一种实时连续测定活性污泥的自动系统及测定方法与流程

1.本发明涉及一种测定活性污泥的系统及方法，尤其是一种实时连续测定活性污泥的自动系统及测定方法，属于污水处理领域。


背景技术：

2.目前活性污泥法是处理城市生活污水和有机工业废水的有效方法，城市污水处理厂大多采用活性污泥法。活性污泥由细菌、原后生动物、悬浮物质、胶体混杂而成的絮状体绒粒。通常活性污泥处于健康状态，能很好地吸附和分解有机物，并具有良好的沉降性能,在实际运行中，活性污泥会受到各种突发冲击的影响，导致活性污泥沉降性能和水处理效果的波动,因此需要持续对污泥的活性进行测定。
3.活性污泥的主要测定指标为sv30，其是指曝气池混合液在量筒静止，沉降30min后污泥所占的体积百分比，它是分析污泥沉降性能的最简便方法，sv30值越小，污泥沉降性能就越好；sv30值越大，沉降性能越差。
4.在进行沉降实验时，也要注意观察初始沉降情况，如果两种污泥sv30相等，而初始5min内的沉降速度不同，其沉降性能也是不同的，污泥的健康程度也不同，所以sv5也有观测的意义。
5.在实际运行中sv30和sv5多以手动人工测量，需要由专人进行现场的取样，完全没有可能做到实时连续监控，对于反应器的监控存在严重的滞后性，不能很好的监控、预见反应器可能发生的各种问题，效率极其低下。
6.由于上述原因，本发明人对现有的活性污泥检测系统进行了研究，以期望解决上述问题。


技术实现要素：

7.为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出
8.具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：
9.一方面，本发明提供了一种实时连续测定活性污泥的自动系统，该系统包括循环装置1、沉降装置2和监控装置3，
10.所述循环装置1用于将污泥反应器中的污泥悬浊液转运到沉降装置2；
11.所述沉降装置2用于对污泥悬浊液进行沉降；
12.所述监控装置3用于获取沉降装置2中污泥悬浊液的沉降比。
13.优选地，所述循环装置1还用于将沉降后的污泥悬浊液转运回污泥反应器中。
14.进一步地，所述循环装置1包括泵体11和管道，从污泥反应器13中抽取污泥悬浊液注入至沉降装置2中；
15.所述沉降装置2包括沉降柱21和阀门22，所述沉降柱21为中空的腔体，其具有透明的柱壁，
16.所述阀门22用于控制污泥悬浊液流入、流出沉降柱21；
17.所述监控装置3包括摄像头31和处理器32，所述摄像头31用于拍摄沉降柱21内污泥悬浊液沉降情况，所述处理器32根据图像识别沉降柱21内的沉降比。
18.在一个优选的实施方式中，所述循环装置1包括取样头12，所述取样头12为具有开口的腔体，腔体开口端向上，埋设在污泥反应器13的污泥悬浊液中，循环装置1的管道端口位于腔体中。
19.在一个优选的实施方式中，一个沉降柱21上设置有两个阀门22，分别位于沉降柱21的顶端和底端，其中，底端的阀门22用于向沉降柱21中注入待沉降污泥悬浊液，顶端的阀门22用于排出沉降后的污泥悬浊液。
20.在一个优选的实施方式中，在沉降柱21上还设置有气阀24，所述气阀24在污泥悬浊液沉降过程中开启。
21.进一步地，所述沉降柱21具有多个，在所述沉降装置2中还设置有时控单元23，通过时控单元23控制多个沉降柱21的阀门22的开启与关闭，使得多个沉降柱21依次注入污泥悬浊液进行沉降。
22.在一个优选的实施方式中，多个沉降柱21阀门22依次开启的间隔时间相同。
