NO312132B1

NO312132B1 - Apparatur og fremgangsmåte for registrering av biologisk aktivitet i spillvann

Info

Publication number: NO312132B1
Application number: NO19960212A
Authority: NO
Inventors: Xin Yang; Jaw Fang Lee; Sergey K Maneshin; Marcus E Kolb
Original assignee: Biochem Technology Inc
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 2002-03-25
Also published as: FI960261A; AU679772B2; NZ269942A; HUT77644A; AU7364494A; NO960212D0; ATE225319T1; JP3522761B2; EP0710218A4; HU220485B1; WO1995003254A1; CA2167514A1; CA2167514C; US5552319A; EP0710218A1; JPH09500277A; FI960261A0; DE69431481T2; EP0710218B1; NO960212L

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en apparatur og fremgangsmåte for å registrere biologisk aktivitet i spillvann og kontrollere behandlingen derav.

Forskjellige prosesser for biologisk næringsmiddel-erning (BNR) blir for tiden anvendt i anlegg for behandling av spillvann (WWTP) for å behjelpe kontamineringsdegrader-ing. I en vanlig BNR prosess blir kontaminanter i spillvann, så som karbonkilder (målt som biologisk oksygenetterspørsel eller BOD), ammoniakk, nitrater, fosfater og lignende spaltet av aktivert slam i anaerobe, anoksiske og aerobe stadier, og er kjent innenfor dette fagområdet. I det anaerobe stadiet blir spillvann, med eller uten føring gjennom en preliminær setteprosess, blandet med returnert aktivert slam (RAS), noen ganger referert til nedenfor som "blandet væske" som diskutert nedenfor.

I de fleste anlegg for behandling av spillvann blir en eller flere anoksiske stadier arran-gert i BNR prosessen. I det anoksiske stadiet anvender denitrifiserende midler, dvs. mikrobielle arter med evne for denitrifisering, nitrat og/eller nitrit som lektronakseptorer og forbruker noe av de tilgjengelige karbonkildene i løpet av denitrifiseringsprosessen. Nitratet blir vanligvis tilført ved resirkulering av et visst volum av spillvannet i slutten av det oksiske stadiet tilbake til begynnelsen av det anoksiske stadiet.

En eller flere oksiske stadier blir vanligvis anvendt i BNR-prosessen. I det oksiske stadiet blir luft inneholdende omtrent 25% oksygen eller ren oksygen tilført, slik at et ønsket oppløst oksygennivå blir oppnådd. Autotrofe nitrifiserende midler, dvs. mikrobielle arter med evne for å anvende ammoniakk som deres energikilde, omdanner ammoniakk til nitrit og nitrat under aerobe betingelser. Poly-P-mikrobielle arter i spillvann opptar fosfat fra vannfasen og spalter intracellulære PHB- og PHV-lagringsprodukter og omdanner det til polyfosfat, en forbindelse for energilagring. Polyfosfatblandingen av poly-P-mikrobielle arter blir følgelig tappet, og fosfor blir fjernet fra vannfasen. Fos-foren blir deretter fjernet fra systemet ved slamfjerning som er velkjent innenfor fagområdet. Under aerobe betingelser blir gjenværende karbonkilder i vannfasen ytterligere spaltet av aerobe organismer.

Det har vært et problem å oppnå apparatur og fremgangsmåter for registrering av biologisk aktivitet i systemer for behandling av spillvann i løpet av anaerobe, anoksiske og/eller oksiske stadier som vellykket maksimaliserer effektiviteten til behandlingsprosessen. Det har også vært et problem å tilveiebringe apparatur og metoder for reell tids- registrering av rensning av spillvann for å oppnå tilstrekkelig kontroll av anaerobe, anoksiske og/eller oksiske stadier av en prosess for behandling av spillvann, spesielt i respons til forbigående og andre forandringer i prosessbetingelsene.

US-patent nr. 4.818.408 beskriver en biologisk behandlingsprosess hvor man blant annet utfører kontinuerlige målinger av oppløst oksygen under utluftingen av avfalls-vannet ved hjelp av en måleanordning som er plassert i utluftingstanken. Måleanordnin-gen er en integrasjonsoperasjonsenhet for oksygenbehovsberegning, som er forbundet med anordninger for måling av opplyst oksygen. Apparaturen ifølge foreliggende oppfinnelse inneholder enheter som ikke finnes i nevnte publikasjon. US-patent 4.818.408 angir ingen fremgangsmåte for deteksjon av forandringer i NADH, som er en del av foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en apparatur for in situ-registrering og kontrollering av biologisk aktivitet i en fremgangsmåte for behandling av spillvann, kjennetegnet ved at den omfatter: en spillvannprøvebeholder nedsenket i en tilførsel av spillvann som gjennomgår

behandling,

prøvebeholderen (8) har en åpning (6) for spillvann (2);

et deksel (32) plassert for å åpne og lukke nevnte åpning (66);

en spillvannsfordeler beliggende inne i prøvebeholderen (8);

en probe (10) som har en deteksjonsende beliggende i det indre av prøvebe-holderen (8);

en biologisk aktivitetanalysator koblet til nevnte probe (10) og en prosess kon-trolleringsinnretning koblet til 1) nevnte analysator og nevnte deksel (32)

