廢水處理過程監測應用 | 紫外-可見分光光度傳感器
更新時間：2025-10-28 瀏覽次數：255
廢水過程監測對于水資源回收設施（WRRF）的有效管理至關重要。實驗室對人工采樣或混合樣品的測量是合規監測的主要方法。然而，過程監測越來越多地通過在線分析儀表來完成。連續監測給決策制定提供關鍵信息，并減輕操作人員每天多頻采樣和測量過程參數的負擔，使污水處理廠能夠最大限度地減少化學品和能源投入，并避免工藝異常。在過去十年中，傳感器技術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在可用于直接測量重要參數，無需使用需要經常補充的昂貴試劑。
廢水處理過程監測中基于分光光度法的傳感器如何正確的選擇、調試、維護、操作和應用？廢水中的許多重要物質，包括硝酸鹽、亞硝酸鹽和有機碳參數，都可以基于紫外和可見光（UV-Vis）的吸收來測量。作為賽萊默旗下品牌WTW IQ SensorNet過程監測系統一部分的紫外-可見光傳感器為示例，概述其測量原理、設計和操作。
廢水處理監測
廢水處理監測對于驗證每個工藝階段后的出水水質和評估處理效率至關重要。市政水資源回收設施主要采用活性污泥處理技術。活性污泥是一種生物過程，通過將有機碳轉化為二氧化碳（CO?），如果進行了脫氮改造，則將氨氮轉化為氮氣（N?）來去除溶解和顆粒污染物。
BOD和COD是許多不同物質的綜合參數，單獨測定需要大量的分析工作。BOD和COD是衡量樣品中有機碳氧化所需氧氣量的指標。測量單位為mg O?/L。就BOD而言，反應由細菌催化。除了由于長時間（5天）培養所需的精確條件而將測試限制在實驗室之外，該方法對技術非常敏感，因此精密度可能存在問題。COD方法是更劇烈的化學氧化，幾乎所有的有機碳都被氧化。它比BOD更快，但由于需要樣品采集、樣品制備設備和試劑補充，在在線分析儀中實施成本很高。總有機碳（TOC）使用較少，但作為工藝控制中BOD的補充甚至替代，正越來越受歡迎。TOC方法是對樣品中有機碳的直接測量，測量單位為mg C/L。TOC測量比BOD或COD更快、更簡單，并且不需要像COD方法那樣使用汞。TOC測量也可能更精確，尤其是對于有機含量極低的樣品，如高級水資源回收設施的出水。
廢水中氮的充分去除變得越來越重要。氮是支持包括藻類在內的生物生長的關鍵常規營養素。在營養豐富的水域中，藻類的生長和死亡會加速，導致缺氧，這是一種不適合魚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養物來源。因此，對所有氮種類的監測和控制具有極大的意義。未經處理的廢水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽通常可以忽略不計。因此，處理后的廢水中出現的二者的任何一種都是生物硝化作用的結果，硝化作用將廢水中的氨轉化為硝酸鹽。和高效的硝化作用可實現最大硝酸鹽濃度。亞硝酸鹽和硝酸鹽的總和（統稱為NOx）通過另一種稱為反硝化作用的生物反應轉化為氮氣并從廢水中去除。如果反硝化作用發生在曝氣池中，這對水資源回收設施來說是一件好事，因為它將減少處理后出水中的總氮（TN），并減少所需的能量強度，因為該反應無需輸入氧氣即可實現。然而，如果反硝化作用發生在最終沉淀池的污泥層中，這將是一件壞事。產生的氮氣氣泡會使固體上浮，干擾污泥回流的控制，并在固體溢出堰時增加處理后出水中的總懸浮固體（TSS）和BOD，可能導致違反排放限值。
硝化或反硝化過程中的限制可能導致亞硝酸鹽積累，甚至更多的合規問題。有氯消毒的設施會立即注意到氯需求的增加，因為1 mg/L的亞硝酸鹽氮會消耗5 mg/L的氯。未能跟上氯投加量會導致消毒不足和處理后出水中細菌水平增加。其他影響可能更微妙，但同樣存在問題。亞硝酸鹽對水生生物毒性很大，比硝酸鹽毒性更大。1 mg/L或更高的亞硝酸鹽氮可能導致整個出水毒性（WET）測試失敗。亞硝酸鹽氮水平升高的影響還不止于此。奇怪的是，產生和消耗亞硝酸鹽的細菌（統稱為硝化細菌）對亞硝酸鹽敏感，這會形成一個毀滅性的反饋循環，其中一個小的干擾可能導致硝化作用死亡螺旋和工藝異常，導致長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。對亞硝酸鹽短程脫氮的理解和發展推動了創新工藝的發展，這些工藝有意通過亞硝酸鹽縮短脫氮過程，從而降低能源和化學成本。
氮的形態可以通過許多不同的方法測量，包括離子色譜法、比色法和電位法。色譜法非常精確，但僅限于實驗室應用。比色法也能提供高質量的測量，但需要用于采樣和樣品制備的輔助設備，并且需要補充試劑。
