申请日2017.03.22
公开(公告)日2017.08.18
IPC分类号C02F3/12; C02F103/30
摘要
本发明涉及污泥活性检测技术及其在污水生物处理中的应用。本发明公开了一种污水生物处理系统中污泥活性的简易测定装置及污泥活性的测定方法。针对在线检测污泥活性耗费大，易出故障等特点，设计了一套离线检测装置。本发明的特点之一是没有采用传统的曝气供氧，而是采用过氧化氢分解产生氧气的方式为微生物供氧。特点之二是对污泥活性计算公式上做了修正。本发明装置结构简单，便于携带。而且重现性好，运行稳定，丰富了污泥活性的计算方法。
权利要求书
1.一种污泥活性的简易测定装置，其特征在于，其包括恒温磁力搅拌器、恒温水池、反应瓶、磁力搅拌子、橡皮塞、药剂投加管、溶解氧仪及探头，所述恒温水池置于恒温磁力搅拌器上，反应瓶位于恒温水池中，磁力搅拌子位于反应瓶底部，橡皮塞盖住反应瓶瓶口，药剂投加管、溶解氧仪的探头通过橡皮塞插入反应瓶内。
2.一种使用权利要求1所述简易测定装置测定污泥活性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取曝气池前端、中部及后端的污泥混合液各500ml，混匀，置于2L的曝气装置中，采用曝气供氧，曝气20-30h，使微生物充分利用营养物质;
步骤二、取约200-300ml上述污泥混合液于简易测定装置的反应瓶中，反应瓶置于恒温磁力搅拌器上的恒温水池中中，温度为20-40℃，此时不开启恒温磁力搅拌器，瓶口敞开;
步骤三、向反应瓶中依次加入烯丙基硫脲0.3ml、微量元素液I、微量元素液II、营养液各1ml、磷酸盐缓冲液2ml;
所述烯丙基硫脲为浓度10.0g/L的丙烯基硫脲溶液;
所述微量元素液I为含钴、铁、锰、硼、锌、钼、镍、铜元素的溶液;其中钴元素含量为0.01-0.08g/L;铁元素含量为1-2g/L;锰元素含量为0.01-0.08g/L;硼元素含量为0.001-0.008g/L;锌元素含量为0.01-0.1g/L;钼元素含量为0.01-0.08g/L;镍元素含量为0.001-0.008g/L;铜元素含量为0.001-0.008g/L;
所述微量元素液II为含钙、镁元素的溶液;其中钙元素含量为2-6g/L;镁元素含量为2-6g/L;
所述营养液为含氮、磷、硫的营养液;氮元素含量为2-20g/L;磷元素含量为2-20g/L;硫元素含量为2-20g/L;
所述磷酸盐缓冲液为：磷元素含量为10-60g/L;
步骤四、向反应瓶中缓慢加入3～4滴1-3%过氧化氢溶液，密塞，开启恒温磁力搅拌器，磁力搅拌子4工作，转速为250rpm，时间为30s，然后静置1min;过氧化氢在20-30℃，搅拌的情况下能分解产生氧气，检测DO(溶解氧)是否达到15mg/L，否则，继续加入过氧化氢;当DO达到15mg/L后，加入1-2ml乙酸钠溶液，开启搅拌装置，时间为30s，静置1min，补加污泥混合液使反应瓶充满;插入溶解氧仪的探头，密塞，再次开启恒温磁力搅拌器，每1min记录溶解氧随时间的变化，直至接近于零;
所述乙酸钠溶液为：乙酸钠浓度为160g/L，相当于100000mg/L的COD;
步骤五、绘制出溶解氧随时间的变化曲线DO-t，选择曲线的最大斜率即OURmax，依据国标法测定污泥混合液悬浮固体浓度MLSS和挥发性悬浮固体浓度MLVSS，再用公式计算污泥活性：
3.权利要求1所述污泥活性简易装置在印染污水处理中的应用，其特征在于，测得污泥活性不低于0.25mgO2/克MLVSS.小时时，系统运行良好。
4.根据权利要求1所述的简易测定装置，其特征在于，所述恒温磁力搅拌器为集热式恒温磁力搅拌器。
说明书
一种污泥活性的简易测定装置及测定方法及其在污水生物处理中的应用
技术领域
本发明涉及一种污泥活性的测定装置及方法，特别涉及一种污水生物处理中污泥活性的简易测定装置及方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
