一种活性污泥呼吸速率的测定方法及其原位呼吸速率仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种活性污泥呼吸速率的测定方法及其原位呼吸速率仪。所述呼吸速率仪包括一反应器、支杆、搅拌装置、溶解氧探头和数据采集装置；所述反应器包括可开合的底座；所述反应器的底座与所述支杆相连接；所述搅拌搅拌装置设于所述反应器内；所述溶解氧探头设于所述反应器内，其与所述数据采集装置相连接。本发明可实现在生化池内测试点原位测量，避免了因取样后离线测量导致测量结果的偏差。本发明可以实现原位呼吸速率的快速测量，响应速度快，每次测量仅需要1～3分钟即可。本发明可以手持式便携测量，操作简单，价格低廉，便于推广应用。
【专利说明】一种活性污泥呼吸速率的测定方法及其原位呼吸速率仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种活性污泥呼吸速率的测定方法及其原位呼吸速率仪。
【背景技术】
[0002]我国污水处理厂迫切需要提高运行水平，实现工艺稳定运行。目前主要通过观测出水水质等微生物反应的结果来间接分析微生物的活性，缺乏直接描述微生物活性的指标。因此，开发微生物活性的在线监测方法和一起，简易测试和判断微生物的活性状态，可以弥补现有工艺运行指标的不足，对调整运行参数、稳定可靠运行、提高出水水质具有重要意义。活性污泥的呼吸速率是指单位活性污泥在单位时间的消耗溶解氧的量，单位是mg/(L.min)或者kg/(m3.hr)，可以综合反映好氧生物处理过程中的微生物活性和有机物降解速率，因此具有良好的应用前景。
[0003]呼吸速率的测量方法比较多，实验室和在线仪表均有成熟方法。实验室比较成熟的方法是瓦勃氏呼吸仪，需要使用专门的仪器设备。此外还有密闭式液相测量法，用溶解氧仪测量封闭混合液中溶解氧的变化速率来计算呼吸速率，一般只需要溶解氧仪、锥形瓶和电磁搅拌器。此外还有测定气相二氧化碳浓度或者氧气消耗体积的方法，来间接计算溶解氧氧消耗量。上述方法具有多种国产或者进口的实验室仪器，主要缺点是需要对污泥进行采样和保存，无法在现场便携使用，难以测定工艺运行状态下的瞬时呼吸速率。
[0004]在线仪器方面，可分为开放式和密闭式两种方法。密闭式方法测量时反应器内部活性污泥与氧气隔离，溶解氧浓度的降低速率等于污泥的呼吸速率。开放式测量方法则是连续进行曝气，通过测量氧垂曲线来计算污泥的活性参数。目前已有的主要在线仪器有Merit20、R0DT0X、RA-1000等呼吸测量仪，多为国外公司研制，价格昂贵，难以推广应用。此夕卜，这些方法也都需要对污泥进行采样和预处理，难以在实际工艺运行状态下进行测试。
[0005]现有技术中，中国专利申请201010579870.0和201020650138.3公开了使用溶解氧和污泥浓度信号控制鼓风机的变频装置，而非呼吸速率测试仪器。中国专利申请201220526855.4,200810105908.3和200810167716.5均为采用实验室方法测量微藻、油藏微生物和后生动物的呼吸速率。中国专利申请200810104254.2和200820080009.8均为采用外加电场提高微生物活性的方法，与呼吸速率测试无关。中国专利申请200910082955.5和200910082957.4均为一种基于呼吸速率的控制方法，呼吸速率通过SBR反应器中的间歇曝气来进行数据分析获取，不涉及专门的呼吸速率测试装置，也不能随意改变测试位置和条件。中国专利申请201110195841.9为河流耗氧速率常数的测定方法，不涉及活性污泥的测试方法，也不涉及专门的测试装置。中国专利申请200920107719.X是一种利用实验室测试原理设计的教学装置，只能用于实验室演示，不能用于实际现场。中国专利申请200620004632.6为一种基于气泡技术的呼吸速率装置,可用于厌氧和好氧过程测试,属于实验室测试装置，不适合污水处理厂的现场测试。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种活性污泥呼吸速率的测定方法及其原位呼吸速率仪，本发明可以实现在生化池内的便携测量，快速获得微生物活性和进水负荷变化参数。本发明的原位呼吸速率仪依据成熟的测试原理，具有结构简单、造价低廉、测试可靠的特点，可用于呼吸速率空间分布、进水负荷变化、充氧系数测定等多种要求。
