專利名稱：在生化過程中測量NOx和硝化/脫氮速率的設備及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及測量液體中NOX(硝酸鹽(NO3)和/或亞硝酸鹽(NO2))的量及硝化/脫氮速率的設備及方法，以及對其處理過程的控制。
背景技術(shù)：
在工業(yè)及市政水處理裝置的污泥中的微生物，針對這些裝置中所要求的水處理分解或降解污染物。有效的過程操作及控制需要快速準確地估測微生物的活性信息。由于通常進入處理系統(tǒng)的物料及污染物的多樣性，已經(jīng)證實這是一項困難的任務。另外，所需處理的廢水量的變化，如每天、每周或每季的變化，可能大幅度地改變處理過程的多個重要參數(shù)，如pH值、溫度、溶氧量、養(yǎng)分以及類似參數(shù)，而這些參數(shù)的變化對于適當?shù)膹U水處理來說是極為有害的。處理不當?shù)膹U水會嚴重危害人身健康。在生化系統(tǒng)/裝置/過程中，經(jīng)常使用各種生物養(yǎng)分脫除(BNR)方法。本文所使用的“BNR”具有普遍意義，即使用微生物脫除養(yǎng)分的所有生化方法。在BNR過程中，液體如廢水中的污染物，特別是碳源(按生化需氧量或BOD來測量)、氨、硝酸鹽、磷酸鹽及類似物，通過活性污泥在無氧、缺氧和有氧階段被消化，這在本領域中是公知的。在無氧階段時，經(jīng)過或未經(jīng)過初始處理過程的廢水與返回的活性污泥(RAS)混合，在本文中有時被稱作“混合液體”。
當然，量化廢水中的各種污染物是很重要的。這些污染物中，一種對量化來說很重要的是NOX的量。這是因為量化NOX的量可以為硝化和脫氮過程提供有價值的信息。另外，針對這一重要信息確定硝化或脫氮速率從而利于調(diào)節(jié)各種系統(tǒng)參數(shù)，如停留時間，以強化處理過程，提高處理系統(tǒng)效率，也是很重要的。
發(fā)明概述本發(fā)明一方面為一種測量液體硝化速率的方法，該方法包括在t0時刻分離出第一個液體試樣；在預定時刻t1記錄第一個試樣中的氨值[NH3]1；分離也第二個液體試樣并在另一個預定時刻t2向第二個液體試樣中引入空氣；在t3時刻停止向第二個液體試樣中引入空氣并調(diào)節(jié)第二液體試樣的pH值；在預定時刻t4記錄第二個液體試樣的又一個氨值[NH3]2；按下式確定液體硝化速率NR=Δ[NH3]Δt]]>其中NR為硝化速率，Δt為t2－t3，Δ[NH3]為[NH3]1－[NH3]2。
本發(fā)明另一方面為另一種測量液體硝化速率的方法，該方法包括在t0時刻分離出第一和第二個液體試樣并向第二個液體試樣中引入空氣；在t1時刻記錄第一全試樣中的氨值[NH3]1，并終止向第二試樣中引入空氣；在t2時刻記錄第二個液體試樣中的氨值[NH3]2；按下式確定液體硝化速率NR=Δ[NH3]Δt]]>其中NR為硝化速率，Δt為t1－t2，Δ[NH3]為[NH3]1－[NH3]2。
術(shù)語“氨”([NH3])和“銨”([NH4+])在本文中通?？苫Q用于指代水相中的氨濃度。這是因為在確定的pH值下，水相中氨分子和銨離子間存在一個化學平衡。在pH＝9.25時，該平衡由下式來表示，其平衡常數(shù)等于1。
只要溶液的pH值已知，測量氨[NH3]和銨[NH4+]基本上是等效的。在pH值較低(pH＜6)時，測量銨濃度[NH4+]是優(yōu)選的，而當pH值較高(pH＞8)時，測量氨濃度[NH3]則更為方便。在本發(fā)明的討論中，通常指的是氨濃度[NH3]，利用氨選擇性探針測得，而當pH值較低時，可以理解為該濃度可以由銨離子選擇性探針測得的[NH4+]來替代。本發(fā)明還包括一種測量液體、特別是廢水中NOX的方法。這種方法不同于其它分析方法，因為它不需要通過過濾或其它固體脫除方法來制備試樣。