CN1127500A - 监视废水中生物活性 - Google Patents

Abstract

一种通过测量微生物细胞内NAD(P)H及/或混合溶液中溶氧的变化，以监视及控制厌氧、缺氧及需氧条件下混合溶液中生物活性的装置。该装置包括带开口(66)的室(8)，可动式盖(32)和检测探针(10)。一种根据本监视系统得到的结果所控制的废水处理系统。

Description

监视废水中生物活性

本发明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。

根据本发明的另一实施方案，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。

图1说明本发明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说明本发明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是应用本发明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。

本发明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，下列本发明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发明的本质或范围。

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供养料或氧或其他反应物。

取样单元11置于可动式运车30上方，该运车可完全地垂直上下移动以将检测探针10移进或移出废水2。可动式运车30的明确构造并不重要，只要其能达到取样单元11的移动性。检测探针10的检测端50位于检测室8中(如图2所示)。检测室8具有开口66和相邻的可动式盖32，此盖可沿导管34垂直上下移动并关闭或封住开口66。

图2说明取样单元11特别结构的剖视图。马达箱26包括齿轮马达36、螺旋吊器38及与连接杆42相连的弹簧40。连接杆42亦与延伸经导管34的导杆44连接。导杆44另一末端终止于可动式盖子32。变速马达36与连接螺旋桨48的螺旋杆46相连。螺旋桨48位于检测室8内，该室亦含检测端50。

图3说明取样单元11的另一特别结构的剖视图。马达箱26包括经连接线28与中央控制器相连的线性操作机构53。线性操作机构53驱动与内轴56相接的螺纹轴57，其中内轴56穿越外轴55。不锈钢管54包裹内轴56及外轴55形成的装置。管54与含螺旋桨48并接收检测探针10的检测末端50的检测室8相接，其中检测探针10经接线24与中央控制器相接。检测室8具开口66，可以与内轴56相接的可动式盖32关闭/封闭之。

图1及2中所示装置最好操作如下。当要取得部分废水样品时，控制信号经接线28传至螺旋吊器38，联合施力于连结杆42并将导杆44和可动式盖32推向“B”方向，对抗弹簧40的拉力作用。检测室8随之处于开放状态。螺旋桨48的旋转导致检测室8内的废水流至室外废水2中，而检测室8外的部分废水2内流至室内，因此补充检测室8并供应足量的新鲜废水样品。

检测室8取得新鲜样品后，通往螺旋吊器38的信号被切断，从而释放螺旋吊器38的推力。弹簧40回复到正常位置，将连结杆42、导杆44及可动式盖32往“A”方向牵引，检测室8随之位于关闭/封闭状态。

检测室8充满新鲜废水样品后，样品代谢活性随时间改变而变化，如从有氧至缺氧再至厌氧状况。样品在各种状态如有氧、缺氧及厌氧状态的时间间隔，和相应于代谢活性变化的荧光及溶氧浓度的变化，可用溶氧控针或荧光探针10检测，并以电脑13记录及分析。使用电脑13能实时、在线监视检测室8内的生物活性。本发明提供的信息分析与判断视其特别应用及WWTP内装置而定。可修改装置的设计以符合废水处理厂及其位置环境的特殊需要。当完成样品分析后，中央控制器起动螺旋吊器38以使可动式盖32朝“B”方向向下移动。将再一次打开检测室8以进一步补充及取得新样品。

如图3所示，可动式盖32及螺旋桨48由相同的可逆式低RPM马达53驱动，该马达与内轴56及外轴55共轴相接。此共轴装置由不锈钢管54所包裹。当要取部分废水样品时，控制信号传至马达53，使其在此命令下改变旋转方向。可动式盖32由与马达53相接的ACME轴57驱动的内轴56推往“B”方向。在开放状态，螺旋桨48迫使检测室8内外的废水交替，因而检测室8可充满新鲜废水样品。一段给定的时间后，如30秒后，马达53按程序逆转其转向，可动式盖32拉向“A”方向直到检测室8完全关闭或封闭。

新鲜废水样品分析如图2所述。当完成样品分析后，中央控制器逆转马达53的方向，以推动可动式盖32使其再度开放，进一步补充及取新鲜样本。

图4说明本发明另一实施方案，其中检测室8含有带检测端50A的检测探针10A。检测探针10A为溶氧探针。检测室8亦含有检测端50B的检测探针10B。检测探针10B为荧光探针。

