一种评估污水厂生物除磷效能的方法及系统与流程

1.本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种评估污水厂生物除磷效能的方法及系统。


背景技术：

2.为进一步提升水环境质量，重点流域、区域的城镇污水处理厂总磷(tp)排放标准进一步提高。日趋严格的总磷排放标准对城市污水处理厂除磷效能提出了更高的要求。
3.相比于化学除磷，生物除磷不需要额外添加化学药剂，节省了大量的药剂成本。此外，生物除磷过程产生的污泥易于脱水，污泥营养成分较高，对于后续的污泥再利用具有非常大的价值。但受进水碳源、厌氧环境和硝态氮等因素影响，污水厂的生物除磷效果较难控制，所以为保障出水磷稳定达标会投加适量的化学药剂，采用生物+化学的方式去除污水中的磷。化学除磷药剂的投加虽然会促进除磷效果，但药剂量的控制较为困难，基本上处于过量状态，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，从而使活性污泥也具备了物化除磷能力，这种情况会干扰运行人员对系统生物除磷能力的判断。
4.目前污水厂对于生物除磷能力的表征多集中在厌氧释磷量和好氧吸磷量上，然而这种分析方式是建立在没有化学除磷药剂的前提下，对于生化协同除磷方式而言，这种表征方法误差较大，因为污泥中残余的除磷药剂在整个生物处理过程中依然发挥除磷作用，使得生物除磷效果和化学除磷效果耦合在一起，无法准确区分各自的能力及占比，也就导致运行人员无法根据生物吸磷量准确调整化学除磷药剂投加，进而导致药剂过量、成本进一步增加。
5.目前较为常见的分析手段是通过聚磷菌的变化来评估生物除磷能力的强弱，但此种方法操作复杂，对检测环境要求非常高，需要专业人员操作且耗时较长，此外，检测结果只能说明系统是否具有生物除磷能力，无法表征生物除磷作用的占比，只能定性不能定量。
6.因此，目前亟待提出一种评估污水厂生物除磷效能的方法及系统。


技术实现要素：

7.本发明的目的是解决污水处理厂生物除磷效果无法准确评估的问题，提供一种评估污水厂生物除磷效能的方法及系统。本发明的方法及系统可以使其能准确得到生物除磷作用的占比，指导水厂运行调控。
8.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种评估污水厂生物除磷效能的系统，该系统包括污水检测单元、污泥检测单元和数据分析计算单元；
9.所述污水检测单元包括依次连接的污水存储装置、过滤装置、滤液储存装置和磷酸盐在线测定装置；所述磷酸盐在线测定装置用于测定污水厂总进水正磷酸盐浓度并将数据传输到所述数据分析计算单元；
10.所述污泥检测单元包括活性污泥存储装置、固液分离装置、污泥淘洗装置、污泥热
干燥装置、污泥焚烧装置、mlvss测定装置、污泥冷冻干燥装置、污泥高温氧化浸出装置和聚磷酸盐测定装置；
11.所述活性污泥存储装置、固液分离装置和污泥淘洗装置依次连接；所述污泥淘洗装置的出口分为两路，一路与污泥热干燥装置、污泥焚烧装置和mlvss测定装置依次连接，一路与污泥冷冻干燥装置、污泥高温氧化浸出装置和聚磷酸盐测定装置依次连接；
12.所述mlvss测定装置用于测定活性污泥mlvss浓度并将数据传输到所述数据分析计算单元；所述聚磷酸盐测定装置用于测定活性污泥中聚磷酸盐含量并将数据传输到所述数据分析计算单元。
13.在本发明中，所述数据分析计算单元即为本领域技术人员公知的计算机系统。
14.根据本发明，优选地，所述污水存储装置、滤液储存装置和活性污泥存储装置的容积各自独立的为5-10l。
15.根据本发明，优选地，所述污水存储装置中部设有出样口，下部设有第一泄空口；所述出样口与所述过滤装置之间依次通过阀门和蠕动泵连接。
16.在本发明中，所述过滤装置的滤芯孔径为0.4-0.5μm，用于过滤污水中的颗粒态物质，防止悬浮物干扰正磷酸盐的检测结果。
