5、营养物脱除过程的传感器

    营养物脱除系统的目的是通过生物、化学或组合处理方式去除废水中的氮和磷。目前的主流方法是生物脱氮除磷。富氧条件下，废水中的氨被氧化为硝酸盐(硝化过程),积磷菌吸收废水中的磷以聚磷形式储于体内(吸磷)；缺氧条件下，废水中的硝酸盐转化为氮气排除(反硝化)；厌氧条件下，聚磷分解释放无机磷至污泥中(释磷)。为了保证仪器的满意运行，大多数商业测量系统仍要求使用经过预处理的样品。超滤单元(UF)常被用于实现采样预处理。根据隔膜技术建立的半微量连续流量分析系统原理被广泛应用到氨、硝酸盐、磷等营养物传感器，这些传感器均基于色度法，可以进行自动校准。这类传感器的缺点是不能将多个测量点连接到一个测量设备，而UF单元允许连接到不同采样点的多个并行UF单元使用一块表。由于已经出现了可靠的采样准备单元，大量的努力投入典型实验方法在污水处理厂的自动在线应用中。目前存在三种实施方案:批样化学分析、基于流量注入分析(HA)原理的连续直通系统、序列注入分析(SIA)。FIA是最普遍选择的在线测量方式，其主要特点是分析反应无需达到平衡，因为样品的稀释及注入与检测的反应时间在恒定载体流速下可以再生，但泵的选择须谨慎。SIA是HA的改进，其主要特点是用一个多位置阀替代了FIA的多管线。SIA提高了测量的灵活性。SIA和FIA系统与批系统相比具有样品小、试剂低度利用和高采样吞吐量的优点。色度法NH4+分析仪试剂消耗量较大，且对采样温度变化较敏感。色度法自动正磷酸盐分析仪的准确性已经被证明，但其运行代价较高。

    ORP(氧化还原电位)电极可以普遍用于指示被监视系统的氧化状态。与DO电极相比,ORP电极还可以提供出现在缺氧和厌氧条件下的生化过程信息。从技术角度讲,ORP测量可认为是准确且不存在问题的，但不应根据绝对ORP值对过程进行控制。可以根据ORP曲线上的断点或拐点解释ORP测量值。拐点可以表征氧化还原缓冲系统的出现或消失，可以与酸滴定中的pH缓冲系统相比。最著名的ORP断点是DO断点和NO3-断点。DO断点意味着富氧阶段NH4+的消失(硝化终点),而NO3-断点意味着缺氧过程NO3-的消失(反硝化终点)。

    大量离子选择性电极(ISE)利用电化学反应监视NH4+、NO3-、S2-等特定化学成分。硝酸盐ISE具有低化学品消耗、无需或只需少量预处理、响应时间短等优点。但系统对电极污染、电极漂移、离子干扰等较敏感。但硝酸盐探测仪的电极漂移现象可以通过实施自动现场校准方法克服。NH4+ISE是测量NH4+的首选方法，有限的运行问题与堵塞、电极漂移、电极的氢氧化物毒化、电极末端气泡驻留等有关。

    可以利用硝酸盐在210nm处对紫外线(UV)的吸收来确定硝酸盐含量。紫外线吸收硝酸盐分析仪的优点是不需过多维护，且响应时间短(只有10s)。UV技术比较适合有机物含量低的废水。然而，大量有机物也出现在W吸收区域的废水中，尽管作出很多努力对此进行补偿，UV吸收测量仍然受到这类干扰。为防止基线漂移，频繁零校准是必需的。自动清洁与自动校准已经融入商业产品中。

    滴定传感器根据NH4+转化为2H+的化学计量关系获取关于硝化过程的有关信息。加入污泥中的续与通过滴定传感器测量的铵之间存在一个明显的关系，后者可以通过应用化学计量转化因子测量铵硝化过程中产生的质子量获得。这种测量原理被用于在线测量活性污泥中硝化反应速率、在线铵浓度测量、废水毒性测量以及可硝化氮的测量。与现有的在线NH4+分析仪相比，滴定传感器不需采样预处理环节，此外，滴定过程不需要昂贵且不利于环境的化学品。滴定传感器的缺点是其响应时间随污泥样品中NH4+的浓度和污泥的硝化速率而改变。

    硝化过程的显著特征是消耗大量氧气，因此可以采用呼吸测定计监视这些过程。呼吸计在氮去除过程中的应用不仅限于硝化速率的估计，还可用于决定废水处理厂进水中可硝化氮的浓度。一种组合呼吸----滴定仪被用于监视活性污泥批实验过程中的降解过程。这种呼吸计量计有一个敞口的曝气管和一个密闭非曝气呼吸室组成，通过两个氧探头高频收集两路氧吸收速率信息。呼吸计与一个维持pH的滴定单元组合，所添加的酸和基质量作为降解过程的互补信息源。最近出现的一种集成传感器可以通过一个设备监视硝化、反硝化和富氧碳源降解过程。这种传感器从呼吸滴定计和硝酸盐ISE测量高频获得丰富的信息数据。