一种污泥磷容量的检测装置的制作方法

1.本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种污泥磷容量的检测装置。


背景技术：

2.为进一步提升水环境质量，污水处理厂的污染物排放标准进一步提高，其中，总磷的排放标准也日趋严格。对于城镇污水处理厂，化学协同生物除磷应用最为广泛，但由于生物除磷受进水碳源、厌氧环境和硝态氮等因素影响，导致水厂本身的生物除磷效果较难控制。
3.目前大部分水厂是以化学除磷为主，即向污水污泥中投入除磷药剂，为保障出水磷稳定达标，即出水实时达标排放，除磷药剂一般是过量投加，这就导致部分未反应完全的除磷药剂及水解产物随污泥回流进入到前端生物处理系统中，这部分除磷药剂的残留使得污泥具备了较强的除磷能力，污泥的除磷能力可以以污泥的磷容量表示，污泥的磷容量即污泥除磷能力达到饱和时的一种定义。此外，污泥具有较大的比表面积和发达的孔隙结构，即使在没有除磷药剂的情况下，对污水中的磷也具备一定的去除能力。虽然水厂污泥具备较强的物化除磷能力，但目前的研究多集中在通过前馈、后馈等手段实现药剂投加的自动控制，而对于污泥本身的这种物化除磷能力以及持续时间缺乏一种表征指标及检测方法，进而导致自动加药系统计算准确度低，污泥中药剂的除磷能力没有得到充分利用，造成了资源的浪费。因此，需要一种污泥磷容量的检测装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种污泥磷容量的检测装置，以解决污水处理厂污泥物化除磷能力无法准确表征的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种污泥磷容量的检测装置，包括污泥储存装置、磷酸盐溶液储存装置、混合反应装置、监测装置和控制器；
6.所述污泥储存装置和所述磷酸盐溶液储存装置均与所述混合反应装置连通，所述污泥储存装置通过第一输送泵将其储存的待检测污泥输送至所述混合反应装置内，所述磷酸盐溶液储存装置通过第二输送泵将其储存的磷酸盐溶液输送至所述混合反应装置内，所述磷酸盐溶液与所述待检测污泥混合反应形成混合物；
7.所述监测装置用于监测所述混合反应装置内的所述混合物的磷浓度和污泥浓度；
8.所述控制器根据所述磷浓度和所述污泥浓度获取所述待检测污泥的磷容量。
9.优选地，所述混合反应装置包括反应瓶和磁力搅拌器，所述反应瓶放置于所述磁力搅拌器上，所述反应瓶分别与所述污泥储存装置通过污泥进样管连通、与所述磷酸盐溶液储存装置通过磷酸盐溶液进样管连通，所述第一输送泵设于所述污泥进样管上，所述第二输送泵设于所述磷酸盐溶液进样管上；
10.所述磁力搅拌器用于搅拌所述反应瓶内的所述混合物。
11.优选地，所述污泥进样管的一端设于所述反应瓶的侧壁，所述污泥进样管的另一
端设于所述污泥储存装置的中部；
12.所述磷酸盐进样管的一端设于所述反应瓶的顶部，所述磷酸盐进样管的另一端设于所述磷酸盐溶液储存装置的中部；
13.所述污泥进样管上设有第一阀门，所述磷酸盐进样管上设有第二阀门。
14.优选地，所述监测装置包括外壳、磷酸盐取样管、污泥浓度监测探头和设于所述外壳内的显示屏、磷酸盐检测试剂瓶、光度计和处理模块；
15.所述磷酸盐取样管的一端设于所述反应瓶内，另一端与所述磷酸盐检测试剂瓶连通，并通过泵将所述反应瓶内的混合物输送至所述磷酸盐检测试剂瓶内反应，所述光度计用于测定所述磷酸盐检测试剂瓶内的磷浓度；
16.所述污泥浓度监测探头设于所述反应瓶内，用于检测所述反应瓶内的污泥浓度；
17.所述处理模块分别与所述光度计和所述污泥浓度检测探头电连接，以获取所述磷浓度和所述污泥浓度；
18.所述显示屏显示所述磷浓度和所述污泥浓度。
19.优选地，所述监测装置还包括溶解氧监测探头和氧化还原电位监测探头，所述溶解氧监测探头和所述氧化还原电位监测探头均插设于所述反应瓶内，且与所述处理模块电连接，所述处理模块分别获取所述溶解氧监测探头和所述氧化还原电位监测探头检测的溶解氧浓度和氧化还原电位。
