申请日2017.10.18
公开(公告)日2018.01.05
IPC分类号C02F3/34; C02F3/00; G01N27/409
摘要
本发明公开了一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置及其使用方法，包括污水过滤器、污水泵、进水管、密闭反应池、分离隔板、若干氧电极生物感应器、PLC控制预警系统以及出水口，所述污水过滤器进水管与预处理系统和生化池的连接管道上的取水口相连，所述污水泵分别与所述污水过滤器以及进水管连接，所述进水管与所述密闭反应池连接，所述分离隔板用于将所述密闭反应池分隔出至少9个区域，所述氧电极生物感应器包括丝状菌氧电极微生物传感器、菌胶团氧电极微生物传感器以及多种不同环境下的优势丝状菌微生物传感器，所述密闭反应池的出水口与所述预处理系统连接。本发明具有对污水进行实时、多级预警以及对污泥膨胀成因进行实时分析的功能。
权利要求书
1.一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置，其特征是，包括污水过滤器(1)、污水泵(2)、进水管(3)、密闭反应池(4)、分离隔板(5)、若干氧电极生物感应器(6)、PLC控制预警系统(7)以及出水口(8)，所述污水过滤器(1)进水管与预处理系统和生化池的连接管道上的取水口相连，所述污水泵(2)一端与所述污水过滤器(1)连接，另一端与所述进水管(3)连接，所述进水管(3)与所述密闭反应池(4)连接，所述分离隔板(5)用于将所述密闭反应池(4)分隔出至少9个区域，所述氧电极生物感应器(6)包括丝状菌氧电极微生物传感器、菌胶团氧电极微生物传感器、低温感应器、低pH感应器、低N感应器、低P感应器、高H2S感应器、多可溶有机物感应器以及低DO感应器，所有所述氧电极生物感应器(6)分别放置在所述密闭反应池(4)内不同的分隔区域内，所有所述氧电极生物感应器(6)均与所述PLC控制预警系统(7)连接，所述密闭反应池(4)的出水口(8)与所述预处理系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置，其特征是，所述氧电极生物感应器(6)包括微生物膜、氧电极以及信号转换器，将所述微生物膜用O型圈固定在所述氧电极上，所述氧电极与所述信号转换器连接，所述信号转换器与所述PLC控制预警系统(7)连接。
3.根据权利要求2所述的一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置，其特征是，所述微生物膜制备方法如下：
对污水处理厂中活性污泥中所需细菌进行富集培养、分离纯化和鉴定;
将培养好的800-1000 mL的丝状菌/菌胶团悬浊液在5000-7500 r/min的转速下离心5-10 min，倒出上清液，然后加入3-5mL pH7.0的缓冲液;
称量4-5g聚乙烯醇、0.3-0.4g海藻酸钠、20-25g CaCl2以及0.5-0.7g NaNO3 ，加入25-30mL无氨水，加热搅拌到完全溶解;
将冷却后的混合液和上述细菌浓缩液按1:1体积混合，倒入模具中避光静置1 -1.5 h，将凝胶取出用无氨水清洗两次，即可。
4.根据权利要求1所述的一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置，其特征是，所述丝状菌氧电极微生物传感器包括生枝动胶菌、蜡状芽孢杆菌、黄杆菌属、放线形诺卡氏菌、中间埃希氏菌、假单胞菌属以及酵母菌;所述菌胶团氧电极微生物传感器包括微丝菌、球衣菌、丝硫菌、Type 0041、0092以及021N 型;所述低温感应器包括微丝菌以及Type 0041型;所述低pH感应器包括真菌丝状菌;所述低N感应器包括Type 021N型以及丝硫菌Thiothrix Ⅱ;所述低P感应器包括N.limicola Ⅲ;所述高H2S感应器包括丝硫菌以及Type 021N型;所述多可溶有机物感应器包括微丝菌以及Type0092型;所述低DO感应器包括球衣菌。
5.根据权利要求1所述的一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置的使用方法，其特征是，包括以下步骤：
启动所述污水泵(2)，从预处理系统和生化池连接管道上的取水口抽取经过预处理即将进入生化池的污水，污水先经过所述污水过滤器(1)，去除污水中含有的杂质，然后从所述进水管(3)进入所述密闭反应池(4)内;
将所述分离隔板(5)置于所述密闭反应池(4)中，首先将丝状菌氧电极以及菌胶团氧电极浸入所述密闭反应池(4)中的污水液面以下，所述氧电极信号转换器将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统(7);