該方法包括分離廢水試樣；針對預定間間隔t1調(diào)節(jié)試樣的pH值和/或離子濃度達到預定水平；利用NOX選擇性探針記錄試樣中的[NOX]1的值；在另一個預定時間間隔t2之后，記錄試樣中的另一個[NOX]2的值；按下式確定在每個預定時間間隔t1和t2時試樣中的NOX濃度＝10a.mV＋b其中a和b是NOX探針的線性系數(shù)，mV為來自NOX離子選擇性探針的讀數(shù)；按下式確定NOX的變化Δ[NOX]＝[NOX]2－[NOX]1按下式確定試樣中NOX的濃度[NOx]=[NOx]1-Δ[NOx]Δt·t1]]>在本發(fā)明的另一方面中，可以確定脫氮速率。脫氮速率(DR)可以如下確定在t0時刻分離液體試樣；在預定時刻t1記錄試樣中的[NOX]1值；在預定時刻t2記錄試樣中的[NOX]2值；按下式確定液體脫氮速率DR=Δ[NOx]Δt]]>其中Δ[NOX]為[NOX]1－[NOX]2，Δt為t2－t1。


圖1是應用本發(fā)明實施方案的一個通用的廢水處理過程的示意圖，圖中給出了在整個系統(tǒng)中可以安裝檢測器的多個位置。
圖2是本發(fā)明設備一個實施方案示意性的正視圖，該設備用于監(jiān)測生化反應罐。
圖3是是本發(fā)明設備一個實施方案示意性的正視圖，該設備用于監(jiān)測生化反應罐。
圖4是按照本發(fā)明各方面的關(guān)于廢水采樣設備的分解示意圖，部分為剖面圖。
圖5是按本發(fā)明另一實施方案的關(guān)于廢水采樣設備的分解示意圖，部分為剖面圖。
圖6是按照本發(fā)明各方面的溶液分配設備的示意圖，部分為剖面圖。
圖7是按照本發(fā)明各方面測量NOX及標定NOX分析儀的方法的方框圖。
圖8是確定廢水脫氮速率的方法的方框圖。
圖9是確定廢水硝化速率的方法的方框圖。
圖10是確定廢水硝化速率的另一種方法的方框圖。
發(fā)明的詳細描述為了有效地控制BNR過程的操作，有必要按照微生物在無氧、缺氧和/或有氧處理階段的生物活性來調(diào)節(jié)特定的工藝參數(shù)。廢水處理裝置經(jīng)常會面臨苛刻的瞬時條件，例如每日有機物負荷的變化。
適當估測和控制BNR過程需要準確及時地估測在變化的環(huán)境中、以及在許多條件下NOX和氨在混合液體中的量、硝化速率、脫氮速率以及其它一些量。
量化氨和/或NOX和/或硝化速率和/或脫氮速率的設備可以應用在WWTP的所有階段中或這些階段的任意組合中。該設備與通用的WWTP的組合由圖1示意性給出。在圖1所示系統(tǒng)中的任意或位置均可以進行NOX和/或氨的測量。如果需要的話，在所選的階段中可以包括多個測量位置。下面將討論該設備在一個常用的廢水處理裝置的無氧、缺氧和/或有氧階段中的應用及使用。
用于廢水采樣設備的一個實施方案示于圖2中。一個生化反應罐1(或者為廢水槽)裝有廢水2和/或污泥。檢測設備安裝在生化反應罐1的頂部并伸入廢水2中。該設備包括通過有線或無線接頭22與任選的計算機或/監(jiān)測器13相連的中心控制和分析單元20。類似地，中心控制和分析單元20通過線接頭24與探針10相連。電機箱26也通過線接頭28與中心控制和分析單元20相連。同時通過線接頭28向電機箱26供電。探針10安裝在檢測室8中，并與中心控制及分析單元20電連接，從而根據(jù)配置檢測廢水試樣中的氨或銨量或NOX濃度的變化。當pH值較低時，優(yōu)選的銨離子選擇性探針10為HACH或NICO生產(chǎn)的銨探頭。當pH值為中高時，優(yōu)選的氨探針10也是由NICO或HACH生產(chǎn)的氨氣探針。優(yōu)選的NO3和/或NO2離子選擇性探針是由NICO生產(chǎn)的。當然，只要能達到相同或相似的檢測能力，其它的設備也可以用做探針。