20.优选地，所述检测装置还包括存储模块；所述控制器与所述处理模块通信连接，且与所述磁力搅拌装置、所述第二输送泵电连接；
21.所述存储模块用于存储所述磷浓度、所述污泥浓度、所述溶解氧浓度和氧化还原电位。
22.优选地，所述控制器接收所述处理模块传输的所述磷浓度、所述污泥浓度、所述溶解氧浓度和氧化还原电位；
23.当所述溶解氧浓度高于第一浓度阈值且所述氧化还原电位大于第一电位阈值时，所述控制器控制所述磁力搅拌装置的搅拌速度降低；
24.当所述溶解氧浓度低于第二浓度阈值且所述氧化还原电位小于第二电位阈值时，所述控制器控制所述磁力搅拌装置的搅拌速度增加；
25.当所述磷浓度的增长速度大于第三浓度阈值时，所述反应瓶内的所述混合物的混合反应结束，所述控制器控制所述第二输送泵关闭。
26.优选地，所述磷酸盐溶液进样管上设有计量装置，和/或，
27.所述第二输送泵为计量泵，用于获取所述混合反应的所述磷酸盐溶液的进样量；
28.所述控制器根据以下公式计算单位体积的污泥吸收的磷容量：
29.磷容量＝(磷酸盐溶液进样量/1000+污泥量)*磷浓度降低量/(磷酸盐溶液进样量/1000+污泥量)*(污泥浓度/1000)，其中，
30.所述磷浓度降低量表示所述混合反应开始前的所述磷浓度与所述混合反应结束后的所述磷浓度之差；
31.所述污泥量表示通过所述第一输送泵输送至所述反应瓶内的所述待检测污泥的体积。
32.优选地，所述磷酸盐取样管与所述磷酸盐检测试剂瓶通过取样管路连通，所述取
样管路上设有过滤装置。
33.优选地，所述污泥储存装置内设有搅拌器，底部设有泄空口。
34.本发明涉及的一种污泥磷容量的检测装置，其有益效果在于：将污水处理厂的污泥直接泵入到混合反应装置中进行磷容量检测，不需要其他预处理过程，操作简单快捷，且不需要额外添加药剂，成本低廉，实用性强；通过检测污泥的污泥浓度和磷浓度计算获取某一污泥浓度的磷容量，从而可以获取污泥本身的除磷能力，为水厂充分利用污泥中化学药剂的除磷能力提供直观的数据表征，进而通过改变除磷药剂投加量以及排泥量和排泥方式等将污泥的物化除磷能力最大化，进而减少药剂使用量和污泥产生量，实现节能降耗。
35.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
36.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
37.图1示出了本发明的一个示例性实施例的污泥磷容量的检测装置的结构示意图；
38.图2示出了本发明的一个示例性实施例的污泥磷容量的检测装置的污泥磷含量变化曲线图。
39.附图标记说明：
40.1、污泥储存装置，11、搅拌器，2、磷酸盐溶液储存装置，3、混合反应装置，31反应瓶，32、磁力搅拌器，33、污泥进样管连通，34、磷酸盐溶液进样管，4、监测装置，41磷酸盐取样管、42、污泥浓度监测探头，43、溶解氧监测探头，44、氧化还原电位监测探头，45、过滤装置，46、储存装置取样管，5、第一输送泵，6、第二输送泵，7、第一阀门，8、第二阀门，9、控制器，10、存储模块。
具体实施方式
41.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
43.为解决现有技术存在的问题，如图1所示，本发明提供了一种污泥磷容量的检测装置，包括污泥储存装置1、磷酸盐溶液储存装置2、混合反应装置3、监测装置4和控制器9；
44.污泥储存装置1和磷酸盐溶液储存装置2均与混合反应装置3连通，污泥储存装置1通过第一输送泵5将其储存的待检测污泥输送至混合反应装置3内，磷酸盐溶液储存装置2通过第二输送泵6将其储存的磷酸盐溶液输送至混合反应装置3内，磷酸盐溶液与待检测污
泥混合反应形成混合物；
45.监测装置4用于监测混合反应装置3内的混合物的磷浓度和污泥浓度；
