申请日2018.07.16
公开(公告)日2018.12.14
IPC分类号G01N33/24; G01N15/02; G01N15/04; G06Q10/06; G06Q50/00
摘要
本发明公开了一种采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，包括：(1)取污水厂好氧末端污泥，测量其浓度MLSS;(2)进行呼吸图谱测试，得到3个比耗氧速率SOURe、SOURn和SOURt;(3)通过比耗氧速率判断出污泥的生物活性和结构特征(包括吸附性能、粒径及沉降性能)，从而评估污泥系统的运行状态。该方法可以用于污水处理厂事故预警，并对反应池和二沉池的运行状态提供一种可行的判断方法，在污水厂的平稳运行和节能降耗等方面具有重要意义。
权利要求书
1.采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)取污水厂好氧池末端的待测活性污泥，测量待测活性污泥浓度MLSS;
2)对待测活性污泥进行呼吸图谱测试，得到OUR-t曲线;
3)对步骤2)中OUR-t曲线分析，得到3个耗氧速率：内源耗氧速率OURe、自养菌最大耗氧速率OURn、总的最大耗氧速率OURt，以及比耗氧速率SOUR：
SOUR=OUR/MLSS
式中，OUR为各耗氧速率;
4)根据污水处理厂运行历史数据，采用线性或非线性回归方法构建包括内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt、自养菌最大比耗氧速率SOURn和污泥粒径计算模型、内源比耗氧速率SOURe、污泥指数SVI和压缩指数计算模型、内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt和污泥吸附性能Qmax计算模型、吸附性能和SVI的比耗氧速率与污泥结构计算模型;
5)将内源比耗氧速率SOURe、自养菌最大比耗氧速率SOURn和总的最大比耗氧速率SOURt带入到上述模型中，模型输出污泥粒径d50、吸附性能Qmax、沉淀性能SVI和压缩指数，得到污泥的结构特征;
6)当缺少历史数据时，采用以下规则定性描述包括污泥的粒径、吸附性能和沉降性能的污泥结构特征：
当内源比耗氧速率SOURe在6.265～7.817mgO2/g SS·h时，污泥活性高，粒径大小适中，密实度好，吸附性能和沉降性能好;
当总的最大比耗氧速率SOURt在51.749～78.887mgO2/g SS·h时，污泥活性高，粒径大小适中，吸附性能好;
当SOURe/SOURt在0.09～0.104时，污泥具有较好的稳定性，吸附性能良好;
当SOURn/SOURt在0.004～0.035时，污泥中自养菌比例高，沉降性能良好。
2.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤2)中呼吸图谱测试的具体过程为：取污水厂曝气池中污泥0.3L并用自来水稀释至1.2L，将污泥样品通过搅拌15s、沉淀10min、去上清液定容至0.6L，用缓冲溶液PBS洗泥3次，测定污泥的准内源耗氧速率OURq;然后用自来水将反应器内活性污泥混合液定容至1.2L，通过对污泥样品曝气2h测定其内源呼吸速率OURe，加入200g/L的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总呼吸速率OURt=OURe+OURc+OURn。
3.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤2)中获得呼吸图谱OUR-t曲线过程的温度控制为8～40℃。
4.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤5)中，污泥指数SVI=SV%/MLSS;吸附性能Qmax为污泥的最大吸附量;压缩指数=ΔSV%/MLSS。
5.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤4)中，比耗氧速率与污泥结构计算模型如下：
内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt、自养菌最大比耗氧速率SOURn和污泥粒径模型如下：
式中，y表示比耗氧速率、污泥吸附性能Qmax或污泥指数SVI;当y表示比耗氧速率时，x为污泥粒径d50;当y表示污泥吸附性能Qmax时，x为RI值，RI为SOURe/SOURt;当y表示污泥指数SVI时，x为Rn/t值，Rn/t为SOURn/SOURt;a、b、c分别为模型(Ⅰ)对应的模型系数;
内源比耗氧速率SOURe、污泥指数SVI和压缩指数模型如下：
y1=ln(a1+b1x1) (Ⅱ)
式中，y1为污泥指数或压缩指数;x1为内源比耗氧速率SOURe;a1、b1、分别为模型(Ⅱ)对应的模型系数;
内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt和污泥吸附性能Qmax模型如下：