任選的計算機或監(jiān)測器13可以為任何適合的類型，如個人計算機或類似設備。設備52由兩個容器(一個貯存氨或NOX標定溶液，另一個貯存pH值調(diào)節(jié)溶液和/或離子濃度調(diào)節(jié)溶液)和各自的輸送設備如泵組成。設備52通過線54與中心控制和分析單元20相連。設備52通過連接管53經(jīng)進料口55，向檢測室8中的液體(例如廢水)中供給氨或NOX標定溶液和pH值調(diào)節(jié)溶液和/或離子濃度調(diào)節(jié)溶液。pH值調(diào)節(jié)溶液，對于中、高pH值通常為堿，低pH值為酸，可以從多種pH值調(diào)節(jié)溶液中進行選擇。堿包括NaOH、KOH及類似物。酸包括HCl、醋酸及類似物。離子濃度調(diào)節(jié)溶液，通常為Al2(SO4)3溶液、或Al2(SO4)3、Ag2SO4、H3BO3的溶液及硫酸，可以從多種溶液中進行選擇，用于調(diào)節(jié)廢水試樣的離子濃度。下面將結(jié)合圖6對設備52在進行詳細描述。
采樣單元11安裝在一個可移動的支架30上，該支架可以大體上垂直上下移動，從而將采樣單元11移入或移出廢水2。可移動支架30的精確結(jié)構(gòu)并不重要，只要可以達到優(yōu)選的采樣單元11的能力和移動性即可。
探針10的檢測端安裝在檢測室8內(nèi)。檢測室8有一個開口66和一個相鄰的可移動的蓋子32，蓋子32沿導軌34上下垂直移動，從而閉合或密封開口66。
圖3所示的是廢水取樣設備的另一個實施方案。圖3所示的實施方案與圖2所示的實施方案是類似的，只是提供了一個具有附加采樣能力的設備。具體地，在與圖2所示的檢測室/探針結(jié)構(gòu)相鄰處安裝了另一個帶有探針10的檢測室8。當然，也提供了與控制和分析單元20及設備52所供應的溶液之間的連接。
圖4所示的檢測室8具有一個帶有檢測端50A的探針10A。探針10A可以是氨、銨或NOX探針。檢測室8還可以有一個任選的帶有檢測端50B的探針10B。任選的探針10B為pH探針。檢測室8還有進料口55A和55B。進料設備52通過進料口55B向檢測室8中加入pH值調(diào)節(jié)溶液和/或離子濃度調(diào)節(jié)溶液。進料設備52通過進料口55A向檢測室8中加入氨或NOX。推進器48安裝在檢測室8內(nèi)部，當探針10A和10B操作時攪動或攪拌試樣。蓋子32處于打開位置，當它關(guān)閉時，蓋住開口66。
攪拌器48通過一系列同軸管子102、104、106與發(fā)動機26相連。適配器108和止推軸承套112包在中間管104中，并且貼在中間管104上。外管102安裝在基座101上。適配器108裝到螺桿110上，從而依據(jù)線性激勵電機116的電機方向打開或者關(guān)閉蓋子32。只有當加在中間管104上的拉力超過線性激勵電機116驅(qū)動螺桿110所需的扭矩時，中間管104才會沿軸向移動。這一拉力可以由連到中間管104上的推進器48和/或與中間管104接觸的其它軸襯或其它硬件引起。止推軸承套112支承軸承114，當蓋子32關(guān)閉時，軸承114負載著中心管106的軸向拉力。軸承114可以使中間管104獨立于中心管106而旋轉(zhuǎn)，并且將管子104的軸向運動傳送給中心管106。外管102支撐基座101和室8，同時保護內(nèi)件。室8基本上對外管102密封，并且當蓋子32逆著室8拉動時，室8內(nèi)的空間被密封。
當線性激勵電機116向一個方向旋轉(zhuǎn)，螺桿110向下運動，蓋子32被推開。當螺母118到達止推軸承119時，螺桿110不再沿軸向運動，這使得中間管104與電機速度基本上相匹配。然后室8處于打開狀態(tài)，推進器48引起室8內(nèi)外液體之間的交換。
當線性激勵電機116向相反的方向旋轉(zhuǎn)時，螺桿110向上運動，推動蓋子32關(guān)閉。當室8關(guān)閉時，螺桿110的軸向運動被作用在中間管114上的拉力阻止。這使得中間管104與電機116以相同的速度進行旋轉(zhuǎn)。然后室8處于關(guān)閉位置，使液體保留在室8中，并通過推進器48不斷被混合。