17.根据本发明，优选地，所述滤液储存装置上部设有第一取样口，底部设有第二泄空口。
18.根据本发明，优选地，所述磷酸盐在线测定装置包括电源、显示屏、入水口、出水口、取样泵、磷酸盐检测试剂、第一光度计和第一信号传输通讯模块；所述入水口与所述第一取样口通过所述取样泵连接；所述第一光度计用于检测进入所述磷酸盐在线测定装置的污水与所述磷酸盐检测试剂反应后的光度值；所述第一信号传输通讯模块用于将所述污水厂总进水正磷酸盐浓度数据传输到所述数据分析计算单元。
19.在本发明中，所述第一光度计检测的光度值即为所述污水厂总进水正磷酸盐浓度。作为优选方案，所述第一光度计为dr6000分光光度计。
20.在本发明中，所述污水存储装置的泄空口、所述滤液储存装置的泄空口和所述磷酸盐在线测定装置的出水口均用于排掉各自装置内的剩余的水样。
21.根据本发明，优选地，所述污泥存储装置底部设有第二取样口，取底部沉淀污泥用于检测。
22.根据本发明，优选地，所述固液分离装置包括高速离心机。
23.根据本发明，优选地，所述污泥淘洗装置包括恒温振荡器和高速离心机。
24.根据本发明，优选地，所述污泥热干燥装置包括电热鼓风干燥箱。
25.根据本发明，优选地，所述污泥焚烧装置包括高温马弗炉。
26.根据本发明，优选地，所述mlvss测定装置包括第二信号传输通讯模块，用于将活性污泥mlvss浓度数据传输到所述数据分析计算单元。
27.根据本发明，优选地，所述污泥冷冻干燥装置包括冻干机。
28.根据本发明，优选地，所述污泥高温氧化浸出装置包括高压蒸汽灭菌锅。
29.根据本发明，优选地，所述聚磷酸盐测定装置包括第二光度计和第三信号传输通讯模块，所述第三信号传输通讯模块用于将活性污泥中聚磷酸盐含量数据传输到所述数据分析计算单元。作为优选方案，所述第二光度计为dr6000分光光度计。
30.本发明另一方面提供了一种评估污水厂生物除磷效能的方法，该方法采用所述的评估污水厂生物除磷效能的系统，包括如下步骤：
31.s1：将污水厂总进水送入所述污水存储装置，经过滤后进入所述滤液储存装置，经所述磷酸盐在线测定装置测定污水厂总进水正磷酸盐浓度，将数据传输到所述数据分析计算单元；
32.s2：将好氧池末端活性污泥送入所述活性污泥存储装置，经第一轮离心去上清液后，得到底部污泥送入所述污泥淘洗装置；在所述污泥淘洗装置中，将所述底部污泥与水混合，得到泥水混合物并经震荡和第二轮离心，得到离心淘洗后的污泥；
33.将所述离心淘洗后的污泥的一部分依次经热干燥和焚烧，再经所述mlvss测定装置测定好氧池末端活性污泥mlvss浓度并将数据传输到所述数据分析计算单元；剩余部分依次经真空冷冻干燥和高温氧化浸出，再经所述聚磷酸盐测定装置测定好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量并将数据传输到所述数据分析计算单元；
34.s3：对厌氧池末端活性污泥重复步骤s2的操作，得到厌氧池末端活性污泥mlvss浓度数据和厌氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量数据；
35.s4：在所述数据分析计算单元内预设计算公式，采用污水厂总进水正磷酸盐浓度数据、好氧池末端活性污泥mlvss浓度数据、好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量数据和厌氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量数据计算得到污水厂生物除磷作用的占比，重复步骤s1-s4多次，取平均值。
36.根据本发明，优选地，在步骤s1中，
37.所述污水存储装置中的污水厂总进水通过阀门和蠕动泵送入所述过滤装置进行过滤；所述蠕动泵的流量为400-600ml/min，设定时间为8-12min；
