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廢水處理過(guò)程監(jiān)測(cè)應(yīng)用 | 紫外-可見(jiàn)分光光度傳感器
發(fā)布日期：
2025-09-02
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廢水過(guò)程監(jiān)測(cè)對(duì)于水資源回收設(shè)施（WRRF）的有效管理至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)室對(duì)人工采樣或混合樣品的測(cè)量是合規(guī)監(jiān)測(cè)的主要方法。然而，過(guò)程監(jiān)測(cè)越來(lái)越多地通過(guò)在線分析儀表來(lái)完成。連續(xù)監(jiān)測(cè)給決策制定提供關(guān)鍵信息，并減輕操作人員每天多頻采樣和測(cè)量過(guò)程參數(shù)的負(fù)擔(dān)，使污水處理廠能夠最大限度地減少化學(xué)品和能源投入，并避免工藝異常。在過(guò)去十年中，傳感器技術(shù)的選擇和可靠性已大幅提高。例如，基于分光光度法的傳感器現(xiàn)在可用于直接測(cè)量重要參數(shù)，無(wú)需使用需要經(jīng)常補(bǔ)充的昂貴試劑。
廢水處理過(guò)程監(jiān)測(cè)中基于分光光度法的傳感器如何正確的選擇、調(diào)試、維護(hù)、操作和應(yīng)用？廢水中的許多重要物質(zhì)，包括硝酸鹽、亞硝酸鹽和有機(jī)碳參數(shù)，都可以基于紫外和可見(jiàn)光（UV-Vis）的吸收來(lái)測(cè)量。作為賽萊默旗下品牌WTW IQ SensorNet過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一部分的紫外-可見(jiàn)光傳感器為示例，概述其測(cè)量原理、設(shè)計(jì)和操作。
廢水處理監(jiān)測(cè)對(duì)于驗(yàn)證每個(gè)工藝階段后的出水水質(zhì)和評(píng)估處理效率至關(guān)重要。市政水資源回收設(shè)施主要采用活性污泥處理技術(shù)。活性污泥是一種生物過(guò)程，通過(guò)將有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳（CO?），如果進(jìn)行了脫氮改造，則將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓∟?）來(lái)去除溶解和顆粒污染物。
BOD和COD是許多不同物質(zhì)的綜合參數(shù)，單獨(dú)測(cè)定需要大量的分析工作。BOD和COD是衡量樣品中有機(jī)碳氧化所需氧氣量的指標(biāo)。測(cè)量單位為mg O?/L。就BOD而言，反應(yīng)由細(xì)菌催化。除了由于長(zhǎng)時(shí)間（5天）培養(yǎng)所需的精確條件而將測(cè)試限制在實(shí)驗(yàn)室之外，該方法對(duì)技術(shù)非常敏感，因此精密度可能存在問(wèn)題。COD方法是更劇烈的化學(xué)氧化，幾乎所有的有機(jī)碳都被氧化。它比BOD更快，但由于需要樣品采集、樣品制備設(shè)備和試劑補(bǔ)充，在在線分析儀中實(shí)施成本很高。總有機(jī)碳（TOC）使用較少，但作為工藝控制中BOD的補(bǔ)充甚至替代，正越來(lái)越受歡迎。TOC方法是對(duì)樣品中有機(jī)碳的直接測(cè)量，測(cè)量單位為mg C/L。TOC測(cè)量比BOD或COD更快、更簡(jiǎn)單，并且不需要像COD方法那樣使用汞。TOC測(cè)量也可能更精確，尤其是對(duì)于有機(jī)含量極低的樣品，如高級(jí)水資源回收設(shè)施的出水。
廢水中氮的充分去除變得越來(lái)越重要。氮是支持包括藻類在內(nèi)的生物生長(zhǎng)的關(guān)鍵常規(guī)營(yíng)養(yǎng)素。在營(yíng)養(yǎng)豐富的水域中，藻類的生長(zhǎng)和死亡會(huì)加速，導(dǎo)致缺氧，這是一種不適合魚(yú)類和其他水生生物的低氧條件。處理后的廢水是某些流域的重要營(yíng)養(yǎng)物來(lái)源。因此，對(duì)所有氮種類的監(jiān)測(cè)和控制具有極大的意義。未經(jīng)處理的廢水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽通常可以忽略不計(jì)。因此，處理后的廢水中出現(xiàn)的二者的任何一種都是生物硝化作用的結(jié)果，如圖1所示，硝化作用將廢水中的氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。完全和高效的硝化作用可實(shí)現(xiàn)最大硝酸鹽濃度。亞硝酸鹽和硝酸鹽的總和（統(tǒng)稱為NOx）通過(guò)另一種稱為反硝化作用的生物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氮?dú)獠膹U水中去除（圖1）。如果反硝化作用發(fā)生在曝氣池中，這對(duì)水資源回收設(shè)施來(lái)說(shuō)是一件好事，因?yàn)樗鼘p少處理后出水中的總氮（TN），并減少所需的能量強(qiáng)度，因?yàn)樵摲磻?yīng)無(wú)需輸入氧氣即可實(shí)現(xiàn)。然而，如果反硝化作用發(fā)生在最終沉淀池的污泥層中，這將是一件壞事。產(chǎn)生的氮?dú)鈿馀輹?huì)使固體上浮，干擾污泥回流的控制，并在固體溢出堰時(shí)增加處理后出水中的總懸浮固體（TSS）和BOD，可能導(dǎo)致違反排放限值。
硝化或反硝化過(guò)程中的限制可能導(dǎo)致亞硝酸鹽積累，甚至更多的合規(guī)問(wèn)題。有氯消毒的設(shè)施會(huì)立即注意到氯需求的增加，因?yàn)? mg/L的亞硝酸鹽氮會(huì)消耗5 mg/L的氯。未能跟上氯投加量會(huì)導(dǎo)致消毒不足和處理后出水中細(xì)菌水平增加。其他影響可能更微妙，但同樣存在問(wèn)題。亞硝酸鹽對(duì)水生生物毒性很大，比硝酸鹽毒性更大。1 mg/L或更高的亞硝酸鹽氮可能導(dǎo)致整個(gè)出水毒性（WET）測(cè)試失敗。亞硝酸鹽氮水平升高的影響還不止于此。奇怪的是，產(chǎn)生和消耗亞硝酸鹽的細(xì)菌（統(tǒng)稱為硝化細(xì)菌）對(duì)亞硝酸鹽敏感，這會(huì)形成一個(gè)毀滅性的反饋循環(huán)，其中一個(gè)小的干擾可能導(dǎo)致硝化作用死亡螺旋和工藝異常，導(dǎo)致長(zhǎng)期不符合出水氨氮限值。另一方面，亞硝酸鹽積累可用于提高廢水處理效率。對(duì)亞硝酸鹽短程脫氮的理解和發(fā)展推動(dòng)了創(chuàng)新工藝的發(fā)展，這些工藝有意通過(guò)亞硝酸鹽縮短脫氮過(guò)程，從而降低能源和化學(xué)成本，如圖2和圖3所示。
氮的形態(tài)可以通過(guò)許多不同的方法測(cè)量，包括離子色譜法、比色法和電位法。色譜法非常精確，但僅限于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。比色法也能提供高質(zhì)量的測(cè)量，但需要用于采樣和樣品制備的輔助設(shè)備，并且需要補(bǔ)充試劑。