23.在一个优选的实施方式中，该系统还包括自动清洗装置4，自动清洗装置4包括洗液罐41，在洗液罐41中设置有洗液，所述洗液罐41通过泵和管道与沉降柱21连接，将洗液输送到沉降柱21中，对沉降柱21进行清洗。
24.另一方面，本发明还提供了一种实时连续测定活性污泥的方法，优选通过上述系统实现，包括以下步骤：
25.s1、将污泥悬浊液转运到不同的沉降柱，不同沉降柱转入的时间不同；
26.s2、污泥悬浊液在不同沉降柱中分别沉降，获取每个沉降柱中污泥悬浊液一定时间后的沉降比；
27.s3、排出沉降柱内的污泥悬浊液；
28.s4、重复步骤s1～s3，实现活性污泥的实时连续测定。
29.本发明所具有的有益效果包括：
30.(1)能够连续获得污泥悬浊液的sv50和sv3，从而实时连续监控反应器中的污泥健康程度；
31.(2)能够进行自动分析记录，无需人为干预，可持续稳定运行；
32.(3)通过摄像头与对射式光幕传感器对沉降比的检测比对，保证了测量结果的准确性；
33.(4)能够自动清洗，保证了系统检测的准确性和持续性。
附图说明
34.图1示出根据本发明一种优选实施方式的实时连续测定活性污泥的自动系统整体结构示意图；
35.图2示出根据本发明一种优选实施方式的实时连续测定活性污泥的自动系统取样头结构示意图；
36.图3示出根据本发明一种优选实施方式的实时连续测定活性污泥的自动系统摄像头支架结构示意图；
37.图4示出根据本发明一种优选实施方式的实时连续测定活性污泥的自动系统沉降柱环形结构示意图；
38.图5示出根据本发明一种优选实施方式的实时连续测定活性污泥的自动系统对射式光幕传感器结构示意图。
39.附图标号说明：
[0040]1‑
循环装置；
[0041]2‑
沉降装置；
[0042]3‑
监控装置；
[0043]4‑
自动清洗装置；
[0044]
11
‑
泵体；
[0045]
12
‑
取样头；
[0046]
13
‑
污泥反应器；
[0047]
21
‑
沉降柱；
[0048]
22
‑
阀门；
[0049]
23
‑
时控单元；
[0050]
24
‑
气阀；
[0051]
31
‑
摄像头；
[0052]
32
‑
处理器；
[0053]
33
‑
背景板；
[0054]
34
‑
对射式光幕传感器；
[0055]
41
‑
洗液罐；
[0056]
42
‑
清水罐；
[0057]
43
‑
污泥抽取阀门；
[0058]
44
‑
放空阀；
[0059]
311
‑
摄像头支架。
具体实施方式
[0060]
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0061]
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0062]
根据本发明提供的一种实时连续测定活性污泥的自动系统，该系统包括循环装置1、沉降装置2和监控装置3，
[0063]
所述循环装置1用于将污泥反应器中的污泥悬浊液转运到沉降装置2；
[0064]
所述沉降装置2用于对污泥悬浊液进行沉降；
[0065]
所述监控装置3用于获取沉降装置2中污泥悬浊液的沉降比，如图1所示。
[0066]
所述循环装置1包括泵体11和管道，以从污泥反应器13中抽取污泥悬浊液并完成转运。
[0067]
优选地，所述泵体11为隔膜泵，相对于其它泵体，隔膜泵可以提供较高扬程，更适合用于有一定粘度的流体，且隔膜泵通过性好，对污泥颗粒几乎没有切割影响，有效防止由泵引起的污泥解体，对沉降性能影响较小，此外，隔膜泵还具有性价比高等优点，利于系统成本的降低。
[0068]
在一个优选的实施方式中，所述循环装置1还包括取样头12，其与管道端口连接，所述取样头12埋设在污泥反应器13的污泥悬浊液中，以保证抽取的污泥悬浊液中无气泡，避免影响沉淀结果。
