申请日1994.07.18
公开(公告)日2002.08.28
IPC分类号C02F3/00; G01N21/64
摘要
监视废水中生物活性并控制废水处理的方法和装置。该方法包括：从废水中原地分离废水样品;检测样品中微生物活性转变而引起的NADH变化;对照NADH随时间的变化以确定所选择的样品性质的状态。该装置包括：与探针相连的分析仪;控制器;带废水出口的取样箱;开/关出口用的盖子;取样箱中的废水分配器;检测端位于取样箱内的探针。采用本发明的方法和装置，可实时监视废水中生物活性并根据监视结果控制废水处理过程。
権利要求書
1.一种在废水处理过程中监视生物活性的方法，它包括如下步 骤：
在该废水处理过程中从废水中原地分离废水样品;
检测该分离出的样品中所含微生物由于其生物活性的转变而 引起的NADH变化;以及
对照NADH随时间的变化以确定所选择的样品性质的状态。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该样品性质选自生物 量数量、生物量组成、脱氮作用、硝化作用效率、NH3浓度、生 化需氧量和供氧量。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括将样品送 回该废水处理过程的步骤。
4.一种在废水处理过程中原地监视和控制生物活性的装置，它 包括：
与探针相连的分析仪;
控制处理过程的控制器; 其特征在于，它包括：
浸于供处理的废水中的取样箱，该取样箱带有废水出口;
为开启和关闭该出口而设置的盖子;
位于取样箱中的废水分配器;
检测端位于取样箱内的探针;
所述控制器与1)该分析仪和盖子相连以在选择的时间间隔内 将样品引入箱内和从箱内移出、并与2)一个或多个过程参数控制 器相连。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于，该过程参数控制器的 控制参数选自初始流入率、回流活性污泥输入率、脱氮再循环率、 微生物种类及性质、厌氧、缺氧及好氧步骤的数目和位置、该厌 氧、缺氧及好氧步骤中的滞留时间、营养物种类及供给率、空气 或氧纯度及供给率、pH及温度。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，该探针为溶解氧检测 探针。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于，该分析仪分析箱内样 品的溶解氧含量。
8.根据权利要求5的装置，其特征在于，该探针包括：
与控制器相连、根据该箱而设置的辐射源，其用选定的波长 辐射箱内的废水;
与控制器相连、根据该箱内的废水而设置的检测器，其根据 该辐射检测箱内废水中微生物的NADH放出荧光的变化;以及
与该检测器和该控制器相连的NADH分析仪。
9.根据权利要求4的装置，其特征在于，进一步包括与该箱相 连的样品搅拌器。
说明书
监视废水中生物活性并控制废水处理的方法和装置
本发明涉及监视废水中生物活性并控制废水处理的装置和方 法，更具体地说，涉及实时监视废水处理过程中活性污泥中微生 物代谢活性的装置和方法，并利用监视结果控制处理过程的操 作。
各种生物养分移除法(BNR)在废水处理厂(WWTP′S)中 广泛用来帮助降解污染物。在典型BNR过程中，废水中的污染物， 如碳源(以生化需氧量或BOD为单位)、氨、硝酸盐、磷酸盐等， 由活性污泥在厌氧、缺氧及好氧条件下将其分解，在此技术中亦 为人所知。在缺氧条件下，经过或未经过预先沉降步骤的废水与 回流的活性污泥(RAS)混合，在下文中有时称为“混合液体”， 将在以下讨论。
大部分废水处理厂的BNR过程会设计一个或多个缺氧步骤。 在缺氧条件下，脱氮菌即能够进行脱氮作用的微生物菌种，在脱 氮过程中可利用硝酸盐和/或亚硝酸盐为电子受体，并消耗部分可 得的碳源。硝酸盐通常可通过将一定体积的废水在好氧步骤的最 后循环回缺氧步骤的起始处而供给。