圖5所示的為含有另一任選探針的室8結(jié)構(gòu)的另一種實施方案。所有其它組件均與圖4所示的相同。任選探針10C有一個檢測端50C。任選探針10C為溶氧探針。它通過接頭24C與中心控制及分析單元20相連。參照圖6，設備52用來準確地向整個系統(tǒng)的其它部件分散各種溶液。設備52包括一個外套198，并且優(yōu)選包括兩個溶液容器200和202，當然它也可以被構(gòu)造成為只含有一個或兩個以上的溶液容器。容器200和202均有相應的溶液泵204和206，這些泵通過泵進料線208和210與各自的溶液容器相連。泵進料線優(yōu)選配有尖狀或針狀元件212和214，它們穿過外套198延伸。
每個溶液容器優(yōu)選用塑料材料制成，這種材料能夠用針或尖利元件刺穿，因此當溶液容器降低到針上時，針就刺穿容器供給溶液。最優(yōu)選的是使容器的形狀能夠促使溶液容器內(nèi)的液體流向針狀元件。
因為對于測量目的而言，保持溶液不受污染且保持它的精確濃度是很重要的，所以這些容器密封是很重要的。但在倒空容器的過程中，特別優(yōu)選的是提供一種能夠向容器內(nèi)移走溶液后所形成的空間內(nèi)注入空氣的設備。這一點可以通過多種設備來實現(xiàn)，盡管特別優(yōu)選的是用針狀元件216和218刺破溶液容器200和202，并且向溶液容器內(nèi)部加入空氣。針狀元件216和218與空氣管線230和232相連。
與各溶液容器相連的每個泵204和206分別通過管線222和224與控制及分析單元20相連(圖6中沒有畫出)。泵204和206還通過溶液進料管線226和228與檢測室8相連(圖6中沒有畫出)，從而在特定時刻向檢測室8供應計量好的或精確的溶液量。
當然容器內(nèi)的溶液可以變化。但優(yōu)選的溶液為氯化氨或硝酸鈉。pH和/或離子濃度調(diào)節(jié)溶液也可以裝在這些容器中。按特定需要也可以使用其它溶液。當然溶液按需要可以是各種濃度。
NOX經(jīng)常是廢水中的主要污染物。因此快速且容易地實時測得廢水中NOX的方法是極為優(yōu)選的。因此，本發(fā)明的一個方面涉及測量廢水中的NOX含量。這一點是通過測量液體中NOX的方法來進行的。該方法包括分離液體試樣；在t0時刻調(diào)節(jié)試樣的pH值和/或離子濃度；在預定時刻t1用NOX選擇性探針記錄試樣中的NOX量；在經(jīng)過另一個預定時刻t2后，記錄試樣中的另一個NOX量；按下式確定在每個預定時刻t1和t2時試樣中的NOX濃度[NOX]＝10a.mV＋b其中a和b是NOX探針的線性系數(shù)；按下式確定試樣中NOX的變化Δ[NOX]＝[NOX]2－[NOX]1按下式確定試樣中NOX的濃度[NOx]0=[NOx]1-Δ[NOx]Δt·(t1-t0)]]>這種方法示于圖7中流程圖的上半部分。
可以按圖7所示方框圖的下半部分來標定NOX分析儀，并且按以下方法進行a)從廢水處理罐中收集混合液體試樣，并如上文所述進行NOX分析，只是在測定NOX濃度后不將試樣排放到處理罐中。將[NOX]1、[NOx]2、3mV1、mV2、Δ[NOX]/Δt等參數(shù)和中間結(jié)果保存起來用于標定步驟。
b)測定NOX濃度后，向試樣容器中注入預定體積的硝酸鹽或亞硝酸鹽溶液，從而使容器中的NOX濃度增加Δ[NOX]c1(例如0.5ml 1000ppm的NaNO3或NaNO2溶液對應Δ[NOX]c1＝1ppm，假定采樣器的體積為500ml。)。
c)等過了t3秒讀取探針上的第三個mV讀數(shù)[mV]3。
d)注入第二劑標定溶液，從而使NOX濃度增加Δ[NOX]c2(例如在算上第一劑標定溶液后，2.0ml 1000ppm的NaNO3或NaNO2溶液對應Δ[NOX]v2＝5ppm。)e)等過了t4秒讀取探針上的第四個mV讀數(shù)[mV]4.