46.控制器9根据磷浓度和污泥浓度获取待检测污泥的磷容量。
47.本发明涉及的污泥磷容量的检测装置，将污水处理厂的污泥直接泵入到混合反应装置中进行磷容量检测，不需要其他预处理过程，操作简单快捷，且不需要额外添加药剂，成本低廉，实用性强；通过检测污泥的污泥浓度和磷浓度计算获取某一污泥浓度的磷容量，从而可以获取污泥本身的除磷能力，为水厂充分利用污泥中化学药剂的除磷能力提供直观的数据表征，进而通过改变除磷药剂投加量以及排泥量和排泥方式等将污泥的物化除磷能力最大化，进而减少药剂使用量和污泥产生量，实现节能降耗。
48.本技术中，混合反应装置3包括反应瓶31和磁力搅拌器32，反应瓶31放置于磁力搅拌器32上，反应瓶31分别与污泥储存装置1通过污泥进样管连通33、与磷酸盐溶液储存装置2通过磷酸盐溶液进样管34连通，第一输送泵5设于污泥进样管上，第二输送泵6设于磷酸盐溶液进样管上；
49.磁力搅拌器32用于搅拌反应瓶31内的混合物。磁力搅拌器32为现有产品，具体工作原理不再赘述。
50.在本技术的一个实施例中，反应瓶31为圆柱形有机玻璃容器，其容积为8-10l，放置在磁力搅拌器32上，磁力搅拌器32用于对反应瓶31内的混合物搅拌，使磷酸盐溶液和待检测污泥可以充分混合。
51.污泥进样管33的一端设于反应瓶31的侧壁，污泥进样管33的另一端设于污泥储存装置1的中部；
52.磷酸盐进样管34的一端设于反应瓶31的顶部，磷酸盐进样管34的另一端设于磷酸盐溶液储存装置2的中部；
53.污泥进样管33上设有第一阀门7，磷酸盐进样管34上设有第二阀门8。
54.在本技术的一个实施例中，污泥储存装置1内设有搅拌器11，底部设有泄空口。污泥储存装置1的容积为6-8l，其内部设置的搅拌器11用于使待检测污泥充分混合，避免分层，中部设有第一出样口，用于与污泥进样管33的另一端连通，泄空口用于将污泥储存装置1排空。
55.在本技术的一个实施例中，第一输送泵5可以为蠕动泵，用于将污泥储存装置1内的待检测污泥输送至反应瓶31内。蠕动泵可以通过调节输出流量并预设时间向反应瓶31内输送预定体积，即预设污泥量的待检测污泥，以便计算使用。
56.在本技术的一个实施例中，磷酸盐溶液储存装置2的容积为2-5l，用于盛放配置好的磷酸盐溶液，即磷酸盐缓冲溶液，磷酸盐溶液的浓度可以根据需要自动确定，磷酸盐溶液储存装置2的中部设有第二出样口，用于与磷酸盐进样管34的另一端连通，磷酸盐溶液通过第二出样口和第二输送泵6进入到混合反应装置中与待检测污泥进行反应，第一阀门7和第二阀门8分别用于控制污泥进样管33和磷酸盐进样管34的通断。
57.在本技术的一个实施例中，磷酸盐溶液进样管34上设有计量装置，和/或，
58.第二输送泵6为计量泵，用于获取混合反应的磷酸盐溶液的进样量。
59.本技术中，监测装置4包括外壳、磷酸盐取样管41、污泥浓度监测探头42和设于外壳内的显示屏、磷酸盐检测试剂瓶、光度计和处理模块；
60.磷酸盐取样管41的一端设于反应瓶31内，另一端与磷酸盐检测试剂瓶连通，并通过泵将反应瓶31内的混合物输送至磷酸盐检测试剂瓶内反应，光度计用于测定磷酸盐检测试剂瓶内的磷浓度；
61.污泥浓度监测探头42设于反应瓶31内，用于检测反应瓶31内的污泥浓度；
62.处理模块分别与光度计和污泥浓度检测探头42电连接，以获取磷浓度和污泥浓度；
63.显示屏显示磷浓度和污泥浓度。
64.在本技术的一个实施例中，磷酸盐取样管41由反应瓶31的上方插入，用于通过泵吸取反应瓶31内的磷酸盐溶液，并将磷酸盐溶液输送至通过泵将磷酸盐检测试剂瓶内，磷酸盐检测试剂瓶内设有磷酸盐检测试剂，磷酸盐溶液与磷酸盐检测试剂反应，通过光度计测定磷酸盐检测试剂瓶内的磷浓度。
65.在本技术的一个实施例中，磷酸盐取样管41与磷酸盐检测试剂瓶通过取样管路连通，取样管路上设有过滤装置45，过滤装置45用于过滤反应瓶31内混合物中的颗粒态物质，防止悬浮物干扰磷酸盐的检测结果，过滤装置45包括滤芯(未示出)，滤芯的孔径为0.45μm，可以定期更换，以保持过滤效果。
