一种污水处理厂进水毒性的在线检测装置及方法与流程

1.本发明属于污水检测技术领域，特别是涉及一种污水处理厂进水毒性的在线检测装置及方法。


背景技术：

2.目前我国绝大多数污水处理厂采用活性污泥法处理污水，活性污泥法是利用活性污泥中微生物的生理代谢活动来去除废水中的污染物质。目前主要通过系统出水水质和运行经验来评价系统运行状态。出水评价具有滞后性(污水厂hrt约20h)，一旦出水超标只能启用高成本发深度处理。更不利的情况是：进水含有ppcp等有毒物质冲击，生物系统崩溃，系统重新启动需要几周时间，给稳定运行造成极大压力。
3.传统的在线水质监测技术主要以常规水质指标为主，如溶解氧、cod、电导率等，这些指标虽然能快速反映水体污染情况，但是不能准确揭示毒性物质对污水处理系统的冲击。
4.目前主流的研究方向是水质生物毒性在线监测技术，发光菌检测法可检测水质综合毒性，被列为水质毒性检测标准方法之一；利用活体生物在水质变化或污染时行为生态学的改变，自动记录和分析获得数据，从生物学角度来分析水质变化，利用环境学、生态学、生物学、化学等多学科的综合知识，采用数学，概率论等风险分析技术手段来预测、分析和评价有毒物质对生态系统可能造成的伤害，从而有效监管水资源质量状况和排污动态。
5.但是进口设备体积大，成本高，操作复杂；国内开发的仪器自动化程度较低。而且，微生物菌制剂使用需要活化，且微生物活性无法保持恒定，二者均难以满足水质毒性原位在线检测的需要。此外，常温下发光菌活性维持时间短，这点也限制了发光菌法在水质毒性在线检测中的应用。
6.面微生物菌制剂无法全面反映污水厂进水的毒性，主要表现在：能够影响菌制剂微生物活性的有毒物质可能对活性污泥影响有限，对污泥活性影响较大的有毒物质可能不会引起微生物菌制剂明显的变化。
7.综上所述，亟需一种针对检测污水厂本地污泥微生物的活性来反应进水毒性的装置及方法。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明提供一种污水处理厂进水毒性的在线检测装置及方法。
9.本发明的一种污水处理厂进水毒性的在线检测装置，包括进水定量取样组件、污泥定量取样组件、主反应组件、水浴加热组件和控制器，所述进水定量取样组件和污泥定量取样组件分别与所述主反应组件连接，所述水浴加热组件用于为所述进水定量取样组件、污泥定量取样组件和主反应组件加热，所述控制器与进水定量取样组件、污泥定量取样组件、主反应组件和水浴加热组件通讯连接。
10.以上技术方案优选的，所述主反应组件包括主反应器、主反应器溢流管、内置造流器、主反应器排放阀和主反应器排空泵，所述主反应器的上部设有所述主反应器溢流管，所述主反应器的内部设有所述内置造流器，所述主反应器的下端外部依次设有所述主反应器排放阀和主反应器排空泵。
11.以上技术方案优选的，所述水浴加热组件包括水浴反应池、水浴加热器、水浴搅拌器和温度电极，所述主反应器的下端伸入所述水浴反应池池内，所述水浴反应池内设有所述水浴加热器和水浴搅拌器，所述温度电极的一端伸入所述主反应器内。
12.以上技术方案优选的，所述主反应器上端设有溶氧电极，所述主反应器内设有气体分布器，所述气体分布器外接有气泵。
13.以上技术方案优选的，所述进水定量取样组件包括进水定量取样瓶、进水泵和污水进样泵，所述进水定量取样瓶通过进水管与所述进水泵连接，所述进水定量取样瓶通过所述污水进样泵与所述主反应器连接，所述进水定量取样瓶的上部设有进水溢流管。