f)用下式計算NOX的線性系數(shù)a和blog[NOx]0-Δ[NOx]Δt·(t3-t0)+Δ[NOx]cl=a·mV3+b]]>log[NOx]0-Δ[NOx]Δt·(t4-t0)+Δ[NOx]c2=a·mV4+b]]>g)應用新得到的a和b由mV0計算[NOX]0。如果新算得的[NOX]0基本上與原始的[NOX]0相同，則認為標定是成功的，否則，用新算得的[NOX]0重復標定過程。當[NOX]0j與[NOX]0j＋1間的差值在可接受的預定范圍內(nèi)時，才認為完成了標定過程。
h)將試樣排放到處理罐中，開始一個新的測量周期。
i)可以在每個測量周期或每天對NOX分析儀進行標定。默認的標定頻率優(yōu)選為一天一次。
確定硝化速率仍然是進一步優(yōu)選的。依據(jù)本發(fā)明有兩種優(yōu)選方法來做這項決定。在第一種實施方案中，該方法包括a)在t0時刻分離第一個液體試樣；b)在預定時刻t1測量試樣中的氨濃度[NH3]1或銨濃度[NH4+]1，然后將第一個試樣倒回到處理罐中；c)在另一個預定時刻t2分離第二個液體試樣，并向第二個液體試樣中通入空氣；d)在t3時終止向第二個液體試樣中通入空氣，并且調(diào)節(jié)第二個液體試樣的pH值；
e)在預定時刻t4記錄第二個試樣中的另一個氨值[NH3]2或銨值[NH4+]2；f)按下式確定液體的硝化速率NR=Δ[NH3]Δt]]>或NR=Δ[NH4+]Δt]]>其中NR為硝化速率，Δt為t3－t2，Δ[NH3]為[NH3]1－[NH3]2，或Δ[NH4+]為[NH4+]1－[NH4+]2。
在圖10所示的流程圖中給出了該方法。
在應用了兩個采樣單元的第二個實施方案中(如圖3所示)，該方法包括a)在t0時刻分離第一和第二個液體試樣，并向第二個液體試樣中通入空氣；b)測量第一試樣中的濃度氨[NH3]1或銨濃度[NH4+]1；c)在t1時終止向第二個試樣中通入空氣；d)測量第二個試樣中的氨濃度[NH3]2；e)按下式確定液體的硝化速率NR=Δ[NH3]Δt]]>或NR=Δ[NH4+]Δt]]>其中NR為硝化速率，Δt為t1－t0，Δ[NH3]為[NH3]1－[NH3]2，或Δ[NH4+]為[NH4+]1－[NH4+]2在圖9所示的流程圖中給出了該方法。
在測量方案中，優(yōu)選的氨分析儀的操作如下a)從廢水處理罐中收集混合液體試樣。
b)注入pH調(diào)節(jié)溶液，使水相的pH值達到12.0左右。這項操作可以利用pH探針通過預定的量或者反饋控制來完成。此時時間被記錄為O時刻t0。
c)等過了t1秒后，讀取氨探針上的第一個mV1讀數(shù)。
d)等過了t2秒后，讀取氨探針上的第二個mV2讀數(shù)。
e)用下式由mV1和mV2計算氨的濃度，其中a和b為氨探針的線性系數(shù)。
＝10a.mV＋bf)從試樣中釋放的NH3量計算如下Δ[NH3]Δt=[NH3]2-[NH3]1t2-t1]]>g)試樣的氨濃度計算如下[NH3]0=[NH3]1-Δ[NH3]Δt·(t1-t0)]]>h)測完氨濃度后，將試樣排放到處理罐中，并采取新試樣用于下一次分析。
優(yōu)選按下述方法對氨分析儀進行標定a)從廢水處理罐中收集混合液體試樣，并按上文所述方法進行氨分析，只是在測完氨濃度后不將試樣排放到處理罐中。將[NH3]1、[NH3]2、mV1、mV2、Δ[NH3]/Δt等參數(shù)和中間結(jié)果保存起來用于標定步驟。
