專利名稱：監測流體中生物活性的方法
技術領域：
本發明涉及微生物代謝有機和無機基質過程中重要代謝轉變點的監測法，和微生物處理程序的控制法。
微生物在代謝有機和無機基質的過程中，可使例如pH、耗氧率等可測定參數變化。
以硝化作用為主的微生物培養物中，當銨離子(NH4+)消耗至代謝標準以下，硝化過程產生的氫離子(H+)會大幅降低。因此，溶液中氫離子活性(即pH)也隨之改變。
類似地，與基質含量低于某些代謝標準的情況相比，容易得到大量多種外部有機基質的情況中，微生物培養物的耗氧率較高。這兩種情況中，可測得的pH變化率(本文中有時稱為“pH產生率”或“pHPR”)和耗氧率(本文中有時稱為“生物耗氧率”或“BOCR”)，隨時間直接受到基質代謝率的影響。因此，假設基質中pH和耗氧率的變化僅由微生物代謝活性所造成，理論上可以pHPR和BOCR做為微生物處理程序中重要代謝轉變點的指標。pHPR的定義為d(pH)/dt或-Δ(pH)/Δt；BOCR的定義為d(DO)/dt，或-Δ(DO)/Δt。當pH和/或DO的斜率為負時，pHPR和/或BOCR的值為正。
本發明的方法包括自流體供給器中分出流體試樣(例如凈化處理中的廢水)。測定流體試樣的pH，計算pHPR并分析，以迅速測定重要代謝轉變點的發生。經分析可知，需要何種控制步驟，何時進行該控制步驟以使監測流體供給器的處理具最大效率。
附

圖1為Michaelis-Menten反應動力學理論的圖示。
附圖2為微生物處理過程中，混合液樣的耗氧率(BOCR)和pH變化率(pHPR)隨時間對銨(NH4+)濃度和有機碳源(總稱為BOD；生化需氧量)的理論變化情形。
附圖3為微生物處理過程中，混合液樣的耗氧率(BOCR)和pH變化率(pHPR)隨時間對銨(NH4+)濃度和有機碳源(總稱為BOD；生化需氧量)的理論變化情形。
附圖4為生物反應槽中，根據本發明用于自流體供給器中取樣并監測的裝置的一種實施方案的正截面圖。
附圖5為曝氣結束至開始曝氣時，其間氧氣變化率和BOCR(以每分鐘氧氣飽和度的變化百分比表示)的關系。
附圖6為曝氣結束至開始曝氣時，其間pH變化和pHPR(以氨濃度變化時，每分鐘pH變化量表示)的關系。
附圖7為當COD(化學需氧量)不是代謝限制因素時，pHPR(以每分鐘pH變化量表示)與氨濃度的關系。
附圖8為當COD不是代謝限制因素時，BOCR(以每分鐘氧氣飽和度的變化百分比表示)與氨濃度的關系。
附圖9不同氨濃度和COD時，pHPR(以每分鐘pH變化量表示)的變化情形。
附圖10為不同氨濃度和COD時，pHPR(以每分鐘pH變化量表示)、BOCR(以每分鐘氧氣飽和度的變化百分比表示)、氨濃度和COD的關系。
附圖11為連續曝氣時，DO和pH隨時間變化的關系。
附圖12為pH、NH3-N濃度和d(pH)/dt隨時間的關系。
附圖13為DO和d(DO)/dt隨時間的關系。
生化反應進行時，其反應速率，部分可由Michaelis-Menten理論(如附圖1)說明。該理論中陳述，當基質濃度極低時，生化反應速率極低，隨基質濃度增加生化反應速率也增加至一定點，超過此定點，無論基質濃度如何增加，反應速率的增加極低。換句話說，超過此定點，基質濃度再高，反應速度僅會接近而不會達到平頂。此平頂為最高反應速率或Vmax。其為以線性外推法，在基質濃度為2Ks時的反應速率。Ks為代謝反應速率為最高反應速率(Vmax)一半時的基質濃度。