所述PLC控制预警系统(7)根据预设的预警控制程序计算出丝状菌以及菌胶团的呼吸速率进行实时比较分析，判断是否发生污泥膨胀并报警;
当发出丝状菌活性污泥膨胀报警时，所述PLC控制系统(7)发出控制指令，将所述低温感应器、所述低pH感应器、所述低N感应器、所述低P感应器、所述高H2S感应器、所述多可溶有机物感应器以及所述低DO感应器分别插入密闭反应池中相应的分离区，将对应的氧电极浸入污水液面以下，所述氧电极信号转换器将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统(7);
所述PLC控制预警系统(7)根据预设的膨胀成因分析控制程序计算出不同环境占优势的丝状菌的呼吸速率进行实时比较分析，得到主导活性污泥膨胀的因素并实施相应的控制措施;
将所述密闭反应池(4)出水口(8)打开，将污水回流至所述预处理系统中。
6.根据权利要求5所述的一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置的使用方法，其特征是，所述预警控制程序包括以下具体步骤：
将氧电极信号转换器测得的实时电流数据，根据电流和丝状菌以及菌胶团的呼吸速率的关系计算出丝状菌以及菌胶团的实时呼吸速率为S，J;
根据前期实验，设定丝状菌的正常呼吸速率在S1-S2 ，失活呼吸速率为S0 ，其大小为S0 根据对丝状菌以及菌胶团呼吸速率和其抑制率的比较和分析，设置以下预警级别： a.当S1 b.当S c.当S>S2 ，J>J2 ，发出报警二，说明污水负荷过高，需要增加曝气或者延长污水在生化池的停留时间; d.除a、b、c的其他情况下，当JY-SY >25% ，发出报警三，说明污水对菌胶团的抑制更强，活性污泥中的丝状菌会占据优势，导致丝状菌活性污泥膨胀，絮体沉降性能变差，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加絮凝剂和药剂来解决问题; e.除a、b、c的其他情况下，当SY-JY >25% ，发出报警四，说明污水对丝状菌的抑制更强，活性污泥中的菌胶团会占据优势，导致活性污泥松散脆弱，絮体易破碎形成针状絮凝体污泥或发生非丝状菌膨胀，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加药剂来解决问题; f.当 | SY-JY | <25% ，发出报警五，污水对丝状菌和菌胶团的呼吸速率有一定影响，对丝状菌和菌胶团的平衡有一定影响，需要密切关注防止情况恶化; 当发出报警三时，所述PLC控制系统(7)运行膨胀成因分析控制程序，包括以下具体步骤： 将所述低温感应器、所述低pH感应器、所述低N感应器、所述低P感应器、所述高H2S感应器、所述多可溶有机物感应器以及所述低DO感应器分别插入密闭反应池中不同的分离区，将对应氧电极浸入污水液面以下，所述氧电极信号转换器将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统(7); 将氧电极信号转换器测得的实时电流数据，根据电流和不同类型丝状菌的呼吸速率的关系计算出不同环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率为Fn ，n取1~7，分别代表低温、低pH、低N、低P、高H2S、多可溶有机物以及低DO环境下占优势的丝状菌，根据前期实验，设定不同环境占优势的丝状菌的正常呼吸速率为F0n ，根据公式计算不同环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率 Yn ，负数代表抑制率，其公式为 Yn=(Fn - F0n)/ F0n ; 根据对不同环境占优势的丝状菌的呼吸速率和其抑制率的比较和分析，设置下列预警： a. 当只有某一个或几个环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率大于20% ，说明污水对应的这一个或这几个环境条件，促进了活性污泥膨胀的发生，所述PLC控制预警系统(7)发出指令实施相应的控制措施，减少污水的水质波动对活性污泥系统的影响; b. 当多个环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率为正，某一个或几个环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率比其他的促进率大15%以上，说明污水对应的这一个或这几个环境条件，是活性污泥膨胀发生的主要原因，所述PLC控制预警系统(7)发出指令优先重点采取措施控制这些环境条件，减少对活性污泥系统的影响。 