监测流体中生物活性的方法

专利名称：监测流体中生物活性的方法
技术领域：
本发明涉及微生物代谢有机和无机基质过程中重要代谢转变点的监测法，和微生物处理程序的控制法。
微生物在代谢有机和无机基质的过程中，可使例如pH、耗氧率等可测定参数变化。
以硝化作用为主的微生物培养物中，当铵离子(NH4+)消耗至代谢标准以下，硝化过程产生的氢离子(H+)会大幅降低。因此，溶液中氢离子活性(即pH)也随之改变。
类似地，与基质含量低于某些代谢标准的情况相比，容易得到大量多种外部有机基质的情况中，微生物培养物的耗氧率较高。这两种情况中，可测得的pH变化率(本文中有时称为“pH产生率”或“pHPR”)和耗氧率(本文中有时称为“生物耗氧率”或“BOCR”)，随时间直接受到基质代谢率的影响。因此，假设基质中pH和耗氧率的变化仅由微生物代谢活性所造成，理论上可以pHPR和BOCR做为微生物处理程序中重要代谢转变点的指标。pHPR的定义为d(pH)/dt或-Δ(pH)/Δt；BOCR的定义为d(DO)/dt，或-Δ(DO)/Δt。当pH和/或DO的斜率为负时，pHPR和/或BOCR的值为正。
本发明的方法包括自流体供给器中分出流体试样(例如净化处理中的废水)。测定流体试样的pH，计算pHPR并分析，以迅速测定重要代谢转变点的发生。经分析可知，需要何种控制步骤，何时进行该控制步骤以使监测流体供给器的处理具最大效率。
附

图1为Michaelis-Menten反应动力学理论的图示。
附图2为微生物处理过程中，混合液样的耗氧率(BOCR)和pH变化率(pHPR)随时间对铵(NH4+)浓度和有机碳源(总称为BOD；生化需氧量)的理论变化情形。
附图3为微生物处理过程中，混合液样的耗氧率(BOCR)和pH变化率(pHPR)随时间对铵(NH4+)浓度和有机碳源(总称为BOD；生化需氧量)的理论变化情形。
附图4为生物反应槽中，根据本发明用于自流体供给器中取样并监测的装置的一种实施方案的正截面图。
附图5为曝气结束至开始曝气时，其间氧气变化率和BOCR(以每分钟氧气饱和度的变化百分比表示)的关系。
附图6为曝气结束至开始曝气时，其间pH变化和pHPR(以氨浓度变化时，每分钟pH变化量表示)的关系。
附图7为当COD(化学需氧量)不是代谢限制因素时，pHPR(以每分钟pH变化量表示)与氨浓度的关系。
附图8为当COD不是代谢限制因素时，BOCR(以每分钟氧气饱和度的变化百分比表示)与氨浓度的关系。
附图9不同氨浓度和COD时，pHPR(以每分钟pH变化量表示)的变化情形。
附图10为不同氨浓度和COD时，pHPR(以每分钟pH变化量表示)、BOCR(以每分钟氧气饱和度的变化百分比表示)、氨浓度和COD的关系。
附图11为连续曝气时，DO和pH随时间变化的关系。
附图12为pH、NH3-N浓度和d(pH)/dt随时间的关系。
附图13为DO和d(DO)/dt随时间的关系。
生化反应进行时，其反应速率，部分可由Michaelis-Menten理论(如附图1)说明。该理论中陈述，当基质浓度极低时，生化反应速率极低，随基质浓度增加生化反应速率也增加至一定点，超过此定点，无论基质浓度如何增加，反应速率的增加极低。换句话说，超过此定点，基质浓度再高，反应速度仅会接近而不会达到平顶。此平顶为最高反应速率或Vmax。其为以线性外推法，在基质浓度为2Ks时的反应速率。Ks为代谢反应速率为最高反应速率(Vmax)一半时的基质浓度。
因此，就代谢观点而言，2Ks为基质的重要浓度。当基质浓度超过2Ks时，微生物以最高且接近固定速率代谢基质。基质浓度低于2Ks时，微生物代谢反应速率则随基质浓度变化，并受限于2Ks。因此，在微生物代谢特定无机和有机基质时，直接受其影响和/或与其相关的某些可测定参数的变化，将随特定基质浓度变化而变化。明确地说，当基质浓度等于或大于2Ks时，可测定参数和/或测得的此参数随时间的变化率将相对恒定。当基质浓度降至2Ks以下时，可测定参数和/或测得的此参数随时间的变化率，与基质浓度等于或大于2Ks时，呈显著不同。