污水生物处理中传统的方法是活性污泥法，其中污泥活性是指活的生物组分占总生物组分的比例。
活性污泥耗氧速率(OUR)定义为活性污泥系统中，微生物在进行呼吸时单位时间内消耗氧的量。最大耗氧速率(OURmax)则为耗氧速率的最大值。活性污泥的耗氧速率是表征污泥活性的重要参数之一，从微生物的呼吸速率角度反映了活性污泥的生理状况和基质代谢情况。在活性污泥法应用初期，好氧微生物的呼吸速率就被用来考察微生物量和营养物利用率。近年来OUR作为检测污泥活性的参数，在分析、评价和预测系统运行状况以及处理能力上受到国内外专家的普遍重视。研究和应用污水生物处理系统的OUR检测技术，进而得到污泥活性参数，对于促进污水生物处理技术的发展，强化和提高污水生物处理系统的运行与控制，具有十分重要的意义。
如今，污泥活性测定普遍采用的方法是根据系统溶解氧变化确定耗氧速率。根据是否实时监测又可分为间歇式和连续式。
间歇式操作是将待测污泥混合液置于完全封闭的密闭容器中，并先曝气至溶解氧浓度接近饱和，再停止曝气，溶解氧仪记录密闭容器中的溶解氧浓度变化。曲线的斜率则为耗氧速率。虽然该法不能实时监测，但是对于一些缺乏实时监测设备的污水处理系统来说，也能为系统长期有效的运行提供支持。
而连续式操作则连续交替监测曝气池内进、出口处溶解氧浓度。根据溶解氧浓度之差及停留时间计算出耗氧速率。随着自动控制设备、在线检测仪表和变频技术的开发与应用，它们为实现在线检测污泥活性创造了条件。
目前，在污水处理领域，活性污泥系统中生物量通常通过测定污泥混合液悬浮固体浓度(MLSS)和挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)来表示。然而，这两个指标中除了活性微生物量外，还包括微生物代谢产物、进水中的有机和无机组分等含量。因此，使用这些指标来表示活性污泥中活性生物量时会大大增加污泥活性计算时误差，最终会导致对污泥活性检测的不准确。
发明内容
本发明目的之一为针对现有技术的不足在反复试验的基础上，建立了一套离线检测同时反映污泥活性的简易测定装置。通过考察活性污泥OUR的变化规律，来计算污泥活性。
本发明的目的之二为针对现场现有技术的不足，提供了污泥活性的简易测定方法。虽然有滞后性，但能提供技术支持。本发明所采用的技术方案如下：
一种污泥活性的简易测定装置，其包括恒温磁力搅拌器、恒温水池、反应瓶、磁力搅拌子、橡皮塞、药剂投加管、溶解氧仪及探头，恒温水池置于恒温磁力搅拌器上，反应瓶位于恒温水池中，磁力搅拌子位于反应瓶底部，橡皮塞盖住反应瓶瓶口，药剂投加管、溶解氧仪的探头通过橡皮塞插入反应瓶内。
开始工作时，将混合液DO(溶解氧)加入反应瓶3中，盖上插有溶解氧仪探头及药剂投加管的橡皮塞，启动恒温磁力搅拌器，磁力搅拌子工作，溶解氧仪开始记录混合液DO变化，每分钟自动记录一个数值，绘制DO-t曲线，该曲线的斜率显示为活性微生物的OUR。
恒温磁力搅拌器恒温磁力搅拌器的作用是在OUR测定时保持混合液样品呈悬浮均一状态，使得测定结果稳定、可靠。
优选的，恒温磁力搅拌器采用集热式恒温磁力搅拌器。
本发明还提供使用上述简易测定装置的测定污泥活性的方法
本实施例所采用的反应装置包括预曝气系统、反应系统、监测系统、MLSS、MLVSS测定系统。
首先在小型曝气装置中，通过曝气充分降解其中微生物可利用的营养物。
然后采用国标方法测定MLSS和MLVSS。
当耗氧速率测定装置开始工作时，向反应系统中加入硝化抑制剂、微生物需要的微量元素、营养盐、磷酸缓冲液，再加入过氧化氢溶液提供微生物呼吸需要的氧气，最后加入微生物呼吸需要的碳源(COD)，溶解氧仪每分钟记录溶解氧含量，直至接近于零。绘制出溶解氧随时间的变化曲线，选择最大斜率，得到OURmax，再根据公式计算出污泥活性。
具体步骤如下：
