專利名稱：一種污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀及監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水監(jiān)測的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀和監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
污水生物毒性監(jiān)測技術(shù)有(I)水生動植物急性毒性試驗，包括魚類毒性、水蚤類毒性、浮萍類、蠶豆根尖微核、藻類毒性等試驗法；(2)微生物毒性試驗，包括發(fā)光特性、呼吸抑制、酶活抑制等試驗法。其中，微生物呼吸抑制試驗由于其準(zhǔn)確性與直觀性等特點(diǎn)，現(xiàn)已被用來評價廢水對活性污泥的毒性作用。當(dāng)處理系統(tǒng)在遭受毒物沖擊而導(dǎo)致污泥中毒時，污泥的氧呼吸速率突然下降常是最為靈敏的早期警報。目前，基于微生物呼吸的污水毒性在線檢測技術(shù)中，主要通過污泥中微生物的比呼吸速率的變化來分析與判斷污泥系統(tǒng)的生物活性和污水處理能力。例如中國發(fā)明專利200910082957. 4 (公開號為CN 101556270A)公開了一種監(jiān)測活性污泥系統(tǒng)動態(tài)比耗氧速率的裝置，該發(fā)明是將密封計量瓶，放在磁力攪拌器上，通過回流泵和反應(yīng)器形成污泥循環(huán)回路，該裝置設(shè)計簡潔，運(yùn)行穩(wěn)定和測量數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，通過直觀的表述SOUR曲線，可以準(zhǔn)確監(jiān)控系統(tǒng)不同時刻的反應(yīng)狀態(tài)。雖然在線檢測比耗氧速率比常規(guī)檢測技術(shù)更加快速、直觀與準(zhǔn)確，但由于比耗氧速率需要根據(jù)體系溶解氧和污泥濃度數(shù)值通過公式的計算轉(zhuǎn)化才可取得，而非儀表在線直接監(jiān)測的數(shù)據(jù)，因此，其在實際操作與應(yīng)用的過程中，具有數(shù)據(jù)模擬容易出現(xiàn)非相關(guān)性的情況，造成結(jié)果誤差，同時造成在線自動控制與數(shù)據(jù)分析程序的開發(fā)難度大。除此之外，國內(nèi)污水處理廠目前還主要存在缺乏用于對異常工況在線快速識別的技術(shù)和儀器、工藝參數(shù)調(diào)控技術(shù)落后等問題，這也為實際污水處理廠的在線檢測技術(shù)帶來了一定的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀。本發(fā)明的第二目的在于，提供一種基于上述分析器的生物毒性在線監(jiān)測系統(tǒng)。為了達(dá)到上述第一目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明一種污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀，所述分析儀為一體化柜體結(jié)構(gòu)，該柜體包括上柜體空間和下柜體空間，所述上柜體空間用于控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及觸摸屏安裝，下柜體空間分為前、后兩部分，前、后部分之間用可拆卸隔板隔開，所述可拆卸隔板上固定有進(jìn)樣泵、氣體流量計、電磁閥和管道；下柜體空間后部分和上柜體空間之間用第一隔板隔開，該第一隔板上設(shè)有第一開孔；下柜體空間的前部分為濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)和氣液輸送系統(tǒng)安裝空間，此空間中，固定一塊低位面板，用于固定主生化反應(yīng)器，左側(cè)內(nèi)壁選定位置上固定另一面板，用于固定污水預(yù)處理器；下柜體空間的后部分為設(shè)備與控制器連接線放置空間，連接線通過第一隔板上的第一開孔與控制器連接，下柜體空間的前部分與上部分柜體由第二隔板隔開，不互通，柜體共開三扇門，后部分安裝第一扇門，上柜體前端安裝第二扇門，第二扇門上設(shè)有用于固定安裝觸摸屏的第二開孔，前部分安裝第三扇門，第三扇門上安裝透明觀察窗。為了達(dá)到上述第二目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀的監(jiān)測系統(tǒng)包括濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)、氣液輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)；所述濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)，用于實現(xiàn)活性污泥實時降解污水的生化反應(yīng)體系；所述氣液輸送系統(tǒng),用于輸送污水、自來水、污泥和壓縮空氣；所述控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對設(shè)備的手動控制和自動程序運(yùn)行，由PLC自動化控制硬件和上位機(jī)軟件集成；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)采集、處理、儲存與傳輸；所述通訊系統(tǒng)，用于將采集處理的數(shù)據(jù)向分析儀外部傳送。優(yōu)選的，所述濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)包括污水預(yù)處理器和主生化反應(yīng)器，所述污水預(yù)處理器對污水進(jìn)入主反應(yīng)器之前進(jìn)行曝氣預(yù)處理，所述污水預(yù)處理器配有進(jìn)水口、排水口、溢流口、清水口和盤式曝氣器；所述主生化反應(yīng)器為活性污泥降解污水污染物消耗體系溶氧的場所，所述主生化反應(yīng)器配有進(jìn)水口、清水口、高位出水口、低位出水口和溢流口，主生化反應(yīng)器內(nèi)還固定安裝有污泥濃度傳感器、溶解氧(DO)傳感器、溫度傳感器、攪拌器以及恒溫加熱器，主生化反應(yīng)器底部完全覆蓋安裝有微孔盤式曝氣器。