BNR过程典型地使用一个或多个好氧步骤。在好氧步骤中， 供给含有约20%氧的空气或纯氧以维持所需溶解氧水平。自养硝 化细菌即能以氨为能源的微生物菌种，可在好氧条件下将氨转化 为亚硝酸盐及硝酸盐。废水中的聚-P微生物菌种可从水相摄取 磷酸盐并消化胞内贮存的PHB与PHV产物使其转化为多聚磷酸 盐，其为一种贮存能量的化合物。因此补充了聚-P微生物菌种 贮存的多聚磷酸盐并移除水相中的磷。随后以此技术中熟知的污 泥耗置法移除系统中的磷。在好氧条件下，废水中的碳源进一步 由好氧生物分解。
然而，在使处理过程最有效率的厌氧、缺氧和/或好氧步骤中， 提供监视废水处理系统中生物活性的装置及方法已为一个难题。 提供实时监视废水净化的装置及方法，以适当控制废水处理过程 中厌氧、缺氧和/或好氧步骤，尤其是对工艺条件的过渡及其他改 变，也是一个难题。
MacBride等在美国专利4,577,110中公开了一种借助材料的 荧光检测该材料性质的改进装置和方法。采用一种独特的设计， 其中，为照射光和发出的荧光提供了共用的视野。在一优选形式 中，它们是同轴的。这就能使该装置置于探针之中，可将该探针 直接插入含有待分析材料的容器中。对该装置进行了特别设计， 使其能耐受蒸汽灭菌、能在生物过程中无菌操作、能在更长的时 间内保持高的稳定性和灵敏度。需注意的是，该专利中监视和检 测的是水整体中的荧光量。
Kodera等在美国专利4,427,772中公开了一种测定水溶液中 过氧化氢浓度的装置，其特征在于(A)采样系统，(B)反应系 统，(C)氧浓度测定系统，(D)自动校准系统和(E)时顺电 路系统。一个测定循环由三个操作步骤组成。在第一个步骤中， 建立零点调节和间距调整，以正确校准氧检测器的灵敏度，把空 气饱和了的水或新鲜样品用作标准物。在第二个步骤中，将样品 引入并用过氧化氢分解剂分解样品中的过氧化氢。然后用氧检测 器测定样品中溶解氧的浓度。在第三个步骤中，排放出使用过的 样品后，用新鲜水或新鲜样品洗涤反应器。在时顺电路系统的控 制下，在预定时间间隔内重复进行测定。优选的是，将氧探针用 作氧检测器并将过氧化氢酶溶液用作过氧化氢分解剂。
本发明的一个目的是提供一种实时监视废水处理中生物活性 并控制废水处理过程的方法。采用本发明的方法，能够在厌氧、 缺氧和好氧条件下实时监视废水中生物活性并根据监视结果控制 废水处理过程。
本发明的另一目的是提供一种实时监视废水处理过程中生物 活性并控制废水处理过程的装置。采用该装置能有效实施本发明 的方法。
根据本发明的一个实施方案，通过测量微生物胞内烟酰胺腺 嘌呤二核苷酸磷酸(下文有时称为NAD(P)H)的变化，装置可于 厌氧、缺氧及好氧条件下监视并控制混合液体的生物活性。NAD+ 为MAD(P)H的氧化型。当微生物代谢活性改变时微生物内 NAD(P)H/(NAD++NAD(P)H)的比率会发生变化。NAD(P)H荧 光(下文有时称为“NADH”)的相应变化由诸如实时在线电脑 数据采集系统这样的监视系统检测并记录，该系统可分析这种变 化并评定混合液体中的生物活性。监视系统随后确定废水系统所 需操作参数的改变以使BNR过程的效能最佳化。
在此实施方案的方法中，将混合液体的样品从生物反应槽原 地分离至由此过程中NADH检测器监视的反应室中。搅拌样品使 微生物均匀悬浮于废水中，并用监视系统记录并分析好氧、缺氧 和/或厌氧状态下反应室中混合液体样品的荧光NADH的差异。混 合液体随后流回或再注入生物反应槽，因此可根据监视系统得到 的结果控制废水处理系统。
根据本发明的另一实施方案，装置通过测量废水溶解氧量的 变化来监视并控制好氧条件下废水的生物活性。废水中的溶解氧 量因废水中微生物代谢活性而改变。诸如实时在线电脑数据采集 系统这样的监视系统检测相同的溶解氧(下文有时称为“D.O.”) 变化并随后将其记录，该系统可分析这种变化并评估废水的生物 活性。监视系统随后确定废水系统所需的操作参数的变化以使生 物废水处理过程尤其是BNR过程的效能最佳化。
在此实施方案的方法中，将废水样品从生物反应槽泵入由此 过程中D.O.检测器监视的原地反应室。搅拌样品使废水均匀分布， 并用监视系统记录并分析废水D.O.的差异。样品随后流回生物反 应槽，因此可根据监视系统得到的结果控制水处理系统。
优选将D.O.的检测和监视与其他检测和监视生物活性的装 置，例如检测和监视DADH的装置连同使用，以帮助控制废水处 理过程全部或部分的需氧、缺氧或好氧的步骤。