b)測完氨濃度后，向試樣容器中注入預定體積的氨溶液，從而使容器中的氨濃度增加Δ[NH3]c1(例如0.5ml 1000ppm的NH4Cl－N溶液對應Δ[NH3]c1＝1ppm，假定采樣器的體積為500ml。)。
c)等過了t3秒后讀取探針上的第三個mV讀數(shù)(mV3)。
d)注入第二劑標定溶液，從而使氨濃度增加Δ[NH3]c2(例如在算上第一劑標定溶液后，2.0ml 1000ppm的NH4Cl－N溶液對應Δ[NOX]c2＝5ppm。)e)等過了t4秒后讀取探針上的第四個mV讀數(shù)(mV4)。
f)用下式計算氨的線性系數(shù)a和blog[NOx]0-Δ[NOx]Δt·(t3-t0)+Δ[NOx]C1=a·mV3+b]]>log[NOx]0-Δ[NOx]Δt·(t4-t0)+Δ[NOx]c2=a·mV4+b]]>g)應用新得到的a和b由mV0計算[NH3]0。如果新算得的[NH3]0與原始的[NOX]0基本上相同，則認為標定是成功的，否則，應用新算得的[NH3]0重復標定過程。當[NH3]0j與[NH3]0j＋1間的差值在可接受的預定范圍內(nèi)時，才認為標定工作完成。
h)將試樣排放到處理罐中，開始一個新的測量周期。
可以在每個測量周期或每天對NOX分析儀進行標定。默認的標定頻率優(yōu)選為一天一次。確定脫氮速率(DR)也是優(yōu)選的。根據(jù)NOX濃度確定脫氮速率。按圖8流程圖所示的方法進行計算。該方法包括a)在t0時刻分離液體試樣；b)在預定時刻t1測量試樣中的NOX濃度([NOX]1)；c)在預定時刻t2測量試樣中的NOX濃度([NOX]2)；d)按下式確定液體的脫氮速率DR=Δ[NOx]Δt]]>其中Δ[NOX]為[NOX]1－[NOX]2，Δt＝t2－t1，在廢水處理過程的監(jiān)測和控制過程中，確定硝化速率NR的一個實際應用是用估測并優(yōu)化生化反應器的操作。當NR是在實時基礎上進行測量時，得到的信息可以回答下列問題1)活性污泥是否具有硝化能力，即在生物質(zhì)中是否有硝化細菌存在。低的或接近于0的NR值表明在生物質(zhì)中硝化細菌的數(shù)量很低或不存在，而高的NR值則表示適當?shù)南趸^程。
2)按目前裝置的廢水負荷量，硝化已經(jīng)達到了何種程度？當NR確定后，以養(yǎng)分負荷為基準，可以計算出適當?shù)陌泵摮璧臅r間?？梢詫⑦@一所需硝化時間與現(xiàn)今生化反應器中的水力學停留時間進行比較，來判斷是否達到了適當?shù)南趸潭取?br> 3)為了達到所需要的硝化程度，最佳的充氣速率是多少？當由NR值計算得到的空氣供給量與硝化過程中實際的空氣需要量相匹配時，就能達到最優(yōu)的空氣供給速率。過量充氣會造成生物質(zhì)的破壞并且浪費能量，而充氣不足會造成廢水處理不當。這兩種情況均可以通過將NR作為控制參數(shù)進行適當?shù)某錃饪刂苼肀苊狻?br> 4)對于所要求的硝化程度，生物質(zhì)在生化反應器中的最佳平均細胞停留時間(MCRT)是多少？硝化細菌的數(shù)量可以由NR值來估算。這一估算使操作人員可以針對生物質(zhì)中所要達到的硝化細節(jié)的生長，來確定適當?shù)钠骄毎Ａ魰r間(MCRT)。MCRT值可以用來控制活性污泥的浪費。