38.所述磷酸盐在线测定装置测定污水厂总进水正磷酸盐浓度的方法包括：利用所述第一光度计检测进入所述磷酸盐在线测定装置的污水与所述磷酸盐检测试剂反应后的光度值并将数据传输到所述数据分析计算单元；
39.在本发明中，作为优选方案，所述磷酸盐检测试剂为哈希的磷酸盐快速检测试剂。
40.根据本发明，优选地，在步骤s2中，
41.所述第一轮离心的转速为5000-6500r/min，时间为15-25min；
42.进行所述第一轮离心的好氧池末端活性污泥的体积与所述泥水混合物的体积相同，即在本发明中，将所述底部污泥与水混合，恢复污泥体积为进行所述第一轮离心的好氧池末端活性污泥的体积。
43.所述震荡和第二轮离心重复操作2-5次，洗去污泥中残余的溶解态磷；
44.进行所述热干燥的离心淘洗后的污泥与进行所述冷冻干燥的离心淘洗后的污泥的用量比为1：(0.95-1.05)；
45.所述热干燥的温度为90-120℃，时间为1.5-2.5h；
46.所述焚烧的温度为550-650℃，时间为0.5-1.5h；
47.所述真空冷冻干燥的温度为-35到-45℃、真空度为0.10-0.15mbar，时间为20-40h；
48.所述高温氧化浸出的方法包括：将经过所述真空冷冻干燥的污泥与水和过硫酸钾水溶液混合并放入高压蒸汽灭菌锅中，在100-150℃下氧化浸出25-35min；
49.所述聚磷酸盐测定装置测定好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量的方法包括：将经过所述高温氧化浸出的污泥与抗坏血酸和钼酸铵进行混合显色，并使用所述第二光度计测定好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量并将数据传输到所述数据分析计算单元。
50.根据本发明，优选地，所述真空冷冻干燥的污泥、水和过硫酸钾水溶液的用量比为9：(18-22):(6-10)mg/ml/ml。
51.根据本发明，优选地，所述高温氧化浸出的污泥、抗坏血酸和钼酸铵的用量体积比为50：(0.5-1.5)：(1.5-2.5)。
52.根据本发明，优选地，在步骤s4中，所述计算公式包括：
53.生物除磷去除的溶解态磷(mg/l)＝(好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量(mg/g)-厌氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量(mg/g)-1)*好氧池末端活性污泥mlvss浓度(mg/l)/1000；(备注：好氧池末端活性污泥聚磷酸盐含量与厌氧池末端活性污泥聚磷酸盐含量的差值为生物除磷过程微生物吸收的磷含量；通过实验室多次检测，得到活性污泥在没有生物除磷作用下聚磷酸盐的增量为1mg/g，此为污泥eps吸附的磷含量，计算生物除磷效率时需要扣除。)
54.所述污水厂生物除磷作用的占比＝所述生物除磷去除的溶解态磷(mg/l)/污水厂总进水正磷酸盐浓度(mg/l)*100％。
55.本发明的技术方案的有益效果如下：
56.(1)对于具有化学除磷药剂存在的水厂，其常规的生物除磷效能判断方法不适用，本发明以生物除磷过程中聚磷酸盐的变化分析生物除磷效能，使用物化法进行检测，准确度高且易于操作，可以对生物除磷效能进行定量分析，避免了传统分析方法的误差，排除了除磷药剂的干扰，因此，本发明方法可以精准得到水厂的生物除磷能力。
57.(2)本发明将污水和污泥检测过程高效集成，检测设备操作简单易获取，水厂检测人员也可快速掌握，实用性极强。
58.(3)通过本发明的生物除磷效能评估系统和方法，水厂可以快速进行响应，通过运行调控进一步提高水厂生物除磷能力，同时降低除磷药剂投加量，实现节能降耗。