(1)取曝气池前端、中部及后端的污泥混合液各500ml，混匀，置于1L的曝气装置中，采用曝气供氧曝气20-30h，使微生物充分利用营养物质。
(2)取约200-300ml上述污泥混合液于300ml反应瓶中。反应瓶置于带恒温磁力搅拌器上的恒温水池中，温度为20-40℃，此时不开启恒温磁力搅拌器，瓶口敞开。
(3)向反应瓶中依次加入烯丙基硫脲0.3ml，微量元素液I、微量元素液II和营养液各1ml，磷酸缓冲液2ml。
烯丙基硫脲为浓度10.0g/L的丙烯基硫脲溶液;
微量元素液I为含钴、铁、锰、硼、锌、钼、镍、铜元素的溶液;其中钴元素含量为0.01-0.08g/L;铁元素含量为1-2g/L;锰元素含量为0.01-0.08g/L;硼元素含量为0.001-0.008g/L;锌元素含量为0.01-0.1g/L;钼元素含量为0.01-0.08g/L;镍元素含量为0.001-0.008g/L;铜元素含量为0.001-0.008g/L;
微量元素液II为含钙、镁元素的溶液;其中钙元素含量为2-6g/L;镁元素含量为2-6g/L;
所述营养液为含氮、磷、硫的营养液;氮元素含量为2-20g/L;磷元素含量为2-20g/L;硫元素含量为2-20g/L;
磷酸盐缓冲液为磷元素含量为10-60g/L。
(4)再向反应瓶中缓慢加入3～4滴3%过氧化氢溶液，密塞，开启搅拌装置，转速为250rpm，时间为30s。然后静置1min，过氧化氢在-20-30℃，搅拌的情况下能分解产生氧气。检测DO是否达到15mg/L。否则，继续加入过氧化氢。
DO达到15mg/L后，加入1ml乙酸钠溶液，开启搅拌装置，时间为30s，静置1min，补加污泥混合液使反应瓶充满。插入溶解氧仪的探头，密塞，再次开启恒温磁力搅拌器，每1min记录溶解氧随时间的变化，直至接近于零;。
所述乙酸钠溶液为：乙酸钠浓度为160g/L，相当于100000mg/L的COD;
(5)绘制出溶解氧随时间的变化曲线DO-t，选择曲线的最大斜率即OURmax。
(6)依据国标法测定污泥混合液悬浮固体浓度MLSS和挥发性悬浮固体浓度MLVSS，。
(7)公式计算污泥活性：Active%=6.4×OURmax/Xvss。
本发明在污泥活性的计算公式上做了修正，修正了活性微生物的量的计算方法。污泥中活性微生物的浓度(Xa)可以根据在动力学饱和状态下营养物利用的动力学特征计算出来，即在S(营养物浓度)>>KS(饱和常数)的情况下，污泥微生物利用营养不受营养物浓度影响，而是受活性微生物的活性限制，微生物活性越高，降解有机物消耗的溶解氧量就越大，所能达到的最大耗氧速率就越高。
式中:
OURmax—最大耗氧速率;
β—每产生1mgVSS的耗氧量，mg O2/mg VSS，一般取1.42;
Yg—生物量产率系数，mg VSS/mg COD，一般取0.5;
qm—最大COD去除速率，mg COD/mg Xa/h，一般取0.5;
ba—衰减系数，d-1，一般取0.2。(一般取值的依据为污水处理厂工艺设计手册，高俊发编著)
在25℃时，污泥活性的计算公式可简化为:
本发明污泥活性简易装置在印染污水处理中的应用，测得污泥活性不低于0.25(mgO2/克MLVSS.小时)时，系统运行良好。
本发明的有益效果如下：
1、污泥活性的简易测定装置结构简单、易于拆卸、体积小便于携带，而且制作成本低。
2、本发明没有采用传统的曝气供氧，而是采用过氧化氢分解产生氧气的方式为微生物供氧。过氧化氢分解仅产生水和氧气，对环境没有危害。相比曝气供氧，氧气直接以分子形式传给细胞，不会形成气液传质阻力，提高了氧气的传质速率。溶解氧含量能达到15mg/L，优于传统曝气供氧。溶解氧含量高能保证微生物的正常代谢活动，也能延长污泥活性测定的时间，进一步保障数据的准确性。
附图说明
图1本发明污泥活性测定装置的结构示意图
图2耗氧速率检测过程中溶解氧随时间的变化
图3浙江某印染公司曝气池污泥混合液中污泥活性变化
图4浙江某轧染公司有毒废水流入曝气池前后污泥活性变化