说明书 一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置及其使用方法 技术领域 本发明涉及一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置及其使用方法，属于污水处理中活性污泥技术领域。 背景技术 活性污泥法因为低的处理运行费用、简单的工艺流程、方便的维护等优点，被我国现有的城市污水处理厂广泛采用。进水水质的波动，会对处理工艺的稳定运行带来冲击，尤其会对活性污泥系统产生影响，我国采用活性污泥法的污水处理厂比较常见和典型的问题就是污泥膨胀，从而导致出水水质下降，因此对活性污泥膨胀的实时预警和成因分析就非常必要，但相关的监测设备并未见报道。 活性污泥膨胀是指污泥絮体结构松散、难于沉降分离而影响出水水质的现象，主要原因是运行环境和进水水质的变化造成构成活性污泥的丝状菌和菌胶团的比例失衡，污泥结构改变，沉降性能变差，因此可将污泥膨胀分为丝状菌污泥膨胀和非丝状菌污泥膨胀。在污水厂中的实际运行中，80-90%的活性污泥膨胀属于丝状菌污泥膨胀。 实现进水波动对活性污泥膨胀的预警后，为了解决这些问题，我们还需要找到污泥膨胀的具体原因和主导因素。污水厂进水的水质波动往往很复杂，通过常规的水质和污泥理化指标的检测，我们可以测得不正常的水质指标，如pH、DO、温度等，但是这并不能解释活性污泥膨胀的主导因素。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是，提供一种对污水进行实时、多级预警以及对污泥膨胀成因进行实时分析的污水厂活性污泥膨胀预警分析装置及其使用方法。 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： 一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置，包括污水过滤器、污水泵、进水管、密闭反应池、分离隔板、若干氧电极生物感应器、PLC控制预警系统以及出水口，所述污水过滤器进水管与预处理系统和生化池的连接管道上的取水口相连，所述污水泵一端与所述污水过滤器连接，另一端与所述进水管连接，所述进水管与所述密闭反应池连接，所述分离隔板用于将所述密闭反应池分隔出至少9个区域，所述氧电极生物感应器包括丝状菌氧电极微生物传感器、菌胶团氧电极微生物传感器、低温感应器、低pH感应器、低N感应器、低P感应器、高H2S感应器、多可溶有机物感应器以及低DO感应器，所有所述氧电极生物感应器分别放置在所述密闭反应池内不同的分隔区域内，所有所述氧电极生物感应器均与所述PLC控制预警系统连接，所述密闭反应池的出水口与所述预处理系统连接。 所述氧电极生物感应器包括微生物膜、氧电极以及信号转换器，将所述微生物膜用O型圈固定在所述氧电极上，所述氧电极与所述信号转换器连接，所述信号转换器与所述PLC控制预警系统连接。 所述微生物膜制备方法如下： 对污水处理厂中活性污泥中所需细菌进行富集培养、分离纯化和鉴定; 800-1000 mL的丝状菌/菌胶团悬浊液在5000-7500 r/min的转速下离心5-10 min，倒出上清液，然后加入3-5mL pH7.0的缓冲液; 称量4-5g聚乙烯醇、0.3-0.4g海藻酸钠、20-25g CaCl2以及0.5-0.7g NaNO3 ，加入25-30mL无氨水，加热搅拌到完全溶解; 将冷却后的混合液和上述细菌浓缩液按1:1体积混合，倒入模具中避光静置1 -1.5 h，将凝胶取出用无氨水清洗两次，即可。 所述丝状菌氧电极微生物传感器包括生枝动胶菌、蜡状芽孢杆菌、黄杆菌属、放线形诺卡氏菌、中间埃希氏菌、假单胞菌属以及酵母菌;所述菌胶团氧电极微生物传感器包括微丝菌、球衣菌、丝硫菌、Type 0041、0092以及021N 型;所述低温感应器包括微丝菌以及Type 0041型;所述低pH感应器包括真菌丝状菌;所述低N感应器包括Type 021N型以及丝硫菌Thiothrix Ⅱ;所述低P感应器包括N.limicola Ⅲ;所述高H2S感应器包括丝硫菌以及Type 021N型;所述多可溶有机物感应器包括微丝菌以及Type0092型;所述低DO感应器包括球衣菌。 