14.以上技术方案优选的，所述污泥定量取样组件包括污泥定量取样瓶、污泥进样泵、污泥浓度检测器、污泥取样阀和污泥取样泵，所述污泥定量取样瓶依次与所述污泥取样阀和污泥取样泵连接，所述污泥定量取样瓶通过所述污泥进样泵与所述主反应器连接，所述污泥浓度检测器伸入所述污泥定量取样瓶内，所述污泥定量取样瓶的上部设有污泥溢流管。
15.以上技术方案优选的，所述控制器与触控显示器通讯连接。
16.本发明的一种如前述的污水处理厂进水毒性的在线检测装置的检测方法，包括以下步骤：
17.s1.启动前设置各个工作参数，水浴加热；
18.s2.进行主反应器清洗程序；
19.s3.同时开启进水取样程序和污泥取样程序；
20.s4.根据所述步骤3测得的数据进行积分测量程序。
21.以上技术方案优选的，所述s3步骤中所述进水取样程序具体包括以下步骤：进水泵开启，经过一定时间后进水泵关闭；经过一定时间后污水进样泵开启，此时内置造流器一直处于工作状态；经过一定时间后污水进样泵关闭；所述s3步骤中所述污泥取样程序具体包括以下步骤：污泥取样阀开启，延时一定时间后污泥取样泵开启，经过一定时间后关闭污泥取样泵；延时一定时间后污泥取样阀关闭；延时一定时间后污泥浓度检测器读取此时数据d1；再经过一定时间启动污泥进样泵，一定时间后关闭污泥取样泵。
22.以上技术方案优选的，所述s4步骤具体包括以下步骤：通过温度电极和水浴加热器控制主反应器温度在设定温度值是否大于或等于20～35℃，如果是进入恒温状态，并下一个步骤；启动气泵，曝气时间步长为t
05
；控制器通过溶氧电极检测判断主反应器内溶氧值do是否达到所述s1步骤设定值do0，如果达到关闭气泵，进入下一个步骤；控制器通过溶氧电极检测判断主反应器内溶氧值do是否达到所述s1步骤设定值do1，记录溶氧电极检测值到达do1的时刻t
30
，记录时间t
30
后溶氧电极的数值do
30
；根据积分步长ts计算积分面积，触控显示器中显示溶氧衰减曲线，其中积分计算方法以污泥活性指数κ表征污泥活性的变化趋势，污泥活性指数κ的数值意义是溶氧饱和度衰减曲线与时间的积分的倒数和活性污泥常数的乘积；逻辑控制器通过溶氧电极检测判断主反应器内溶氧值do是否达到所述s1步骤
设定值do2，达到do2后停止积分计算；显示y＝κ/d1的值；储存y、κ值及溶氧衰减曲线；经过一定时长后开启主反应器排放阀；延时一定时间后开启主反应器排空泵和气泵；经过一定时间后，关闭主反应器排空泵和气泵；关闭内置造流器。
23.本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供一种污水处理厂进水毒性的在线检测装置及方法，能够稳定、简便、灵敏的在线检测污水处理厂进水毒性，能够对进厂污水毒性进行快速监测和预警，以便在突然出现有毒有害情况时污水厂采取紧急措施，有效保证污水厂安全、平稳运行。
附图说明
24.图1是本发明一实施例所提供的污水处理厂进水毒性的在线检测装置的结构示意图；
25.图2是本发明一实施例所提供的主反应器罐体的主视图；
26.图3是本发明一实施例所提供的主反应器罐体的俯视图；
27.图4是本发明一实施例所提供的主反应器法兰盘的主视图；
28.图5是本发明一实施例所提供的主反应器法兰盘的俯视图；
29.图6是本发明一实施例所提供的在线检测装置的检测方法的流程图；
30.图7是本发明一实施例所提供的积分测量程序的流程图。