在许多生物反应中，希望测知何时特定基质浓度会降至此重要代谢浓度2Ks以下。当特定有机和无机基质浓度改变时，通过监测特定相关可测定参数的变化可得知微生物培养物代谢行为的变化类型。
举例而言，在许多废水净化处理程度中，一个目的是将特定有机和无机基质的浓度降至最低。这些基质，通常包括以BOD(生化需氧量)和/或COD(化学需氧量)表示并检测的有机营养物，和无机铵盐(NH4+)。假设硝化反应和BOD/COD还原反应为最主要的两个反应，当BOD和氨各自被消耗至其2Ks以下时，耗氧率(BOCR)和pH变化率(pHPR)均会显示出其特性变化。
以BOCR和pHPR为控制参数的主要缺点为，连续式废水净化处理时，流体介质中pH和DO的变化与例如营养物(可生物降解的碳、氮、磷化合物等等)浓度、生物量浓度、碱度等多种参数相关。当废水流经处理设施时，这些参数经常改变。由于受到太多未知和变化因子干扰，所以难以建立测定参数与废水净化处理效率的相关性。除非在测定pH和DO时，测知这些干扰参数或将其维持于定值，测定pHPR和BOCR值对废水处理效率无法提供有价值的信息。
使用例如美国专利第5,466,604号(其在本文中列为参考文献)中陈述的生物活性测定装置，可从处理中的废水主体中原位分出废水试样。当然，根据本发明，也可使用其他装置。本文中，所谓“原位”是指任何即时流体试样分离法，无论试样是否存在于流体主体中，例如废水。换句话说，只要大体上可做到“即时”和/或“在线”测定，就可使用实际自流体主体中取出试样的装置。
附图2和3，显示BOCR和pHPR随BOD和氨(NH4+)浓度改变的理论变化，并于下文作说明。附图为自废水主体分出的流体(即废水)与进行生物营养去除(BNR)的微生物混合而成的单一试样，产生的变化情形。对分出试样曝气或不曝气。开始曝气并进行至试样溶氧量高出废水主体的溶氧量一限定值。一旦达到此值，停止曝气，直到试样的溶氧量低于废水主体的溶氧量一限定值时，才再开始曝气。在不进行曝气的阶段，BOCR和pHPR都由下述方法估计和计算BOCR=-(ΔDO)/(Δt)其中ΔDO为在一定时段Δt内，测得溶氧饱和度的变化量，其以百分饱和度表示；及pHPR=-(ΔpH)/(Δt)其中ΔpH为在一定时段Δt内，测得pH的变化量。
如附图2和3的A阶段所示，当NH4+和BOD的浓度各自高于其2Ks值时，由于BOD以最高速率消耗，且强于硝化的耗氧反应，故BOCR在其相对最高值呈常数。因此，pHPR亦在中间处呈常数。这种BOCR/pHPR类型和后文所述的那些，都基于假设1)生物试样中，主要反应为硝化反应和BOD消耗反应，2)氢离子的生成和其活性与硝化反应速率有关，和3)反应不受氧获取量限制。
而后，持续的代谢使NH4+浓度降至其2Ks以下，此时硝化反应速度，氢离子产生速率由最高降至较低速率，其中氨浓度为代谢限制因子。如附图2的B阶段所示，pHPR大幅降至相对低值，BOCR则降至相对中间值，这显示由于硝化反应速度大幅下降所造成的氧气需求与使用量的下降。氨浓度由高于2Ks转至低于2Ks，这在附图2中A和B阶段之间的转变示出。
附图2和3的C阶段，显示当NH4+浓度低于其2Ks且BOD也耗至低于其2Ks时，pHPR极小幅上升，这反映混合生物群体净代谢行为的变化，而BOCR则降至其最低速率，这反映消耗BOD和硝化反应的极低耗氧量，其在附图2中B和C阶段之间的转变示出。