for å innføre og fjerne prøver fra nevnte beholder (8) ved valgte tidsintervaller og 2) en eller flere prosessparameterkontrollinnretninger.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen registrerer og kontrollerer apparaturen den biologiske aktiviteten til blandet væske under anaerobe, anoksiske og aerobe betingelser ved måling av forandring av intracellulær nikotinamid adenin dinukleotidfosfat (nedenfor noen ganger referert til som NAD(P)H) til mikroorganismene. NAD<+> er den oksiderte formen av NAD(P)H. Forholdet NAD(P)H/(NAD<+> + NAD(P)H i mikroorganismene forandres i løpet av skift i den metabolske aktiviteten til mikroorganismene. Tilsvarende forandring i NAD(P)H fluorescens (nedenfor noen ganger referert til "NADH") blir detektert og deretter registrert av et registreringssystem, så som et reelt tid on-line datasystem som analyserer forandringer og vurderer den biologiske aktiviteten til den blandede væsken. Registreringssystemet bestemmer deretter forandringer i driftsparameterene som er nødvendig for at spillvannssystemet maksimaliserer ytelsen til BNR prosessene.

I fremgangsmåten ifølge denne utførelsesformen blir en prøve av den blandede væsken isolert fra en bioreaktortank, in situ, til en beholder registrert av en NADH detektor i prosessen. Prøven blir agitert for å forsikre jevn suspensjon av mikroorganismer i spillvannet og forskjellene i fluorescens NADH fra mellom aerobe, anoksiske og/eller anaerobe stadier av den blandede væskeprøvens mens i beholderen blir registrert og analysert av registreringssystemet. Den blandede væskeprøven blir deretter returnert til og på ny injisert inn i bioreaktortanken og systemet for behandling av spillvann blir kontrollert i henhold til resultatene som blir dannet av registreringssystemet.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen registrerer og kontrollerer apparaturen den biologiske aktiviteten til spillvannet under aerobe eller oksiske betingelser ved måling av forandringer i oppløst oksygeninnhold i spillvannet. Mengden av oppløst oksygen i spillvannet forandres som et resultat av den metabolske aktiviteten til mikroorganismene i spillvannet. Den tilsvarende forandringen i oppløst oksygen (nedenfor noen ganger referert til som "D.O.") blir detekert og deretter registrert av et registreringssystem, så som et reell tid on-line datasystem som analyserer forandringer og vurderer den biologiske aktiviteten til spillvannet. Registreringssystemet bestemmer deretter forandringene i driftsparameterene som er nødvendig for at spillvannssystemet maksimaliserer ytelses i prosessen for behandling av biologisk spillvann, spesielt BNR prosessen.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for registrering av biologisk aktivitet i en prosess for behandling av spillvann, kjennetegnet ved at den omfatter følgende trinn: isolering av prøver av spillvann, in situ, fra spillvann i nevnte prosess for

behandling av spillvann;

detektering av forandringer i NADH fra mikroorganismer innbefattet i nevnte isolerte prøver forårsaket ved skift i biologisk aktivitet til nevnte mikroorganismer; og

analysering av forandring i NADH for å bestemme status til valgte prøvekarak-tertrekk.

Deteksjon og registrering av D.O. kan fortrinnsvis bli anvendt sammen med andre appa-raturer for biologisk aktivitetsdetektering og registrering, så som NADH deteksjon og registreringsapparatur, for å behjelpe kontrollering av hele eller deler av aerobe, anoksiske eller oksiske stadier i prosessen for behandling av spillvann.

Beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et skjematisk oppriss av en utførelsesform av apparaturen ifølge oppfinnelsen anvendt for å detektere og registrere oppløst oksygen eller fluorescens i en bioreaktortank. Figur 2 viser en splittegning, delvis tatt i snitt av apparatur for spillvannprøving fra fig. 1. Figur 3 viser et oppriss, delvis tatt i snitt av en annen utførelsesform av apparaturen. Figur 4 viser et skjematisk oppriss av en annen utførelsesform av oppfinnelsen anvendt for å detektere og registrere oppløst oksygen og/eller fluorescens i en bioreaktortank, i det tanken er i lukket posisjon.

Figur 5 viser et oppriss av apparaturen vist i fig. 4 med tanken i en åpen tilstand.

Figur 6 viser en splittegning delvis tatt i snitt av en del av apparaturen vist i figurene 4 og 5. Figur 7 viser registrering av en typisk spillvann behandlingsprosess som anvender ut-førelsesformer ifølge oppfinnelsen. Figur 8 er en graf av en driftsprofil som viser forandringer i NADH fluorescens over tid fra et anaerobt stadium av behandlingen. Figur 9 er en graf av en driftsprofil som viser forandringer i NADH fluorescens over tid fra et anoksisk stadium av behandlingen. Figur 10 er en graf av en driftsprofil som viser forandringer i biologisk aktivitet, målt ved fluorescens og oppløst oksygen, over tid fra et oksisk stadium av behandlingen. Figur 11 er en graf av en driftsprofil som viser forandringer i prosentandel oppløst oksygen over tid fra et oksisk behandlingsstadium.