31.其中：1、水浴反应池；2、水浴加热器；3、水浴搅拌器；4、进水泵；5、进水管；6、进水定量取样瓶；7、进水溢流管；8、污水进样泵；9、主反应器；10、主反应器溢流管；11、内置造流器；12、主反应器排放阀；13、主反应器排空泵；14、溶氧电极；15、温度电极；16、气泵；17、气体分布器；18、污泥定量取样瓶；19、污泥取样阀；20、污泥取样泵；21、污泥浓度检测器；22、污泥溢流管；23、污泥进样泵；24、逻辑控制器；25、触控显示器；26、电极和导线螺丝接口；27、法兰螺孔；28、锥底接口。
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“下”、“上”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。
35.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
36.本实施例一方面提出一种污水处理厂进水毒性的在线检测装置，如图1
‑
5所示，包括进水定量取样组件、污泥定量取样组件、主反应组件、水浴加热组件和控制器，所述进水定量取样组件和污泥定量取样组件分别与所述主反应组件连接，所述水浴加热组件用于为所述进水定量取样组件、污泥定量取样组件和主反应组件加热，所述控制器与进水定量取样组件、污泥定量取样组件、主反应组件和水浴加热组件通讯连接。
37.具体的，所述主反应组件包括主反应器9、主反应器溢流管10、内置造流器11、主反应器排放阀12和主反应器排空泵13，所述主反应器9的上部设有所述主反应器溢流管10，所述主反应器9的内部设有所述内置造流器11，所述主反应器9的下端外部依次设有所述主反应器排放阀12和主反应器排空泵13。
38.具体的，所述水浴加热组件包括水浴反应池1、水浴加热器2、水浴搅拌器3和温度电极15，所述主反应器9的下端伸入所述水浴反应池1池内，所述水浴反应池1内设有所述水浴加热器2和水浴搅拌器3，所述温度电极15的一端伸入所述主反应器9内。
39.具体的，所述主反应器9上端设有溶氧电极14，所述主反应器9内设有气体分布器17，所述气体分布器17外接有气泵16。
40.可选地，主反应器9包括主反应器法兰盘和主反应器罐体，主反应器罐体上端开放且设有凸缘，凸缘上设有法兰螺孔27，主反应器罐体下端呈锥形，其最下端设有锥底接口28，该接口用来通过管路连接主反应器排放阀12和主反应器排空泵13。主反应器罐体上方设有主反应器法兰盘，主反应器法兰盘上对应凸缘上的法兰螺孔27也设有法兰螺孔27，通过螺钉将主反应器法兰盘和主反应器罐体连接，主反应器法兰盘上设有多个电极和导丝螺丝接口26，用于连接溶氧电极14、温度电极15和各种管路。
41.具体的，所述进水定量取样组件包括进水定量取样瓶6、进水泵4和污水进样泵8，所述进水定量取样瓶6通过进水管5与所述进水泵4连接，所述进水定量取样瓶6通过所述污水进样泵8与所述主反应器9连接，所述进水定量取样瓶6的上部设有进水溢流管7。
42.具体的，所述污泥定量取样组件包括污泥定量取样瓶18、污泥进样泵23、污泥浓度检测器21、污泥取样阀19和污泥取样泵20，所述污泥定量取样瓶18依次与所述污泥取样阀19和污泥取样泵20连接，所述污泥定量取样瓶18通过所述污泥进样泵23与所述主反应器9连接，所述污泥浓度检测器21伸入所述污泥定量取样瓶18内，所述污泥定量取样瓶18的上部设有污泥溢流管22。
43.具体的，所述控制器与触控显示器25通讯连接。本实施例中控制器为逻辑控制器24。
44.其中，水浴加热器2和水浴搅拌器3与温度电极15联动可实现温度控制的稳定和均匀，温度调控范围为15～35℃，控制精度为
±
0.2℃。
45.污泥定量取样瓶18内污泥的定量原理：由污泥取样阀19和污泥取样泵20通过控制器的时序控制泵送的污泥可以从污泥溢流管22溢流，此时可以保证污泥定量取样瓶18内污泥体积是一定的。污泥进样泵23开启时长t