附图3的D阶段，显示当BOD浓度低于其2Ks，但NH4+浓度高于其2Ks时，pHPR上升至最高值，这反映高硝化反应速率；而BOCR则降至中间值，这反映由BOD消耗反应下降所造成的总耗氧量净下降。此时，pHPR呈极大值，是因为无BOD消耗反应的缓冲效应所致。通常，由BOD消耗反应生成的二氧化碳经碳酸系统在试样中形成部分pH缓冲能力。因此，在无BOD消耗反应和其生成的二氧化碳时，pHPR比其他条件下高得多。
基于上例，因BOCR和pHPR为微生物代谢活性的重要相关可测定参数，所以通过监测和比较BOCR和pHPR的趋势和/或水平可得知生物试样的有关信息。明确地说，此例中说明，当1)硝化和BOD去除同时在其最高速率进行时，2)BOD低于其2Ks，进行硝化反应时，3)氨浓度低于其2Ks，进行BOD去除反应时，和4)氨和BOD都低于各自2Ks时，如何进行决策。
直接且连续比较测定的参数BOCR和pHPR，可得知有关废水情况的几个结论。连续监测混合液样时，当pHPR大幅上升且BOCR同时下降，表示BOD已降至其2Ks以下，而氨仍充足。连续监测混合液样时，当BOCR降至中间值且pHPR降至接近零时，表示氨已降至其2Ks以下，而BOD仍充足。连续监测混合液样时，当BOCR降至低值且pHPR也降至低值，表示氨与BOD都已降至其2Ks以下。当BOCR降至低值且pHPR由接近零处小幅上升至稍高的低值，也表示相同情况。
表Ⅰ总结了这些类型，并示出如何由比较可测定参数BOCR与pHPR的相对值与类型并结合附图2和3得到上述有关信息，表Ⅰ
<p>附图4示出用来分出废水试样的一个优选装置的实例。装置11浸于废水槽2(仅部分示出)，且包括具移动盖32的检测室8。与马达53连接的顶轴57驱动内轴56，使移动盖32朝箭头“A”所示方向推出。于开启位置，转动的浆叶48使检测室8内、外废水交换，而将废水新鲜试样充满检测室8。经一段时间(如30秒)，马达53逆向转动，使移动盖32朝箭头“B”所示方向抽回，至检测室8完全密闭。可移动盖32和浆叶48都由同一可逆低转速马达53驱动，内轴56和外轴55与马达53同轴连接。此同轴组件套于不锈钢管54中。
废水新鲜试样充满检测室8后，以DO探针10检测DO浓度，如溶氧量低于废水主体氧浓度一设定值，则经曝气管13将空气和/或氧气泵入检测室8，直至达到该DO浓度为止。当溶氧量高于或低于废水主体氧浓度一设定值，可确保检测室8中需氧代谢反应与废水主体中营养去除过程相同或接近。类似地，以pH探针12测定pH的变化。此外，浆叶48可周期性或持续性转动，以维持试样于混合良好并为悬浮态。
当溶氧浓度达到最高时，停止对装置11曝气，历时测定间隔时段。在此阶段中，用探针监测残余DO浓度和pH，而残余DO浓度和pH并未受废水大量曝气影响。由各自的探针12和10测得的pH与残余DO信号传送至控制器，并由其按前述方程式(6)和(7)，经数值微分，而将DO与pH随时间的变化，分别转换为BOCR和pHPR。
大部分的废水处理厂，最终排放水的BOD与铵浓度都低于其2Ks值。检测室中BOD与NH4+浓度降至低于其2Ks时，BOCR与pHPR值会显著改变，这表示去除营养物的需氧代谢反应已完成。根据表Ⅰ所示的标准，经分析BOCR和pHPR，可知去除营养物的需氧代谢反应完成。其他生物处理程序中，介质中基质浓度通常大大高于2Ks，使微生物生长和目的物的生成维持于最高速率。因此，借助测定代谢反应的完成，可知需要加入营养物和基质，或何时停止生物处理程序，或何时收获制得的目的物。
有关去除营养物的需氧代谢反应的信息，诸如硝化反应完成时间(NT)、脱硝时间(DNT)等，都可用来调节和控制废水净化程序和其他需氧代谢程序。例如废水处理厂，可以把测定的NT与曝气池中废水的平均水力停留时间比较。当NT大大短于HRT，则需氧性营养物去除在曝气池中央区域即已完成。此区域后的曝气池其余区域实际上处于闲置状态，对废水净化无任何帮助。此时，废水处理厂可采用的适当措施为(1)削减曝气池的某些区域，以节约操作成本，和/或(2)增加废水进料量，并有效地增加废水处理厂的处理量，和/或(3)降低曝气池的空气供给量，使需氧性代谢反应速率降低，如此则NT可与曝气池中水力停留时间紧密吻合，并降低空气鼓风机的电力消耗。