螺旋桨48位于检测室8内。盖32覆盖开口66(如图3和5所示)时为关闭状态。空气扩散器103位于检测室8内且与空气或氧源相接。

螺旋桨48经一连串共轴管102、104及106与马达箱100相接。螺帽108与推轴套筒112含于且连接于中管104。外管102装于基座101上。螺帽108可垂直沿螺纹杆110移动，视马达116转动方向而开启或关闭盖32。仅当中管104上的诱导引力超过螺帽108起动螺杆110所需的扭矩时，帽180才能垂直运动。该引力可由连在中管104上的螺旋桨和/或任何与中管104相接的套筒或其他元件所诱导。推轴套筒112支撑当盖32关闭时承受中心管106的轴向拉力的轴114。轴114可使中管104不依赖中心管106而运动，且将中管104的垂直运动传向中心管106。外管102支撑马达箱100及检测室8且可同时保护内部零件。检测室8大体上与外管102密封，当盖32拉至检测室8时室8内空间则被密封。

当马达116朝一方向旋转时，螺帽108移离马达并将盖32推开。当螺帽108到达栓118时，螺帽108停止垂直移动使得中管104与马达速度大致相同。检测室8随之开启且螺旋桨48引起检测室8内外液体的交换，如图5所示。

当马达116和螺纹杆110朝相反方向旋转时，螺帽18移向马达，将盖32拉合。当检测室8关闭时，螺帽108上的张力防止螺帽108的轴向移动。这使中管104与马达116及螺纹轴110的转速相同。检测室8随之关闭，因此液体留在检测室8内，并不断由螺旋桨48搅拌，如图4所示。

图6说明图4及5中所示的各种驱动元件的剖视图：

螺纹杆110固定于可逆马达116并防止其轴向移动。此现象使得仅当中管104产生的旋转阻力大于螺帽108沿螺纹杆110移动所需扭力时才会在中管104内直线移动。要防止中管104轴向移动，中管104的旋转速度必需等于马达的旋转速度。此现象发生在检测室8关闭或螺帽108到达较低的栓118时。

中管104沿其纵轴移动以开放或关闭检测室8。其向一方向旋转时为开启而向相反方向旋转时为关闭。栓连在螺纹杆110上且可防止螺帽108直线运动超过螺纹杆110的长度。外管102作为保护套且当盖32关闭时压缩。中心管106连在盖32上。其旋转不依赖中管104但与中管104同时轴向移动。推轴套筒112扣住轴114且连在中管104上。其使中管104不依赖中心管106而旋转且将轴向移动从中管104传至中心管106。轴114承受中心管106的轴向张力并使中管104不依赖中心管106而旋转。

监视生物活性的装置可在WWTP的任何步骤或其任何组合中使用。装置与典型WWTP的合并图示于图7。图1—6所示典型废水处理厂厌氧、缺氧及/或需氧步骤中装置的一般应用及使用讨论如下：

1.厌氧步骤中的应用

装在WWTP厌氧步骤中生物活性监视装置的操作图说明于图8。NFU一词，如图8所示及下文使用时，表示NADH荧光的正常或相对量或水平。分析三种参数ΔNFU₁、ΔNFU₂及Δt₁以估计微生物的生物活性。ΔNFU表示NADH浓度增加的总和；ΔNFU₁表示第一步骤NADH浓度的增加；ΔNFU₂表示第二步骤NADH浓度的增加；及Δt₁表示在WWTP厌氧步骤期间缺氧部分的时间。处理中厌氧步骤的混合液体经有氧、缺氧及厌氧状态的全部NADH浓度变化可以此公式表示之：

        ΔNFU＝ΔNFU₁＋ΔNFU₂

ΔNFU与样品中全部的生物量浓度成正比。虽然生物量浓度的绝对值不能从单一测量决定，但可以此技术中已知的方法精确而可靠地估计脱氮及非脱氮微生物的群体分布。当样品中溶氧浓度降低至临界值并最后耗尽时，不能用硝酸盐和/或亚硝酸盐作电子受体的微生物转为厌氧状态，使混合液体从有氧转为缺氧状态。这相当于第一次生物活性的增加ΔNFU₁。大部分不能进行脱氮作用的微生物为自营硝化菌，如亚硝酸菌属及硝酸菌属。因此，ΔNFU₁/ΔNFU值与全部生物量群体中的硝化菌百分比成正比。反之，可进行脱氮作用的微生物进入厌氧状态前能消耗样品中全部硝酸盐。