03
的冗余时长将保证污泥定量取样瓶18内污泥全部泵入主反应器9，因此检测过程中主反应器9内污泥的体积将取决于污泥定量取样瓶18泵送体积，以此实现定量。
46.进水定量取样瓶6实现定量的原理与污泥定量取样瓶18定量原理相同，在此不做赘述。
47.进水定量取样瓶6、主反应器9、污泥定量取样瓶18放置于水浴反应池1内，为进水定量取样瓶6和污泥定量取样瓶18提供稳定的预热环境，同时保证检测过程中主反应器9反应温度条件恒定。
48.内置造流器11在保证主反应器9气密性的同时实现容器内混匀、清洗和搅拌等功能。
49.主反应器9清洗程序：
50.a.污泥取样阀19开启，经过时间t
01
后开启污泥取样泵20，经过t
02
时间后关闭污泥取样泵20，此时能够保证抽取的污泥可以从污泥溢流管22溢出，污泥定量取样瓶18内污泥体积恒定。
51.b.污泥进样泵23开启，经过时间t
03
后污泥进样泵23关闭，时间t
03
的冗余时长将保证污泥定量取样瓶18内污泥全部泵入主反应器9。
52.c.开启主反应器9内的内置造流器11，通过内置造流器11的运行实现主反应器9的清洗和下一次检测的预反应。
53.d.判断主反应器9内进泥次数n是否大于设定的是清洗进泥次数n0，如果n不大于n0，则从步骤a开始重复；如果n大于n0，则将逻辑控制器24里n置零，同时开启主反应器排放阀12，延时时间t
01
后开启主反应器排空泵13和气泵16，经过时间t
04
后，关闭主反应器排空泵13和气泵16。
54.e.完成一个清洗周期。
55.f.n
01
为设置的清洗周期次数。用延时时长t
01
、t
03
、t
04
来保护各泵体和阀门的正常运行，防止出现泄露和憋泵。主反应器排放阀12和污泥取样阀19均为电动球阀，以保证运行的稳定。进入检测程序后，水浴加热器2和温度电极15联动控制主反应器9内温度在25～35℃。气泵16和溶氧电极14联动控制主反应器9内溶氧值。主反应器9体积为进水定量取样瓶6和污泥定量取样瓶18体积加和的0.8～2倍。
56.上述进水泵4、污水进样泵8、主反应器排空泵13、污泥取样泵20、污泥进样泵23、气泵16、主反应器排放阀12、污泥取样阀19、内置造流器11、水浴加热器2、水浴搅拌器3、溶氧电极14、温度电极15和污泥浓度检测器21的控制和数值读取均由控制器控制。
57.本实施例另一方面提出一种如前述的污水处理厂进水毒性的在线检测装置的检测方法，如图6和7所示，包括以下步骤：
58.1、启动前通过触控显示器25设置各个工作参数ts、n0、t
01
、t
02
、t
03
、t
04
、n
01
、t
d
、t0、t
05
、t
21
、t
22
、do0、do1、ts、do2。
59.2、检测开始。
60.3、水浴加热器2启动，水浴搅拌器3启动，判断温度电极15读数是否大于初始温度t
s
，如果满足条件进入下一步。温度调控范围为15～35℃，控制精度为
±
0.5℃。
61.4、开始主反应器9清洗程序：
62.a.污泥取样阀19开启，经过时间t
01
后开启污泥取样泵20，经过t
02
时间后关闭污泥取样泵20，此时能够保证抽取的污泥可以从污泥溢流管22溢出，污泥定量取样瓶18内污泥体积恒定。
63.b.污泥进样泵23开启，经过时间t
03
后污泥进样泵23关闭。时间t
03
的冗余时长将保证污泥定量取样瓶18内污泥全部泵入主反应器9。
64.c.开启主反应器9内的内置造流器11，通过内置造流器11的运行实现主反应器9的清洗和下一次检测的预反应。