实施例1自位于Oaks,Pennsylvania的高级生物废水处理工厂曝气池取出的混合液试样，置于配有测定试样pH、溶氧饱和度的设备以及曝气并维持试样良好混合状态的设备的容器中。得自测定pH和溶氧饱和度的设备的数据，以电脑记录并分析以计算BOCR和pHPR。试样于固定时段，交替进行曝气和停止曝气。开始曝气，以取得试样时废水主体的溶氧量加上一限定值为标准，当试样的溶氧量达此标准时，停止曝气。以取得试样时废水主体的溶氧量减去一限定值为标准，仅在试样的溶氧量降至此标准时，才再度开始曝气。测定NH4+和可溶有机碳基质浓度，并以化学需氧量(COD)表示。COD与BOD间存在线性关系。因此，以COD分析值表示BOD浓度。于未曝气阶段，例如附图5和6中以箭头所标示，都以上述方法估测并由数值微分换算出BOCR和pHPR。
附图5示出，在测得COD浓度维持大于150毫克COD/升(其远大于COD的2Ks值)而氨浓度由大于2Ks变化至低于2Ks的条件下进行的试验过程中，溶氧饱和度和BOCR。由附图5可知，溶氧的原始数据，即停止与开始曝气间氧气的变化率与BOCR的关系。附图5还示出，当氨浓度降至其2Ks值以下，于重要代谢转变过程中，BOCR由高降至中间值的转变。BOCR以每分钟氧饱和度的变化百分比表示。
附图6为如附图5所示相同时段内，试样的pH和pHPR。此阶段中，测得COD浓度维持大于150毫克COD/升(其远大于COD的2Ks值)，而氨浓度由大于其2Ks变化至低于2Ks。附图6表示出pH的原始数据，亦即停止与开始曝气间pH的变化量与pHPR的关系。附图6亦示出，当氨浓度降至其2Ks值以下，于重要代谢转变过程中，pHPR由中间值降至接近零的转变。pHPR以每分钟pH的变化量表示。
附图7显示，如附图6所示的相同时段内，测得氨浓度的变化和算出的pHPR。附图7示出，当氨浓度从高于2Ks降至2Ks以下，pHPR由中间值转变至接近零。pHPR以每分钟pH的变化量表示。
附图8显示，如附图5所示的相同时段内，测得氨浓度的变化和算出的BOCR。附图8示出，当氨浓度从高于2Ks降至2Ks以下，BOCR由高转变至中间值。BOCR以每分钟氧饱和度的变化百分比表示。
附图9显示，pHPR与氨浓度的变化一致性。这是在试样所含氨耗尽时，即在T=120和T=170分钟时，向混合液样中加入氨溶液而测得。在T=0和T=195分钟之间，COD浓度远高于其2Ks。待T=195之后，COD浓度降至其2Ks之下。在约T=90分钟时，当氨浓度降至其2Ks以下，可发现pHPR的显著转变。
继而在pHPR为接近零值的T=120和T=170分钟时，添加氨。附图9示出，pHPR由每次后继添加稍前的接近零值，跳升至如同T=0和T=90分钟之间的中间值。添加氨之后当氨消耗至其2Ks值以下时，pHPR回复至接近零或低值。在T=120分钟首次添加氨时，COD量充足，随氨的消耗，pHPR下降至接近零值。T=170分钟再次添加氨时，COD浓度也降至其2Ks以下时发生氨的耗尽。因此，pHPR降至低值，而非零，其如附图2和3的C阶段所示。
附图10是对附图9的数据更完整的说明，其包括pHPR计算值、BOCR计算值、氨和COD浓度。附图10中清楚地显示，重要代谢事件发生时，pHPR和BOCR在不同相对水平间转变。
由此例可知，根据本发明，借助监测BOCR和pHPR的相对水平，可快速且精确地得知，有机基质和/或无机基质的浓度在何时会降至其2Ks以下。当特定基质浓度降至其重要代谢浓度2Ks以下时，通过表示微生物群体或其环境情况有显著变化，或含活性微生物的试样中代谢类型和/或行为的改变。