样品中NADH的第二步增加，ΔNFU₂，对应于样品从缺氧转为厌氧状态。因此ΔNFU₂/ΔNFU值与全部生物量群体中的脱硝菌百分比成正比。

生物活性监视装置在WWTP缺氧步骤中的一种可能应用是确定NH₃的移除效率。当ΔNFU₁/ΔNFU值低于预定值时，生物反应槽中的硝化菌群体低于适当移除NH₃所需的量。改变操作参数，如增加水力滞留时间或增加RAS流速，可帮助改进处理过程而使WWTP更为有效。若采用修改的回流活性污泥(RAS)流速参数，应持续直到ΔNFU₁值达到设定点，因此硝化菌群体将多至足以维持适当的硝化速率。

2.缺氧步骤中的应用

WWTP缺氧步骤中使用的生物活性监视装置的操作图说明于图9。两个参数，ΔNFU₃表示在样品由缺氧转为厌氧状态时生物活性的变化，更具体地说是NADH荧光的变化，Δt₂表示样品缺氧状态下以分钟计的时间，对监视及控制WWTP的缺氧步骤很有用。

Δt₂值为从检测室8取得样品至完成氮硝作用的测定时间。Δt₂值用来估计整个缺氧步骤中水力滞留时间，T_den，是否够长足以完成脱氮过程。理想时间为T_den＝Δt₂。要得到此理想脱氮时间，可相应调整内部再循环速率。

3.有氧步骤中的应用

WWTP有氧步骤结束时使用装置的操作图说明于图10。因为污染物几乎完全降解，所以BOD浓度很低，且与所得样品从有氧至缺氧状态的代谢改变相应的生物活性浓度变化很小，但还是可测出。

本发明在有氧状态中的一个应用是作为NH₃测量计。其最好操作如下：两组监视装置(未表示出)可在生物反应槽2(如图1所示)的相同位置使用。两个检测室8(或如图4及5所示，如同时使用D.O.及荧光探针则为一个检测室8)同时装满混合液体样品。对第一个检测室，如图10所示，Δt₃表示由电脑13记录的从取得样品至样品开始有氧状态的时间。在第二个检测室中，检测室充满混合液体后立刻从送入器52，如图1所示，添加一定量的NH₃，如0.5ppm，如此将得知检测室8内NH₃浓度的变化。随之记录从检测室8取得样品至检测室8内废水开始缺氧状态的时间Δt₄。

为了测定NH₃浓度，假设有氧步骤结束时的溶氧(D.O.)消耗大多由于硝化过程。有氧步骤期间溶氧消耗的典型操作图说明于图11。实验结果显示，当以送入器52添加醋酸盐及葡萄糖(5ppm)入系统时混合液体的耗氧速率几乎不变化，而添加0.1ppm的NH₃入系统时可观察到明显变化。

WWTP有氧状态中的NH₃浓度表示如下：

      (NH₃)₁＝ΔNH₃Δt₄/(Δt₃—Δt₄)其中(NH₃)₁为有氧步骤结束时水相中的氨浓度，ΔNH₃为添入第二检测室的已知量的氨。本发明可在WWTP有氧状态中使用以准确监视生物反应槽内NH₃浓度。随后可改变各种系统参数，如滞留时间，以增强硝化过程，需要的话可增加废水处理系统的效率。

废水处理厂有氧步骤中带D.O.探针的装置的使用描述如下：当样品室8充满新鲜废水(混合液体)时，溶氧浓度由D.O.探针测得。根据起始D.O.浓度，可经由装在室8内的空气扩散器103样品室8提供空气以使D.O.浓度高于预设值。