65.d.判断主反应器9内进泥次数n是否大于设定的清洗进泥次数n0，如果不大于n0，则从步骤a开始重复；如果n大于n0，则将逻辑控制器24里n置零，同时开启主反应器排放阀12，延时t
01
后开启主反应器排空泵13和气泵16，经过时间t
04
后，关闭主反应器排空泵13和气泵16。
66.e.完成一个清洗周期，清洗周期n1加一。
67.f.实际清洗周期n1达到设定的清洗周期n
01
后停止。
68.5、开启进水取样程序：
69.a.进水泵4开启，经过时间t
21
后进水泵4关闭。
70.b.经过时间t
01
后污水进样泵8开启。此时内置造流器11一直处于工作状态。
71.c.经过时间t
22
后污水进样泵8关闭。
72.6、与步骤5同时开启污泥取样程序：
73.a.污泥取样阀19开启，延时t
01
时间后污泥取样泵20开启，经过t
02
时间后关闭污泥取样泵20，此时能够保证抽取的污泥可以从污泥溢流管22溢出。
74.b.延时t
01
时间后污泥取样阀19关闭。
75.c.延时t
d
时间后污泥浓度检测器21读取此时数据d1。
76.d.再经过t
d
时间启动污泥进样泵23，t
03
时间后关闭污泥取样泵20，时间t
03
的冗余时长将保证污泥定量取样瓶18内污泥全部泵入主反应器9。
77.7、启动积分测量程序：
78.a.通过温度电极15和水浴加热器2控制主反应器9温度在设定温度值是否大于等于20～35℃，如果是进入恒温状态，并下一个步骤。
79.b.启动气泵16，曝气时间步长为t
05
。
80.c.逻辑控制器24通过溶氧电极14检测判断主反应器9内溶氧值do是否达到设定值do0，如果达到关闭气泵16，进入下个步骤。
81.d.逻辑控制器24通过溶氧电极14检测判断主反应器9内溶氧值do是否达到设定值do1，记录溶氧电极14检测值到达do1的时刻t
30
，记录时间t
30
后溶氧电极14的数值do
30
；
82.e.根据积分步长ts计算积分面积，交互显示模块中显示溶氧衰减曲线。积分计算方法：
83.以污泥活性指数κ表征污泥活性的变化趋势，污泥活性指数κ的数值意义是溶氧饱和度衰减曲线与时间的积分的倒数和活性污泥常数的乘积，即：
[0084][0085]
其中f(t)是溶氧饱和度随时间的衰减函数，污泥活性常数n0＝1000
‑
100000，
[0086]
y2＝f(t1)＝50％～100％，y1＝f(t2)＝0％～50％。
[0087]
f.逻辑控制器24通过溶氧电极14检测判断主反应器9内溶氧值do是否达到设定值
do2，达到do2后停止积分计算。
[0088]
g.显示y＝κ/d1的值，其中d1为延时t
d
时间后污泥浓度检测器21读取的数据。
[0089]
h.储存y、κ值及溶氧衰减曲线。
[0090]
i.经过时长t
01
后开启主反应器排放阀12。
[0091]
j.延时t
01
后开启主反应器排空泵13和气泵16。
[0092]
k.经过时间t
04
后，关闭主反应器排空泵13和气泵16。
[0093]
l.关闭内置造流器11。
[0094]
8、测量结束。
[0095]
本发明具有的优点和积极效果是：本发明提供一种污水处理厂进水毒性的在线检测装置及方法，能够稳定、简便、灵敏的在线检测污水处理厂进水毒性，能够对进厂污水毒性进行快速监测和预警，以便在突然出现有毒有害情况时污水厂采取紧急措施，有效保证污水厂安全、平稳运行。
[0096]
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。