66.该磷酸盐检测试剂瓶为第一磷酸盐检测试剂瓶。
67.在本技术的一个实施例中，还包括储存装置取样管46和第二磷酸盐检测试剂瓶，储存装置取样管46的一端由磷酸盐溶液储存装置2的上方插入内部，另一端通过泵与第二磷酸盐检测试剂瓶连通，储存装置取样管46用于监测磷酸盐溶液储存装置2内的磷酸盐浓度，将磷酸盐溶液储存装置2内的磷酸盐溶液提取至第二磷酸盐检测试剂瓶内中反应，通过光度计测定第二磷酸盐检测试剂瓶内的磷浓度。检测过程中，可以每隔预设时间检测磷酸盐溶液储存装置2内的磷酸盐溶液浓度，当磷酸盐溶液储存装置2内浓度降低较多时，可以重新配置或补充磷酸盐溶液。
68.光度计为现有产品，通过磷酸盐溶液与磷酸盐检测试剂反应并测定磷浓度过程为现有技术，具体原理不再赘述。
69.在本技术的一个实施例中，监测装置4的外壳上设有入水口和出水口，入水口用于分别连通磷酸盐取样管41和储存装置取样管46，出水口用于分别排出第一磷酸盐检测试剂瓶和第二磷酸盐检测试剂瓶中的液体。
70.在本技术的一个实施例中，监测装置4还包括溶解氧监测探头43和氧化还原电位监测探头44，溶解氧监测探头43和氧化还原电位监测探头44均插设于反应瓶31内，且与处理模块电连接，处理模块分别获取溶解氧监测探头43和氧化还原电位监测探头44检测的溶解氧浓度和氧化还原电位。
71.磷酸盐溶液与待检测污泥反应时，混合物溶解氧和氧化还原电位会发生变化，溶解氧太高会有生物的吸磷作用，而磁力搅拌器32的搅拌速度越高，产生的溶解氧越高，氧化还原电位也越高，容易导致生物作用干扰检测结果，因此需要实时监测溶解氧浓度和氧化还原电位，对磁力搅拌器32的搅拌速度进行调控。
72.控制器9接收处理模块传输的磷浓度、污泥浓度、溶解氧浓度和氧化还原电位；
73.当溶解氧浓度高于第一浓度阈值且氧化还原电位大于第一电位阈值时，控制器9控制磁力搅拌装置32的搅拌速度降低，防止发生生物好氧吸磷作用干扰检测结果；
74.当溶解氧浓度低于第二浓度阈值且氧化还原电位小于第二电位阈值时，控制器9控制磁力搅拌装置32的搅拌速度增加，防止发生生物厌氧释磷作用干扰检测结果；
75.当磷浓度的增长速度大于第三浓度阈值时，反应瓶31内的混合物的混合反应结束，控制器9控制第二输送泵6关闭。
76.在本技术的一个实施例中，溶解氧浓度的第一浓度阈值为2mg/l，第二浓度阈值为0mg/l；氧化还原电位的第一电位阈值为于100mv，第二电位阈值为-200mv；当光度计检测的反应瓶31内的磷浓度急速升高且至少联系两个数值呈倍数增加时，可认为混合反应结束，此时反应瓶31内的污泥的吸磷能力，即磷容量已达到饱和状态。
77.本技术中，检测装置还包括存储模块10；控制器9与处理模块通信连接，且与磁力搅拌装置32、第二输送泵6电连接，且与第一输送泵5、第一阀门7和第二阀门8均电连接；
78.存储模块10用于存储磷浓度、污泥浓度、溶解氧浓度和氧化还原电位，并存储运行时间等数据。
79.本技术中，控制器9根据以下公式计算单位体积的污泥吸收的磷容量：
80.磷容量＝(磷酸盐溶液进样量/1000+污泥量)*磷浓度降低量/(磷酸盐溶液进样量/1000+污泥量)*(污泥浓度/1000)，其中，
81.磷浓度降低量表示混合反应开始前的磷浓度与混合反应结束后的磷浓度之差；
82.污泥量表示通过第一输送泵5输送至反应瓶31内的待检测污泥的体积，可以通过第一输送泵5的输送量与输送时间的乘积获取，或可以通过在第一输送泵5处设置计量装置直接获取。
83.上述计算过程可以通过预设计算机指令快速计算，以评估污泥的物化除磷能力，最终得到磷容量与磷浓度、mlss和水厂除磷药剂投加量之间的关系，为水厂充分利用污泥中化学药剂的除磷能力提供直观的数据表征。