Riktig vurdering og kontroll av en omfattende BNR prosess krever en nøyaktig og på-gående vurdering av den metabolske aktiviteten til den blandede væsken i forskjellige miljøer og under et antall tilstander. Til forskjell fra oksygenmetabolismen, som bare er aktiv i løpet av det anaerobe stadiet til BNR prosessen, er NADH metabolismen invol-vert i alle miljøstadier. NADH er følgelig en meget god indikator på metabolsk aktivitet som kan bli anvendt for å kontrollere hele BNR prosessen. Oksygen metabolismen spil-ler også en viktig rolle for kontrollering av deler av BNR som kan bli ytterligere for-sterket, spesielt sammen med NADH metabolismen. Dominante organismer og aktive biokjemiske reaksjonsveier varierer med de miljømessige stadiene til bioreaktoren. En vanlig faktor er derimot nødvendig for å overføre energi ved oksydering av tilgjengelige energikilder.

For effektivt å kontrollere driften av BNR prosessen er det nødvendig å regulere spesifikke prosessparametere basert på den biologiske aktiviteten til mikroorganismene i anaerobe, anoksiske og oksiske stadier av behandlingen. Anlegg for behandling av spillvann er ofte utsatt for alvorlige forbigående tilstander, så som diurnal variasjoner i or-ganiske belastninger. Kontrollering av behandlingsprosessen i respons til disse tilstand-ene krever et fast og effektivt middel for måling av biologisk aktivitet. Utstyr blir gitt i en typisk WWTP som muliggjør en slik prosesskontroll, men ikke med reell tid effektivitet og nøyaktighet. Prosessparametere kontrollert av et slikt utstyr innbefatter for eksempel rate for innførsel av primær effluent, rate av innførsel av returnert aktivert slam, rate for denitrifikasjonsresirkulering, typer og mengder av mikroorganismer, antall og beliggenheten til anaerobe, anoksiske og aerobe stadier, residenstider, næringstype og introduksjonsrate, luft eller oksygenrenhet og introduksjonsrate, pH, temperatur og lignende.

Oppfinnelsen er rettet mot en forbedret apparatur for registrering og kontrollering av biologisk aktivitet i systemer for behandling av spillvann ved detektering av forandringer i intracellulært NADH-nivå til mikroorganismer og/eller oppløst oksygen i den blandede væsken. Apparaturen innbefatter en beholder som blir åpnet og lukket for å oppfange en prøve av den blandede væsken. Beholderen inneholder en NADH-sensor og/eller en oppløst oksygenprobe som detekterer forandringer i den biologiske aktiviteten når den blandede væsken endrer metabolismen på grunn av forandringer i om-givende tilstander. Disse reell-tid forandringene i biologisk aktivitet kan bli registrert og kan bli anvendt som input funksjon for å drive prosessen og kontrollere algorithmer for å forsikre effektiv prosessytelse. Slike algorithmer er kjent innenfor fagområdet og blir ikke diskutert ytterligere.

En utførelsesform av apparaturen for prøvetakning av spillvann er vist i fig. 1. En bioreaktortank 1 (eller alternativt en spillvannkanal) inneholder spillvann 2 og slam. Detek-sjonsapparaturen blir plassert på toppen av bioreaktor tank 1 og rager inn i spillvann 2. Apparaturen innbefatter en sentral kontrolleringsenhet 20 koblet til en computer/moni-tor 13 ved ledninger eller trådløs forbindelse 22. Sentralkontrollenhet 20 er koblet til deteksjonsprobe 10 ved hjelp av ledningsforbindelse 24. Motorboks 26 er også koblet til sentralkontrollenhet 20 ved forbindelsesledning 28. Kraft blir tilført til motorbeholderen 26 ved hjelp av ledningsforbindelse 28.

Deteksjonsprobe 10 er plassert i deteksjonsbeholder 8 og elektrisk koblet til computer/- monitor 13 for å detektere forandringer i mengde oppløst oksygen eller forandringer i fluorescens avgitt av mikroorganismer i spillvannprøven. En foretrukket oppløst oksygendeteksjonsprobe 10 blir fremstilt av Yellow Spring Instrument. Det er også mulig for probe 10 å være en fluorescens deteksjonsprobe. En foretrukket fluorescensdeteksjons-probe 10 kjent som FLUOROMEASURE<®> blir fremstilt av søkeren og beskrevet i US-PS 4.577.110. Annen apparatur kan selvfølgelig bli anvendt som prober dersom samme eller lignende muligheter for deteksjon er tilgjengelig. Computer/monitor 13 kan være av en hvilken som helst egnet type så som personlig computer eller lignende. Tilførsels-innretning 52, også koblet til computer/monitor 13, tilfører næringsstoffer eller oksygen eller andre reaktanter til mikroorganismene i spillvannet i deteksjonsbeholder 8.