[0069]
进一步地，所述取样头12为具有开口的腔体，例如半球型腔体、圆柱形罩体等，进一步地，管道端口位于腔体中，腔体开口端向上，当泵体11抽取污泥悬浊液时，先将取样头12腔体内的污泥悬浊液抽取，此时，腔体内形成负压，腔体上方的污泥悬浊液受到吸力与重力作用向下流入取样头12，此时若污泥悬浊液中存在气泡，气泡会在污泥悬浊液流动过程中向上漂浮，实现气水分离，进而实现了抽取的污泥悬浊液中无气泡，如图2所示。
[0070]
在一个优选的实施方式中，所述循环装置1还将沉降后的污泥悬浊液转运回污泥反应器13中。
[0071]
优选地，在沉降装置2与污泥反应器13之间设置有污泥排出管，将沉淀后的污泥悬浊液转运回污泥反应器13。
[0072]
根据本发明，所述沉降装置2包括沉降柱21和阀门22，所述沉降柱21为中空的腔体，所述阀门22用于控制污泥悬浊液流入、流出沉降柱21。
[0073]
进一步地，所述沉降柱21具有透明的柱壁，使得沉降柱21内污泥悬浊液的沉降状态能够观测到，所述透明柱壁可采用任意一种透明材质，例如玻璃、透明塑料等，优选地，所述沉降柱21由亚克力材质制成，其具有成本低、容易加工等优点。
[0074]
优选地，所述沉降柱21为圆柱形柱体，其它形状可能产生边壁效应影响对其内污泥沉降效果的观测。
[0075]
在一个优选的实施方式中，所述沉降柱21腔体的体积为1000ml时，其高度为30～50cm，此高度下污泥悬浊液沉积较为明显，便于观察及后续的图像处理。进一步地，当沉降柱21腔体体积扩大或缩小时，其高度应按照上述优选比例进行设置。。
[0076]
所述阀门22优选为电磁球阀，设置于沉降柱21的底端，与循环装置1的管道连接，当污泥悬浊液注入沉降柱21时，阀门22打开，当污泥悬浊液进行沉降时，阀门22关闭。
[0077]
在一个优选的实施方式中，一个沉降柱21上设置有两个阀门22，分别位于沉降柱21的顶端和底端，其中，底端的阀门22用于向沉降柱21中注入待沉降污泥悬浊液，顶端的阀门22用于排出沉降后的污泥悬浊液。
[0078]
进一步地，在沉降过程中，顶端和底端的阀门22均关闭，使得沉降柱21中的污泥悬浊液在沉降过程中与管道完全隔离，避免受到管道中气流、气压的影响。
[0079]
在一个优选的实施方式中，在沉降柱21上还设置有气阀24，所述气阀24在污泥悬浊液沉降过程中开启，以保证沉淀过程中沉降柱21内气压与大气气压相同。
[0080]
进一步优选地，所述沉降柱21具有多个，在所述沉降装置2中还设置有时控单元23，通过时控单元23控制多个沉降柱21的阀门22的开启与关闭，使得多个沉降柱21依次进行沉降。
[0081]
在一个优选的实施方式中，所述时控单元23控制多个沉降柱21的阀门22依次开
启，将待沉降污泥悬浊液依次注入沉降柱21中后关闭，更优选地，多个沉降柱21阀门22依次开启的间隔时间相同，所述间隔时间记为m分钟。
[0082]
在一个优选的实施方式中，所述间隔时间m分钟与监控装置3检测频率的倒数相同，所述沉降柱21的数量不小于30/m 1。
[0083]
沉降柱21内污泥悬浊液沉降相同时间后沉降依次结束，时序单元23在沉降结束后控制阀门22将污泥悬浊液排空，排空后的沉降柱21可再次注入污泥悬浊液进行沉降。
[0084]
循环重复上述过程，即可实现污泥悬浊液的连续沉降。
[0085]
所述监控装置3包括摄像头31和处理器32，所述摄像头31用于拍摄沉降柱21内污泥悬浊液沉降情况，所述处理器32根据图像识别沉降柱21内的沉降比。
[0086]