y2=a2+b2x2 (Ⅲ)
式中，y2为比耗氧速率;x2为污泥吸附性能Qmax;a2、b2、分别为模型(Ⅲ)对应的模型系数。
6.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤6)中，
当SOURe小于6.265mgO2/g SS·h时，污泥缺乏活性，粒径偏大，吸附性能差，但沉降性能好，污泥趋于无机颗粒，应增加曝气量、投加微量元素来提高污泥活性;
当SOURe大于7.817mg O2/g SS·h时，污泥活性高，粒径偏小，吸附性能好，但沉降性能偏差，有发生污泥膨胀的可能，应延长污泥停留时间、投加化学药剂来避免沉降性能恶化。
7.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤6)中，
当SOURt小于51.749mg O2/g SS·h时，污泥缺乏活性，粒径偏大，吸附性能偏差，应提高进水负荷来提高污泥活性;
当SOURt大于78.887mg O2/g SS·h时，污泥活性高，粒径偏小，吸附性能好，应投加絮凝剂提高污泥沉降性能避免污泥流失。
8.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤6)中，SOURe/SOURt用RI表示，则有：
当RI小于0.09时，污泥稳定性好，吸附性能好，应提高进水负荷来提高处理效率;
当RI大于0.104mg时，污泥吸附性能开始变差，应增加回流比来提高污泥吸附性能。
9.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤6)中，SOURn/SOURt用Rn/t表示，则有：
当Rn/t小于0.004时，污泥中自养菌比例偏低，沉降性能差，有发生污泥膨胀的可能，在保证污泥活性和吸附性能在较好范围内的同时，增加溶氧、及时排泥来避免沉降性能恶化;
当Rn/t大于0.035时，污泥中自养菌比例高，相对疏水性强，沉降性能好，应增加二沉池排泥量。
10.根据权利要求1所述的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，其特征在于，所述步骤6)中，进一步，所述步骤1)中，取泥时应避免泥样中带有残渣，同时保证污泥处在饥饿状态。
说明书
采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种采用呼吸图谱同时来表征污泥的生物活性和污泥结构，在污水处理过程中通过污泥活性指标完成对污水厂的事故预警和反应池二沉池的运行管理。
背景技术
目前，活性污泥法中，污泥运行状态的判断主要集中在水质参数监测上，这需要污水厂工作人员投入大量精力和时间。
污水厂运行过程中，污泥膨胀等现象时常发生，且不能被及时发现。一般情况下，优良的污泥活性可以保证污染物的高效去除，二沉池良好的沉降性能可以确保较好的泥水分离，然而污泥不同生物学状态(如，活性、吸附性和沉降性)具有不同的监测和控制指标，常规的测定指标并不能同时表征污泥其他的特征。因此，提供一种高效、简便的能够同时反映污泥系统中污泥活性和结构特征的方法，并借此及时发现污水厂运行事故和指导反应池和二沉池的运行管理，成为目前本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明利用呼吸图谱进行污水处理厂事故预警和优化管理。建立了一种通过呼吸图谱同时来表征污泥活性和污泥结构的方法，即可以监测污泥活性指标是否在最优范围，进行事故预警，同时控制比耗氧速率SOURe、SOURn、SOURt的大小，来保证反应池的污泥活性，又不影响二沉池的沉降性能。具体调整污泥负荷、水力停留时间、溶氧量等来控制比耗氧速率的大小。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
本发明的采用呼吸图谱实现污水处理厂事故预警和管理优化的方法，包括下述步骤：
1)取污水厂好氧池末端的待测活性污泥，测量待测活性污泥浓度MLSS;
2)对待测活性污泥进行呼吸图谱测试，得到OUR-t曲线;
3)对步骤2)中OUR-t曲线分析，得到3个耗氧速率：内源耗氧速率OURe、自养菌最大耗氧速率OURn、总的最大耗氧速率OURt，以及比耗氧速率SOUR：
SOUR=OUR/MLSS
式中，OUR为各耗氧速率;
4)根据污水处理厂运行历史数据，采用线性或非线性回归方法构建包括内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt、自养菌最大比耗氧速率SOURn和污泥粒径计算模型、内源比耗氧速率SOURe、污泥指数SVI和压缩指数计算模型、内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt和污泥吸附性能Qmax计算模型、吸附性能和SVI的比耗氧速率与污泥结构计算模型;