優(yōu)選的，所述氣液輸送系統(tǒng)包括PVC管、硅膠管、電磁閥、手動球閥、蠕動泵、進(jìn)水泵、污泥泵、微型氣泵和氣體流量計，并且設(shè)置一總排液管，所有排液管道均連接到總排液管排除。優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)包括PLC控制模塊、電氣元件、WINCC上位機(jī)模塊以及觸摸屏，所述WINCC上位機(jī)模塊通過WINCC上位機(jī)軟件編寫控制程序，所述PLC控制模塊執(zhí)行控制指令向設(shè)備發(fā)出電控信號，實現(xiàn)對濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)和氣液輸送系統(tǒng)的自動化控制，所有控制操作通過觸摸屏觸控完成，所述PLC模塊包括CPU、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊以及模擬量輸出模塊。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括，溶解氧傳感器、污泥濃度傳感器、溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集變送器以及PLC控制模塊，數(shù)據(jù)采集變送器將各在線探頭從濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)中探測產(chǎn)生的光信號和電化學(xué)信號采集變換為電流信號，經(jīng)確定的R485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議傳送至PLC控制模塊進(jìn)行特征數(shù)據(jù)識別與分析。優(yōu)選的，所述通訊系統(tǒng)包括以太網(wǎng)模塊和網(wǎng)絡(luò)連接線，采集處理的數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)通訊方式向外部傳輸。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果I、本發(fā)明采用基于分析儀中生化反應(yīng)體系溶解氧(DO)變化特征的分析技術(shù)開發(fā)而成，在帶有生物毒性的污水進(jìn)入檢測裝置時，生化反應(yīng)體系DO的變化將呈現(xiàn)出與正常污水進(jìn)入時不同的趨勢特征，這種變化趨勢是活性污泥活性受到抑制的直觀表現(xiàn)，兩種情況下采集獲得DO特征數(shù)據(jù)通過自定義的污泥活性抑制率公式進(jìn)行計算分析，可在線識別和評估污水的生物毒性程度，并觸發(fā)相應(yīng)報警。2、本發(fā)明的在線監(jiān)測分析儀為一體化柜體結(jié)構(gòu)，由氣液輸送系統(tǒng)、濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理及通訊系統(tǒng)組成，用于污水處理廠可實現(xiàn)對進(jìn)廠污水生物毒性的在線識別與預(yù)警，避免污水中有毒成分導(dǎo)致活性污泥中毒而影響污水處理效率，具有運(yùn)行全自動、分析快速準(zhǔn)確、安裝簡單、維護(hù)簡便等特點(diǎn)。


圖I是污水生物毒性在線檢測分析儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A-圖2D是污水生物毒性在線檢測分析儀一體化柜體形狀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是反應(yīng)體系DO特征曲線示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例如圖I所示，污水處理廠曝氣池或二沉池活性污泥經(jīng)污泥泵4進(jìn)入分析儀的主生化反應(yīng)器1，經(jīng)清水閥5放清水清洗和配置至設(shè)定的污泥濃度，污泥濃度由污泥濃度傳感器6實時檢測，活性污泥在主生化反應(yīng)器I中得到恒定曝氣和攪拌，實際污水經(jīng)進(jìn)水泵3周期性定量注入預(yù)處理器2預(yù)曝氣處理后重力流入主生化反應(yīng)器I與活性污泥反應(yīng)，每周期注入定量污水是由主生化反應(yīng)器I中的液位計7通過恒定液位差檢測來控制實現(xiàn)，反應(yīng)全過程通過恒溫加熱器9進(jìn)行恒溫控制并提供恒定供風(fēng)量和恒速攪拌，恒定供風(fēng)量供給由氣體流量計8調(diào)節(jié)實現(xiàn)。DO傳感器10實時在線采集反應(yīng)體系的DO數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，監(jiān)測結(jié)束后將啟動清洗程序?qū)Ψ磻?yīng)器和管道進(jìn)行清洗，全程控制與數(shù)據(jù)分析是由控制、分析與通訊系統(tǒng)11完成。上述分析器的監(jiān)測系統(tǒng)包括濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)、氣液輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)；所述濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)，用于實現(xiàn)活性污泥實時降解污水的生化反應(yīng)體系；所述氣液輸送系統(tǒng)，用于輸送污水、自來水、污泥和壓縮空氣；所述控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對設(shè)備的手動控制和自動程序運(yùn)行，由PLC自動化控制硬件和上位機(jī)軟件集成；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)采集、處理、儲存與傳輸；所述通訊系統(tǒng)，用于將采集處理的數(shù)據(jù)向分析儀外部傳送。