因此，就代謝觀點而言，2Ks為基質的重要濃度。當基質濃度超過2Ks時，微生物以最高且接近固定速率代謝基質。基質濃度低于2Ks時，微生物代謝反應速率則隨基質濃度變化，并受限于2Ks。因此，在微生物代謝特定無機和有機基質時，直接受其影響和/或與其相關的某些可測定參數的變化，將隨特定基質濃度變化而變化。明確地說，當基質濃度等于或大于2Ks時，可測定參數和/或測得的此參數隨時間的變化率將相對恒定。當基質濃度降至2Ks以下時，可測定參數和/或測得的此參數隨時間的變化率，與基質濃度等于或大于2Ks時，呈顯著不同。
在許多生物反應中，希望測知何時特定基質濃度會降至此重要代謝濃度2Ks以下。當特定有機和無機基質濃度改變時，通過監測特定相關可測定參數的變化可得知微生物培養物代謝行為的變化類型。
舉例而言，在許多廢水凈化處理程度中，一個目的是將特定有機和無機基質的濃度降至最低。這些基質，通常包括以BOD(生化需氧量)和/或COD(化學需氧量)表示并檢測的有機營養物，和無機銨鹽(NH4+)。假設硝化反應和BOD/COD還原反應為最主要的兩個反應，當BOD和氨各自被消耗至其2Ks以下時，耗氧率(BOCR)和pH變化率(pHPR)均會顯示出其特性變化。
以BOCR和pHPR為控制參數的主要缺點為，連續式廢水凈化處理時，流體介質中pH和DO的變化與例如營養物(可生物降解的碳、氮、磷化合物等等)濃度、生物量濃度、堿度等多種參數相關。當廢水流經處理設施時，這些參數經常改變。由于受到太多未知和變化因子干擾，所以難以建立測定參數與廢水凈化處理效率的相關性。除非在測定pH和DO時，測知這些干擾參數或將其維持于定值，測定pHPR和BOCR值對廢水處理效率無法提供有價值的信息。
使用例如美國專利第5,466,604號(其在本文中列為參考文獻)中陳述的生物活性測定裝置，可從處理中的廢水主體中原位分出廢水試樣。當然，根據本發明，也可使用其他裝置。本文中，所謂“原位”是指任何即時流體試樣分離法，無論試樣是否存在于流體主體中，例如廢水。換句話說，只要大體上可做到“即時”和/或“在線”測定，就可使用實際自流體主體中取出試樣的裝置。
附圖2和3，顯示BOCR和pHPR隨BOD和氨(NH4+)濃度改變的理論變化，并于下文作說明。附圖為自廢水主體分出的流體(即廢水)與進行生物營養去除(BNR)的微生物混合而成的單一試樣，產生的變化情形。對分出試樣曝氣或不曝氣。開始曝氣并進行至試樣溶氧量高出廢水主體的溶氧量一限定值。一旦達到此值，停止曝氣，直到試樣的溶氧量低于廢水主體的溶氧量一限定值時，才再開始曝氣。在不進行曝氣的階段，BOCR和pHPR都由下述方法估計和計算BOCR=-(ΔDO)/(Δt)其中ΔDO為在一定時段Δt內，測得溶氧飽和度的變化量，其以百分飽和度表示；及pHPR=-(ΔpH)/(Δt)其中ΔpH為在一定時段Δt內，測得pH的變化量。
如附圖2和3的A階段所示，當NH4+和BOD的濃度各自高于其2Ks值時，由于BOD以最高速率消耗，且強于硝化的耗氧反應，故BOCR在其相對最高值呈常數。因此，pHPR亦在中間處呈常數。這種BOCR/pHPR類型和后文所述的那些，都基于假設1)生物試樣中，主要反應為硝化反應和BOD消耗反應，2)氫離子的生成和其活性與硝化反應速率有關，和3)反應不受氧獲取量限制。
