活性污泥沉降分析使用近红外光电设备:概述和应用废水处理

雅克Thierie

ULB-Retired、将des科学、比利时布鲁塞尔。电子邮件:(电子邮件保护)

不稳定的悬浮液的微生物(如活性污泥)生物处理厂产生的沉积物在一个不寻常的和非常具体的模式:受阻沉降。我们使用一个光电装配操作在940 nm(短近红外波长)的动力学研究解决。令人惊讶的是,我们发现,即使是暂时性的,比纯水传动可以超过100%。我们假定,“光学结构”的水可以修改在这个混合物,其中包含许多生物大分子。我们找到工作波长在水面光谱,接近地伸展泛音。此外,作为一个例子,我们展示这个属性可以用来改进预测和管理。

介绍

污水处理是一个重要的环境义务。在许多过程使用到目前为止,生物净化仍是最常见的。过程的原理是将废水分为两个阶段。一个是“液体”,被释放到环境中(澄清水);另一种是“实”,主要由微生物(细菌),具有吸收或代谢某些污染物。这种固相被称为“活性污泥”()。

这将是容易明白生物处理的成功在于良好的分离的两个阶段。具体的重量,一般略高于水,所以最简单和最常见的分离过程是让固相(或沉积物)定居在重力的作用下。

沉降的发生在一个非常具体的过程,很少观察到的其他化合物,称为受阻沉降。受阻沉降的特点是一个非常平坦的和良好定义的固液界面,几乎完全平行于空气界面,如图1所示。

图1所示。盒子在左上的清楚地显示了锋利的固体(不透明)和液体之间的界面(透明)阶段描述受阻沉降。主要图片显示相同的接口,一更分散“环”(我们称之为“光环”)。

考虑到环境和经济的重要性,水净化和生物污水处理厂(WWTP),我们开发出了一种小型、简单廉价的光电设备,我们称之为峨山(活性污泥分析器),最初用于研究沉积。

材料和方法

峨山设备图2和图3所示。(图4显示了设备用于光学玻璃管垂直。)光学轴连接发光二极管在940 nm(短近红外波长,SWNIR)。光束经过光学玻璃管½英寸直径和罢工这一波长光电晶体管敏感。整个是由一个稳定的直流电流。光电晶体管的电流传输到数据记录器的数据,在µA (我)和秒(t),发送到PC(使用CSV文件)。我们定义的透明度,泰%,通过

\[泰\ % = \压裂{{I - {I_b}}} {{{I_0} - {I_b}}} \乘以100 \]

(1)

在哪里我₀是空白的强度(蒸馏水,过滤在0.2µm因此几乎无菌),我_b剩余强度(暗电流),通过切断电源(我_b< <我;»0),我是测量的强度。时间间隔,Δt是恒定的,选择的数据记录器。

图2。素描峨山的设备。1:空气;2:液相;3:解决固相();4:压实。许可转载的圣人出版物。

图3。峨山的一般视图单元原型。1:光电晶体管(接收器);2:领导的940海里(发射器);3:光学玻璃管位置(在这里,取而代之的是PVC杆保护光电);4:管高度调整系统;5:100%调整电位器;6:在当前输入(权力检查单位的0%);7:输出数据记录仪。

图4。一般的垂直管夹。1:光学玻璃管ؽ英寸;2:喷嘴光学纤维sma - 905连接器(与准直透镜);3:管覆盖着厚厚的灰色PVC盖。

结果

图5显示了一组结果通过峨山设备,根据各种类型的,WWTP,采样点,浓度等的研究中描述的通用概要文件引用1 - 3,我们将在这里只考虑最显著特点:透明度的极大值超过100%(图5)。图6隔离两种曲线和更好的突出现象。在嘈杂的,但相对稳定,周期(对应于固相的向下运动(AS)],透明度急剧增加,就是一个很好的指示器的固液过渡解决混合界面交叉光轴。这突然的转变步骤后,最大值通常发生;在大多数情况下,这种“mini-maximum”仍不到100%。然而,在许多情况下,透明度超过100%,这似乎,先天的,不可能考虑到技术和关系。¹它必须得出结论,这个分数是暂时性的比蒸馏水过滤0.2µm更加透明(因此,“无菌”)。这显然是违反直觉的,只能说如果液相溶剂的不再是普通的水,因此比不上峨山用于校准的空白。也证实了这种观察外观的“光环”(圆环的事,直接在沉积的质量。图1中的现象清晰可见;该区域对应于隔离区水(EZ水)根据g·波拉克教授(个人沟通)和一个水晶形体的液态水。

图5。各种类型的沉降资料通过峨山方法获得。研究了数百个这样的曲线(NIR0xx实验数据)。

图6。图5系列的两个分离的配置文件。曲线显示了一个轻微的最大值后泰%的突然上升,但它并没有达到100%;曲线B,相反,大大超过100%。最大瞬态状态后,两条曲线重叠,给一个完全相同的平均值(大于95%的透明度)的水。

