專利名稱：檢測活性污泥系統(tǒng)動態(tài)比耗氧速率的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含氮廢水的SBR生物處理的裝置，尤其是能夠進(jìn)行深度 脫氮和自動控制的SBR裝置。所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榛钚晕勰喾◤?qiáng)化生物脫氮處 理理論與技術(shù)。
背景技術(shù)：
活性污泥的比耗氧速率(SOUR)是表征污泥生物活性的重要參數(shù)之一， 從微生物呼吸速率角度反映了活性污泥生理狀態(tài)和基質(zhì)代謝狀況。在活性污 泥法應(yīng)用初期，好氧微生物的呼吸速率就被用來考察微生物量和底物利用率， 近年來SOUR作為檢測污泥生物活性的參數(shù)，在分析、評價(jià)和預(yù)測系統(tǒng)運(yùn)行狀 況以及處理能力上受到國內(nèi)外專家的普遍重視。研究和應(yīng)用污水生物處理系 統(tǒng)的SOUR檢測技術(shù)，對于促進(jìn)污水生物處理技術(shù)的發(fā)展，強(qiáng)化和提高污水生 物處理系統(tǒng)的運(yùn)行控制，具有十分重要的意義。
以前，多數(shù)呼吸儀采用溶解氧(D0)探針測定溶解氧濃度，從溶解氧濃 度的變化計(jì)算呼吸速率。采用DO探針的呼吸儀可分間歇式和連續(xù)流通式呼吸 儀。
閉式呼吸儀的操作步驟裝待測混合液(例如來自曝氣池的活性污泥試樣) 于帶探頭與分析儀相連的完全封閉小室，先曝氣至溶解氧濃度接近飽和，再 停止曝氣，DO儀記錄小室中溶解氧濃度變化。此變化曲線的斜率即為呼吸速 率。在測定過程中用磁力攪拌器混合攪拌。此法曾被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)法，但后續(xù) 研究發(fā)現(xiàn)此法測定值低于實(shí)際值。因在取樣時(shí)刻與實(shí)際測定時(shí)刻之間的時(shí)間 差內(nèi)呼吸速率會迅速下降。
連續(xù)流通式呼吸儀連續(xù)交替測定閉式呼吸室進(jìn)、出口處的溶解氧濃度。 污泥連續(xù)泵入呼吸室。以此兩個(gè)溶解氧濃度的差值和停留時(shí)間計(jì)算出呼吸速 率。此法實(shí)際上是上述閉式間歇呼吸儀的推流型。其他測定儀均采用有污泥 連續(xù)泵入的完全混合呼吸室。在這些測定儀中曝氣池中和呼吸室出口各有一 個(gè)D0探針。在計(jì)算呼吸速率時(shí)均必須假設(shè)溶解氧濃度穩(wěn)定。
傳統(tǒng)測量S0UR的方法是離線測量，有滯后性，不能在線檢測，在線反饋。 許多測量方法僅僅用于實(shí)驗(yàn)室檢測，而且許多測量方法要添加抑制劑，影響 活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，不能將其作為系統(tǒng)長期運(yùn)行的一個(gè)指示參數(shù)。隨著自動控制設(shè)備(可編程控制器PLC)和在線檢測儀表(D0儀、pH儀) 的問世和成功的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)動態(tài)連續(xù)測量活性污泥系統(tǒng)的SOUR創(chuàng)造了有利 條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在反復(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了一套在線監(jiān)控，同時(shí)反饋SBR工藝 活性污泥SOUR的裝置，通過考察SBR工藝中活性污泥SOUR的變化規(guī)律，制 定了以SOUR為參數(shù)的控制策略?；钚晕勰嗟腟OUR可以有效地表征SBR工藝 的生化反應(yīng)進(jìn)程，當(dāng)出現(xiàn)變化點(diǎn)(下文詳述)，控制器根據(jù)收到的模擬量反 饋信號作出判斷，將控制信號傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接控制鼓風(fēng)機(jī)停止。
本發(fā)明提出的裝置實(shí)現(xiàn)了在線檢測SOUR，直觀顯示SOUR曲線，通過控制 器(PLC)反饋給終端的執(zhí)行器，控制反應(yīng)的進(jìn)程，解決了傳統(tǒng)測量方法離線 測量，有滯后性，不能在線反饋的問題。
本發(fā)明的反應(yīng)器設(shè)備(圖l)包括反應(yīng)器系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)；
反應(yīng)器系統(tǒng)依次包括水箱、水泵、SBR反應(yīng)器、加藥泵、曝氣裝置，
自動控制系統(tǒng)包括傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、控制器和計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集 裝置的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線輸入到控制器中進(jìn)行處理，由控制器發(fā)出的控制 指令通過輸出總線控制執(zhí)行設(shè)備；控制器連接計(jì)算機(jī)；