可根据特定处理程序，应用各种控制步骤。例如，微生物群体中耗尽特定基质，则表示其代谢的变化，确保所需的次生代谢产物形成，此即表示处理程序需有分离、收集和/或纯化步骤。类似地，在某些生物处理程序中，微生物群体需用基质阶段喂食，检测该基质浓度低于其2Ks和/或检测添加基质何时使其浓度超过2Ks的能力，都可用来决定需要增加或减少喂食量。
实施例1为需氧性生物废水净化法，其目地为借助生物机制，减少特定无机和有机基质，例如减少可溶氨和有机碳。由于2Ks的浓度通常低于对许多基质所定的低浓度水平标准，所以可根据一种或多种基质浓度低于其2Ks浓度的情况，采用各种控制步骤。举例而言，如有机和无机(氨)基质浓度都低于其各自2Ks浓度值，则可增加废水通过废水处理厂的流速，废水处理量也随之提升。如有机和氨基质浓度都高于其各自2Ks浓度值，则可降低废水通过废水处理厂的流速。当氨基质低于其2Ks，而有机基质高于其2Ks时，因硝化反应的需求降低，可减少批次处理的曝气量。最后，如果有机基质浓度低于其2Ks，而氨基质浓度高于其2Ks，则需增加曝气量，以利硝化反应进行。
实施例2实施例2中，以实施例1所述相同方法，分出混合液试样。持续对隔离期间的混合液试样曝气。选择曝气速率使试样的溶氧浓度高于生物去除碳和氨基质所需的临界值。通过溶解氧探针和pH探针监测氧浓度和pH变化量，结果如附图11所示。
然后，自隔离试样中，周期性地抽出少量混合液样，并分析其氨浓度。附图12显示，隔离的混合液试样，于整个曝气过程中，pH和氨浓度的变化。硝化反应结束时(氨浓度低于检测极限，即0.1ppm)，伴随pH值的缓慢增加。
pH对时间的导数关系，d(pH)/dt，示于附图12。当氨浓度趋近于零时，d(pH)/dt值通过第2零点。d(pH)/dt值通过第2零点，也可视为d(pH)/dt由负值变为零的位置。达此位置所需的时间，称为混合液试样的硝化反应完成时间，或称为NT。在实施例2，如附图12所示，测得NT为约75分钟。实施例2中，d(pH)/dt测定与实施例1不同。实施例1中，d(pH)/dt是在未曝气阶段测定，而实施例2的d(pH)/dt是在连续曝气时测定。由于自混合液试样中连续清除二氧化碳，测定pH时，可能发现pH下降。因而，有时pHPR为负值。
附图13为同一试样的溶氧量分布和其导数，d(DO)/dt。当氨耗尽时，DO的一阶导数值，d(DO)/dt，开始显著上升。由DO测得的硝化反应时间(NT)，亦为约75分钟。
于此，说明如何将测定硝化反应时间实际应用于生物硝化程序控制。在进行生物硝化反应的生物反应器或系列生物反应器中，在生物反应器的最前端，或系列生物反应器中第一个生物反应器前端，设置取样装置。测得的NT，表示在目前生物量浓度和氨负荷下需经NT的时间完成硝化反应。
生物反应器或系列生物反应器中混合液的水力停留时间(HRT)，是考虑混合液的流量和流动型式以及生物反应器或系列生物反应器的几何形状，计算而得。然后比较NT和混合液的HRT。适当的硝化反应，其在日常操作时，NT与HRT相当。当NT远小于HRT时，在生物反应器或系列生物反应器中，硝化反应比即定HRT提早完成，这表示处理程序有额外的硝化反应容量。在氨完全硝化前其他污染物即已去除时，NT检测预示着废水处理程序的终止点。这表明，在相同操作条件下，所用处理槽体积可处理更多的废水，或该程序可减少操作中的槽体积，以降低操作成本。
另一方面，如果NT远大于HRT，氨浓度会大于零，但不一定会超过排放标准。为确保工厂排放水的品质，提高对生物反应器或系列生物反应器的曝气速率，和/或混合液的浓度。当NT高于HRT很长时间时，这表示处理程序对氨去除来说负荷过重，欲处理此给定量的废水，需扩大废水处理设施。
一般而言，经比较NT和HRT，可提供例如处理程序的硝化反应容量、生物反应器或系列生物反应器所需的曝气速率、生物反应器排放水品质等信息，以供工厂操作员调整硝化处理程序。
