專利名稱：檢測活性污泥系統動態比耗氧速率的方法
技術領域：
本發明涉及一種含氮廢水的SBR生物處理的檢測方法，尤其是能夠進行 深度脫氮和自動控制的SBR工藝。所屬技術領域為活性污泥法強化生物脫 氮處理理論與技術。
背景技術：
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之一， 從微生物呼吸速率角度反映了活性污泥生理狀態和基質代謝狀況。在活性污 泥法應用初期，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，在分析、評價和預測系統運行狀 況以及處理能力上受到國內外專家的普遍重視。研究和應用污水生物處理系 統的SOUR檢測技術，對于促進污水生物處理技術的發展，強化和提高污水生 物處理系統的運行控制，具有十分重要的意義。
以前，多數呼吸儀采用溶解氧(D0)探針測定溶解氧濃度，從溶解氧濃 度的變化計算呼吸速率。采用DO探針的呼吸儀可分間歇式和連續流通式呼吸 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。此法曾被認為是標準法，但后續 研究發現此法測定值低于實際值。因在取樣時刻與實際測定時刻之間的時間 差內呼吸速率會迅速下降。
連續流通式呼吸儀連續交替測定閉式呼吸室進、出口處的溶解氧濃度。 污泥連續泵入呼吸室。以此兩個溶解氧濃度的差值和停留時間計算出呼吸速 率。此法實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D0探針。在計算呼吸速率時均必須假設溶解氧濃度穩定。
傳統測量SOUR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驗室檢測，而且許多測量方法要添加抑制劑，影響 活性污泥系統的穩定運行，不能將其作為系統長期運行的一個指示參數。隨著自動控制設備(可編程控制器PLC)和在線檢測儀表(D0儀、pH儀) 的問世和成功的應用，為實現動態連續測量活性污泥系統的SOUR創造了有利 條件。
發明內容
本發明在反復試驗的基礎上，建立了一套在線監控，同時反饋SBR工藝 活性污泥SOUR的裝置，通過考察SBR工藝中活性污泥SOUR的變化規律，制 定了以SOUR為參數的控制策略。活性污泥的SOUR可以有效地表征SBR工藝 的生化反應進程，當出現變化點(下文詳述)，控制器根據收到的模擬量反 饋信號作出判斷，將控制信號傳遞給執行機構，直接控制鼓風機停止。
本發明提出的方法實現了在線檢測SOUR，直觀顯示SOUR曲線，通過控制 器(PLC)反饋給終端的執行器，控制反應的進程，解決了傳統測量方法離線 測量，有滯后性，不能在線反饋的問題。
本發明的反應器設備(圖l)包括反應器系統、自動控制系統；
反應器系統依次包括水箱、水泵、SBR反應器、加藥泵、曝氣裝置，
自動控制系統包括傳感器、數據采集裝置、控制器和計算機，數據采集 裝置的數據，通過數據總線輸入到控制器中進行處理，由控制器發出的控制 指令通過輸出總線控制執行設備；控制器連接計算機；
其特征在于，還包括計量系統，計量系統包括密封的計量瓶，放在磁力 攪拌器上，通過回流泵和SBR反應器形成污泥循環回路；傳感器為兩個溶解 氧傳感器分別放置在密封的計量瓶以及SBR反應器中，兩個溶解氧傳感器分 別連接兩套數據采集裝置。可以實現SOUR的在線檢測，同時反饋。
具體的反應器設備生活污水引至水箱，經過水泵提升，經進水管進入 SBR反應器。缺氧和厭氧的混合由攪拌器完成。而好氧的充氧是由鼓風機在流 量計調節流速下由微孔曝氣頭布氣完成，反硝化所需碳源由加藥泵投加，排 水通過排水閥完成。
計量系統包括密封的計量瓶，放在磁力攪拌器上，系統運行時，轉子不 斷攪拌使污泥始終處于懸浮狀態，回流泵控制污泥循環的流量，使整個污泥 系統處于循環狀態中。
自動控制系統主要由輸入/輸出信號系統，控制器和計算機組成。輸入 系統的作用是利用第一數據采集裝置和第二數據采集裝置分別采集l號溶解 氧傳感器(探頭在液面以下，懸在SBR反應器中)和2號溶解氧傳感器(探頭 用橡膠塞密封，懸在計量瓶中)的數據，通過數據總線輸入到控制器中進行處理。由控制器發出的控制指令通過輸出總線控制執行設備(如進水泵、攪拌 器、鼓風機、排水閥)完成控制要求。