当通气结束后，D.O.浓度因废水(混合液体)中生物的耗氧而减少。一般时间Δt内，溶氧浓度的降低可表示为ΔD.O.。生物耗氧速率(BOCR)定为 $\mathrm{BOCR}=\frac{\mathrm{\ΔD}.O.}{\mathrm{\Δt}}$ 得知生物耗氧速率(BOCR)，克(升—小时)^-1，及样品室8中溶氧起始浓度，C_iC，克.升^-1，亦为取得样品时废水处理槽的D.O.浓度，氧传递系数K_La可推算为 $k_{\mathrm{La}}=\frac{\mathrm{BOCR}}{C^{*}-C_i}$ 其中C^*为在流动温度及空气压力下水相中氧的饱和浓度。对于指定的废水处理设备而言，氧传递系数K_La可用通气法如通气槽中细泡扩散器或机械式表面通气器及空气流速Q_air测得。因此，得知所需K_La值即可准确控制空气流速Q_air。

当溶氧浓度降至低于临界值时，废水(混合液体)进入厌氧状态，若硝酸盐和/或亚硝酸盐存在下则进入缺氧状态。转变点可由NADH探针及D.O.探针测得。通气关闭至转变点的总时间记录为生物耗氧时间(BOCT)。对给定的D.O.浓度及废水(混合液体)而言，生物耗氧时间视残留在废水中的营养物而定。废水中营养物量较低时废水(混合液体)消耗的D.O.亦较少，这使生物耗氧时间较长。因此BOCT显示移除废水中营养物的程度，可用以检查处理过程的效率。

根据本发明的方法，可得到WWTP有氧步骤中关于生物量组成、脱氮作用、硝化作用与BOD移除过程的效率及氨浓度的信息。此信息可由电脑13监视及分析，该电脑可评估WWTP中厌氧、缺氧及需氧步骤中的生物活性，且可改变系统参数如RAS流速、供氧速率、内部再循环速率或水力滞留时间等等，以在过渡条件或正常操作下使WWTP的效率最佳化。

虽然用特定的实施方案说明了本发明，但应注意，可以多种相似物代替特定的原理及步骤，而不背离所附权利要求中定义的本发明的本质或范围。例如，本发明可用来单独地监视废水处理厂中有氧、缺氧及厌氧等个别步骤的各种参数，或本发明可用来监视及控制整个WWTP操作使其效率最佳化。另外，本发明的个别元件可以相似物取代。例如，检测室8中的样品可用任何可控制的搅拌方法使其均匀悬浮。监视系统可能包括带应用软件的个人电脑或单独分析的个别电子仪器，其在本技术中都是已知的。在此强调，虽然重点在于测量NADH荧光以确定NADH的量或浓度，但主要是强调其为测定NADH量或浓度的优选方法。可完成此工作的其他手段和方法亦完全纳入本发明的范围。例如，NADH量或浓度可用生化检测法，如对NADH敏感的检测法测得。此类检测法在此技术中为已知且在检测法中典型地利用酶及底物成分作为辅助。其他已知及尚未开发的方法只要能测定NADH存在亦可使用。在此亦强调，虽然重点在于用“探针”测定溶氧以确定氧量或浓度，但主要是强调其为测定氧量或浓度的优选方法。可完成此工作的其他方法亦完全纳入本发明的范围。其他已知及尚未开发的方法只要能测定废水中氧的存在亦可使用。