优选地，所述摄像头31在沉降柱21内污泥悬浊液沉降30分钟时进行拍摄，进而获得污泥悬浊液沉降30分钟时的沉降比，从而获得污泥悬浊液的sv30。
[0087]
在一个优选的实施方式中，所述摄像头31还在沉降柱21内污泥悬浊液沉降5分钟时进行拍摄，进而获得污泥悬浊液沉降5分钟时的沉降比，从而获得污泥悬浊液的sv5。
[0088]
根据本发明，对处理器32的处理方式不做特别限定，例如所述处理器32可以通过图像中污泥像素和沉降柱像素的高度比计算sv5或sv30，例如通过matlab和imagej等软件进行计算。
[0089]
在一个优选的实施方式中，所述摄像头31在拍摄过程中，镜头正对沉降柱中部，镜头与沉降柱21之间距离为1～3米，优选地，摄像头31镜头处于沉降柱21中央平面上，以保证拍摄到的图像不会由于拍摄角度造成沉降比识别出现误差。
[0090]
在一个优选的实施方式中，所述监控装置3还包括背景板33，用于提高摄像头31拍摄图像的稳定性，所述沉降柱21位于摄像头31与背景板33之间，如图3所示。
[0091]
进一步地，在本发明中，对所述背景板33不做特别限定，可以是任意一款市售相机背景板，优选为具有磨砂面的面光源背景板。
[0092]
在一个实施方式中，当沉降柱21具有多个时，每个沉降柱21对应设置一个摄像头31，多个摄像头31共用一个处理器32。
[0093]
在另一个实施方式中，当沉降柱21具有多个时，多个沉降柱21共用一个摄像头31，多个摄像头31共用一个处理器32，所述摄像头31安装在摄像头支架311上，通过摄像头支架311调整摄像头31的位置，使得摄像头31拍摄某沉降柱21时，镜头能够正对该沉降柱21。
[0094]
在本发明中，对摄像头支架311的具体结构不做特别限定，只要能够实现对摄像头31的移动即可。
[0095]
在一个优选的实施方式中，所述摄像头支架311的支架上设置有传送带，所述摄像头31固定在传送带上，通过传送带将摄像头31移动到不同的沉降柱21正对面，优选地，所述传送带为步进电机和丝杠驱动，以准确控制摄像头31的位置，更优选地，在摄像头支架上每个沉降柱21对应位置，还设置有接触式传感器，例如行程开关，当接触式传感器触发时表示摄像头到达预设位置。
[0096]
通过接触式传感器与步进电机的配合，实现摄像头31的精准移动，并清除步进电机的累计误差，实现自我校正。
[0097]
在另一个优选的实施方式中，多个沉降柱21围绕成环形，如图4所示，摄像头支架311位于环形中央，摄像头31在摄像头支架311的驱动下旋转，从而使得摄像头31的镜头正
对不同的沉降柱21。
[0098]
优选地，所述摄像头支架311上设置有步进电机及角度传感器，通过步进电机驱动摄像头31旋转，通过角度传感器检测摄像头31的旋转角度，实现摄像头31镜头的精准控制。
[0099]
环形的设计，极大节约了支架的体积以及系统的整体体积，使得系统占地空间变小，同时降低了摄像头位置变化的驱动难度及驱动能源，保证了驱动的精准度。
[0100]
在一个优选的实施方式中，所述监控装置3还包括对射式光幕传感器34，所述对射式光幕传感器34包括发光器和受光器，所述发光器和受光器均为条状，如图5所示，所述发光器发出多条光线，受光器用于接收光线，从而在发光器与受光器之间形成光幕，发光器和受光器分别设置在沉降柱21的两侧，在污泥悬浊液沉淀后，沉淀后的污泥会阻挡发光器发出的光线，而沉淀池上方的上清液能够允许光线穿过，从而被受光器检测到，进而获得沉降柱内的沉淀比。
[0101]
在本发明中，所述对射式光幕传感器34的具体型号不做特别限定，例如可以是普邦gmdc/e。
[0102]