而后，持續的代謝使NH4+濃度降至其2Ks以下，此時硝化反應速度，氫離子產生速率由最高降至較低速率，其中氨濃度為代謝限制因子。如附圖2的B階段所示，pHPR大幅降至相對低值，BOCR則降至相對中間值，這顯示由于硝化反應速度大幅下降所造成的氧氣需求與使用量的下降。氨濃度由高于2Ks轉至低于2Ks，這在附圖2中A和B階段之間的轉變示出。
附圖2和3的C階段，顯示當NH4+濃度低于其2Ks且BOD也耗至低于其2Ks時，pHPR極小幅上升，這反映混合生物群體凈代謝行為的變化，而BOCR則降至其最低速率，這反映消耗BOD和硝化反應的極低耗氧量，其在附圖2中B和C階段之間的轉變示出。
附圖3的D階段，顯示當BOD濃度低于其2Ks，但NH4+濃度高于其2Ks時，pHPR上升至最高值，這反映高硝化反應速率；而BOCR則降至中間值，這反映由BOD消耗反應下降所造成的總耗氧量凈下降。此時，pHPR呈極大值，是因為無BOD消耗反應的緩沖效應所致。通常，由BOD消耗反應生成的二氧化碳經碳酸系統在試樣中形成部分pH緩沖能力。因此，在無BOD消耗反應和其生成的二氧化碳時，pHPR比其他條件下高得多。
基于上例，因BOCR和pHPR為微生物代謝活性的重要相關可測定參數，所以通過監測和比較BOCR和pHPR的趨勢和/或水平可得知生物試樣的有關信息。明確地說，此例中說明，當1)硝化和BOD去除同時在其最高速率進行時，2)BOD低于其2Ks，進行硝化反應時，3)氨濃度低于其2Ks，進行BOD去除反應時，和4)氨和BOD都低于各自2Ks時，如何進行決策。
直接且連續比較測定的參數BOCR和pHPR，可得知有關廢水情況的幾個結論。連續監測混合液樣時，當pHPR大幅上升且BOCR同時下降，表示BOD已降至其2Ks以下，而氨仍充足。連續監測混合液樣時，當BOCR降至中間值且pHPR降至接近零時，表示氨已降至其2Ks以下，而BOD仍充足。連續監測混合液樣時，當BOCR降至低值且pHPR也降至低值，表示氨與BOD都已降至其2Ks以下。當BOCR降至低值且pHPR由接近零處小幅上升至稍高的低值，也表示相同情況。
表Ⅰ總結了這些類型，并示出如何由比較可測定參數BOCR與pHPR的相對值與類型并結合附圖2和3得到上述有關信息，表Ⅰ
<p>附圖4示出用來分出廢水試樣的一個優選裝置的實例。裝置11浸于廢水槽2(僅部分示出)，且包括具移動蓋32的檢測室8。與馬達53連接的頂軸57驅動內軸56，使移動蓋32朝箭頭“A”所示方向推出。于開啟位置，轉動的漿葉48使檢測室8內、外廢水交換，而將廢水新鮮試樣充滿檢測室8。經一段時間(如30秒)，馬達53逆向轉動，使移動蓋32朝箭頭“B”所示方向抽回，至檢測室8完全密閉。可移動蓋32和漿葉48都由同一可逆低轉速馬達53驅動，內軸56和外軸55與馬達53同軸連接。此同軸組件套于不銹鋼管54中。
廢水新鮮試樣充滿檢測室8后，以DO探針10檢測DO濃度，如溶氧量低于廢水主體氧濃度一設定值，則經曝氣管13將空氣和/或氧氣泵入檢測室8，直至達到該DO濃度為止。當溶氧量高于或低于廢水主體氧濃度一設定值，可確保檢測室8中需氧代謝反應與廢水主體中營養去除過程相同或接近。類似地，以pH探針12測定pH的變化。此外，漿葉48可周期性或持續性轉動，以維持試樣于混合良好并為懸浮態。