其特征在于，還包括計(jì)量系統(tǒng)，計(jì)量系統(tǒng)包括密封的計(jì)量瓶，放在磁力 攪拌器上，通過回流泵和SBR反應(yīng)器形成污泥循環(huán)回路；傳感器為兩個(gè)溶解 氧傳感器分別放置在密封的計(jì)量瓶以及SBR反應(yīng)器中，兩個(gè)溶解氧傳感器分 別連接兩套數(shù)據(jù)采集裝置?？梢詫?shí)現(xiàn)SOUR的在線檢測，同時(shí)反饋。
具體的反應(yīng)器設(shè)備生活污水引至水箱，經(jīng)過水泵提升，經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入 SBR反應(yīng)器。缺氧和厭氧的混合由攪拌器完成。而好氧的充氧是由鼓風(fēng)機(jī)在流 量計(jì)調(diào)節(jié)流速下由微孔曝氣頭布?xì)馔瓿?，反硝化所需碳源由加藥泵投加，?水通過排水閥完成。
計(jì)量系統(tǒng)包括密封的計(jì)量瓶，放在磁力攪拌器上，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子不 斷攪拌使污泥始終處于懸浮狀態(tài)，回流泵控制污泥循環(huán)的流量，使整個(gè)污泥 系統(tǒng)處于循環(huán)狀態(tài)中。
自動控制系統(tǒng)主要由輸入/輸出信號系統(tǒng)，控制器和計(jì)算機(jī)組成。輸入 系統(tǒng)的作用是利用第一數(shù)據(jù)采集裝置和第二數(shù)據(jù)采集裝置分別采集l號溶解 氧傳感器(探頭在液面以下，懸在SBR反應(yīng)器中)和2號溶解氧傳感器(探頭 用橡膠塞密封，懸在計(jì)量瓶中)的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線輸入到控制器中進(jìn)行處理。由控制器發(fā)出的控制指令通過輸出總線控制執(zhí)行設(shè)備(如進(jìn)水泵、攪拌 器、鼓風(fēng)機(jī)、排水閥)完成控制要求。
計(jì)算機(jī)的作用借助工控軟件，在操作界面上設(shè)有參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)運(yùn)行、 停止、趨勢曲線、數(shù)據(jù)輸出和系統(tǒng)報(bào)警等按鈕。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)處 理與保存，繪制曲線、趨勢分析與制表打印，狀態(tài)分析與指示等功能。
本發(fā)明的工作原理及過程
1) 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，計(jì)量瓶下方的磁力攪拌器和回流泵啟動，計(jì)量瓶與SBR 反應(yīng)器直接連通，磁力攪拌器轉(zhuǎn)子不停的攪拌，使污泥處于懸浮狀態(tài)，形成 循環(huán)回流。同時(shí)水泵啟動，進(jìn)水根據(jù)需要設(shè)定，污水進(jìn)入SBR反應(yīng)器；
2) 進(jìn)水結(jié)束后開啟鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，通過控制器控制污水中溶解氧濃度 為某一定值(根據(jù)水質(zhì)設(shè)定)，當(dāng)水中溶解氧低于設(shè)定值，開始曝氣；當(dāng)溶 解氧高于設(shè)定值，停止曝氣。好氧去除水中有機(jī)物，之后在氨氧化細(xì)菌的作 用下將水中氨氮氧化，曝氣過程中產(chǎn)生的氣泡使得污水和活性污泥充分接觸， 起到了攪拌混合的作用，兩個(gè)溶解氧傳感器每隔相同的時(shí)間間隔采集一個(gè)數(shù) 值(時(shí)間間隔根據(jù)系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確度確定)，同時(shí)采集溶解氧值的電流 信號經(jīng)變送器輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器A/D，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并再通過數(shù)據(jù)采集 裝置實(shí)時(shí)將所獲得的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)娇刂破鬟M(jìn)行濾波和比較運(yùn) 算。
由于主體SBR反應(yīng)器與計(jì)量瓶連通，攜帶一定溶解氧的污泥在計(jì)量瓶中 停留一定時(shí)間t (t為計(jì)量瓶的體積V2除以蠕動泵的流速q)，因此同時(shí)測量 的兩個(gè)溶解氧值會出現(xiàn)差值，該差值為污泥在計(jì)量瓶中停留t時(shí)間的消耗值， 則計(jì)量瓶中污泥的比好氧速率為S0UR= (D0「D02) /MLSS.t， t=V2/q。氨氧化 反應(yīng)是活性污泥消耗水中溶解氧的過程，在反應(yīng)過程中D02值會不斷緩慢上 升，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束時(shí)污泥不再耗氧，兩個(gè)溶解氧傳感器測量的數(shù)值幾乎相等， SOUR值變?yōu)榱慊蛞粋€(gè)非常小的值(特征點(diǎn))(見圖2);