所述濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)包括污水預(yù)處理器和主生化反應(yīng)器，所述污水預(yù)處理器對污水進(jìn)入主反應(yīng)器之前進(jìn)行曝氣預(yù)處理，所述污水預(yù)處理器配有進(jìn)水口、排水口、溢流口、清水口和盤式曝氣器；所述主生化反應(yīng)器為活性污泥降解污水污染物消耗體系溶氧的場所，所述主生化反應(yīng)器配有進(jìn)水口、清水口、高位出水口、低位出水口和溢流口，主生化反應(yīng)器內(nèi)還固定安裝有污泥濃度傳感器、DO傳感器、溫度傳感器、攪拌器以及恒溫加熱器，主生化反應(yīng)器底部完全覆蓋安裝有微孔盤式曝氣器。所述氣液輸送系統(tǒng)包括PVC管、硅膠管、電磁閥、手動球閥、蠕動泵、進(jìn)水泵、污泥泵、微型氣泵和氣體流量計，并且設(shè)置一總排液管，所有排液管道均連接到總排液管排除。所述控制系統(tǒng)包括PLC控制模塊、電氣元件、WINCC上位機(jī)模塊以及觸摸屏，所述WINCC上位機(jī)模塊通過WINCC上位機(jī)軟件編寫控制程序，所述PLC控制模塊執(zhí)行控制指令向設(shè)備發(fā)出電控信號，實現(xiàn)對濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)和氣液輸送系統(tǒng)的自動化控制，所有控制操作通過觸摸屏觸控完成，所述PLC模塊包括CPU、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊以及模擬量輸出模塊。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括，溶解氧傳感器、污泥濃度傳感器、溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集變送器以及PLC控制模塊，數(shù)據(jù)采集變送器將各在線探頭從濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)中探測產(chǎn)生的光信號和電化學(xué)信號采集變換為電流信號，經(jīng)確定的R485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議傳送至PLC控制模塊進(jìn)行特征數(shù)據(jù)識別與分析。如圖2A-圖2D所示,上述分析儀為一體化柜體結(jié)構(gòu)，該柜體包括上柜體空間和下柜體空間22，所述上柜體空間用于控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及觸摸屏安裝，下柜體空間分為前、后兩部分，前、后部分之間用可拆卸隔板隔開，所述可拆卸隔板上固定有進(jìn)樣泵、氣體流量計、電磁閥和管道；下柜體空間后部分和上柜體空間之間用第一隔板隔開，該第一隔板上設(shè)有第一開孔；下柜體空間的前部分為濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)和氣液輸送系統(tǒng)安裝空間，此空間中，固定一塊低位面板，用于固定主生化反應(yīng)器，左側(cè)內(nèi)壁選定位置上固定另一面板，用于固定污水預(yù)處理器；下柜體空間的后部分為設(shè)備與控制器連接線放置空間，連接線通過第一隔板上的第一開孔與控制器連接，下柜體空間的前部分與上部分柜體由第二隔板隔開，不互通，柜體共開三扇門，后部分安裝第一扇門，上柜體前端安裝第二扇門，第二扇門上設(shè)有用于固定安裝觸摸屏的第二開孔，前部分安裝第三扇門，第三扇門上安裝透明觀察窗。如圖3所示，本實施例中通過在線檢測分析儀和檢測系統(tǒng)，在控制反應(yīng)全過程恒定反應(yīng)體系體積，恒定污泥濃度，恒定攪拌速率，恒定供風(fēng)量，恒定污水周期投加量的運(yùn)行條件下，DO傳感器采集獲得呈周期性規(guī)律變化趨勢的體系DO特征曲線，其中曲線下降區(qū)下降幅度A Hikh是關(guān)鍵特征分析數(shù)據(jù)，分析儀中數(shù)據(jù)分析軟件根據(jù)識別的正常污水注入時和生物毒性污水注入時時的A Hm1通過自定義的污泥活性抑制率公式實時計算分析污水毒性程度，當(dāng)抑制率達(dá)到設(shè)定界限時，同時分析儀將自動觸發(fā)報警。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀，其特征在于，所述分析儀為一體化柜體結(jié)構(gòu)，該柜體包括上柜體空間和下柜體空間，所述上柜體空間用于控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及觸摸屏安裝，下柜體空間分為前、后兩部分，前、后部分之間用可拆卸隔板隔開，所述可拆卸隔板上固定有進(jìn)樣泵、氣體流量計、電磁閥和管道；下柜體空間后部分和上柜體空間之間用第一隔板隔開，該第一隔板上設(shè)有第一開孔；下柜體空間的前部分為濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)和氣液輸送系統(tǒng)安裝空間，此空間中，固定ー塊低位面板，用于固定主生化反應(yīng)器，左側(cè)內(nèi)壁選定位置上固定另一面板，用于固定污水預(yù)處理器；下柜體空間的后部分為設(shè)備與控制器連接線放置空間，連接線通過第一隔板上的第一開孔與控制器連接，下柜體空間的前部分與上部分柜體由第二隔板隔開，不互通，柜體共開三扇門，后部分安裝第一扇門，上柜體前端安裝第二扇門，第二扇門上設(shè)有用于固定安裝觸摸屏的第二開孔，前部分安裝第三扇門，第三扇門上安裝透明觀察窗。