計算機的作用借助工控軟件，在操作界面上設有參數設置，系統運行、 停止、趨勢曲線、數據輸出和系統報警等按鈕。實現系統參數設置，數據處 理與保存，繪制曲線、趨勢分析與制表打印，狀態分析與指示等功能。
本發明的工作原理及過程
1) 系統運行時，計量瓶下方的磁力攪拌器和回流泵啟動，計量瓶與SBR 反應器直接連通，磁力攪拌器轉子不停的攪拌，使污泥處于懸浮狀態，形成 循環回流。同時水泵啟動，進水根據需要設定，污水進入SBR反應器；
2) 進水結束后開啟鼓風機進行曝氣，通過控制器控制污水中溶解氧濃度 為某一定值(根據水質設定)，當水中溶解氧低于設定值，開始曝氣；當溶 解氧高于設定值，停止曝氣。好氧去除水中有機物，之后在氨氧化細菌的作 用下將水中氨氮氧化，曝氣過程中產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，兩個溶解氧傳感器每隔相同的時間間隔采集一個數 值(時間間隔根據系統的靈敏度和準確度確定)，同時采集溶解氧值的電流 信號經變送器輸入模擬數字轉換器A/D，轉換成數字信號，并再通過數據采集 裝置實時將所獲得的數據信息通過數據線傳輸到控制器進行濾波和比較運 算。
由于主體SBR反應器與計量瓶連通，攜帶一定溶解氧的污泥在計量瓶中 停留一定時間t (t為計量瓶的體積V2除以蠕動泵的流速q)，因此同時測量 的兩個溶解氧值會出現差值，該差值為污泥在計量瓶中停留t時間的消耗值， 則計量瓶中污泥的比好氧速率為SOUR二 (D0「D02) /MLSS.t， t=V2/q。氨氧化 反應是活性污泥消耗水中溶解氧的過程，在反應過程中D02值會不斷緩慢上 升，當反應結束時污泥不再耗氧，兩個溶解氧傳感器測量的數值幾乎相等， SOUR值變為零或一個非常小的值(特征點)(見圖2);
3) 控制器經過信號處理后，得到控制變量；
4) 將控制變量經數字模擬轉換器D/A轉換成控制信號；
5) 控制信號通過輸出信號線傳遞給控制執行機構，停止曝氣。
本發明的優勢特點在線檢測，同時反饋，可以作為控制反應進程的控 制參數，準確控制生化反應的進程，節能降耗。1) SOUR的測定方法具有操作簡便、快速、靈敏和反應時間短等優點，通 過測定該指標，可及時反饋曝氣階段的運行信息。
2) 自動化程度高，采用可編程控制器PLC控制，可以準確控制主體反應 器中穩定的溶解氧，即DCV恒定。
3) 運行穩定，測量結果可靠，重現性好。D02的測量在密閉的計量瓶中測 量，不受外間曝氣強度的干擾，測量結果穩定準確。
圖l本發明實施例裝置示意圖。 圖2 —個周期內SOUR的變化規律。
具體實施例方式
本實施例所采用的反應裝置包括反應器系統、計量系統和自動控制系統 組成(如圖l所示)。
反應器系統生活污水引至水箱l，經過水泵2提升，經進水管3進入SBR 反應器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機6在流 量計7調節流速下由微孔曝氣頭布氣完成，反硝化所需碳源由加藥泵8投加， 排水通過排水閥9完成。
計量系統包括密閉的計量瓶IO，放在磁力攪拌器ll上，系統運行時，磁 力攪拌器的轉子不斷攪拌使污泥始終處于懸浮狀態，回流泵12控制污泥回流 的流量，使整個污泥系統處于循環狀態中。
自動控制系統利用第一數據采集裝置15和第二數據采集裝置16分別采集 1號溶解氧傳感器17和2號溶解氧傳感器18數據，通過輸入總線輸入到控制器 13中進行處理，控制器13連接計算機即計算機14，由控制器13發出的控制指 令通過輸出總線控制執行設備(如水泵、攪拌器、鼓風機、排水閥)完成控 制要求。
系統運行的初始條件，生活污水水質C0D=127. 8 279. 7mg/L， NH4+-N=65 80mg/L，污泥濃度MLSS二1210mg/L，溫度為25。C。
1)啟動系統運行時，計量瓶下方的磁力攪拌器(RE0 basic C)和回流 泵(蘭格600M)啟動，計量瓶(有效體積為l升)與SBR反應器直接連通， 磁力攪拌器轉子不停的攪拌，使污泥處于懸浮狀態，形成循環回流。同時水 泵啟動，進水lmin，污水進水SBR反應器，反應器有效體積為10升。2) 曝氣進水結束后，鼓風機啟動，對系統進行曝氣，通過控制器13維 持污水中解氧濃度在1.0mg/L左右(開關控制)，好氧去除水中有機物，之 后在氨氧化細菌的作用下將水中氨氮氧化，曝氣過程中產生的氣泡使得污水 和活性污泥充分接觸，起到了攪拌混合的作用，兩個溶解氧傳感器每隔10s 采集一個數值，同時采集溶解氧值的電流信號經變送器輸入模擬數字轉換器 A/D，轉換成數字信號，并再通過數據采集裝置實時將所獲得的數據信息通過 數據線傳輸到控制器進行濾波和比較運算。氨氧化反應是活性污泥消耗水中 溶解氧的過程，隨著硝化反應的進行，D(X維持1.0mg/L， D02值會不斷緩慢上 升，當氨氧化結束時污泥不再耗氧，兩個溶解氧傳感器測量的數值幾乎相等， SOUR值變為零(如圖2所示)，維持lmin， PLC發出指令關閉電磁閥，停止 曝氣。
