应用说明

Schweinfurt废水处理厂专为250,000 PE设计，其生物处理阶段通过四条间歇曝气管线运行。每条生产线均配备离子选择性铵/硝酸盐组合探头（ISE）来控制。ISE探头的购买价格相对较低，以电化学方式工作，由于电极特性随时间的变化，会导致测量值出现漂移，并且废水中的杂质会进一步增加这种漂移。因此，需要通过比较实验室的测量进行频繁的校准。再次联合使用铵分析仪和光学硝酸盐探头监测四个曝气管线的排放量，除了直接控制任务，这些还可以监视和检查ISE探头的合理性。

任务

对于生物处理阶段的排放测量，Schweinfurt废水处理厂有一个带有溢流箱的测量大楼，废水的一部分流被连续泵入该溢流箱。溢流箱中除了安装铵分析仪外，目前还安装了光学NOx探头。

然而，它与实验室硝酸盐比较，测量结果并不令人满意，因此必须要重新校准，而光学硝酸盐测量通常不需要重新校准。

因此，对于精确控制和监测ISE探头，NOx探头不太适合。此时，需购买新的，功能更强大的探头。

另一个缺点是NOx测量的响应时间相对较长。当前在活性污泥中直接使用探头时，必须进行平均值计算，因为由污泥絮凝物引起的高浊度会导致各个测量值的较大波动。因此，通常设置平均超过10-15分钟（3-5次独立测量）以使水文曲线变得平滑。如果废水中硝酸盐浓度的变化非常快，那么在实验室中进行精确的对比测量就变得非常困难。

解决方案

使用铵分析仪的现有过滤器，并通过流通池将OPUS UV探头安装在旁路中。在透明介质中进行光学测量可以使传感器的路径长度从1 mm增加到2 mm，从而获得更准确的测量结果。

此外，由于过滤后各个测量值是稳定的，因此无需进行平均。设定的测量间隔为2分钟。因此，快速过程的动态反应没有阻尼。

OPUS紫外探头配有硝酸盐/亚硝酸盐校准装置，可正确记录测点的氮平衡。

检测结果

在一个月的监测期内，该公司自己的实验室定期使用比色杯测试硝酸盐和亚硝酸盐，并对两种方法测量进行比较。结果显示OPUS传感器在整个测量范围内在线测量的硝酸盐结果与实验室的结果具有极好的相关性，下图证实了这一点，该图的斜率几乎为1，确定系数为0.99。

对于亚硝酸盐，尽管测量范围很低，但相关性很好。一个小偏移量- 0.15 mg/l甚至可以优化测量结果。然而，在试验期间并没有对设置做进一步的调整。

2019年6月26日至7月26日，Schweinfurt污水处理厂生物排放中，比较实验室测量值与OPUS UV在线测试的相关性

在线测量过程中令人震惊的是，亚硝酸盐被反复检测出且明确可测量的值(最高为2mg /l)。亚硝酸盐和硝酸盐均呈现动态日水文曲线，测量值的变化大且非常快。

但总体而言，硝酸盐和亚硝酸盐的总量即使在峰值也远低于10 mg/l。

OPUS测量值与实验室测量值NO3-N和NO2-N对比图（OPUS：NO3-N(蓝线)和NO2-N(黄线)，实验室：NO3-N(红点)和NO2-N(绿点)）

这些阶段的实验室比较测量表明，即使在硝酸盐和亚硝酸盐值大幅增高或降低的过程中，OPUS UV探头也能真实地再现动力学过程。同样在浓度峰值的陡峭侧翼，也可以看到与在线值有很好的相关性。平均的阻尼会导致明显更高的偏差。

结论

结果表明，在该测量点必须使用光谱探头，该探头可以区分地检测硝酸盐和亚硝酸盐。除硝酸盐外，亚硝酸盐的浓度是不可忽略的，这干扰了NOx的测量，导致测量结果偏差。

硝酸盐和亚硝酸盐的光学性质相似。它们吸收几乎相同的能量或波长的紫外线。如果像光学NOx传感器那样仅在一个波长下进行紫外线测量，则不可能在这两个参数之间进行区分。结果以纯硝酸盐值输出，并且与存在亚硝酸盐时的实际浓度显著不同。只有像OPUS UV探头那样，在较大的波长范围内以足够的分辨率进行光谱评估，才能同时准确地确定这两个参数。

此时，将探头安装在旁路中具有很大的优势。在透明的介质中，原则上可以更稳定，更精确地测量。阻尼也是没有必要的。快速的过程可以实时重现。

由于已经存在过滤，因此在这种情况下不会产生额外的投资成本。甚至无需购买自动清洁系统，例如刮水器或空气压缩机。假设旁路中的操作对传感器本身的影响较小，并且磨损较少，则与浸入式探头相比，旁路测量总成本的平衡总体上要好得多。

污水处理厂的操作人员也对OPUS UV探头的性能深信不疑。实时可靠而精确的结果使能够有效地监视和优化生物处理过程的控制。