Prøveenhet 11 blir plassert på en bevegelig vogn 30 som kan bevege seg vesentlig vertikalt oppover og nedover for å bevege deteksjonsprobe 10 inn og ut av spillvann 2. Den nøyaktige strukturen til den bevegelige vognen 30 er ikke kritisk dersom det oppnår bevegelse i prøveenhet 11. Deteksjonsprobe 10 har deteksjonsende 50 beliggende i deteksjonsbeholder 8 (som vist i fig. 2). Deteksjonsbeholder 8 har en åpning 66 og et ved siden av liggende bevegelig deksel 32 som beveges vertikalt oppover og nedover langs føringskanalene 34 og lukker eller forsegler åpning 66. Fig. 2 viser en splittegning av en spesifikk konstruksjon av prøveenhet 11. Motorbeholder 26 innbefatter gearmotor 36, solenoide frekkere 38 og fjær 40 koblet til forbindelsesstang 42. Forbindelsesstang 42 er også koblet til førerstavene 44 som rager gjennom føringskanalene 34. Førerstavene 44 avsluttes i andre enden ved bevegelig deksel 32. Gearmotor 36 er koblet til drivstav 46 som er koblet til drivinnretningen 48. Drivimiretningen 48 er beliggende i det indre av deteksjonsbeholder 8 som også inneholder deteksjonsende 50. Fig. 3 viser en splittegning av en annen spesifikk konstruksjon av en prøveenhet 11. Motorbeholder 26 innbefatter lineær aktuator 53 som er koblet til en sentral kontroll-enhet ved hjelp av forbindelsesledning 28. Lineær aktuator 53 driver en gjenget aksling 57 som er koblet til indre stang 56, som rager gjennom ytre stang 55. Oppstillingen dannet fra indre og ytre stenger 56 og 55 blir beskyttet av rustfri stålrør 54. Rør 54 er koblet til beholder 8 som inneholder drivinnretning 48 og mottar deteksjonsende 50 til deteksjonsprobe 10 som er koblet til sentralkontrollenheten ved hjelp av ledningskob-ling 24. Deteksjonsbeholder 8 har en åpning 66 som kan bli lukket/forseglet med flytt-bart deksel 32 som er koblet til indre stang 56.

Apparaturen vist i figurene 1 og 2 blir fortrinnsvis drevet som følger. Når det er ønskelig å ta en prøve av en del av spillvannet blir et kontrollsignal sendt til solenoide trekket 38 via koblingsledning 28, som sammen tilfører en kraft til koblingsstav 42 og dytter føringsstengene 44 og bevegelig deksel 32 i retning av pilen "B", som arbeider mot trekkvirkningen til fjær 40. Deteksjonsbeholder 8 er da i en åpen posisjon. Rotasjon av drivinnretning 48 forårsaker at spillvann beliggende i det indre av beholder 8 blir fjernet utover i beholderen og inn i kjernen til spillvann 2 og deler av kjernen til spilvann 2 på utsiden av beholder 8 for å flyttes innover i deteksjonsbeholder 8, for derved å spyle deteksjonsbeholder 8 og tilføre en frisk mengde av spillvann for prøvetakning.

Etter at en frisk prøve blir ført inn i deteksjonsbeholder 8 blir kontrollsignalet til solenoide trekker 38 kuttet for derved å frigjøre trekkraften til solenoide trekkeren 38. Fjær 40 returnerer til normal posisjon, trekker forbindelsesstang 42, førestaver 44 og bevegelig deksel 32 i retning pilen "A" og beholder 8 er deretter i en lukket/forseglet posisjon.

Etter fylling av deteksjonsbeholder 8 med en frisk prøve spillvann skiftes den metabolske aktiviteten til prøven fra en aerob til en anoksisk til anaerob tilstand etter som tiden går. Tidsintervallene hvorved prøven oppholder seg i forskjellige tilstander, så som aerob, anoksisk og anaerobe tilstander, og forandringer i fluorescens og oppløst oksygenkonsentrasjon som tilsvarer forandringer i metabolsk aktivitet, kan bli detektert av probe 10 avhengig av om det er en oppløst oksygenprobe eller en fluorescensprobe, registrert og analysert av datamaskin 13. Anvendelse av datamaskin 13 muliggjør reell-tid, on-line registrering av den biologiske aktiviteten i deteksjonsbeholder 8. Vurdering av informasjonen oppnådd i foreliggende oppfinnelsen avhenger av dets spesifikke applikasjon og installasjonsbeliggenhet i WWTP. Konstruksjon av apparaturen kan bli modifisert for å oppfylle de spesifikke kravene for anlegg for behandling av spillvann og beliggenheten. Ved fullføring av prøveanalyser aktuerer sentralkontrollinnretningen solenoide frekkere 38 som muliggjør nedover bevegelse av bevegelig deksel 32 i retning pil "B". Dette åpner deteksjonsbeholder 8 på ny for ytterligere spyling og opptak av en ny prøve.

Som vist i fig. 3 blir bevegelig deksel 32 og drivinnretning 48 drevet av samme rever-sible lav RPM motor 53 som koaksialt forbinder indre stang 56 og ytre stang 55. Den koaksiale sammenstillingen blir beskyttet av rustfri stålrør 54. Når det er ønskelig å ta prøve av en porsjon spillvann blir et kontrollsignal sendt til motor 53 som forandrer rotasjonsretning med denne kommandoen. Beveglig deksel 32 blir dyttet i retning pil "B" av indre stang 56 drevet av en ACME stang 57 koblet til motor 53. Ved åpnings-posisjonen tvinger rotasjon av drivinnretning 48 et skift av spillvann mellom innsiden og utsiden av deteksjonsbeholder 8 og deteksjonsbeholder 8 blir fylt med en frisk prøve spillvann. Etter en gitt tidsperiode, for eksempel 30 sekunder, blir motor 53 program-mert for å reversere rotasjonsretningen og bevegelig deksel 32 blir trukket i retning av pil "A" helt til deteksjonsbeholder 8 er fullstendig lukket eller forseglet.