一种污水厂活性污泥膨胀预警分析装置的使用方法，包括以下步骤： 启动所述污水泵，从预处理系统和生化池连接管道上的取水口抽取经过预处理即将进入生化池的污水，污水先经过所述污水过滤器，去除污水中含有的杂质，然后从所述进水管进入所述密闭反应池内; 将所述分离隔板置于所述密闭反应池中，首先将丝状菌氧电极以及菌胶团氧电极浸入所述密闭反应池中的污水液面以下，所述氧电极信号转换器将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统; 所述PLC控制预警系统根据预设的预警控制程序计算出丝状菌以及菌胶团的呼吸速率进行实时比较分析，判断是否发生污泥膨胀并报警; 当发出丝状菌活性污泥膨胀报警时，所述PLC控制系统发出控制指令，将所述低温感应器、所述低pH感应器、所述低N感应器、所述低P感应器、所述高H2S感应器、所述多可溶有机物感应器以及所述低DO感应器分别插入密闭反应池中相应的分离区，将对应的氧电极浸入污水液面以下，所述氧电极信号转换器将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统; 所述PLC控制预警系统根据预设的膨胀成因分析控制程序计算出不同环境占优势的丝状菌的呼吸速率进行实时比较分析，得到主导活性污泥膨胀的因素并实施相应的控制措施。 所述预警控制程序包括以下具体步骤： 将氧电极信号转换器测得的实时电流数据，根据电流和丝状菌以及菌胶团的呼吸速率的关系计算出丝状菌以及菌胶团的实时呼吸速率为S，J; 根据前期实验，设定丝状菌的正常呼吸速率在S1-S2 ，失活呼吸速率为S0 ，其大小为S0 根据对丝状菌以及菌胶团呼吸速率和其抑制率的比较和分析，设置以下预警级别： a. 当S1 b. 当S c. 当S>S2 ，J>J2 ，发出报警二，说明污水负荷过高，需要增加曝气量或者延长污水在生化池的停留时间; d. 除a、b、c的其他情况下，当JY-SY >25% ，发出报警三，说明污水对菌胶团的抑制更强，活性污泥中的丝状菌会占据优势，导致丝状菌活性污泥膨胀，絮体沉降性能变差，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加絮凝剂和药剂来解决问题; e. 除a、b、c的其他情况下，当SY-JY >25% ，发出报警四，说明污水对丝状菌的抑制更强，活性污泥中的菌胶团会占据优势，导致活性污泥松散脆弱，絮体易破碎形成针状絮凝体污泥或发生非丝状菌膨胀，处理水质不达标，需分析原因改变相关运行工艺，投加药剂来解决问题; f. 当 | SY-JY | <25% ，发出报警五，污水对丝状菌和菌胶团的呼吸速率有一定影响，对丝状菌和菌胶团的平衡有一定影响，需要密切关注防止情况恶化; 当发出报警三时，所述PLC控制系统(7)运行膨胀成因分析控制程序，包括以下具体步骤： 将所述低温感应器、所述低pH感应器、所述低N感应器、所述低P感应器、所述高H2S感应器、所述多可溶有机物感应器以及所述低DO感应器分别插入密闭反应池中不同的分离区，将对应氧电极浸入污水液面以下，所述氧电极信号转换器将测得的实时数据传输给所述PLC控制预警系统; 将氧电极信号转换器测得的实时电流数据，根据电流和不同类型丝状菌的呼吸速率的关系计算出不同环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率为Fn ，n取1~7，分别代表低温、低pH、低N、低P、高H2S、多可溶有机物以及低DO环境下占优势的丝状菌，根据前期实验，设定不同环境占优势的丝状菌的正常呼吸速率为F0n ，根据公式计算不同环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率 Yn ，负数代表抑制率，其公式为 Yn=(Fn - F0n)/ F0n ; 根据对不同环境占优势的丝状菌的呼吸速率和其抑制率的比较和分析，设置下列预警： a. 当只有一个或几个环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率大于20% ，说明污水对应的这一个或这几个环境条件，促进了活性污泥膨胀的发生，所述PLC控制预警系统发出指令实施相应的控制措施，减少污水的水质波动对活性污泥系统的影响; b. 当多个环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率为正，某一个或几个环境占优势的丝状菌的实时呼吸速率的促进率比其他的促进率大15%以上，说明污水对应的这一个或这几个环境条件，是活性污泥膨胀发生的主要原因，所述PLC控制预警系统发出指令优先重点采取措施控制这些环境条件，减少对活性污泥系统的影响。 本发明所达到的有益效果： 1. 利用氧电极生物传感器可实时监测不同类型丝状菌和菌胶团的呼吸速率和变化，通过对其呼吸速率和其抑制率的比较分析和研究，可以预警污水厂进水是否会导致污泥膨胀，分析得到导致污泥膨胀的主要原因并给出控制措施; 2. 本设备用污水泵从预处理系统和生化池连接管道的取水口抽取经过预处理即将进入生化池的污水，及时预警可以避免毒性污水进入生化池破坏活性污泥系统; 3. 采用生物感应器和PLC控制预警系统结合的方式，具有效果直观、预警迅速、运行稳定、操作方便、高效经济的优点。