59.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
60.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。
61.图1示出了本发明提供的一种评估污水厂生物除磷效能的系统的示意图。
62.附图标记说明如下：
63.1-污水存储装置、2-过滤装置、3-滤液储存装置、4-磷酸盐在线测定装置、5-活性污泥存储装置、6-固液分离装置、7-污泥淘洗装置、8-污泥热干燥装置、9-污泥焚烧装置、10-mlvss测定装置、11-污泥冷冻干燥装置、12-污泥高温氧化浸出装置、13-聚磷酸盐测定装置、14-计算机系统。
具体实施方式
64.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。
65.实施例1
66.本实施例提供一种评估污水厂生物除磷效能的系统，如图1所示，该系统包括污水检测单元、污泥检测单元和数据分析计算单元；
67.所述污水检测单元包括依次连接的污水存储装置1、阀门(未示出)、蠕动泵(未示出)、过滤装置2、滤液储存装置3和磷酸盐在线测定装置4；所述磷酸盐在线测定装置用于测定污水厂总进水正磷酸盐浓度并将数据传输到所述数据分析计算单元；
68.所述污水存储装置中部设有出样口，下部设有第一泄空口(未示出)；所述过滤装置的滤芯孔径为0.45μm；所述滤液储存装置上部设有第一取样口，底部设有第二泄空口(未示出)；所述磷酸盐在线测定装置包括电源、显示屏、入水口、出水口、取样泵、磷酸盐检测试剂、哈希dr6000分光光度计和第一信号传输通讯模块(未示出)；所述入水口与所述第一取样口通过所述取样泵连接；所述哈希dr6000分光光度计用于检测进入所述磷酸盐在线测定装置的污水与所述磷酸盐检测试剂反应后的光度值；所述第一信号传输通讯模块用于将所述污水厂总进水正磷酸盐浓度数据传输到所述数据分析计算单元；
69.所述污泥检测单元包括活性污泥存储装置5、固液分离装置6、污泥淘洗装置7、污泥热干燥装置8、污泥焚烧装置9、mlvss测定装置10、污泥冷冻干燥装置11、污泥高温氧化浸出装置12和聚磷酸盐测定装置13；
70.所述活性污泥存储装置的底部设有的第二取样口、固液分离装置和污泥淘洗装置依次连接；所述污泥淘洗装置的出口分为两路，一路与污泥热干燥装置、污泥焚烧装置和mlvss测定装置依次连接，一路与污泥冷冻干燥装置、污泥高温氧化浸出装置和聚磷酸盐测定装置依次连接；
71.所述mlvss测定装置用于测定活性污泥mlvss浓度并将数据传输到所述数据分析计算单元；所述聚磷酸盐测定装置用于测定活性污泥中聚磷酸盐含量并将数据传输到所述数据分析计算单元；
72.所述固液分离装置包括高速离心机；所述污泥淘洗装置包括恒温振荡器和高速离心机；所述污泥热干燥装置包括电热鼓风干燥箱；所述污泥焚烧装置包括高温马弗炉；所述mlvss测定装置包括第二信号传输通讯模块；所述污泥冷冻干燥装置包括冻干机；所述污泥高温氧化浸出装置包括高压蒸汽灭菌锅；所述聚磷酸盐测定装置包括dr6000分光光度计和第三信号传输通讯模块；
73.所述污水存储装置、滤液储存装置和活性污泥存储装置的容积各自独立的为5l。
74.所述数据分析计算单元即为本领域技术人员公知的计算机系统14。
75.本实施例还提供了一种评估污水厂生物除磷效能的方法，采用所述的系统，包括如下步骤：
76.s1：将污水厂总进水送入所述污水存储装置，所述污水存储装置中的污水厂总进水通过阀门和蠕动泵送入所述过滤装置进行过滤；所述蠕动泵的流量为500ml/min，设定时
间为10min；
77.经过滤后进入所述滤液储存装置，然后进入所述磷酸盐在线测定装置，利用dr6000分光光度计检测进入所述磷酸盐在线测定装置的污水与所述磷酸盐检测试剂反应后的光度值(污水厂总进水正磷酸盐浓度)并将数据传输到所述数据分析计算单元；