3) 控制器經(jīng)過信號處理后，得到控制變量；
4) 將控制變量經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換成控制信號；
5) 控制信號通過輸出信號線傳遞給控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，停止曝氣。
本發(fā)明的優(yōu)勢特點(diǎn)在線檢測，同時(shí)反饋，可以作為控制反應(yīng)進(jìn)程的控
制參數(shù)，準(zhǔn)確控制生化反應(yīng)的進(jìn)程，節(jié)能降耗。1) SOUR的測定方法具有操作簡便、快速、靈敏和反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，通
過測定該指標(biāo)，可及時(shí)反饋曝氣階段的運(yùn)行信息。
2) 自動化程度高，采用可編程控制器PLC控制，可以準(zhǔn)確控制主體反應(yīng) 器中穩(wěn)定的溶解氧，即DCV直定。
3) 運(yùn)行穩(wěn)定，測量結(jié)果可靠，重現(xiàn)性好。D02的測量在密閉的計(jì)量瓶中測 量，不受外間曝氣強(qiáng)度的干擾，測量結(jié)果穩(wěn)定準(zhǔn)確。


圖1本發(fā)明實(shí)施例裝置示意圖。 圖2 —個(gè)周期內(nèi)SOUR的變化規(guī)律。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例所采用的反應(yīng)裝置包括反應(yīng)器系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng) 組成(如圖l所示)。
反應(yīng)器系統(tǒng)生活污水引至水箱l，經(jīng)過水泵2提升，經(jīng)進(jìn)水管3進(jìn)入SBR 反應(yīng)器4。缺氧和厭氧的混合由攪拌器5完成。而好氧的充氧是由鼓風(fēng)機(jī)6在流 量計(jì)7調(diào)節(jié)流速下由微孔曝氣頭布?xì)馔瓿?，反硝化所需碳源由加藥?投加， 排水通過排水閥9完成。
計(jì)量系統(tǒng)包括密閉的計(jì)量瓶IO，放在磁力攪拌器ll上，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，磁 力攪拌器的轉(zhuǎn)子不斷攪拌使污泥始終處于懸浮狀態(tài)，回流泵12控制污泥回流 的流量，使整個(gè)污泥系統(tǒng)處于循環(huán)狀態(tài)中。
自動控制系統(tǒng)利用第一數(shù)據(jù)采集裝置15和第二數(shù)據(jù)采集裝置16分別采集 1號溶解氧傳感器17和2號溶解氧傳感器18數(shù)據(jù)，通過輸入總線輸入到控制器 13中進(jìn)行處理，控制器13連接計(jì)算機(jī)即計(jì)算機(jī)14，由控制器13發(fā)出的控制指 令通過輸出總線控制執(zhí)行設(shè)備(如水泵、攪拌器、鼓風(fēng)機(jī)、排水閥)完成控 制要求。
系統(tǒng)運(yùn)行的初始條件，生活污水水質(zhì)C0D=127. 8 279. 7mg/L， NH4+-N=65 80mg/L，污泥濃度MLSS=1210mg/L，溫度為25。C。
1)啟動系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，計(jì)量瓶下方的磁力攪拌器(REO basic C)和回流 泵(蘭格600M)啟動，計(jì)量瓶(有效體積為l升)與SBR反應(yīng)器直接連通， 磁力攪拌器轉(zhuǎn)子不停的攪拌，使污泥處于懸浮狀態(tài)，形成循環(huán)回流。同時(shí)水 泵啟動，進(jìn)水lmin，污水進(jìn)水SBR反應(yīng)器，反應(yīng)器有效體積為10升。
62) 曝氣進(jìn)水結(jié)束后，鼓風(fēng)機(jī)啟動，對系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，通過控制器13維 持污水中解氧濃度在1.0mg/L左右(開關(guān)控制)，好氧去除水中有機(jī)物，之 后在氨氧化細(xì)菌的作用下將水中氨氮氧化，曝氣過程中產(chǎn)生的氣泡使得污水 和活性污泥充分接觸，起到了攪拌混合的作用，兩個(gè)溶解氧傳感器每隔10s 采集一個(gè)數(shù)值，同時(shí)采集溶解氧值的電流信號經(jīng)變送器輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 A/D，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并再通過數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)時(shí)將所獲得的數(shù)據(jù)信息通過 數(shù)據(jù)線傳輸?shù)娇刂破鬟M(jìn)行濾波和比較運(yùn)算。氨氧化反應(yīng)是活性污泥消耗水中 溶解氧的過程，隨著硝化反應(yīng)的進(jìn)行，D0,維持1.0mg/L， D02值會不斷緩慢上 升，當(dāng)氨氧化結(jié)束時(shí)污泥不再耗氧，兩個(gè)溶解氧傳感器測量的數(shù)值幾乎相等， S0UR值變?yōu)榱?如圖2所示)，維持lmin， PLC發(fā)出指令關(guān)閉電磁閥，停止 曝氣。