當溶氧濃度達到最高時，停止對裝置11曝氣，歷時測定間隔時段。在此階段中，用探針監測殘余DO濃度和pH，而殘余DO濃度和pH并未受廢水大量曝氣影響。由各自的探針12和10測得的pH與殘余DO信號傳送至控制器，并由其按前述方程式(6)和(7)，經數值微分，而將DO與pH隨時間的變化，分別轉換為BOCR和pHPR。
大部分的廢水處理廠，最終排放水的BOD與銨濃度都低于其2Ks值。檢測室中BOD與NH4+濃度降至低于其2Ks時，BOCR與pHPR值會顯著改變，這表示去除營養物的需氧代謝反應已完成。根據表Ⅰ所示的標準，經分析BOCR和pHPR，可知去除營養物的需氧代謝反應完成。其他生物處理程序中，介質中基質濃度通常大大高于2Ks，使微生物生長和目的物的生成維持于最高速率。因此，借助測定代謝反應的完成，可知需要加入營養物和基質，或何時停止生物處理程序，或何時收獲制得的目的物。
有關去除營養物的需氧代謝反應的信息，諸如硝化反應完成時間(NT)、脫硝時間(DNT)等，都可用來調節和控制廢水凈化程序和其他需氧代謝程序。例如廢水處理廠，可以把測定的NT與曝氣池中廢水的平均水力停留時間比較。當NT大大短于HRT，則需氧性營養物去除在曝氣池中央區域即已完成。此區域后的曝氣池其余區域實際上處于閑置狀態，對廢水凈化無任何幫助。此時，廢水處理廠可采用的適當措施為(1)削減曝氣池的某些區域，以節約操作成本，和/或(2)增加廢水進料量，并有效地增加廢水處理廠的處理量，和/或(3)降低曝氣池的空氣供給量，使需氧性代謝反應速率降低，如此則NT可與曝氣池中水力停留時間緊密吻合，并降低空氣鼓風機的電力消耗。
實施例1自位于Oaks,Pennsylvania的高級生物廢水處理工廠曝氣池取出的混合液試樣，置于配有測定試樣pH、溶氧飽和度的設備以及曝氣并維持試樣良好混合狀態的設備的容器中。得自測定pH和溶氧飽和度的設備的數據，以電腦記錄并分析以計算BOCR和pHPR。試樣于固定時段，交替進行曝氣和停止曝氣。開始曝氣，以取得試樣時廢水主體的溶氧量加上一限定值為標準，當試樣的溶氧量達此標準時，停止曝氣。以取得試樣時廢水主體的溶氧量減去一限定值為標準，僅在試樣的溶氧量降至此標準時，才再度開始曝氣。測定NH4+和可溶有機碳基質濃度，并以化學需氧量(COD)表示。COD與BOD間存在線性關系。因此，以COD分析值表示BOD濃度。于未曝氣階段，例如附圖5和6中以箭頭所標示，都以上述方法估測并由數值微分換算出BOCR和pHPR。
附圖5示出，在測得COD濃度維持大于150毫克COD/升(其遠大于COD的2Ks值)而氨濃度由大于2Ks變化至低于2Ks的條件下進行的試驗過程中，溶氧飽和度和BOCR。由附圖5可知，溶氧的原始數據，即停止與開始曝氣間氧氣的變化率與BOCR的關系。附圖5還示出，當氨濃度降至其2Ks值以下，于重要代謝轉變過程中，BOCR由高降至中間值的轉變。BOCR以每分鐘氧飽和度的變化百分比表示。
附圖6為如附圖5所示相同時段內，試樣的pH和pHPR。此階段中，測得COD濃度維持大于150毫克COD/升(其遠大于COD的2Ks值)，而氨濃度由大于其2Ks變化至低于2Ks。附圖6表示出pH的原始數據，亦即停止與開始曝氣間pH的變化量與pHPR的關系。附圖6亦示出，當氨濃度降至其2Ks值以下，于重要代謝轉變過程中，pHPR由中間值降至接近零的轉變。pHPR以每分鐘pH的變化量表示。