Prøve av friskt spillvann blir analysert på samme måte som beskrevet med hensyn til fig. 2. Etter fullført prøveanalysering reverserer sentralkontrollinnretningen retningen til motor 53 som trekker det bevegelige dekselet 32 igjen til den åpne posisjonen for ytterligere spyling og opptak av en ny prøve.

Fig. 4 viser en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen hvor deteksjonsbeholder 8 har en deteksjonsprobe 10A med en deteksjonsende 50A. Deteksjonsprobe 10A er en opp-løst oksygenprobe. Deteksjonsbeholder 8 har også en deteksjonsprobe 10B med en deteksjonsende 50B. Deteksjonsprobe 10B er en fluorescensprobe.

Drivinnretning 48 er beliggende inne i deteksjonsbeholder 8. Deksel 32 er i en lukket posisjon som dekker åpning 66 (som vist i figurene 3 og 5). En luftdiffunderingsinnretning 103 er beliggende på innsiden av beholder 8 og er koblet til en luft eller oksy-genkilde.

Drivinnretning 48 er koblet til motorbeholder 100 av en serie koaksiale rør 102,104 og 106. En mutter 108 og en trustlagerhylse 112 er innbefattet i og koblet til midtre rør 104. Ytre rør 102 er koblet til fundament 101. Mutter 108 er aksealt flyttbar langs gjenget stav 110 til enten åpen eller lukket deksel 32 avhengig av motorretning til motor 116. Mutter 108 beveges aksealt bare dersom indusert drag på midtre rør 104 overskri-der en mengde torsjon nødvendig for at mutter 108 blir dreid på gjenget stav 110. Dette trekket kan bli indusert av drivinnretning 48 koblet til midtre rør 104 og/eller en hvilken som helst bøssing eller annen del i kontakt med midtre rør 104. Trustlagerhylse 112 holder laget 114 som bærer aksealt trykk på sentralrør 106 når deksel 32 er lukket. Laget 114 muliggjør at midtre rør 104 roterer uavhengig av sentralrør 106 og overfører akseal bevegelse av midtre rør 104 til sentralrør 106. Utsiderør 102 understøtter både motorbeholder 100 og beholder 8 mens de indre delene blir beskyttet. Beholder 8 er vesentlig forseglet til utsiderør 102 og når deksel 32 blir skjøvet mot beholder 8 blir området inne i beholder 8 forseglet.

Når motor 116 roterer i en retning beveges mutter 108 bort fra motoren og dytter deksel 32 opp. Når mutter 108 når stopp 118 beveges mutter 108 ikke lenger aksealt og dette forårsaker at midtre rør 104 er i samsvar med motorhastigheten. Beholder 8 er deretter i en åpen tilstand og drivinnretning 48 induserer en utveksling av fluid mellom innsiden og utsiden av beholder 8, som vist i fig. 5.

Når motor 116 og gjenget stav 110 roterer i motsatt retning beveges mutter 108 mot motoren og trekker deksel 32 til lukning. Når beholder 8 er lukket blir akseal bevegelse av mutter 108 forhindret av stramming på mutter 108. Dette forårsaker at midtre rør 104 roterer ved samme hastighet som motor 116 og en gjenget stav 110. Beholder 8 er deretter i en lukket posisjon slik at fluid blir tilbakeholdt inne i beholder 8 med konstant blanding av drivinnretning 48, som vist i flg. 4.

Fig. 6 viser en splittegning av forskjellige drivkomponenter vist i figurene 4 og 5.

Gjenget stav 110 er festet til reversibel motor 116 og forhindret fra akseal bevegelse. Dette induserer lineær bevegelse i midtre rør 104 bare når midtre rør 104 yter en rota-sjonsmotstand som er høyere enn torsjonen nødvendig for å bevege mutter 108 langs gjenget stav 110. Rotasjonshastigheten til midtre rør 104 må tilsvare rotasjonshastigheten til motoren når midtre rør 104 blir forhindret fra bevegelse aksealt. Dette oppstår når beholder 8 er lukket eller når mutter 108 når lavere stopp 118.

Midtre rør 104 beveges langs dets langsgående akse for å åpne og lukke beholder 8. Det roteres i en retning når åpen og i motsatt retning når lukket. Et stopp kommer i kontakt med gjenget stav 110 og forhindrer at mutter 108 beveges utover lengden til gjenget stav 110. Ytre rør 102 virker som beskyttende trekk og er i kompresjon når deksel 32 er lukket. Sentralrør 106 er koblet til deksel 32. Det roteres uavhengig av midtre rør 104, men beveges aksealt med midtre rør 104. Trustlagerhylsen 112 holder laget 114 og er koblet til midtrør 104. Det muliggjør at midtre rør 104 roterer uavhengig av sentralrør 106 og overfører akseal bevegelse fra midtre rør 104 til sentralrør 106. Laget 114 tar akseal spenning av sentralrør 106 og muliggjør at midtre 104 roterer uavhengig av sentralrør 106.

Apparatur for registrering av biologisk aktivitet kan bli anvendt i alle stadiene av en WWTP eller en hvilken som helst kombinasjon derav. Innkorporering av apparaturen til en vanlig WWTP er vist skjematisk i fig. 7. Generell applikasjon og anvendelse av apparaturen vist i fig. 1-6 i anaerob, anoksisk og/eller aerobe stadier til et vanlig anlegg for behandling av spillvann vil nå bli beskrevet.