本发明可应用于任何种类的微生物处理程序，其包括(但不限于)废水净化(城市、工业废水等等)、药品/生物技术制造、酿造、发酵或任何包括纯化或混合微生物群体的处理程序。
权利要求
1．含微生物群体的流体供给器中微生物处理程序的监测法，其包括a)自流体供给器中分出流体试样；b)间隔固定时段测定流体试样的pH；c)如pH变化，则分析其变化量，以测定试样的pH变化率；d)间隔固定时段，大体上在测定pH的同时，测定试样的溶氧量；和e)如溶氧量变化，则分析其变化量，以测定试样的生物耗氧率。
2．根据权利要求1的方法，其中借助分析pH变化测定pH变化率时，根据下述方程式pHPR=(dpH)/(dt)其中，pHPR为pH变化率，dpH为pH的变化，dt为时间的变化，且dpH与dt二者都趋近于零。
3．根据权利要求1的方法，其中pH与溶氧量的测定大体上是连续的。
4．根据权利要求1的方法，其中借助分析DO变化测定生物耗氧率时，根据下述方程式BOCR=(dDO)/(dt)其中BOCR为生物耗氧率，dDO为溶氧量的变化，dt为时间的变化，且dDO与dt二者都趋近于零。
5．根据权利要求1的方法，其进一步包括间隔固定时段，重复步骤b)至e)，并把新测得的pH变化率和生物耗氧率与先前测得的pH变化率和生物耗氧率相比较。
6．根据权利要求5的方法，其中把新测得的pH变化率和生物耗氧率与先前测得的pH变化率和生物耗氧率相比较而确定流体供给器中有机和无机化合物的含量是大于还是小于其各自2Ks浓度。
7．根据权利要求1的方法，进一步包括如果pH变化率和/或生物耗氧率产生变化时而随之进行的控制步骤。
8．根据权利要求7的方法，其中流体供给器经曝气处理并具流体供给器处理流，且其中控制步骤为至少一种选自增加流体供给器曝气量、降低流体供给器曝气量、增加流体供给器处理流量、减少流体供给器处理流量的处理。
9．根据权利要求7的方法，其中采用添加基质的微生物群体喂食法，其中控制步骤包括改变基质添加量。
10．根据权利要求7的方法，其中微生物处理程序产生所需的代谢物，且其中控制步骤为至少一种选自从流体供给器中分离代谢物、收集代谢物和纯化代谢物的步骤。
11．根据权利要求1的方法，其中所述分离流体试样的步骤是原位进行的。
12．根据权利要求1的方法，其中在测定pH和溶氧量前，流体试样含所需的溶氧量。
13．根据权利要求1的方法，其中在流体试样容器中分出流体试样，该流体试样容器包括可将空气和/或氧气供给流体试样的曝气机和试样搅拌器。
14．根据权利要求13的方法，其进一步包括，在试样容器中分离试样的全过程中用曝气机对所述流体试样曝气，持续搅拌流体试样的同时连续测定其溶氧量和pH。
15．根据权利要求13的方法，其进一步包括下列步骤在测定所述流体试样的pH和溶氧量的步骤之前，用曝气机对所述流体试样曝气直到试样含有所需溶氧饱和度为止，在测定流体试样的pH和溶氧量的步骤中用搅拌器间歇或持续搅拌试样。
16．根据权利要求1的方法，其应用于选自废水净化、制药和酿造的微生物处理程序。
17．含微生物群体的流体供给器中微生物处理程序的监测法，其包括a)自流体供给器中分出流体试样；b)间隔固定时段测定流体试样的pH；c)如pH变化，则分析其变化量，以测定试样的pH产生率；d)测定pH产生率何时为1)从负值转为零和/或2)第二次转为零；和e)显示测定结果。
18．根据权利要求17的方法，其中借助分析pH变化测定pH产生率时，根据下述方程式pHPR=(dpH)/(dt)其中，pHPR为pH产生率，dpH为pH的变化，dt为时间的变化，且dpH与dt二者都趋近于零。
19．根据权利要求17的方法，其中pH的测定大体上是连续的。