[0007]本发明所提供的一种原位呼吸速率仪，它包括一反应器、支杆、搅拌装置、溶解氧探头和数据采集装置；
[0008]所述反应器包括可开合的底座；所述反应器的底座与所述支杆相连接；
[0009]所述搅拌搅拌装置设于所述反应器内；
[0010]所述溶解氧探头设于所述反应器内，其与所述数据采集装置相连接。
[0011]上述的原位呼吸速率仪中，所述支杆通过一钢丝绳与所述底座相连接。
[0012]上述的原位呼吸速率仪中，所述搅拌装置设于所述底座上。
[0013]上述的原位呼吸速率仪中，所述溶解氧探头设于所述反应器的中上部。
[0014]上述的原位呼吸速率仪中，所述反应器的顶部设有通孔，可用于排放所述反应器内的混合液内残留的空气。
[0015]本发明还提供了利用上述原位呼吸速率仪测定污泥的呼吸速率的方法，包括如下步骤:
[0016]将所述原位呼吸速率仪置于污泥的测量点，下放所述支杆，使所述底座与所述反应器的主体分离，则待测点的活性污泥混合液进入至所述反应器内；
[0017]提升所述支杆，使所述底座与所述反应器的主体闭合；
[0018]启动所述搅拌装置进行搅拌，并同时通过所述数据采集装置记录所述反应器内活性污泥的溶解氧浓度；计算活性污泥的溶解氧浓度随时间的变化率，当所述变化率稳定时的变化率的数值即为测量污泥的呼吸速率。
[0019]上述的方法中，所述搅拌的时间可为I?3分钟，在整个搅拌过程中，持续测定活性污泥的溶解氧浓度。
[0020]本发明具有如下有益效果:
[0021]本发明可实现在生化池内测试点原位测量，避免了因取样后离线测量导致测量结果的偏差。本发明可以实现原位呼吸速率的快速测量，响应速度快，每次测量仅需要I?3分钟即可。本发明可以手持式便携测量，操作简单，价格低廉，便于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明原位呼吸速率仪的结构示意图。
[0023]图2为本发明原位呼吸速率仪的实物图。
[0024]图3为本发明的方法(实施例1中)与传统方法得到的呼吸速率的变化曲线。
[0025]图4为本发明实施例2得到的呼吸速率的变化曲线。
[0026]图5为本发明实施例3得到的呼吸速率的变化曲线。
[0027]图中各标记如下:1数据采集装置、2溶解氧探头、3反应器、4底座、5支杆、6钢丝绳、7电动搅拌装置。
【具体实施方式】
[0028]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0029]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0030]实施例1、原位呼吸速率仪
[0031]如图1所示，本发明提供的原位呼吸速率仪包括反应器3、支杆5、电动搅拌装置7、溶解氧探头2和数据采集装置I ;该反应器3包括一个可开合的底座4，且支杆5通过一钢丝绳6与底座4相连接，用于控制底座4与反应器3的本体之间的开合；在该反应器3的顶部上设有通孔(图中未示)。该电动搅拌装置7设于反应器3的腔体内，且位于底座4上。其中的溶解氧探头2设于反应器3的腔体内，且位于反应器3的中上部，其与数据采集装置I相连接，用于测定污泥的溶解氧浓度，进而计算得到其呼吸速率。
[0032]本发明的原位呼吸速率仪的工作过程如下:
[0033]向下放钢丝绳6，反应器3的底座4由于重力而下降，此时反应器3下沿从底座4处敞开，内部液体与外界环境开始交换。移动支杆5，连同反应器3—起放到指定测量点，提起钢丝绳6，将底座4与反应器3下沿闭合，此过程完成该测量点取样。闭合后，立即打开搅拌装置7，对取样液体进行搅拌。开始记录取样混合液的溶解氧浓度，持续I?3分钟。计算机I记录整个测定过程数据后，计算得出呼吸速率。关闭搅拌装置7，再将钢丝绳6下放，放空反应器3内混合液，为下一次测试做准备。
[0034]利用本发明的原位呼吸速率仪进行测定某处污泥的呼吸速率，其随时间的变化曲线如图2所示。