1. Anvendelse i anaerobt stadium

Driftsprofilen til apparaturen som registrerer biologisk aktivitet når installert i det anaerobe stadiet til en WWTP er illustrert i fig. 8. Betegnelsen NFU, som vist i fig. 8 og som anvendt nedenfor, representerer en normalisert eller realtiv mengde eller nivå av NADH fluorescens. Tre parametere, ANFU}, ANFU2 og Atj blir analysert for vurder-ingen av den biologiske aktiviteten til mikroorganismene. ANFU representerer den totale økningen i NADH konsentrasjon; A NFUi representerer første trinn økning av NADH konsentrasjonen; A NFU2 representerer andre trinn økning av NADH konsentrasjonen; og At\ representerer tidsperioden av anoksisk del i løpet av det anarobe stadiet av WWTP. Total forandring i NADH konsentrasjonen gjennom aerobe, anoksiske og anaerobe stadier til den blandede væsken fra det anaerobe stadiet av behandlingen kan bli uttrykt ifølge ligningen:

ANFU er proporsjonal med total biomasse konsentrasjon i prøven. Til tross for at den absolutte verdien til biomassekonsentrasjonen ikke kan bli bestemt ut fra en enkelt måling, er det mulig å nøyaktig og pålitelig vurdere populasjomfordelingen av denitrifiserende og ikke-denitrifiserende mikroorganismer ifølge metoder kjent innenfor fagområdet. Når konsentrasjonen av oppløst oksygen i prøven reduseres til under den kritiske verdi og til slutt blir tappet skifter de mikroorganismene som ikke kan anvende nitrat og/eller nitrit som elektronakseptorer til et anaerobt stadium som skifter den blandede væsken fra anaerobt til en anaerob tilstand. Dette tilsvarer den første økningen av biologisk aktivitet, ANFU^. De fleste mikroorganismene som ikke kan utføre denitrifisering er autotrofe nitrifiserende organismer, så som Nitrosomonas og Nitrobacter.

Verdien av ANFUj/ANFU er følgelig proporsjonal med prosentandel nitrifiserende

organismer i den totale biomassepopulasjonen. De mikroorganismene som har evne til å utføre denitrifikasjon konsumerer all nitrat i prøven før den går inn i en anaerob tilstand.

Det andre trinnet øker i NADH, ANFU2 fr& prøven tilsvarer et skift i prøven fra et anoksisk til et anaerobt stadium. Verdien av ANFU2/ANFU er følgelig proporsjonal med

prosentandel denitrifiserende organismer i den totale biomassepopulasjonen.

En mulig applikasjon av apparaturen som registrerer biologisk aktivitet i det anaerobe stadiet av en WWTP er å bestemme effektiviteten til fjerning av NH3. Når verdien av A NFUi/ANFU er under en forutbestemt verdi er populasjonen av nitrifiserende organismer i bioreaktortanken lavere enn den nødvendige mengden for riktig fjerning av NH3. Forandring av driftsparametere, så som økning av hydraulisk retensjonstid eller økning av RAS strømningsraten er for eksempel til hjelp for å modifisere prosessen for å gjøre WWTP mere effektivt. Dersom endring av returnert aktivert slam (RAS) strømningsrate parametere blir tilpasset bør den fortsette helt til verdien av ANFUj når et settpunkt slik at populasjonen av nitrifiserende organismer er stor nok for å opprettholde tilstrekkelig nitrifikasjonsrate.

2. Anvendelse i det anoksiske stadiet

Driftsprofilen til biologisk aktivitetregistreringsapparatur når anvendt i det anoksiske stadiet av en WWTP er illustrert i fig. 9. To parametere, ANFU3, som representerer forandring i biologisk aktivitet, spesifikt NADH fluorescens, i løpet av shift av anoksisk til anaerob tilstand til prøven, og At2, som representerer tidslengden i minutter av ana-oksisk tilstand til prøven, er nyttig for registrering og kontrollering av det anoksiske stadiet til WWTP.

Verdien av At2 er målt som tidsperioden fra oppfanging av prøven i detektorbeholder 8 til denitriifkasjonen er fullført. Verdien av At2 kan bli anvendt for å vurdere om den hydrauliske retensjonstiden i hele det anoksiske stadiet, t(jen, er langtnok for at deni-trifikasjons prosessen er fullført. Ideell tid er t^ en = At2- For å oppnå denne ideelle deni-trifikasjonstiden kan indre recykliseirngsrate bli tilsvarende justert.

3. Anvendelse i det oksiske stadiet

En driftsprofil for anvendelse av apparaturen i slutten av det oksiske stadiet til en WWTP er illustrert i fig. 10. På grunn av at degradering av forurensende midler nesten er fullført er BOD konsentrasjonen meget lav og forandring i konsentrasjonen til biologisk aktivitet som tilsvarer det metabolske skiftet til den oppfangede prøven fra et anaerobt til et anoksisk stadium er meget liten, men til tross for dette detekterbar.