在本发明中，对射式光幕传感器34检测的结果与通过摄像头31拍摄获得的结果相互进行比对，以保证检测的精准度，若相同则根据该沉降比获得sv30或sv5，若二者检测结果出现差异，则报警提示进行检修或清洗。
[0103]
在一个优选的实施方式中，所述系统还包括自动清洗装置4，用于对沉降柱21进行清洗。
[0104]
所述自动清洗装置4包括洗液罐41，在洗液罐41中设置有洗液，所述洗液罐41通过泵和管道与沉降柱21连接，将洗液输送到沉降柱21中，对沉降柱21进行清洗。
[0105]
所述洗液优选为过氧化氢溶液，利用过氧化氢的强氧化性不仅可以去除残余在沉降柱壁上的有机物、重金属等物质，还能有效去除附着在壁上的生物膜，及时清洗保证沉降柱的清洁可以有效避免前序沉降残留影响后一次沉降效果测定。
[0106]
在一个优选的实施方式中，在清洗沉降柱的过程中，将所述洗液在沉降柱中静置一段时间，使得洗液与沉降柱内残留的污泥悬浊液进行充分反应。
[0107]
优选地，所述一段时间为20～60分钟，具体时间本领域技术人员可根据实际情况进行调整。
[0108]
在一个优选的实施方式中，所述自动清洗装置4还包括清水罐42，在清水罐42中设置有清水或清水罐42与清水供水管(例如自来水管)直接相连，所述清水罐42通过管道与沉降柱21连接，对经过洗液清洗的沉降柱21进行冲洗，以保证沉降柱21内无洗液残留，同时，将沉降柱21内粘连的污泥冲洗干净。
[0109]
在一个优选的实施方式中，在清水冲洗的过程中，对射式光幕传感器34持续检测沉降柱21的透光性，若透光性达到预设值则停止冲洗，否则持续进行冲洗，具体的预设值本领域技术人员可根据实际需要进行设定，在此不做限制。
[0110]
进一步优选地，若冲洗一段时间后仍然不能达到预设透光性，则发出警报，以通知操作人员进行排查或对沉降柱进行手动清洗，本领域技术人员可对所述的一段时间的时长自由设定，本发明中不做特别限定。
[0111]
在一个优选的实施方式中，连接洗液罐41与沉降柱21的管道以及连接清水罐42与沉降柱21的管道与循环装置1中的管道联通，洗液或清水通过循环装置1中的管道进入沉降
柱21中，减少沉降柱21中的管道接口，降低系统体积与连接复杂度，提高系统稳定性。
[0112]
进一步优选地，在循环装置1中的管道上设置有污泥抽取阀门43，所述污泥抽取阀门43位于沉降柱21与取样头12之间，使得污泥抽取阀门43开启时，沉降柱21与污泥反应器13之间导通，污泥悬浊液能够沿管道进入沉降柱21中，当污泥抽取阀门43关闭时，沉降柱21与污泥反应器13之间封闭。
[0113]
进一步地，所述，连接洗液罐41与沉降柱21的管道以及连接清水罐42与沉降柱21的管道连接在循环装置1中污泥抽取阀门43与沉降柱21之间，清洗过程中，通过关闭污泥抽取阀门43，使得洗液或清水不会流入到污泥反应器13中。
[0114]
在一个优选的实施方式中，所述自动清洗装置4还包括放空阀44，所述放空阀44安装在沉降柱21的底端，用于排出清洗完成后沉降柱21中剩余的清水，保证沉降柱21下次使用时测量的准确性。
[0115]
在一个优选的实施方式中，清洗过程中洗液和清水通过污泥排出管排出。
[0116]
在一个优选的实施方式中，在污泥排出管上设置有三通，将污泥排出管分为两个排出管，两个排出管中一个与污泥反应器13连接，用于将沉淀后的污泥悬浊液转运回污泥反应器13，另一个排出管用于将清洗过程中的洗液和清水排出。
[0117]
进一步地，在两个排出管上分别设置有阀门，以控制两个排出管的工作状态。
[0118]
另一方面，本发明还提供了一种实时连续测定活性污泥的方法，优选通过上述系统实现，包括以下步骤：
[0119]