5)為了實現(xiàn)硝化，在生物反應器中應保持什么樣的生物質(zhì)濃度水平？當NR值高時，表明硝化細菌的數(shù)量較高，裝置能夠在生物反應器中使用較低的生物質(zhì)濃度而實現(xiàn)硝化，而較低的NR值，則要求在生物反應器中保持較高的生物質(zhì)濃度。
6)NR的測量還使廢水處理裝置的操作人員能夠估算，利用現(xiàn)有設施能處理多少流入裝置的廢水，從而規(guī)劃裝置擴建或改建。
脫氮速率DR，可以用于在廢水處理過程中對生物脫氮過程的監(jiān)測和控制。當DR是在實時基礎上測量時，所得到的信息可以回答以下問題1)生化反應器的脫氮能力是多少？依據(jù)所測得的DR值、加到缺氧段的硝酸鹽信息、在缺氧段的水力學停留時間、以及所要求的脫氮水平，人們可以估算出裝置能夠處理多大的廢水流入量。
2)缺氧段的最佳內(nèi)部循環(huán)速率是多少？加到缺氧段的硝酸鹽基本上來自于在生物反應器無氧段末端、硝化后的混合液體的內(nèi)部循環(huán)，參照圖1中脫氮內(nèi)部循環(huán)的位置。已知DR可以精確控制內(nèi)部循環(huán)，因此可以充分利用缺氧段，并且避免過度循環(huán)而浪費泵能量。
3)有沒有因素限制最佳脫氮的實現(xiàn)？DR測量值允許人們從含碳養(yǎng)分和硝酸鹽負荷量的角度來估算脫氮活性。當碳養(yǎng)分受到限制時，較低的DR值表示的是基于內(nèi)因的脫氮。增加碳養(yǎng)分負荷會強化脫氮過程。另一方面，較高的DR值則表示積極的脫氮過程。增加內(nèi)部循環(huán)可以改善廢水物流的整個脫氮過程。
本發(fā)明可以應用到任何一種微生物過程，包括廢水凈化(市政、工業(yè)及類似情況)、醫(yī)藥/生物技術(shù)生產(chǎn)、釀造業(yè)、發(fā)酵或其它任何涉及純的或混合的微生物群體在內(nèi)的過程，但不局限于這些過程。
權(quán)利要求
1.一種測量液體硝化速率的方法，該方法包括a)在t0時刻分離一個液體試樣；b)在預定時刻t1測量所述試樣中的氨濃度[NH3]1或銨濃度[NH4+]1；c)在另一個預定時刻t2后，分離另一個液體試樣，并向該液體試樣中通入空氣；d)在t3時終止向第二個液體試樣中通入空氣，并且調(diào)節(jié)第二個液體試樣的pH值；e)在預定時刻t4測量第二個試樣中的氨濃度[NH3]2或銨濃度[NH4+]2；f)按下式確定液體的硝化速率NR=Δ[NH3]Δt]]>或NR=Δ[NH4+]Δt]]>其中NR為硝化速率，Δt為t3-t2，Δ[NH3]為[NH3]1-[NH3]2，或Δ[NH4+]為[NH4+]1-[NH4+]2。
2.權(quán)利要求1所定義的方法，還包括，按照選定的時間間隔重復步驟a)-f)，以確定硝化速率的變化。
3.權(quán)利要求1所定義的方法，其中所述的氨值[NH3]由氨選擇性探針確定。
4.權(quán)利要求1所定義的方法，其中所述的銨值[NH4+]由銨離子選擇性探針確定。
5.權(quán)利要求3所定義的方法，還包括定期標定所述的氨選擇性探針。
6.權(quán)利要求4所定義的方法，還包括定期標定所述的銨離子選擇性探針。
7.權(quán)利要求1所定義的方法，其中所述液體中含有有機物。
8.權(quán)利要求7所定義的方法，其中至少一部分所述有機物能夠釋放氨。
9.權(quán)利要求1所定義的方法，其中所述液體是未經(jīng)過濾的。
10.權(quán)利要求1所定義的方法，其中所述液體為廢水。