附圖7顯示，如附圖6所示的相同時段內，測得氨濃度的變化和算出的pHPR。附圖7示出，當氨濃度從高于2Ks降至2Ks以下，pHPR由中間值轉變至接近零。pHPR以每分鐘pH的變化量表示。
附圖8顯示，如附圖5所示的相同時段內，測得氨濃度的變化和算出的BOCR。附圖8示出，當氨濃度從高于2Ks降至2Ks以下，BOCR由高轉變至中間值。BOCR以每分鐘氧飽和度的變化百分比表示。
附圖9顯示，pHPR與氨濃度的變化一致性。這是在試樣所含氨耗盡時，即在T=120和T=170分鐘時，向混合液樣中加入氨溶液而測得。在T=0和T=195分鐘之間，COD濃度遠高于其2Ks。待T=195之后，COD濃度降至其2Ks之下。在約T=90分鐘時，當氨濃度降至其2Ks以下，可發現pHPR的顯著轉變。
繼而在pHPR為接近零值的T=120和T=170分鐘時，添加氨。附圖9示出，pHPR由每次后繼添加稍前的接近零值，跳升至如同T=0和T=90分鐘之間的中間值。添加氨之后當氨消耗至其2Ks值以下時，pHPR回復至接近零或低值。在T=120分鐘首次添加氨時，COD量充足，隨氨的消耗，pHPR下降至接近零值。T=170分鐘再次添加氨時，COD濃度也降至其2Ks以下時發生氨的耗盡。因此，pHPR降至低值，而非零，其如附圖2和3的C階段所示。
附圖10是對附圖9的數據更完整的說明，其包括pHPR計算值、BOCR計算值、氨和COD濃度。附圖10中清楚地顯示，重要代謝事件發生時，pHPR和BOCR在不同相對水平間轉變。
由此例可知，根據本發明，借助監測BOCR和pHPR的相對水平，可快速且精確地得知，有機基質和/或無機基質的濃度在何時會降至其2Ks以下。當特定基質濃度降至其重要代謝濃度2Ks以下時，通過表示微生物群體或其環境情況有顯著變化，或含活性微生物的試樣中代謝類型和/或行為的改變。
可根據特定處理程序，應用各種控制步驟。例如，微生物群體中耗盡特定基質，則表示其代謝的變化，確保所需的次生代謝產物形成，此即表示處理程序需有分離、收集和/或純化步驟。類似地，在某些生物處理程序中，微生物群體需用基質階段喂食，檢測該基質濃度低于其2Ks和/或檢測添加基質何時使其濃度超過2Ks的能力，都可用來決定需要增加或減少喂食量。
實施例1為需氧性生物廢水凈化法，其目地為借助生物機制，減少特定無機和有機基質，例如減少可溶氨和有機碳。由于2Ks的濃度通常低于對許多基質所定的低濃度水平標準，所以可根據一種或多種基質濃度低于其2Ks濃度的情況，采用各種控制步驟。舉例而言，如有機和無機(氨)基質濃度都低于其各自2Ks濃度值，則可增加廢水通過廢水處理廠的流速，廢水處理量也隨之提升。如有機和氨基質濃度都高于其各自2Ks濃度值，則可降低廢水通過廢水處理廠的流速。當氨基質低于其2Ks，而有機基質高于其2Ks時，因硝化反應的需求降低，可減少批次處理的曝氣量。最后，如果有機基質濃度低于其2Ks，而氨基質濃度高于其2Ks，則需增加曝氣量，以利硝化反應進行。
實施例2實施例2中，以實施例1所述相同方法，分出混合液試樣。持續對隔離期間的混合液試樣曝氣。選擇曝氣速率使試樣的溶氧濃度高于生物去除碳和氨基質所需的臨界值。通過溶解氧探針和pH探針監測氧濃度和pH變化量，結果如附圖11所示。