s1、将污泥悬浊液转运到不同的沉降柱，不同沉降柱转入的时间不同；
[0120]
s2、污泥悬浊液在不同沉降柱中分别沉降，获取每个沉降柱中污泥悬浊液一定时间后的沉降比；
[0121]
s3、排出沉降柱内的污泥悬浊液；
[0122]
s4、重复步骤s1～s3，实现活性污泥的实时连续测定。
[0123]
优选地，在步骤s3后，还可以具有步骤s401、对沉降柱进行清洗。
[0124]
在步骤s1中，所述转运通过泵体和管道实现。
[0125]
优选地，在转运过程中在管道端头设置有取样头以保证抽取的污泥悬浊液中无气泡。
[0126]
优选地，将污泥悬浊液从沉降柱的底端注入。
[0127]
优选地，将污泥悬浊液转运到沉降柱后，关闭沉降柱下端的阀门。
[0128]
优选地，将污泥悬浊液转运到沉降柱后，关闭沉降柱上端的阀门，使得沉降柱中的污泥悬浊液在沉降过程中与管道完全隔离，避免受到管道中气流、气压的影响。
[0129]
优选地，将污泥悬浊液转运到沉降柱后，打开气阀，以保证沉淀过程中沉降柱内气压与大气气压相同。
[0130]
优选地，将待沉降污泥悬浊液依次注入沉降柱，不同沉降柱注入污泥悬浊液的时间不同。
[0131]
进一步优选地，不同沉降柱注入污泥悬浊液间隔时间为m分钟。
[0132]
进一步优选地，所述间隔时间m分钟与监控装置3检测频率的倒数相同。
[0133]
在步骤s2中，所述一定时间优选为30分钟，以满足sv30测试要求。
[0134]
优选地，在5分钟时也获取每个沉降柱中污泥悬浊液的沉降比，以满足sv5测试要
求。
[0135]
优选地，通过摄像头拍摄得到沉降柱图像，通过图像中污泥像素和沉降柱像素的高度比计算沉降比，进而获得sv30或sv5。
[0136]
优选地，在摄像头拍摄过程中，镜头处于沉降柱中央平面上，且镜头正对沉降柱。
[0137]
优选地，通过对射式光幕传感器检测沉降柱中污泥悬浊液的沉降比，将其与通过摄像头获得的沉降比进行比对，若相同则根据该沉降比获得sv30或sv5，若二者检测结果出现差异，则报警提示进行检修或清洗。
[0138]
在步骤s3中，优选地，将沉降柱内的污泥悬浊液排至污泥反应器。
[0139]
在步骤s401中，通过洗液对沉降柱进行清洗，优选地，通过过氧化氢溶液对沉降柱进行清洗。
[0140]
优选地，将所述洗液在沉降柱中静置一段时间，使得洗液与沉降柱内残留的污泥悬浊液进行充分反应，优选地，所述一段时间为20～60分钟。
[0141]
优选地，使用清水对经过洗液清洗的沉降柱进行冲洗。
[0142]
优选地，在清水冲洗的过程中，对射式光幕传感器持续检测沉降柱的透光性，若透光性达到预设值则停止冲洗，否则持续进行冲洗，若冲洗一段时间后仍然不能达到预设透光性，则发出警报，以通知操作人员进行排查或对沉降柱进行手动清洗。
[0143]
优选地，每隔2～4天对沉淀柱进行人工刷洗，以保证其洁净度。
[0144]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，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”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0145]
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”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0146]
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。