11.一種測量液體硝化速率的方法，該方法包括a)在t0時刻分離第一和第二個液體試樣，并向第二個液體試樣中通入空氣；b)測量第一個試樣中的氨濃度[NH3]1或銨濃度[NH4+]1；c)在t1時終止向第二個試樣中通入空氣；d)測量第二個試樣中的氨濃度[NH3]2或銨濃度[NH4+]2；e)按下式確定液體的硝化速率NR=Δ[NH3]Δt]]>或NR=Δ[NH4+]Δt]]>其中NR為硝化速率，Δt為t1-t2，Δ[NH3]為[NH3]1-[NH3]2，或Δ[NH4+]為[NH4+]1-[NH4+]2。
12.權(quán)利要求11所定義的方法，還包括，按照選定的時間間隔重復步驟a)-f)，以確定硝化速率的變化。
13.權(quán)利要求11所定義的方法，其中所述的氨值[NH3]由氨選擇性探針確定。
14.權(quán)利要求11所定義的方法，其中所述的銨值[NH4+]由銨離子選擇性探針確定。
15.權(quán)利要求13所定義的方法，還包括定期標定所述的氨選擇性探針。
16.權(quán)利要求13所定義的方法，還包括定期標定所述的銨離子選擇性探針。
17.權(quán)利要求11所定義的方法，其中所述液體中含有有機物。
18.權(quán)利要求17所定義的方法，其中至少一部分所述有機物能夠釋放氨。
19.權(quán)利要求11所定義的方法，其中所述液體是未經(jīng)過濾的。
20.權(quán)利要求11所定義的方法，其中所述液體為廢水。
21.一種測量液體中NOX的方法，該方法包括a)分離一個液體試樣；b)在t0時刻調(diào)節(jié)所述試樣的pH值和/或離子濃度；c)在預定時刻t1，利用NOX選擇性探針記錄所述試樣中的mV1值；d)在另一個預定時刻t2之后，記錄所述試樣中的另一個值mV2；e)按照下式確定每個預定時刻t1、t2時所述試樣中NOX的濃度[NOX]＝10a.mV＋b其中a和b為NOX探針的線性系數(shù)；f)按照下式確定所述試樣中NOX的變化Δ[NOX]＝[NOX]2－[NOX]1；g)按照下式確定試樣的NOX濃度[NOx]0=[NOx]1-Δ[NOx]Δt·(t1-t0)]]>其中Δt為t2-t1。
22.權(quán)利要求21所定義的方法，還包括排放所述試樣并重復步驟a)-g)。
23.權(quán)利要求21所定義的方法，還包括定期標定所述硝酸鹽和/或亞硝酸鹽選擇性探針。
24.一種測量液體脫氮速率的方法，該方法包括a)在t0時刻分離液體試樣；b)在預定時刻t1測量所述試樣的濃度[NOX]1；c)在預定時刻t2測量所述試樣的濃度[NOX]2；d)按下式確定液體的脫氮速率DR=Δ[NOx]Δt]]>其中Δ[NOX]為[NOX]1-[NOX]2，Δt＝t2-t1。
25.權(quán)利要求24所定義的方法，還包括按照選定的時間間隔進行步驟a)-d)，以確定脫氮速率的變化。
26.權(quán)利要求24所定義的方法，其中利用硝酸鹽和/或亞硝酸鹽選擇性探針確定所述所述[NOX]值。
27.權(quán)利要求24所定義的方法，其中所述液體為廢水。
全文摘要
本發(fā)明涉及在生化過程中測量NO
文檔編號C02F3/34GK1333872SQ99815512
公開日2002年1月30日 申請日期1999年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月7日
發(fā)明者J·F·李, S·K·曼什因, M·E·科爾布, X·楊 申請人:美商生化科技公司