然后，自隔離試樣中，周期性地抽出少量混合液樣，并分析其氨濃度。附圖12顯示，隔離的混合液試樣，于整個曝氣過程中，pH和氨濃度的變化。硝化反應結束時(氨濃度低于檢測極限，即0.1ppm)，伴隨pH值的緩慢增加。
pH對時間的導數關系，d(pH)/dt，示于附圖12。當氨濃度趨近于零時，d(pH)/dt值通過第2零點。d(pH)/dt值通過第2零點，也可視為d(pH)/dt由負值變為零的位置。達此位置所需的時間，稱為混合液試樣的硝化反應完成時間，或稱為NT。在實施例2，如附圖12所示，測得NT為約75分鐘。實施例2中，d(pH)/dt測定與實施例1不同。實施例1中，d(pH)/dt是在未曝氣階段測定，而實施例2的d(pH)/dt是在連續曝氣時測定。由于自混合液試樣中連續清除二氧化碳，測定pH時，可能發現pH下降。因而，有時pHPR為負值。
附圖13為同一試樣的溶氧量分布和其導數，d(DO)/dt。當氨耗盡時，DO的一階導數值，d(DO)/dt，開始顯著上升。由DO測得的硝化反應時間(NT)，亦為約75分鐘。
于此，說明如何將測定硝化反應時間實際應用于生物硝化程序控制。在進行生物硝化反應的生物反應器或系列生物反應器中，在生物反應器的最前端，或系列生物反應器中第一個生物反應器前端，設置取樣裝置。測得的NT，表示在目前生物量濃度和氨負荷下需經NT的時間完成硝化反應。
生物反應器或系列生物反應器中混合液的水力停留時間(HRT)，是考慮混合液的流量和流動型式以及生物反應器或系列生物反應器的幾何形狀，計算而得。然后比較NT和混合液的HRT。適當的硝化反應，其在日常操作時，NT與HRT相當。當NT遠小于HRT時，在生物反應器或系列生物反應器中，硝化反應比即定HRT提早完成，這表示處理程序有額外的硝化反應容量。在氨完全硝化前其他污染物即已去除時，NT檢測預示著廢水處理程序的終止點。這表明，在相同操作條件下，所用處理槽體積可處理更多的廢水，或該程序可減少操作中的槽體積，以降低操作成本。
另一方面，如果NT遠大于HRT，氨濃度會大于零，但不一定會超過排放標準。為確保工廠排放水的品質，提高對生物反應器或系列生物反應器的曝氣速率，和/或混合液的濃度。當NT高于HRT很長時間時，這表示處理程序對氨去除來說負荷過重，欲處理此給定量的廢水，需擴大廢水處理設施。
一般而言，經比較NT和HRT，可提供例如處理程序的硝化反應容量、生物反應器或系列生物反應器所需的曝氣速率、生物反應器排放水品質等信息，以供工廠操作員調整硝化處理程序。
本發明可應用于任何種類的微生物處理程序，其包括(但不限于)廢水凈化(城市、工業廢水等等)、藥品/生物技術制造、釀造、發酵或任何包括純化或混合微生物群體的處理程序。
權利要求
1．含微生物群體的流體供給器中微生物處理程序的監測法，其包括a)自流體供給器中分出流體試樣；b)間隔固定時段測定流體試樣的pH；c)如pH變化，則分析其變化量，以測定試樣的pH變化率；d)間隔固定時段，大體上在測定pH的同時，測定試樣的溶氧量；和e)如溶氧量變化，則分析其變化量，以測定試樣的生物耗氧率。
2．根據權利要求1的方法，其中借助分析pH變化測定pH變化率時，根據下述方程式pHPR=(dpH)/(dt)其中，pHPR為pH變化率，dpH為pH的變化，dt為時間的變化，且dpH與dt二者都趨近于零。
3．根據權利要求1的方法，其中pH與溶氧量的測定大體上是連續的。