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)、氣液輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)； 所述濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)，用于實現(xiàn)活性污泥實時降解污水的生化反應(yīng)體系； 所述氣液輸送系統(tǒng)，用于輸送污水、自來水、污泥和壓縮空氣； 所述控制系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對設(shè)備的手動控制和自動程序運(yùn)行，由PLC自動化控制硬件和上位機(jī)軟件集成； 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)采集、處理、儲存與傳輸； 所述通訊系統(tǒng)，用于將采集處理的數(shù)據(jù)向分析儀外部傳送。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物毒性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)包括污水預(yù)處理器和主生化反應(yīng)器，所述污水預(yù)處理器對污水進(jìn)入主反應(yīng)器之前進(jìn)行曝氣預(yù)處理，所述污水預(yù)處理器配有進(jìn)水ロ、排水ロ、溢流ロ、清水口和盤式曝氣器；所述主生化反應(yīng)器為活性污泥降解污水污染物消耗體系溶氧的場所，所述主生化反應(yīng)器配有進(jìn)水ロ、清水ロ、高位出水ロ、低位出水ロ和溢流ロ，主生化反應(yīng)器內(nèi)還固定安裝有污泥濃度傳感器、DO傳感器、溫度傳感器、攪拌器以及恒溫加熱器，主生化反應(yīng)器底部完全覆蓋安裝有微孔盤式曝氣器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的生物毒性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液輸送系統(tǒng)包括PVC管、硅膠管、電磁閥、手動球閥、蠕動泵、進(jìn)水泵、污泥泵、微型氣泵和氣體流量計，并且設(shè)置ー總排液管，所有排液管道均連接到總排液管排除。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物毒性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括PLC控制模塊、電氣元件、WINCC上位機(jī)模塊以及觸摸屏，所述WINCC上位機(jī)模塊通過WINCC上位機(jī)軟件編寫控制程序，所述PLC控制模塊執(zhí)行控制指令向設(shè)備發(fā)出電控信號，實現(xiàn)對濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)和氣液輸送系統(tǒng)的自動化控制，所有控制操作通過觸摸屏觸控完成，所述PLC模塊包括CPU、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊以及模擬量輸出模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的生物毒性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括，溶解氧傳感器、污泥濃度傳感器、溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集變送器以及PLC控制模塊，數(shù)據(jù)采集變送器將各在線探頭從濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)中探測產(chǎn)生的光信號和電化學(xué)信號采集變換為電流信號，經(jīng)確定的R485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議傳送至PLC控制模塊進(jìn)行特征數(shù)據(jù)識別與分析。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物毒性在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在干，所述通訊系統(tǒng)包括以太網(wǎng)模塊和網(wǎng)絡(luò)連接線，采集處理的數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)通訊方式向外部傳輸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種污水生物毒性在線監(jiān)測分析儀及監(jiān)測系統(tǒng)，分析儀為一體化柜體結(jié)構(gòu)，該柜體包括上柜體空間和下柜體空間，所述上柜體空間用于控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及觸摸屏安裝，下柜體空間分為前、后兩部分，前、后部分之間用可拆卸隔板隔開，所述可拆卸隔板上固定有進(jìn)樣泵、氣體流量計、電磁閥和管道；本發(fā)明的分析儀為一體化柜體結(jié)構(gòu)，由氣液輸送系統(tǒng)、濕式生化反應(yīng)系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理及通訊系統(tǒng)組成，用于污水處理廠可實現(xiàn)對進(jìn)廠污水生物毒性的在線識別與預(yù)警，避免污水中有毒成分導(dǎo)致活性污泥中毒而影響污水處理效率，具有運(yùn)行全自動、分析快速準(zhǔn)確、安裝簡單、維護(hù)簡便等特點(diǎn)。
文檔編號C02F3/12GK102980983SQ20121049931
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者于廣平, 劉堅, 苑明哲, 何王金, 岳秀, 唐嘉麗, 郭高飛 申請人:廣州中國科學(xué)院沈陽自動化研究所分所