这些观察SWNIR让我们突出令人兴奋的和意想不到的现象,但他们也在研发可采。

的渐近值t→∞的图5和图6(一般而言),倾向于泰%< 100%,这表明“澄清”水仍然包含悬浮粒子。产生大量的微生物形成extra-polymeric物质(EPS),连同其他降解污染物,经过处理工厂和被释放到环境中。显然这些ESS(废水悬浮物)应该尽可能避免(经济和健康原因)。我们已经强调了(参见图7),ESS和特征之间的相关性最大的沉降资料建立可超过100%。这可以提供一个预测工具来减少ESS(通过添加絮凝剂,管理调整装置等)。数据是不幸的是仍然不足以验证这种相关性和总结形成的关系。

图7。图显示了一个仍然假设之间的关系与最大透明度大于100% (泰%> 100)和悬浮物的污水生物处理装置。如果乙状结肠模型证实,可以预测,为马克斯(泰%)> 100%,ESS < 10毫克L¹;max (泰%)< 100%,ESS > 10毫克L¹。(相关系数的配件:指数,r= 0.97、乙状结肠、r= 0.99)。

讨论

上述结果是发人深省的,仍然无法解释的,从我们的观点。很明显,更多的研究是必要的。

正如上面所讨论的,在消除可能的产物从设备通过复制数以百计的实验中,我们的主要假设是修改的可能性“光学结构”的水,可见SWNIR。所以,我们决定我们的工作定位在940海里水光谱。图8显示了结果通过光纤用可见分光计。

图8。这表明液态水的光谱在350 nm和1050 nm之间。它获得了火焰近红外光谱(海洋光学)光纤光谱仪,在普通温度、蒸馏水和空气过滤(空玻璃管)那样白。生的结果很吵,因此bisquare平滑的方法(使用多项式2次数)。SWNIR,我们观察两个吸收峰在λ₁= 898.9±4.2 nm和λ₂= 966.3±1.3 nm(绿线)。我们的工作波长在940 nm所代表的红线。

两个参数让我们认为966.3 nm的观测值是更多的与我们的研究相关:峰值接近我们的工作波长和吸收是前一个的两倍,因此更有可能对透明度的变化更加敏感。然而,这些目前只有假设进行测试。

让我们承认,然而,我们正在向966.3 nm≈970年nm。这个值将对应的第二个泛音伸展带地的债券(可能2ν₁+ν₃)。的数量可能的假设就变成了相当大:从g·波拉克的液晶水(与图1的光环,EZ区),更复杂的结构(如“六聚物(笼),液体表面,液体和冰”,它唤起的程度之间的相关性频率和分子在液体环境”)。⁴

许多bio-macromolecules的距离(EPS、细胞墙等)不面具高峰在970 nm(“这些研究报道吸收峰值在970 nm和1180 nm正常动脉组织”)⁵据推测,参与水的结构。

我们不能进一步推进的猜测在继续之前的实验方面研究……对于退休研究员,一些钱和减少了他的学术结构需要大量的时间和精力。我想借此机会向读者可能合作感兴趣或者有想法来解释本文中描述这一现象与我联系。

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引用

1. j . Thierie“近红外动态测量活性污泥强调自由水属性的局部修改的可能性”,j .近红外Spectrosc。20.415 - 418 (2012)。doi:https://doi.org/10.1255/jnirs.991
2. j . Thierie“近红外光谱观察活性污泥倾析表明相关性与四个不同的污水处理厂的废水悬浮物的情况”,活细胞。物化学。抛光工艺。5,130 - 135 (2013)。doi:https://doi.org/10.4172/1948 - 5948.10半岛app应用下载00111
3. j . Thierie近红外光谱活性污泥废水悬浮物监测沉降测量。海报在第一个Aquaphotomics研讨会上提出了在布鲁塞尔,2014年10月14日。
4. C.J.平整度、倪y l .史。斯金纳,“水氢键和OH-Stretch光谱:六聚物(笼),液体表面,液体,和冰”,半岛综合体育官方APP下载德甲期刊。化学。列托人。4 (1)12 - 17 (2013)。doi:https://doi.org/10.1021/jz301780k
5. T.J.艾伦,胡子,a .大厅,美联社Dhillon和J.S.二欧文,“lipid-rich光谱光声成像在人类主动脉斑块在740到1400纳米波长范围”,j .生物医学。光学17 (6),061209 (2012)。doi:https://doi.org/10.半岛app应用下载1117/1.JBO.17.6.061209

一般的文学作品

• j . Wingender顶替Neu H.-C。弗莱明(Eds),微生物胞外聚合物物质——特征、结构和功能。斯普林格出版社,柏林,海德堡,纽约(1999)。
• 麦特卡尔夫&艾迪,Inc .,修正g . Tchobanoglous F.L.伯顿,污水工程,处理处置重用3^{理查德·道金斯}经济日报。纽约麦格劳-希尔(1991)。