En av applikasjonene ifølge oppfinnelsen i det oksiske stadiet virker som et NH3 meter. Dette aspektet drives fortrinnsvis som følger: to sett av registreringsapparatur (ikke vist) kan bli anvendt i samme beliggenheten i bioreaktor tank 2 (som vist i fig. 1). Begge deteksjonsbeholdere 8 (eller en deteksjonsbeholder 8 dersom både en D.O. og fluores-censproben blir anvendt sammen som vist i fig. 4 og 5) blir fylt med blandede væske-prøver på samme tid. I første beholder representerer At3, som vist i fig. 10, tidspunkt fra oppfanging av prøven til begynnelsen av oksisk tilstand til prøven registrert av computer 13.1 den andre beholderen blir øyeblikkelig etter at beholderen er fylt med blandet væske, en viss mengde NH3 tilsatt slik at NH3 konsentrasjonsforandringen i deteksjonsbeholder 8 er kjent, for eksempel 0.5 ppm, fra tilførselsinnretning 52, som vist i fig. 1. Tiden At4, fra oppfanging av prøven i beholder 8 til begynnelsen av det anoksiske stadiet til spillvannet i deteksjonsbeholder 8 blir deretter registrert.

For å bestemme NH3 konsentrasjonen antas det at forbruk av oppløst oksygen (D.O.) og slutten av det oksiske stadiet for det meste er forårsaket av nitrifikasjonsprosessen. En typisk driftsprofil for konsumering av oppløst oksygen i løpet av det oksiske stadiet er illustrert i fig. 11. Eksperimentelle resultater som er utført indikerer at oksygen kon-sumpsjonsraten til den blandede væsken ble meget lite forandret når acetat og glukose (5 ppm) ble tilsatt til systemet med tilførselsinnretning 52, mens betydelig forandring ble observert når 0.1 ppm NH3 ble tilsatt til systemet.

Konsentrasjonen av NH3 i oksisk stadie av WWTP er uttrykt som:

når (NH3)i er ammoniakk konsentrasjon i vannfasen i slutten av det oksiske stadiet er ANH3 kjent mengde ammonium tilsatt og til andre deteksjonsbeholder. Foreliggende

oppfinnelse kan bli anvendt i det oksisk stadiet av en WWTP for nøyaktig å registrere NH3 konsentrasjonen i bioreaktortanken. Forskjellige systemparametere, så som retensjonstid, kan deretter bli endret for å forsterke nitrifikasjonsprosessen og om nødvendig øke effektiviteten til systemet for behandling av spillvann.

Anvendelse av apparaturen med en D.O. probe 10 i det oksiske stadiet i et anlegg for behandling av spillvann er beskrevet som følger. Når prøvebeholder 8 blir fylt med ferskt spillvann (blandet væske), blir konsentrasjonen av oppløst oksygen målt av D.O. proben. Avhengig av opprinnelig D.O. konsentrasjon kan luft bli tilført til prøvebe-holder 8 gjennom en luftdiffunderingsinnretning 103 innstallert inne i beholder 8 for å øke D.O. konsentrasjonen høyere enn en forinnstilt verdi.

Når utluftningen er avslått reduseres konsentrasjon av D.O. på grunn av biologisk oksygen konsumpsjonen av spillvannet (blandet væske). Innenfor en tidsperiode At kan re-duksjonen i konsentrasjon av oppløst oksygen bli uttrykt som AD.O. Den biologiske oksygenkonsumpsjonsraten (BOCR) blir målt som

På grunn av kjennskap til biologisk oksygen konsumpsjonsrate (BOCR), gram(liter-time)"<l>, og den opprinnelige konsentrasjonen til oppløst oksygen, Cj, gram.literl i prøvebeholder 8, som også er konsentrasjonen av D.O. i tanken for behandling av spillvann når prøven blir tatt inn, kan oksygen overføringskoeffisienten K\a bli be-regnet som

hvor C<*> er metningskonsentrasjonen av oksygen i spillvannet ved gjeldende temperatur og lufttrykk. For en gitt innretning for behandling av spillvann blir oksygenoverførings-koeffisienten Kja bestemt ved utluftningsmetoden i utluftningstanken, for eksempel "fine bubble" diffunderingsinnretning eller mekanisk overflate aerator, samt luftstrøm-ningsraten, Qajj-. Ved kjennskap til nødvendig K-verdi muliggjøres at luftstrømnings-raten Qau- blir nøyaktig kontrollert.

Når konsentrasjonen av oppløst oksygen reduseres under en kritisk verdi når spillvannet (blandet væske) en anaerob tilstand, eller anoksisk tilstand dersom nitrat og/eller nitrit er tilstede. Overgangspunktet kan bli detektert ved både en NADH probe og en D.O. probe. Totaltid fra aereringen er slutt til overgangspunktet blir registrert som biologisk oksygenkonsumpsjonstid (BOCT). For en gitt D.O. konsentrasjon og spillvann (blandet væske) er den biologiske oksygenkonsumpsjonstiden avhengig av næringsstoffer som er igjen i spillvannet. En mindre mengde av næringsstoffer i spillvannet resulterer i mindre D.O. som blir konsumert av spillvannet (blandet væske), som resulterer i lang biologisk oksygen konsumpsjonstid. BOCT angir grad av fjerning av næringsstoffer i spillvann og kan bli anvendt for å undersøke effektiviteten til behandlingsprosessen.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan informasjon om biomassesammensetning, effektivitet til denitrifikasjon, nitrifikasjon og BOD fjerningsprosesser og NH3 konsentrasjon i det oksiske stadiet til en WWTP ble oppnådd. Denne informasjonen kan bli registrert og analysert av computer 13 som vurderer den biologiske aktiviteten i anaerobe, anoksiske og aerobe stadier av en WWTP og kan endre systemparameterene slik at RAS strømningsraten, oksygentilførselsraten, indre resirkuleringsrate eller hydraulisk resistenstid eller lignende maksimaliserer effektiviteten til WWTP i respons til forbigående tilstander eller normal drift.

