监视废水中生物活性并控制废水处理的方法和装置制造方法及图纸

一种在废水处理过程中原位监视及控制生物活性的装置，它包括： 浸于处理供应废水中的废水取样箱，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； 位于取样箱内的废水分配器； 检测端位于取样箱内的探针； 与该探针相接的生物活性分析仪；及 与１）该分析仪及盖子相接以在选择的时间间隔内将样品引入箱内及从箱内移出及与２）一种或多种过程参数控制器相连的过程控制器。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及监视废水中生物活性及控制其处理的装置和方法，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。在典型BNR过程中，废水中的污染物，如碳源(以生物需氧量或BOD为单位)、氨、硝酸盐、磷酸盐等，由活性污泥在厌氧、缺氧及有氧条件下将其分解，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过程会设计一种或多种缺氧步骤。在缺氧条件下，脱氮菌，即能够进行脱氮作用的微生物种，在脱氮过程中可利用硝酸盐及/或亚硝酸盐为电子受体，并消耗部分可得的碳源。硝酸盐通常可由将一定体积的废水从有氧步骤的最后循环回缺氧步骤的起始处供给。BNR过程典型地使用一个或多个有氧步骤。在有氧步骤中，供给含有约20％氧的空气或纯氧以维持所需溶氧水平。自养硝化细菌，即能以氨为能源的微生物种，可在有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微生物种贮存的多聚磷酸盐并移除水相中的磷。随之以此技术中熟知的污泥耗置法移除系统中的磷。在有氧条件下，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、缺氧及/或有氧步骤中，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。提供实时监视废水纯化的装置及方法，以适当控制废水处理过程中厌氧、缺氧及/或有氧步骤，尤其是对工艺条件的过渡及其他改变，亦是一个难题。根据本专利技术的一个实施方案，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、缺氧及有氧条件下监视并控制混合液体的生物活性。NAD+为NAD(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及记录，该系统可分析变化及评定混合液体中的生物活性。监视系统随之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位分离至被此过程中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，并以监视系统记录及分析有氧、缺氧及/或厌氧状态下反应室中混合液体样品的荧光NADH的差异。混合液体随之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。根据本专利技术的另一实施方案，装置通过测量废水溶氧量的变化以监视及控制有氧条件下废水的生物活性。废水中的溶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氧(下文有时称为“D.O.”)变化并随之将其记录，该系统可分析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.检测器监视的原位反应室。搅拌样品使废水均匀分布，并用监视系统记录及分析废水D.O.的差异。样品随之流回生物反应槽，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.的检测与监视与其他检测和监视生物活性的装置，例如检测及监视NADH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、缺氧或有氧的步骤。附图说明图1说明本专利技术用以检测及监视生物反应槽中溶氧或荧光的具体装置的正视略图。图2说明部分取自图1的废水取样装置的剖视略图。图3说明部分取自图1的另一具体装置的剖视略图。图4说明本专利技术用以检测及监视生物反应槽中溶氧及/或荧光的另一具体装置的正视略图，该反应槽处于密闭状态。图5说明图4所示装置的正视略图，该反应槽处于开放状态。图6说明部分取自图4及5所示的部分装置的剖视图。图7是应用本专利技术实施方案监视典型废水处理过程的略图。图8是厌氧处理步骤的NADH荧光随时间变化的操作图。图9是缺氧处理步骤的NADH荧光随时间变化的操作图。图10是以荧光及溶氧测定的有氧处理步骤生物活性随时间变化的操作图。图11有氧处理步骤的溶氧百分比随时间变化的操作图。要正确评定及控制复杂的BNR过程则需要能在不同环境和各种条件下精确及通用地估价混合液体的代谢活性。与氧的代谢不同，氧的代谢只在BNR过程的好气步骤时活跃，而NADH代谢则与整个环境步骤有关。因此，NADH是可用于控制整个BNR过程的极佳的代谢活性标志。氧代谢在控制部分BNR时亦起到重要作用，其可更加显著，特别是与NADH代谢同时使用时。主要生物机体及活跃的生化途径随生物反应器的环境步骤而变化。然而，一个普遍因素是需要通过可利用能源的氧化来转移能量。为了有效控制BNR过程的操作，必需依据处理过程厌氧、缺氧及有氧步骤中微生物活性来调节特定的处理参数。废水处理厂常经分许多过渡条件，如有机负荷的昼夜变化。控制处理过程适应各种条件需要一种快速且有效的测量生物活性的方法。典型WWTP使用的设备能控制该过程但不具实时效率及精确性。例如，由此设备控制的过程参数包括一级废水输入率、回流活性污泥的输入率、脱氮再循环速率、微生物种类和数量、厌氧、缺氧及好气步骤的数量与位置、滞留时间、营养物种类及输入率、空气或氧纯度及输入率、pH、温度等等。本专利技术针对一种改进的装置，其通过检测混合液体中微生物胞内NADH水平及/或溶氧的变化以检测并控制废水处理系统中的生物活性。此装置包括一反应室，其开启与关闭可用以取得混合液体样品。反应室含有NADH传感器及/或溶氧探针，其可检测因环境条件变化引起混合液体代谢改变时生物活性的变化。这些实时生物活性变化可被监视且可作为驱动过程及控制算法的输入函变以确保有效率的过程效能。这类算法在此技术中为已知，此处不再讨论。值得注意的是，下列本专利技术实施方案只是为了解说的目的，并无意以任何方式限制如所附权利要求所述的本专利技术的本质或范围。废水取样装置的一实施方案示于图1。生物反应槽1(或废水管)含废水2及污泥。检测装置置于生物反应槽1的上方且扩展至废水2。该装置包括以线路或无电线22连接至电脑/监视器13的中央控制单元22。同样地，中央控制单元20经连接线路24与检测探针10相接。马达箱26亦经连接线路28与中央控制单元20相接。电力亦由连接线路28供给马达箱26。检测探针10置于检测室8并以电连接到电脑/监视器13，以检测废水样品中溶氧量的变化或微生物放出荧光的变化。优选溶氧检测探针10是由Yellow Spring Instrument制造的。探针10亦可能作为荧光检测探针。优选的荧光检测探针10称为RLUOROMEA-SURE，是由此中受让人制造并在美国专利4,577,110中公开。当然，只要具有相同或相似检测性能其他装置亦可用作探针。电脑/监视器13可为任何适合的种类如个人电脑等等。添充装置52亦与电脑/监视器13相连，给检测室8内废水中的微生物提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新，李肇芳，S·K·曼尼辛，M·E·寇伯，
申请(专利权)人：美商生化科技公司，
类型：发明
国别省市：