发明的一个实例，活性污泥污水处理系统中呼吸速率测试装置包括：采样蠕动泵1，溶解氧探头套筒2，溶解氧探头3，溶解氧变送器4，圆形盘管5，控制器6，触摸屏7。

采样蠕动泵1一侧与活性污泥池连接，一侧与溶解氧探头套筒2连接，可以调节转速，以及周期性改变转动方向，从而改变后续管路里流体的流量和方向，溶解氧探头套筒2为一个圆形速率容器，溶解氧探头3插入其中且密切贴合，溶解氧探头套筒2底部两侧有各有一个接口，分别连接采样蠕动泵1出口和圆形盘管5，溶解氧探头3与溶解氧变送器4(溶解氧仪)连接，完成溶解氧信号的测定，溶解氧变送器4通过数据电缆与控制器6连接，向控制器6输出电流或者数字信号，完成溶解氧信号的采集过程。圆形盘管5与溶解氧探头套筒2一侧接口连接，另一端与活性污泥池连接。圆形盘管5管径较小，管壁光滑，内部流体前后不返混，呈现推流形式。随着采样蠕动泵1方向和转速的变化，圆形盘管5内部流体的流向和停留时间也随之变化。控制器6通过通信电缆与采样蠕动泵1、溶解氧变送器4连接，实现数据采集和设备控制的功能。人机界面为一触摸屏7，通过通信电缆与控制器6相连，显示溶解氧等历史数据、显示和控制仪器状态、计算和显示呼吸速率等。

当本装置开始测试活性污泥池中混合液样品呼吸速率时，采样蠕动泵1将混合液样品从活性污泥池中泵送至溶解氧探头套筒2中，经由溶解氧探头3测试溶解氧数值后，再进入圆形盘管5中，最终出水流入活性污泥池中。在完成正转后，采样蠕动泵反转，将停留在圆形盘管5中的混合液样品反向抽动，再次经过溶解氧套筒2，并由溶解氧探头3测试反转溶解氧数值，直至测试周期结束。在测试过程中，溶解氧探头3测试的正反转溶解氧数值均通过溶解氧变送器4传送至控制器6中，用户通过触摸屏7设置测试周期、蠕动泵流速等参数，并由触摸屏7显示采集溶解氧数值与计算得到的呼吸速率值。

本发明装置的控制结构如图2所示。本发明首先通过PLC控制采样蠕动泵1将活性污泥池中的混合液样品泵送至装置内，通过溶解氧探头3测试混合液样品的溶解氧数值，并经由溶解氧变送器4以及PLC中的数据采集程序，将测试数值传送至PLC内。一段时间以后，PLC控制采样蠕动泵1反转，测试数值同样经由上述步骤传送至PLC内，经过初步计算判断OUR范围后进行反馈，再由用户通过人机界面向PLC控制器中设定测试周期、OUR的计算时长、泵的流向/方向等参数，PLC控制器再根据设置参数自动调整蠕动泵的流速、流向以及OUR的计算。

本发明提出了呼吸速率计算的方法，如图3所示。从0时刻开始蠕动泵正转，PLC记录t时刻的溶解氧浓度DO(t)；当t达到测量周期T时，将蠕动泵反转，继续记录DO(t)，直到t达到2倍测量周期2T，进入下一次测量过程。在t＝(T,2T]的范围内，实时计算呼吸速率OUR(t)如下：

ifT＜t＜2T，↓

式(1)表明，由于t<T时，活性污泥的溶解氧浓度基本稳定，因此DO(2T-t)可近似为初始值DO(0)；这个近似使得测量周期T仅作为公式的输入参数，而不影响其他数据的取值。比如，近似前的DO(2T-t)的取值就依赖于T，数据存储和寻址结构等一般要求T不能实时改变；近似之后，公式中的溶解氧浓度就与T无关，因此T可以实时变化而不需要更改数据算法。因此，本发明中调整测量周期T不会影响实时数据的存储与计算结构，大大提高了测量范围的自适应性。

本发明提出了自动调整测量周期T的方法。根据对污染物降解速率的测试或是传统的OUR间歇方法测试预先判断OUR的范围，OUR值越大，测量时间可相应越短，所需要的理论测定呼吸管长度越短。具体测量周期和理论管长如表1所示。

表1测量周期T的对应表格

OUR范围，mg/L.min	推荐T值，min	理论管长cm
			2-4	2	50
0.5-2	3	100
			0-0.5	5	150

实施例1

选择某活性污泥的中试装置，原位采集系统中的活性污泥，使用本发明装置进行测试，同时采集活性污泥样品，用锥形瓶密闭法测定呼吸速率，实验结果如图4所示。

本装置的关键参数如下：测量周期T＝5min；测定管长2m、内径12mm；蠕动泵流速调节为50mL/min。

长期监测结果表明，活性污泥的OUR变化幅度较大，范围26～42mg/L.hr。与国内传统密闭的OUR间歇测定法相比，本发明装置的测试结果与传统法测试结果基本相同，相关性显著(R2＝0.93，P<0.01)，说明本发明装置可以代替密闭式的传统方法。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种活性污泥呼吸速率测定装置，其特征在于：所述装置包括采样蠕动泵、溶解氧探头套筒、溶解氧探头、溶解氧变送器、圆形盘管、控制器和触摸屏，所述采样蠕动泵一侧与活性污泥池连接，另一侧与所述溶解氧探头套筒连接，所述溶解氧探头套筒连接所述圆形盘管，所述圆形盘管另一侧连接所述活性污泥池，所述溶解氧探头套筒内设有所述溶解氧探头，所述溶解氧探头信号连接所述溶解氧变送器，所述溶解氧变送器信号连接所述控制器，所述控制器连接所述触摸屏，所述控制器信号连接所述采样蠕动泵，所述控制器控制采样蠕动泵正转和反转。

2.根据权利要求1所述的活性污泥呼吸速率测定装置，其特征在于：所述溶解氧探头套筒底部两侧各设有一个接口，一个接口连接所述采样蠕动泵，另一个接口连接所述圆形盘管。

3.根据权利要求1所述的活性污泥呼吸速率测定装置，其特征在于：所述采样蠕动泵与所述控制器之间、所述溶解氧探头与所述溶解氧变送器之间、所述溶解氧变送器与所述控制器之间、所述控制器与所述触摸屏之间分别通过数据电缆连接。

4.一种采用权利要求1-3中任一项所述活性污泥呼吸速率测定装置进行测定呼吸速率的方法，其特征在于包括以下步骤：

从0时刻开始采用蠕动泵正转，记录DO(0)，当t达到测量周期T时，将采用蠕动泵反转，继续记录DO(t)，直到t达到2倍测量周期2T，进入下一次测量过程，在t＝[T,2T]的范围内，实时计算呼吸速率OUR(t)如下：

if T＜t＜2T，↓

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