Oppfinnelsen er blitt illustrert ved anvendelse av spesifikke utførelsesformer derav, men mange forskjellige ekvivalenter kan bli erstattet med de spesfikke elementene og trinne-ne som er vist og beskrevet. For eksempel kan foreliggende oppfinnelse bli anvendt for å registrere forskjellige parametere av de individuelle aerobe, anoksiske og anaerobe stadiene til et anlegg for behandlig av spillvann individuelt, eller oppfinnelsen kan bli anvendt for å registrere og kontrollere hele WWTP operasjonen for maksimalisering av effektiviteten. I tillegg kan individuelle komponenter ifølge oppfinnelsen anvende ekvi-valente substitusjoner. For eksempel kan prøven i deteksjonsbeholder 8 bli jevn sus-pendert ved anvendelse av et hvilket som helst middel for kontrollerbar agitasjon. Registreringssystemet kan bestå av en PC med anvendbart software eller individuelle elek-troniske innretninger som blir analyser separat, og dette er kjent innenfor fagområdet. Det er å bemerke at til tross for at det er blitt pekt på måling av NADH fluorescens for å bestemme mengden eller konsentrasjonen av NADH så utgjør dette bare den foretrukne måten hvorved NADH mengden eller konsentrasjonen blir bestemt. Andre midler og metoder for å oppnå dette hører inn under foreliggende oppfinnelse. For eksempel kan NADH kvantitet eller konsentrasjon bli bestemt ved anvendelse av biokjemiske analyser, som de som er sensitive overfor NADH. Slike analyser er kjent innenfor fagområdet og anvender vanligvis enzymer og substratkomponenter for å assistere analysen. Ytterligere andre metoder som er kjent og som ikke enda er utviklet kan bli anvendt dersom de har evne til å bestemme tilstedeværelse av NADH. Det er også å bemerke at til tross for at det er blitt pekt på måling av oppløst oksygen med en "probe" for å bestemme mengden eller konsentrasjonen av oksygen så utgjør dette bare en foretrukket metode hvorved oksygenmengden eller konsentrasjonen blir bestemt.

Claims

1. Apparatur for in situ registrering og kontrollering av biologisk aktivitet i en fremgangsmåte for behandling av spillvann, karakterisert ved at den omfatter: en spillvannprøvebeholder nedsenket i en tilførsel av spillvann som gjennomgår behandling, prøvebeholderen (8) har en åpning (6) for spillvann (2); et deksel (32) plassert for å åpne og lukke nevnte åpning (66); en spillvannsfordeler beliggende inne i prøvebeholderen (8); en probe (10) som har en deteksjonsende beliggende i det indre av prøvebe- holderen (8); en biologisk aktivitetanalysator koblet til nevnte probe (10) og en prosesskon- trolleringsinnretning koblet til 1) nevnte analysator og nevnte deksel (32) for å innføre og fjerne prøver fra nevnte beholder (8) ved valgte tidsintervaller og 2) en eller flere prosessparameterkontrollinnretninger.

2. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte fremgangsmåte parameter kontrollinnretninger kontrollerer parametere valgt fra gruppen bestående av innførselsrate til primært innløp, innførselsrate il returnert aktivert slam, rate til denitrifikasjonsresirkuleringen, type og kvalitet av mikroorganismer, antall og beliggenhet av anaerobe, anoksiske og aerobe stadier, residens tider i nevnte anaerobe, anoksiske og aerobe stadier, næringstype og introduksjonsrate, luft eller oksygenrenhet og introduksjonsrate, pH og temperatur.

3. Apparatur ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte probe (10) er en oppløst oksygendeteksjonsprobe.

4. Apparatur ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte analysator analyserer innhold av oppløst oksygen i prøvene i beholderen.

5. Apparatur ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte probe (10) omfatter: en bestrålningskilde beliggende relativt til nevnte beholder for å bestråle spillvann i nevnte beholder (8) med bestrålning med valgt bølgelengde; en detektor beliggende relativt til spillvann i nevnte beholder (8) for å detektere forandringer i fluorescens avgitt av NADH i mikroorganismer i spillvann i nevnte beholder i respons til nevnte bestrålning; og en NADH analysator koblet til nevnte detektor og nevnte kontrollinnretning.

6. Apparatur ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en prøveagitator koblet til nevnte beholder.

7. Fremgangsmåte for registrering av biologisk aktivitet i en prosess for behandling av spillvann, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: isolering av prøver av spillvann, in situ, fra spillvann i nevnte prosess for behandling av spillvann; detektering av forandringer i NADH fra mikroorganismer innbefattet i nevnte isolerte prøver forårsaket ved skift i biologisk aktivitet til nevnte mikroorganismer; og analysering av forandring i NADH for å bestemme status til valgte prøvekarak- tertrekk.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at nevnte prøve karaktertrekk blir valgt fra gruppen bestående av biomassemengde, biomassesammensetning, denitrifikasjonseffektivitet, nitrifikasjon, NH3-konsentrasjon, biologisk oksygen etterspørsel og tilførsel av oksygen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den videre omfatter trinnet med returnering av nevnte prøver til nevnte prosess for behandling av spillvann.