84.本技术的的检测装装置，将污水处理厂的污泥经过搅拌直接泵入到混合反应装置中进行磷容量检测，不需要其他预处理过程，操作简单快捷，且不需要额外添加药剂，成本低廉，实用性非常强；通过控制器和计算机指令可以快速计算出当前待检测污泥的磷容量，以评估污泥的物化除磷能力，最终得到磷容量与磷浓度、mlss和水厂除磷药剂投加量之间的关系，为水厂充分利用污泥中化学药剂的除磷能力提供直观的数据表征；不仅对污水处理厂的污泥可以进行磷容量检测，对给水厂的含铝污泥同样可以进行检测，适用性非常广泛。
85.实施例1
86.取某污水处理厂污泥作为磷容量检测对象，污泥上清液磷浓度为0.1mg/l，即单位体积(l)的污泥吸磷0.1mg，样品取回后置于污泥储存装置1中，打开搅拌器11使污泥充分混合，防止污泥分层；
87.配置5g/l的磷酸盐溶液置于磷酸盐溶液储存装置2中，通过储存装置取样管46和第二磷酸盐检测试剂瓶每隔30min检测一次磷酸盐的浓度，若磷酸盐溶液储存装置2内的磷酸盐浓度降低较多，则重新配置溶液；
88.打开第一阀门7和第一输送泵5，控制第一输送泵5的流量为500ml/min，设定时间为4min，使得反应瓶31内的污泥为2l，以此作为检测的污泥量，第一输送泵5达到设定时间后自动关闭，或由控制器9控制第一阀门7和第一输送泵5关闭；
89.当反应瓶31内的污泥达到2l时，控制器9控制磁力搅拌器32开启，转速根据溶解氧监测探头43检测的溶解氧浓度(do)和氧化还原电位监测探头44检测的氧化还原电位(orp)进行调控，当do大于2mg/l、orp大于100mv时控制器9控制降低磁力搅拌器32的搅拌速度，当do浓度低于0mg/l且orp小于-200mv时控制器9增加磁力搅拌器32的搅拌速度，根据运行经验磁力搅拌器32转速控制在500-1000r/min；同时打开磷酸盐进样管34上的第二阀门8和第二输送泵6，第二输送泵6为计量泵，设定计量泵的流量为10ml/min，连续运行，此外，控制器控制泵使储存装置取样管46每5min取样检测一次磷酸盐溶液储存装置2的磷酸盐浓度；
90.控制器9根据磷浓度检测数值控制计量泵的开启和关闭，当检测到磷酸盐取样管41取样检测的磷浓度高于25mg/l且连续三个数值呈倍数升高时关闭计量泵，此时反应瓶31内的污泥除磷能力达到饱和状态；同时污泥浓度检测探头42检测反应瓶31内的污泥浓度(mlss)，完成检测过程；
91.控制器9根据磷浓度、计量泵流量和运行时间(获取磷酸盐溶液进样量)和污泥浓度、污泥量等计算污泥的磷容量，
92.磷容量＝(磷酸盐溶液进样量/1000+污泥量)*磷浓度降低量/(磷酸盐溶液进样量/1000+污泥量)*(污泥浓度/1000)
93.重复检测过程三次，取平均值，具体结果如下表1以及如图2所示的磷容量曲线图。
94.表1污泥磷容量检测数据
[0095][0096]
根据检测结果所示，三次检测的磷容量均值为2.89mgp/gmlss，说明该水厂在污泥浓度mlss为8227mg/l时每立方米污泥回流可以去除的磷量为2.89*8227/1000＝23.77mg，相当于投加了6％有效含量的硫酸铝除磷药剂970mg(23.77*2.45/0.06)，其中，2.45表示去除1mg磷需要硫酸铝除磷药剂2.45mg。
[0097]
根据水厂实际水量进行核算，水厂每天进水水量为20万立方米，回流比为1:1，则污泥回流可以去除的磷量为4.75吨，相当于投加了6％有效含量的硫酸铝除磷药剂194吨，水厂每天的硫酸铝投加量为30吨，所以当批次检测的污泥磷容量可以维持水厂除磷能力6天，也就是6天内不需要再额外投加硫酸铝除磷药剂，极大地节省了药剂成本。
[0098]
使用该检测方法速度快，且通过磷容量数据，水厂可以根据每天的污泥浓度改变除磷药剂投加策略，此外，也可以通过排泥量调整污泥停留时间，充分发挥污泥中化学药剂的除磷效能。
[0099]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。