[发明专利]基于序批式生物毒性监测预警系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于序批式生物毒性监测预警系统及监测方法，属于生物毒性监测预警系统及监测方法技术领域。

背景技术

活性污泥法是城市污水处理领域中的主要工艺。大多数城市污水由生活污水和工业污水混合组成，其中工业污水成分复杂，其中往往含有有毒有机物、重金属等对活性污泥微生物的毒害物质，造成生物处理过程不稳定甚至是处理系统的瘫痪。近年来，工业污水对城市污水厂造成严重冲击的报道屡见不鲜，如昆山北区污水厂在节假日期间，进水铜离子多次造成系统的长时间的瘫痪；惠州市仲恺高新区污水处理厂、浙江富阳市新登污水处理厂、东莞清溪长山头污水处理厂、陕西省咸阳市东郊污水处理厂等均受到重金属、pH、氰化物等有毒物质的间歇式冲击，均不同程度地造成了系统的瘫痪，直接影响出水不达标、大幅增加运行和补救成本。因此，污水中毒性物质的在线监测和预警的开发有着重要的意义，可以第一时间反馈并采取应急措施，避免瞬时的毒性污水对污水处理厂的冲击和影响，保证污水处理厂的稳定运行。

目前，城市污水厂进水在线监测主要包括一些常规水质指标，用于判断污水的水质特征，如水温、pH值、电导率、COD、BOD、氨氮、总磷、总氮、悬浮物等。尽管如此，由于污水成分的复杂性、毒性物质的隐蔽性，这些表观指标并不能直接反映出污水的毒性和异常。为此，国内外以指示生物、特种细菌、电流等间接指标开展了生物毒性预警研究，如Schahe等利用在线生物监测预警系统，分析了鱼类作为水质实时监测指示生物所涉及的参数等数据；Yoshi等研究了基于细胞膜生物传感器的环境监测系统，并用于工业污水处理过程中的实时监测；Chang等基于电流分析法研制出了微生物燃料电池传感器，通过电池转移电荷反映污染物负荷；Kurn等对多种藻类开展重金属毒性试验，并获得了不同藻类对污水毒性的值域。马梅等利用新型淡水发光菌(Q67)测定了重金属离子，研究结果表明Q67淡水发光菌作为水生生物毒性检验具有快速简便灵敏度高的特点。

从以上国内外研究进展来看，基于传感电流、微生物燃料电池为基础原理的毒性预警方法，其方法仍处于理论探索阶段，理论上与实际应用仍存在着较大差距。而基于生物预警的方法，大多利用发光细菌、藻类、鱼类、微型动物等的反馈来判断毒性，其中以发光细菌的研究和应用较为广泛，但发光细菌无法实现在线培养和在线监测，而且这类监测方法都是利用活性污泥外源的指示生物，没有考虑到活性污泥自身的驯化和适应能力，其测试结果不能真实反映活性污泥中微生物的受抑制情况。

耗氧速率(OUR)是好氧型活性污泥微生物利用有机物时的氧消耗速率，是表征活性污泥微生物活性的理论指标，活性污泥OUR的变化情况一定程度反应了微生物的毒性和抑制性程度。基于活性污泥OUR原理，通过活性污泥与毒性物质反应、其OUR值发生变化的原理，成为生物毒性监测预警的方法之一。目前，基于此原理开发的生物预警监测方法和装置较少，其采取的工艺方法都是采用连续流的工艺(如CN102495103A)，一般都是通过多个电极监测溶解氧指标。但这种连续流态的监控预警方法，难以考虑活性污泥与毒性物质接触中毒的时间，由于采取连续流态必须使用多个不同的电极测定不同时间的溶解氧值，而多个不同电极监测的溶解氧存在仪器系统误差，当监测不同时间溶解氧指标越多时，其系统误差越大，而当不同时间溶解氧指标越少时，很难真实反映OUR值。因此，基于OUR原理的连续流工艺方法，其生物毒性监测和预警的准确性、稳定性有待提高。

发明内容

本发明的目的是基于活性污泥耗氧速率(OUR)原理，克服连续流监测预警方法存在的问题，进而提供一种基于序批式生物毒性监测预警系统及监测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于序批式生物毒性监测预警系统，包括：污水系统、保安过滤器、活性污泥系统、污水注入泵、污泥注入泵、序批式反应器、搅拌装置、曝气器、曝气机、溶解氧电极和PLC系统，所述污水系统的出口和保安过滤器的入口相连通，保安过滤器的出口和污水注入泵的入口相连通，污水注入泵的出口和序批式反应器内相连通，所述活性污泥系统的出口和污泥注入泵的入口相连通，污泥注入泵的出口和序批式反应器内相连通，溶解氧电极的下端设置在序批式反应器内的上部，溶解氧电极的数据输出端与PLC系统的数据输入端相连接，所述搅拌装置设置在序批式反应器内的底部，曝气器设置在序批式反应器内下部的一侧，曝气器和序批式反应器外部的曝气机的气体输出端相连通。

所述序批式反应器为三个，所述三个序批式反应器并联连接。

基于序批式生物毒性监测预警系统的监测方法，步骤如下：