4．根據權利要求1的方法，其中借助分析DO變化測定生物耗氧率時，根據下述方程式BOCR=(dDO)/(dt)其中BOCR為生物耗氧率，dDO為溶氧量的變化，dt為時間的變化，且dDO與dt二者都趨近于零。
5．根據權利要求1的方法，其進一步包括間隔固定時段，重復步驟b)至e)，并把新測得的pH變化率和生物耗氧率與先前測得的pH變化率和生物耗氧率相比較。
6．根據權利要求5的方法，其中把新測得的pH變化率和生物耗氧率與先前測得的pH變化率和生物耗氧率相比較而確定流體供給器中有機和無機化合物的含量是大于還是小于其各自2Ks濃度。
7．根據權利要求1的方法，進一步包括如果pH變化率和/或生物耗氧率產生變化時而隨之進行的控制步驟。
8．根據權利要求7的方法，其中流體供給器經曝氣處理并具流體供給器處理流，且其中控制步驟為至少一種選自增加流體供給器曝氣量、降低流體供給器曝氣量、增加流體供給器處理流量、減少流體供給器處理流量的處理。
9．根據權利要求7的方法，其中采用添加基質的微生物群體喂食法，其中控制步驟包括改變基質添加量。
10．根據權利要求7的方法，其中微生物處理程序產生所需的代謝物，且其中控制步驟為至少一種選自從流體供給器中分離代謝物、收集代謝物和純化代謝物的步驟。
11．根據權利要求1的方法，其中所述分離流體試樣的步驟是原位進行的。
12．根據權利要求1的方法，其中在測定pH和溶氧量前，流體試樣含所需的溶氧量。
13．根據權利要求1的方法，其中在流體試樣容器中分出流體試樣，該流體試樣容器包括可將空氣和/或氧氣供給流體試樣的曝氣機和試樣攪拌器。
14．根據權利要求13的方法，其進一步包括，在試樣容器中分離試樣的全過程中用曝氣機對所述流體試樣曝氣，持續攪拌流體試樣的同時連續測定其溶氧量和pH。
15．根據權利要求13的方法，其進一步包括下列步驟在測定所述流體試樣的pH和溶氧量的步驟之前，用曝氣機對所述流體試樣曝氣直到試樣含有所需溶氧飽和度為止，在測定流體試樣的pH和溶氧量的步驟中用攪拌器間歇或持續攪拌試樣。
16．根據權利要求1的方法，其應用于選自廢水凈化、制藥和釀造的微生物處理程序。
17．含微生物群體的流體供給器中微生物處理程序的監測法，其包括a)自流體供給器中分出流體試樣；b)間隔固定時段測定流體試樣的pH；c)如pH變化，則分析其變化量，以測定試樣的pH產生率；d)測定pH產生率何時為1)從負值轉為零和/或2)第二次轉為零；和e)顯示測定結果。
18．根據權利要求17的方法，其中借助分析pH變化測定pH產生率時，根據下述方程式pHPR=(dpH)/(dt)其中，pHPR為pH產生率，dpH為pH的變化，dt為時間的變化，且dpH與dt二者都趨近于零。
19．根據權利要求17的方法，其中pH的測定大體上是連續的。
20．根據權利要求17的方法，其進一步包括f)間隔固定時段，大體上在測定pH的同時測定試樣的溶氧量；和g)如溶氧量變化，則分析其變化量，以測定試樣的生物耗氧率。
21．根據權利要求19的方法，其中借助分析溶氧量變化測定生物耗氧率時，根據下述方程式BOCR=(dDO)/(dt)其中BOCR為生物耗氧率，dDO為溶氧量的變化，dt為時間的變化，且dDO與dt二者都趨近于零。
22．根據權利要求17的方法，其進一步包括間隔固定時段，重復步驟a)至e)，并把新測得的pH產生率與先前測得的pH產生率相比較。