3) 加碳源反硝化加藥泵啟動，加入0.5mL乙醇作為系統反硝化的碳源， 同時攪拌40min (設定的參數)，反硝化結束后，攪拌器停止。
4) 靜止沉淀系統在該階段的時間設定為60min，此時進水閥門、進氣閥 門和排水閥門均關閉。
5) 排水階段排水閥開啟，系統自動排水，時間設定為5min，排水結束 后，關閉出水管上的閥門。
6) 閑置階段該階段根據需要設置時間。當達到預先設定的閑置時間 10min后，系統停止運行或進行下一個周期的運行。
從應用本方法得到的檢測結果來看，系統的響應性良好，反應靈敏，兩 個溶解氧傳感器每個10S反饋一個數值，同時控制器進行運算并在計算機上 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所述)需要 等到系統中的溶解氧全部消耗完之后才能得到SOUR的數值，因此本發明就解 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 系統對應的不同時刻的反應狀態，在氨氧化結束時，曲線上會出現特征點(見 圖2)，利用這些信息，通過控制器反饋給終端執行器(鼓風機等)，實現在 線控制，本發明為以SOUR為參數進行實時控制奠定了理論基礎和數據支持。
權利要求
1、一種檢測活性污泥系統動態比耗氧速率的方法，檢測設備包括反應器系統、自動控制系統；反應器系統依次包括水箱、水泵、SBR反應器、加藥泵、曝氣裝置；自動控制系統包括傳感器、數據采集裝置、控制器和計算機，數據采集裝置的數據，通過數據總線輸入到控制器中進行處理，由控制器發出的控制指令通過輸出總線控制執行設備；控制器連接計算機；還包括計量系統，計量系統包括密封的計量瓶，放在磁力攪拌器上，通過回流泵和SBR反應器形成污泥循環回路；傳感器為兩個溶解氧傳感器分別放置在密封的計量瓶以及SBR反應器中，兩個溶解氧傳感器分別連接兩套數據采集裝置；其特征在于，包括以下步驟1)密封的計量瓶下方的磁力攪拌器和回流泵啟動，計量瓶與SBR反應器直接連通，磁力攪拌器轉子不停的攪拌，使污泥處于懸浮狀態，形成循環回流；同時水泵啟動，污水進入SBR反應器；2)進水結束后開啟鼓風機進行曝氣，通過控制器控制污水中溶解氧濃度為一定值，采用曝氣開關控制，當水中溶解氧低于設定值，開始曝氣；當溶解氧高于設定值，停止曝氣；兩個溶解氧傳感器每隔相同的時間間隔同時采集溶解氧值的電流信號，轉換成數字信號，并再通過數據采集裝置實時將所獲得的數據信息通過數據線傳輸到控制器進行濾波和比較運算；當反應結束時污泥不再耗氧，兩個溶解氧傳感器測量的數值幾乎相等，活性污泥系統動態比耗氧速率值變為零或一個非常小的值；3)控制器經過信號處理后，得到控制變量；4)將控制變量經數字模擬轉換器D/A轉換成控制信號；5)控制信號通過輸出總線傳遞給控制執行設備，停止曝氣。
全文摘要
本發明涉及一種檢測活性污泥系統動態比耗氧速率的方法，屬于活性污泥法強化生物脫氮處理理論與技術。針對傳統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，提出了了一種在線檢測，同時反饋活性污泥系統比耗氧速率的方法。本發明的創新性特點在于借助可編程控制器和計量系統，在線監測活性污泥比耗氧速率，有效表征SBR工藝生化反應進程，當比耗氧速率低于設定值時，控制器根據反饋信號作出判斷，將控制信號傳遞給執鼓風機停止曝氣。該方法具有操作簡便和反應靈敏等優點，通過測定該指標，可及時反饋曝氣階段的運行信息，為以比耗氧速率為參數進行實時控制奠定了理論基礎和數據支持。
文檔編號G01N33/24GK101539564SQ20091008295
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者蕾 吳, 彭永臻, 論 李, 李凌云, 王淑瑩, 董國日 申請人:北京工業大學