附图说明：1：恒温磁力搅拌器;2：恒温水池;3：反应瓶;4：磁力搅拌子;5：溶解氧仪的探头;6：橡皮塞;7：药剂投加管;8：溶解氧仪
具体实施方式
如图1所示的污泥活性的简易测定装置，包括恒温磁力搅拌器1、恒温水池2、反应瓶3、磁力搅拌子4、橡皮塞6、药剂投加管7、溶解氧仪及探头5。
恒温水池2置于恒温磁力搅拌器上1，反应瓶3位于恒温水池2中，磁力搅拌子4位于反应瓶3底部，橡皮塞6盖住反应瓶3瓶口，药剂投加管7、溶解氧仪的探头5通过橡皮塞6插入反应瓶3内。
开始工作时，将混合液DO加入反应瓶3中，盖上带有溶解氧仪的探头5及药剂投加管7的橡皮塞6，启动恒温磁力搅拌器1，磁力搅拌子4工作，溶解氧仪8开始记录混合液DO变化，每分钟自动记录一个数值，绘制DO-t曲线，该曲线的斜率显示为活性微生物的OUR。
恒温磁力搅拌器的作用是在OUR测定时保持混合液样品呈悬浮均一状态，使得测定结果稳定、可靠。
为便于理解本发明所述的污泥活性简易测定方法，本发明列举实施例如下。
实施例1
采用本发明装置应用于浙江某印染有限公司，每月对曝气池内的污泥活性进行测定。
以2014年1月数据为例，步骤如下：
(1)取曝气池前端、中部及后端的污泥混合液各500ml，混匀，置于1L的曝气装置中，空气曝气24h，使微生物充分利用营养物质。
(2)取约280ml上述污泥混合液于300ml反应瓶3中。反应瓶3置于恒温磁力搅拌器1上的恒温水池2中，，温度控制为25℃，此时不开启恒温磁力搅拌器1，瓶口敞开。
(3)向反应瓶3中一次加入烯丙基硫脲0.3ml，用来抑制硝化反应。微量元素液I、微量元素液II和营养液各1ml，提供微生物呼吸所必要的营养元素。磷酸盐缓冲溶液2ml，用来维持酸碱平衡。
烯丙基硫脲为：浓度10.0g/L的丙烯基硫脲溶液;
微量元素液I为含钴、铁、锰、硼、锌、钼、镍、铜元素的溶液;其中钴元素含量为0.062g/L;铁元素含量为1.036g/L;锰元素含量为0.0139g/L;硼元素含量为0.0044g/L;锌元素含量为0.0121g/L;钼元素含量为0.0020g/L;镍元素含量为0.0063g/L;铜元素含量为0.0025g/L;
微量元素液II为含钙、镁元素的溶液;其中钙元素含量为5.4g/L;镁元素含量为2.36g/L;
营养液为含氮、磷、硫的营养液;氮元素含量为13.9g/L;磷元素含量为11.5g/L;硫元素含量为6.67g/L;
磷酸盐缓冲液为：磷元素含量为47g/L;
(4)再向反应瓶3中缓慢加入3～4滴3%过氧化氢溶液，盖上橡皮塞6，开启恒温磁力搅拌器1，磁力搅拌子4工作，转速为250rpm，时间为30s。然后静置1min，过氧化氢在25℃，搅拌的情况下能分解产生氧气。检测DO是否达到15mg/L。否则，继续加入过氧化氢。
DO达到15mg/L后，加入1ml乙酸钠溶液，提供微生物需要的碳源，此时COD浓度为333mg/L。开启恒温磁力搅拌器1，磁力搅拌子4工作，时间为30s，静置1min，补加污泥混合液使反应瓶充满。插入溶解氧仪的探头5，密塞，再次开启搅拌装置，恒温磁力搅拌器1，每1min记录溶解氧。
所述乙酸钠溶液为：乙酸钠浓度为160g/L，相当于100000mg/L的COD;
绘制溶解氧含量随时间变化，如图2所示。
(5)计算曲线的最大斜率，得到OURmax，通过计算，OURmax为41.9mg/(L.h)。
(6)根据国标法测定污泥混合液的MLSS为1020mg/L，MLVSS为867mg/L。
(7)进一步计算活性为0.31。
采用本发明中的方法对该印染公司曝气池污泥混合液进行活性连续检测，得到图3，为系统长期有效的运行提供数据支撑。如2014年1月至2014年7月曝气池污泥活性分别为0.31、0.27、0.29、0.26、0.28、0.29、0.26。均为正常值左右，说明系统运行良好。以往试验证明正常的曝气系统中，污泥活性为0.25左右。若大大高于正常值，往往提示污泥负荷过高，这时出水水质较差，残留的有机物较多。若活性长期低于正常值，此时污泥负荷低，出水中残留有机物数量较少，处理完全。如果长期运行，也会使污泥因缺乏营养而解絮。