3) 加碳源反硝化加藥泵啟動，加入0.5mL乙醇作為系統(tǒng)反硝化的碳源， 同時(shí)攪拌40min (設(shè)定的參數(shù))，反硝化結(jié)束后，攪拌器停止。
4) 靜止沉淀系統(tǒng)在該階段的時(shí)間設(shè)定為60min，此時(shí)進(jìn)水閥門、進(jìn)氣閥 門和排水閥門均關(guān)閉。
5) 排水階段排水閥開啟，系統(tǒng)自動排水，時(shí)間設(shè)定為5min，排水結(jié)束 后，關(guān)閉出水管上的閥門。
6) 閑置階段該階段根據(jù)需要設(shè)置時(shí)間。當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閑置時(shí)間 10min后，系統(tǒng)停止運(yùn)行或進(jìn)行下一個(gè)周期的運(yùn)行。
從應(yīng)用本裝置得到的檢測結(jié)果來看，系統(tǒng)的響應(yīng)性良好，反應(yīng)靈敏，兩 個(gè)溶解氧傳感器每個(gè)10S反饋一個(gè)數(shù)值，同時(shí)控制器進(jìn)行運(yùn)算并在計(jì)算機(jī)上 同步繪出SOUR的變化曲線；而閉式呼吸儀(檢測過程如背景技術(shù)所述)需要 等到系統(tǒng)中的溶解氧全部消耗完之后才能得到SOUR的數(shù)值，因此本發(fā)明就解 決了離線測量和滯后性的問題。另外，通過直觀的表述SOUR曲線，可以知道 系統(tǒng)對應(yīng)的不同時(shí)刻的反應(yīng)狀態(tài)，在氨氧化結(jié)束時(shí)，曲線上會出現(xiàn)特征點(diǎn)(見 圖2)，利用這些信息，通過控制器反饋給終端執(zhí)行器(鼓風(fēng)機(jī)等)，實(shí)現(xiàn)在 線控制，本發(fā)明為以SOUR為參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制奠定了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支持。
權(quán)利要求
1、一種檢測活性污泥系統(tǒng)動態(tài)比耗氧速率的裝置，包括反應(yīng)器系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)；反應(yīng)器系統(tǒng)依次包括水箱、水泵、SBR反應(yīng)器、加藥泵、曝氣裝置；自動控制系統(tǒng)包括傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、控制器和計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集裝置的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線輸入到控制器中進(jìn)行處理，由控制器發(fā)出的控制指令通過輸出總線控制執(zhí)行設(shè)備；控制器連接計(jì)算機(jī)；其特征在于，還包括計(jì)量系統(tǒng)，計(jì)量系統(tǒng)包括密封的計(jì)量瓶，放在磁力攪拌器上，通過回流泵和SBR反應(yīng)器形成污泥循環(huán)回路；傳感器為兩個(gè)溶解氧傳感器分別放置在密封的計(jì)量瓶以及SBR反應(yīng)器中，兩個(gè)溶解氧傳感器分別連接兩套數(shù)據(jù)采集裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測活性污泥系統(tǒng)動態(tài)比耗氧速率的裝置，屬于活性污泥法強(qiáng)化生物脫氮處理理論與技術(shù)。針對傳統(tǒng)測量耗氧速率的方法離線測量、有滯后性和不能在線檢測與反饋等問題，設(shè)計(jì)了一套在線檢測，同時(shí)反饋SBR工藝活性污泥比耗氧速率的裝置。本發(fā)明的最大特點(diǎn)在于將密封計(jì)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；傳感器為溶解氧傳感器，有兩個(gè)分別放置在密封的計(jì)量瓶以及SBR反應(yīng)器中，可以實(shí)現(xiàn)SOUR的在線檢測，同時(shí)反饋。該裝置設(shè)計(jì)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(shí)刻的反應(yīng)狀態(tài)。
文檔編號G01N33/24GK101556270SQ20091008295
公開日2009年10月14日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者蕾 吳, 彭永臻, 論 李, 李凌云, 王淑瑩 申請人:北京工業(yè)大學(xué)