[0035]采用密闭测试的标准方法作为对照，测定同一处污泥的呼吸速率。使用采样器从测量位置取得混合液，倒满250mL锥形瓶，在瓶内放入磁力搅拌子，在瓶口插入溶解氧探头并密封，使混合液充满瓶体并与外界空气隔绝。整体置于磁力搅拌器上，调整磁力搅拌子转速，使瓶内混合液完全混合。此时采集溶解氧探头的浓度数据，测试结果如图2所示。
[0036]由图2可以看出，本发明的方法与现有的标准方法有很好的一致性。因为在测试开始的O?20秒之内，由于溶解氧仪探头响应存在滞后等问题，溶解氧变化率呈现快速下降。当20秒以后，变化率逐渐稳定，溶解氧仪探头达到稳态响应，此时的数值即为呼吸速率值，图中所示为0.7mg/(L.min)。因此，可以取30秒以后的溶解氧数据计算呼吸速率。
[0037]实施例2、测定生化池内不同深度的活性污泥的呼吸速率
[0038]在某污水处理厂AAO工艺的好氧段测定不同深度处的瞬时呼吸速率。
[0039]选定距离混合液表面O米、I米和2米处等三个测量点，使用实施例1中的原位呼吸速率仪测量上述测点的瞬时呼吸速率，每次测量在60秒完成，取后30秒数据计算呼吸速率。
[0040]具体测试步骤按照实施例1中的呼吸速率仪使用过程。测试结果分别为均值0.29mg/ (L.min)、0.14mg/ (L.min)和 0.39mg/ (L.min)。
[0041]该实施例反映了生化池不同深度的呼吸速率差异明显。
[0042]本实施例的取样点的位置示意图如图4 (a)所示，得到的呼吸速率曲线如图4 (b)所示。
[0043]实施例3、测定生化池内同一深度不同位置处活性污泥的呼吸速率
[0044]在某污水处理厂AAO工艺的好氧段测定水面下I米处，不同平面位置的瞬时呼吸速率。
[0045]选定曝气池均匀分布的6个测点，使用实施例1中的原位呼吸速率仪测量上述测点的瞬时呼吸速率，每次测量在60秒内完成，取后30秒数据计算呼吸速率。
[0046]具体测试步骤按照实施例1中的呼吸速率仪使用过程。测试结果分别为均值0.22mg/ (L min)、0.23mg/ (L.min)、0.26mg/ (L min)、0.31mg/ (L min)、0.21mg/ (L.min)和0.29mg/ (L min)。
[0047]该实施例反映了生化池不同位置由于基质混合差异、污泥浓度不同等造成的呼吸速率差异。
[0048]本实施例的取样点的位置示意图如图5 (a)所示，得到的呼吸速率曲线如图5 (b)所示。
【权利要求】
1.一种原位呼吸速率仪，其特征在于:所述呼吸速率仪包括一反应器、支杆、搅拌装置、溶解氧探头和数据采集装置； 所述反应器包括可开合的底座；所述反应器的底座与所述支杆相连接； 所述搅拌搅拌装置设于所述反应器内； 所述溶解氧探头设于所述反应器内，其与所述数据采集装置相连接。
2.根据权利要求1所述的原位呼吸速率仪，其特征在于:所述支杆通过一钢丝绳与所述底座相连接。
3.根据权利要求1或2所述的原位呼吸速率仪，其特征在于:所述搅拌装置设于所述底座上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的原位呼吸速率仪，其特征在于:所述溶解氧探头设于所述反应器的中上部。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的原位呼吸速率仪，其特征在于:所述反应器的顶部设有通孔。
6.利用权利要求1-5中任一项所述原位呼吸速率仪测定活性污泥的呼吸速率的方法，包括如下步骤: 将所述原位呼吸速率仪置于活性污泥的测量点，下放所述支杆，使所述底座与所述反应器的主体分离，则待测点的活性污泥混合液进入至所述反应器内； 提升所述支杆，使所述底座与所述反应器的主体闭合； 启动所述搅拌装置进行搅拌，并同时通过所述数据采集装置记录所述反应器内活性污泥的溶解氧浓度；计算活性污泥的溶解氧浓度随时间的变化率，当所述变化率稳定时的变化率的数值即为测量活性污泥的呼吸速率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述搅拌的时间为1?3分钟。
【文档编号】G01N33/24GK104459081SQ201310424943
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】邱勇, 施汉昌, 庞洪涛 申请人:清华大学