23．根據權利要求20的方法，其進一步包括間隔固定時段，重復步驟a)至g)，并把新測得的pH產生率和生物耗氧率與先前測得的pH產生率和生物耗氧率相比較。
24．根據權利要求17的方法，進一步包括隨pH產生率變化而進行的控制步驟。
25．根據權利要求24的方法，其中流體供給器經曝氣處理并具流體供給器處理流，且其中控制步驟為至少一種選自增加流體供給器曝氣量、降低流體供給器曝氣量、增加流體供給器處理流量、減少流體供給器處理流量的處理。
26．根據權利要求24的方法，其中控制步驟包括借助測定自分出試樣至pH產生率由負值轉為零和/或第二次轉為零所需時間而測出硝化反應時間，測定流體供給器中水力停留時間，并比較硝化反應時間與水力停留時間。
27．根據權利要求26的方法，其中控制步驟進一步包括當硝化反應時間小于水力停留時間，則增加流體供給器的流體輸入速率或降低流體供給器曝氣速率；當硝化反應時間大于水力停留時間，則增加流體供給器的曝氣速率。
28．根據權利要求17的方法，其中所述分離流體試樣的步驟是原位進行的。
29．根據權利要求17的方法，其中在測定pH和溶氧量前，流體試樣所含的溶氧量為從零至100％飽和。
30．根據權利要求17的方法，其中在流體試樣容器中分出流體試樣，該流體試樣容器包括可將空氣和/或氧氣供給流體試樣的曝氣機和試樣攪拌器。
31．根據權利要求30的方法，其進一步包括下列步驟在測定流體試樣pH的步驟之前用曝氣機對流體試樣曝氣直到其所含溶氧量比流體試樣分出時所含溶氧量高出一個限定值為止，并在測定流體試樣pH的步驟中用攪拌器間歇攪拌試樣。
32．根據權利要求17的方法，其中微生物處理程序選自廢水凈化、藥品或生物技術制造、釀造和發酵。
33．根據權利要求32的方法，其進一步包括在試樣容器中分離試樣的全過程中用曝氣機對流體試樣曝氣，持續攪拌流體試樣的同時連續測定其溶氧量和pH。
34．根據權利要求17的方法，其進一步包括大體上連續對流體試樣曝氣。
35．含微生物群體的流體供給器中微生物處理程序的監測和控制法，其包括a)自流體供給器中分出流體試樣；b)間隔固定時段測定流體試樣的pH；c)如pH變化，則分析其變化量，以測定試樣的pH產生率；d)測定pH產生率何時為1)從負值轉為零和/或2)第二次轉為零；和e)根據pH產生率的變化，采取控制步驟，此控制步驟包括f)借助測定自分出試樣至pH產生率由負值轉為零和/或第二次轉為零所需時間，而測出硝化反應時間；g)測定流體供給器中水力停留時間，并比較硝化反應時間與水力停留時間；和h)當硝化反應時間小于水力停留時間，則增加流體供給器的流體輸入速率或降低流體供給器曝氣速率；當硝化反應時間大于水力停留時間，則增加流體供給器的曝氣速率。
全文摘要
流體供給器中微生物處理程序的監測方法,其包括自流體供給器中分出流體試樣,間隔固定時段測量流體試樣的pH,如pH變化,接著分析其變化量,以測定試樣的pH變化率。間隔固定時段,大體上在測定pH的同時測定試樣的溶氧量,如溶氧量變化,則分析其變化量,以測定試樣的生物耗氧率。
文檔編號G01N33/18GK1212053SQ97192545
公開日1999年3月24日 申請日期1997年1月22日 優先權日1996年1月22日
發明者X·揚, J·F·李, S·K·曼尼辛, T·J·瑪 申請人:美商生化科技公司