权利要求书按照条约第19条的修改

34.一种在废水处理过程中监视生物活性的方法，其中包括的步骤有：

a)从供给废水中原位分离废水样品；

b)以1)用选择的波长辐射样品；根据辐射检测样品中微生物的NADH所放出的荧光变化；并分析NADH荧光变化以确定选择的样品性质的状态；或

2)检测样品中溶氧量的变化；及分析溶氧变化以确定选择的样品性质的状态。

35.根据权利要求1的方法，其中样品性质选自生物量、生物量成分、脱氮作用、硝化作用效率、NH₃浓度、生物需氧量及供氧量。

36.根据权利要求1的方法，进一步包括将样本返回废水处理过程的步骤。

37.一种监视及控制废水处理过程中生物活性的方法，包括：

从供应废水中原位分离废水样品；

测量该废水样品所含微生物中的NADH量；

分析该NADH量的变化；

检测该样品中溶氧量的变化；

分析溶氧量变化以确定选择的样品性质的状态；及

在处理过程中根据该变化控制选择的过程参数。

38.根据权利要求37的方法，其中该分析步骤确定选择的样品性质。

39.根据权利要求38的方法，其中该样品性质选自生物量、生物量成分、脱氮作用、硝化作用效率、NH₃浓度、生物需氧量和供氧量。

40.根据权利要求37的方法，其中该过程参数选自回流活性污泥流率、内部再循环率，供氧率和水力滞留时间。

41.一种在废水处理过程中监视和控制生物活性的方法，它包括：

在该废水处理过程中从废水中原位分离废水样品；

测定该分离出的废水样品中所含微生物的NADH；

分析该NADH的变化；

根据该变化控制该处理过程中的选择的过程参数。

42.一种在废水处理过程中监视和控制生物活性的方法，它包括：

在该废水处理过程中从废水中原位分离废水样品；

测定该分离出的废水样品中所含微生物的NADH；

分析该微生物的生物活性的转变而引起的NADH变化；

根据该变化控制该处理过程中的选择的过程参数。

43.一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位分离废水样品；

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

分析NADH变化以确定所选择的样品性质的状态。

44.一种在废水处理过程中监视和控制生物活性的方法，它包括：

在该废水处理过程中从废水中原位分离废水样品；

引起该分离出的废水样品中所含微生物的生物活性变化；

测定该微生物的NADH；

分析该NADH的变化；

根据该变化控制该处理过程中的选择的过程参数。

45.一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位分离废水样品；

引起该分离出的废水样品中所含微生物的生物活性变化；

检测该微生物的NADH变化；以及

分析NADH变化以确定所选择的样品性质的状态。

Claims (40)

1.一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。

2.根据权利要求1的装置，其中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、缺氧及有氧步骤的数目和位置、该厌氧、缺氧及有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。

3.根据权利要求2的装置，其中该探针为溶氧检测探针。

4.根据权利要求3的装置，其中该分析仪分析箱内样品的溶氧含量。

5.根据权利要求2的装置，其中该探针包括：根据该箱而设置的辐射源，其可用选择的波长辐射箱内的废水；

根据该箱内废水而设置的检测器，其可根据该辐射检测箱内废水中微生物的NADH放出荧光的变化；及

与该检测器和控制器相连的NADH分析仪。

6.根据权利要求1的装置，进一步包括与该箱相连的样品搅拌器。

7.根据权利要求6的装置，其中该搅拌器包括位于该箱内的机械搅拌器。

8.根据权利要求7的装置，其中该搅拌器由马达操作。

9.根据权利要求6的装置，其中该箱带有液体流动出口且借助该搅拌器辅助液体流进及流出该箱。

10.根据权利要求9的装置，进一步包括与出口相邻并适合移向及移离出口的箱门。

11.根据权利要求10的装置，进一步包括至少一与箱门相连且适于与该箱作相对运动的开启/关闭元件。

12.根据权利要求11的装置，进一步包括1)与该开放/关闭元件相接的弹簧以大体上对门施加正比于开启的恒定关闭力及2)与该开启/关闭元件相连的螺线管以对门施加正比于开启的足够开启力而克服弹簧的关闭力。

13.根据权利要求11的装置，进一步包括1)与该开启/关闭元件相接的弹簧以大体上对门施加正比于开启的恒定关闭力及2)与该开启/关闭元件相连的马达以对门施加正比于开启的足够开启力而克服弹簧的关闭力。