78.s2：将500ml好氧池末端活性污泥送入所述活性污泥存储装置，经第一轮离心(转速为6000r/min，时间为20min)去上清液后，得到底部污泥送入所述污泥淘洗装置；在所述污泥淘洗装置中，将所述底部污泥与水混合，恢复污泥体积为500ml，得到泥水混合物并经震荡和第二轮离心操作3次，得到离心淘洗后的污泥；
79.将所述离心淘洗后的污泥的一半依次经热干燥(105℃，2h)和焚烧(高温马弗炉，600℃，1h)，再经所述mlvss测定装置测定好氧池末端活性污泥mlvss浓度并将数据传输到所述数据分析计算单元；剩余一半依次经真空冷冻干燥(温度为-40℃、真空度为0.12mbar，时间为24h)和高温氧化浸出，再经所述聚磷酸盐测定装置测定好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量并将数据传输到所述数据分析计算单元；
80.所述高温氧化浸出的方法包括：将经过所述真空冷冻干燥的污泥9mg与20ml纯水和8ml过硫酸钾水溶液(质量分数为5％)混合并放入高压蒸汽灭菌锅中，在120℃下氧化浸出30min；
81.所述聚磷酸盐测定装置测定好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量的方法包括：将经过所述高温氧化浸出的污泥50ml与抗坏血酸1ml和钼酸铵2ml进行混合显色，并使用所述dr6000分光光度计测定好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量并将数据传输到所述数据分析计算单元。
82.s3：对厌氧池末端活性污泥重复步骤s2的操作，得到厌氧池末端活性污泥mlvss浓度数据和厌氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量数据；
83.s4：在所述数据分析计算单元内预设计算公式，采用污水厂总进水正磷酸盐浓度数据、好氧池末端活性污泥mlvss浓度数据、好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量数据和厌氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量数据计算得到污水厂生物除磷作用的占比。
84.所述计算公式包括：
85.生物除磷去除的溶解态磷(mg/l)＝(好氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量(mg/g)-厌氧池末端活性污泥中聚磷酸盐含量(mg/g)-1)*好氧池末端活性污泥mlvss浓度(mg/l)/1000；
86.备注：好氧池末端活性污泥聚磷酸盐含量与厌氧池末端活性污泥聚磷酸盐含量的差值为生物除磷过程微生物吸收的磷含量；通过实验室多次检测，得到活性污泥在没有生物除磷作用下聚磷酸盐的增量为1mg/g，此为污泥eps吸附的磷含量，计算生物除磷效率时需要扣除。
87.所述污水厂生物除磷作用的占比＝所述生物除磷去除的溶解态磷(mg/l)/污水厂总进水正磷酸盐浓度(mg/l)*100％。
88.重复步骤s1-s4 3次，最终取平均值，具体取值结果如表1所示，3次检测的水厂生物除磷作用占比均值为39.4％，说明目前水厂生物除磷能力占整个除磷系统的1/3以上，符合污水处理厂的普遍水平，检测结果真实可靠。
89.本发明方法速度快，且通过生物除磷效能评估数据，水厂可以根据每天的出水磷
浓度改变除磷药剂投加策略，减少药剂使用量，避免过量投加，此外，也可以降低化学药剂对生物除磷聚磷菌的抑制作用，进一步提高水厂生物除磷能力。
90.表1
[0091][0092]
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。