20．根据权利要求17的方法，其进一步包括f)间隔固定时段，大体上在测定pH的同时测定试样的溶氧量；和g)如溶氧量变化，则分析其变化量，以测定试样的生物耗氧率。
21．根据权利要求19的方法，其中借助分析溶氧量变化测定生物耗氧率时，根据下述方程式BOCR=(dDO)/(dt)其中BOCR为生物耗氧率，dDO为溶氧量的变化，dt为时间的变化，且dDO与dt二者都趋近于零。
22．根据权利要求17的方法，其进一步包括间隔固定时段，重复步骤a)至e)，并把新测得的pH产生率与先前测得的pH产生率相比较。
23．根据权利要求20的方法，其进一步包括间隔固定时段，重复步骤a)至g)，并把新测得的pH产生率和生物耗氧率与先前测得的pH产生率和生物耗氧率相比较。
24．根据权利要求17的方法，进一步包括随pH产生率变化而进行的控制步骤。
25．根据权利要求24的方法，其中流体供给器经曝气处理并具流体供给器处理流，且其中控制步骤为至少一种选自增加流体供给器曝气量、降低流体供给器曝气量、增加流体供给器处理流量、减少流体供给器处理流量的处理。
26．根据权利要求24的方法，其中控制步骤包括借助测定自分出试样至pH产生率由负值转为零和/或第二次转为零所需时间而测出硝化反应时间，测定流体供给器中水力停留时间，并比较硝化反应时间与水力停留时间。
27．根据权利要求26的方法，其中控制步骤进一步包括当硝化反应时间小于水力停留时间，则增加流体供给器的流体输入速率或降低流体供给器曝气速率；当硝化反应时间大于水力停留时间，则增加流体供给器的曝气速率。
28．根据权利要求17的方法，其中所述分离流体试样的步骤是原位进行的。
29．根据权利要求17的方法，其中在测定pH和溶氧量前，流体试样所含的溶氧量为从零至100％饱和。
30．根据权利要求17的方法，其中在流体试样容器中分出流体试样，该流体试样容器包括可将空气和/或氧气供给流体试样的曝气机和试样搅拌器。
31．根据权利要求30的方法，其进一步包括下列步骤在测定流体试样pH的步骤之前用曝气机对流体试样曝气直到其所含溶氧量比流体试样分出时所含溶氧量高出一个限定值为止，并在测定流体试样pH的步骤中用搅拌器间歇搅拌试样。
32．根据权利要求17的方法，其中微生物处理程序选自废水净化、药品或生物技术制造、酿造和发酵。
33．根据权利要求32的方法，其进一步包括在试样容器中分离试样的全过程中用曝气机对流体试样曝气，持续搅拌流体试样的同时连续测定其溶氧量和pH。
34．根据权利要求17的方法，其进一步包括大体上连续对流体试样曝气。
35．含微生物群体的流体供给器中微生物处理程序的监测和控制法，其包括a)自流体供给器中分出流体试样；b)间隔固定时段测定流体试样的pH；c)如pH变化，则分析其变化量，以测定试样的pH产生率；d)测定pH产生率何时为1)从负值转为零和/或2)第二次转为零；和e)根据pH产生率的变化，采取控制步骤，此控制步骤包括f)借助测定自分出试样至pH产生率由负值转为零和/或第二次转为零所需时间，而测出硝化反应时间；g)测定流体供给器中水力停留时间，并比较硝化反应时间与水力停留时间；和h)当硝化反应时间小于水力停留时间，则增加流体供给器的流体输入速率或降低流体供给器曝气速率；当硝化反应时间大于水力停留时间，则增加流体供给器的曝气速率。
全文摘要
流体供给器中微生物处理程序的监测方法,其包括自流体供给器中分出流体试样,间隔固定时段测量流体试样的pH,如pH变化,接着分析其变化量,以测定试样的pH变化率。间隔固定时段,大体上在测定pH的同时测定试样的溶氧量,如溶氧量变化,则分析其变化量,以测定试样的生物耗氧率。
文档编号G01N33/18GK1212053SQ97192545
公开日1999年3月24日 申请日期1997年1月22日 优先权日1996年1月22日
发明者X·扬, J·F·李, S·K·曼尼辛, T·J·玛 申请人:美商生化科技公司