本实施例中，恒温磁力搅拌器采用集热式恒温磁力搅拌器。
实施例2
采用本发明装置应用于浙江绍兴某轧染有限公司，探究中水调节池废水进入好氧系统后，是否对污水处理系统产生冲击。当中水调节池废水进入好氧系统后，连续一周每天测定污泥活性。以7月20日活性测定为例，具体步骤如下：
(1)取该污水系统曝气池前端、中部及后端的泥水混合物各500ml，混匀，置于1L的曝气装置中，空气曝气24h，使微生物充分利用营养物质。
(2)取约280ml上述泥水混合物于300ml反应瓶3中。反应瓶置于带恒温磁力搅拌器1上的恒温水池2中，温度控制为25℃，此时不开启恒温磁力搅拌器1，瓶口敞开。
(3)向反应瓶3中一次加入烯丙基硫脲0.3ml，用来抑制硝化反应。微量元素液I、微量元素液II和营养液各1ml，提供微生物呼吸所必要的营养元素。磷酸盐缓冲溶液2ml，用来维持酸碱平衡。
烯丙基硫脲为：浓度10.0g/L的丙烯基硫脲溶液;
微量元素液I为含钴、铁、锰、硼、锌、钼、镍、铜元素的溶液;其中钴元素含量为0.062g/L;铁元素含量为1.036g/L;锰元素含量为0.0139g/L;硼元素含量为0.0044g/L;锌元素含量为0.0121g/L;钼元素含量为0.0020g/L;镍元素含量为0.0063g/L;铜元素含量为0.0025g/L;
微量元素液II为含钙、镁元素的溶液;其中钙元素含量为5.4g/L;镁元素含量为2.36g/L;
营养液为含氮、磷、硫的营养液;氮元素含量为13.9g/L;磷元素含量为11.5g/L;硫元素含量为6.67g/L;
磷酸盐缓冲液为：磷元素含量为47g/L;
(4)再向反应瓶3中缓慢加入3～4滴3%过氧化氢溶液，盖上橡皮塞6，开启恒温磁力搅拌器1，转速为250rpm，时间为30s，磁力搅拌子4工作。然后静置1min，过氧化氢在25℃，搅拌的情况下能分解产生氧气。检测DO是否达到15mg/L。否则，继续加入过氧化氢。
DO达到15mg/L后，加入1ml乙酸钠溶液，提供微生物需要的碳源，开启恒温磁力搅拌器1，时间为30s，静置1min，补加污泥混合液使反应瓶充满。插入溶解氧仪8的探头5，密塞，再次开启搅拌装置，每30s记录溶解氧。绘制溶解氧含量随时间变化。所述乙酸钠溶液为：乙酸钠浓度为160g/L，相当于100000mg/L的COD;
(5)计算曲线的最大斜率，得到OURmax，通过计算，OURmax为73.1mg/(L.h)。
(6)根据国标法测定污泥混合液的MLSS为2753mg/L，MLVSS为1918mg/L。
(7)进一步计算活性为0.26。
依照该步骤，如下几天测得的活性依次为0.18、0.19、0.18、0.20、0.22、0.23、0.25、0.24、0.25。
活性数据变化如图4所示。(2014年7月21日额外的中水调节池废水开始排入好氧系统)
从图4可以看出废水未进入曝气池以前，污泥活性为0.26。进入好氧系统后，活性降为0.18，但后期又逐渐升高以致稳定。这说明开始时微生物对此类废水不适应，导致活性降低。但是这种冲击的影响并不大，不会使微生物中毒死亡，微生物在第二天便适应这种水质，活性逐渐恢复正常水平。这一结果为该轧染有限公司污水处理的现场运营提供了良好的技术支持。
所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到;或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练入员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。除非另外说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。