14.根据权利要求2的装置，其中该门与马达相连。

15.根据权利要求14的装置，其中马达向第一个方向旋转时该门移向出口，马达向第二方向旋转时该门移离出口。

16.根据权利要求14的装置，进一步包括与该马达相接的机械搅拌器，当该门在关闭状态封住检测室和/或当门在开启状态时搅拌器能操作。

17.一种在流体处理过程中监视生物活性的装置，包括：

与流体供给相连的流体取样箱；

根据该箱而设置的辐射源，其可用选择的波长辐射该箱中的流体样品；

根据该样品而设置的探针，其可根据该辐射检测微生物中NADH放出的荧光的变化；

用于分析由该探针检测出的NADH荧光变化的装置；以及

与该分析装置相连的控制器，其可在选择的时间间隔内将样品引入和移出该箱。

18.根据权利要求17的装置，进一步包括与该探针相连、用来记录探针检测出的NADH荧光变化的贮存器。

19.根据权利要求18的装置，其中该贮存器、分析NADH荧光变化的装置及该控制器包含电脑。

20.根据权利要求17的装置，其中该辐射源及探针为整体的并以360nm波长辐射样品且在460nm下检测NADH荧光。

21.根据权利要求17的装置，进一步包括与出口相邻并适合移向和移离出口的箱门。

22.根据权利要求21的装置，进一步包括至少一与该门相连并适合移向该箱子的开启/关闭元件。

23.根据权利要求22的装置，进一步包括1)与该开启/关闭元件相接的弹簧以大体上对门施加正比于开启的恒定关闭力及2)与该开启/关闭元件相接的螺线管以对门施加正比于开启的足够开启力而克服弹簧的关闭力。

24.根据权利要求22的装置，进一步包括1)与该开启/关闭元件相连的弹簧以大体上对门施加正比于开启的恒定关闭力及2)与该开启/关闭元件相接的马达以对门施加正比于开启的足够开启力而超越弹簧的关闭力。

25.一种于废水处理过程中原位监视生物活性的装置，包括：浸于供给废水中的带出口的废水取样室；

与该出口相邻且大体上能封闭该室的门；

根据该取样室而设置的、用来检测室内废水样品的溶氧含量变化的探针；

与该探针相接的溶氧分析仪；及

与该分析仪及门相接的控制器，用来在选择的时间间隔内将样本送进箱内及从箱内移出。

26.根据权利要求25的装置，进一步包括与该探针相接、用来记录探针检测出的溶氧变化的贮存器。

27.根据权利要求26的装置，其中该贮存器、分析仪及控制器包括电脑。

28.根据权利要求25的装置，进一步包括置于该室内的样品搅拌器。

29.根据权利要求28的装置，其中该搅拌器包括机械搅拌器。

30.根据权利要求29的装置，其中该搅拌器由马达操作。

31.根据权利要求28的装置，其中当门开启时该搅拌器辅助流体流进和流出取样室。

32.根据权利要求31的装置，其中使该门适合移向及移离该出口。

33.一种在流体处理过程中原位监视生物活性的装置，包括：浸于处理过程中供应流体中的流体取样室，该取样室具有出口以允许流体的进出；

设置的可移向及移离该出口的盖子；

置于取样室内的流体搅拌器；

检测端在取样室内的溶氧探针；

与该探针相接的溶氧分析仪；

与该分析仪及盖子相接的控制器，其可在选择的时间间隔内将样品送入该取样室内及移离取样室；

根据该箱而设置的辐射源，其可用选择的波长辐射箱内废水；

根据箱内废水而设置的检测器，其可根据该辐射检测箱内废水微生物中NADH发出荧光的变化；及

与该检测器及控制器相连的NADH分析仪。

34.一种在废水处理过程中监视生物活性的方法，其中包括的步骤有：

a)从供给废水中分离废水样品；

b)以1)用选择的波长辐射样品；根据辐射检测样品中微生物的NADH所放出的荧光变化；并分析NADH荧光变化以确定选择的样品性质的状态；或

2)检测样品中溶氧量的变化；及分析溶氧变化以确定选择的样品性质的状态。

35.根据权利要求1的方法，其中样品性质选自生物量、生物量成分、脱氮作用、硝化作用效率、NH₃浓度、生物需氧量及供氧量。

36.根据权利要求1的方法，进一步包括将样本返回废水处理过程的步骤。

37.一种监视及控制废水处理过程中生物活性的方法，包括：

从供应废水中分离废水样品；

测量该废水样品所含微生物中的NADH量；

分析该NADH量的变化；

检测该样品中溶氧量的变化；

分析溶氧量变化以确定选择的样品性质的状态；及

在处理过程中根据该变化控制选择的过程参数。

38.根据权利要求37的方法，其中该分析步骤确定选择的样品性质。

39.根据权利要求38的方法，其中该样品性质选自生物量、生物量成分、脱氮作用、硝化作用效率、NH₃浓度、生物需氧量和供氧量。

40.根据权利要求37的方法，其中该过程参数选自回流活性污泥流率、内部再循环率，供氧率和水力滞留时间。

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