5)将内源比耗氧速率SOURe、自养菌最大比耗氧速率SOURn和总的最大比耗氧速率SOURt带入到上述模型中，模型输出污泥粒径d50、吸附性能Qmax、沉淀性能SVI和压缩指数，得到污泥的结构特征;
6)当缺少历史数据时，采用以下规则定性描述包括污泥的粒径、吸附性能和沉降性能的污泥结构特征：
当内源比耗氧速率SOURe在6.265～7.817mgO2/g SS·h时，污泥活性高，粒径大小适中，密实度好，吸附性能和沉降性能好;
当总的最大耗氧速率SOURt在51.749～78.887mgO2/g SS·h时，污泥活性高，粒径大小适中，吸附性能好;
当SOURe/SOURt在0.09～0.104时，污泥具有较好的稳定性，吸附性能良好;
当SOURn/SOURt在0.004～0.035时，污泥中自养菌比例高，沉降性能良好。
进一步，所述步骤2)中呼吸图谱测试的具体过程为：取污水厂曝气池中污泥0.3L并用自来水稀释至1.2L，将污泥样品通过搅拌15s、沉淀10min、去上清液定容至0.6L，用缓冲溶液PBS洗泥3次，测定污泥的准内源耗氧速率OURq;然后用自来水将反应器内活性污泥混合液定容至1.2L，通过对污泥样品曝气2h测定其内源呼吸速率OURe，加入200g/L的无水乙酸钠，保证基质充足，测定总呼吸速率OURt=OURe+OURc+OURn。
进一步，所述步骤2)中获得呼吸图谱OUR-t曲线过程的温度控制为8～40℃。
进一步，所述步骤5)中，污泥指数SVI=SV%/MLSS;吸附性能Qmax为污泥的最大吸附量;压缩指数=ΔSV%/MLSS。
进一步，所述步骤4)中，比耗氧速率与污泥结构计算模型如下：
内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt、自养菌最大比耗氧速率SOURn和污泥粒径模型如下：
式中，y表示比耗氧速率、污泥吸附性能Qmax或污泥指数SVI;当y表示比耗氧速率时，x为污泥粒径d50;当y表示污泥吸附性能Qmax时，x为RI值，RI为SOURe/SOURt;当y表示污泥指数SVI时，x为Rn/t值，Rn/t为SOURn/SOURt;a、b、c分别为模型(Ⅰ)对应的模型系数;
内源比耗氧速率SOURe、污泥指数SVI和压缩指数模型如下：
y1=ln(a1+b1x1) (Ⅱ)
式中，y1为污泥指数或压缩指数;x1为内源比耗氧速率SOURe;a1、b1、分别为模型(Ⅱ)对应的模型系数;
内源比耗氧速率SOURe、总的最大比耗氧速率SOURt和污泥吸附性能Qmax模型如下：
y2=a2+b2x2 (Ⅲ)
式中，y2为比耗氧速率;x2为污泥吸附性能Qmax;a2、b2、分别为模型(Ⅲ)对应的模型系数。
进一步，所述步骤6)中：
当SOURe小于6.265mgO2/g SS·h时，污泥缺乏活性，粒径偏大，吸附性能差，但沉降性能好，污泥趋于无机颗粒，应增加曝气量、投加微量元素来提高污泥活性;
当SOURe大于7.817mg O2/g SS·h时，污泥活性高，粒径偏小，吸附性能好，但沉降性能偏差，有发生污泥膨胀的可能，应延长污泥停留时间、投加化学药剂来避免沉降性能恶化。
进一步，所述步骤6)中：
当SOURt小于51.749mg O2/g SS·h时，污泥缺乏活性，粒径偏大，吸附性能偏差，应提高进水负荷来提高污泥活性;
当SOURt大于78.887mg O2/g SS·h时，污泥活性高，粒径偏小，吸附性能好，应投加絮凝剂提高污泥沉降性能避免污泥流失。
进一步，所述步骤6)中，SOURe/SOURt用RI表示，则有：
当RI小于0.09时，污泥稳定性好，吸附性能好，应适当提高进水负荷来提高处理效率;
当RI大于0.104mg时，污泥吸附性能开始变差，应增加回流比来提高污泥吸附性能。
进一步，所述步骤6)中，所述步骤6)中，SOURn/SOURt用Rn/t表示，则有：
当Rn/t小于0.004时，污泥中自养菌比例偏低，沉降性能差，有发生污泥膨胀的可能，在保证污泥活性和吸附性能在较好范围内的同时，增加溶氧、及时排泥来避免沉降性能恶化;
当Rn/t大于0.035时，污泥中自养菌比例高，相对疏水性强，沉降性能好，应适当增加二沉池排泥量。
进一步，所述步骤6)中，进一步，所述步骤1)中，取泥时应避免泥样中带有残渣，同时保证污泥处在饥饿状态。
本发明具有以下优点：
1)操作简单
由于操作步骤少而简单，且测试设备自动化，利用适当仪器，例如西安绿标水环境科技有限公司提供的WBM系列污水处理智慧运行工作站，即可在无人操作的情况下自动化对待检测污泥进行检测。
2)迅速准确，判断活性和结构特征
本发明所运用的参数并非水质这种非直观表征污水厂运行情况的指标，而是关注在污水处理的核心主体污泥上。污泥的结构特征才是真正影响污水厂运行的关键。本发明所运用的污泥呼吸图谱比出水水质更加快速，能很好的反应污水处理厂在运行过程中污泥活性和污泥结构特征的变化情况。
3)全面反映
只需利用呼吸图谱，就能同时评估出污泥的活性和结构特征(包括粒径、吸附性能和沉降性能)，并及时发现事故，可以用在大多数污水处理厂。