廢水處理過程監測中基于分光光度法的傳感器如何正確的選擇、調試、維護、操作和應用？廢水中的許多重要物質，包括硝酸鹽、亞硝酸鹽和有機碳參數，都可以基于紫外和可見光（UV-Vis）的吸收來測量。作為賽萊默旗下品牌WTW IQ SensorNet過程監測系統一部分的紫外-可見光傳感器為示例，概述其測量原理、設計和操作。

BOD和COD是許多不同物質的綜合參數，單獨測定需要大量的分析工作。BOD和COD是衡量樣品中有機碳氧化所需氧氣量的指標。測量單位為mg O?/L。就BOD而言，反應由細菌催化。除了由于長時間（5天）培養所需的精確條件而將測試限制在實驗室之外，該方法對技術非常敏感，因此精密度可能存在問題。COD方法是更劇烈的化學氧化，幾乎所有的有機碳都被氧化。它比BOD更快，但由于需要樣品采集、樣品制備設備和試劑補充，在在線分析儀中實施成本很高。總有機碳（TOC）使用較少，但作為工藝控制中BOD的補充甚至替代，正越來越受歡迎。TOC方法是對樣品中有機碳的直接測量，測量單位為mg C/L。TOC測量比BOD或COD更快、更簡單，并且不需要像COD方法那樣使用汞。TOC測量也可能更精確，尤其是對于有機含量極低的樣品，如高級水資源回收設施的出水。

廢水中氮的充分去除變得越來越重要。氮是支持包括藻類在內的生物生長的關鍵常規營養素。在營養豐富的水域中，藻類的生長和死亡會加速，導致缺氧，這是一種不適合魚類和其他水生生物的低氧條件。處理后的廢水是某些流域的重要營養物來源。因此，對所有氮種類的監測和控制具有極大的意義。未經處理的廢水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽通常可以忽略不計。因此，處理后的廢水中出現的二者的任何一種都是生物硝化作用的結果，如圖1所示，硝化作用將廢水中的氨轉化為硝酸鹽。完全和高效的硝化作用可實現最大硝酸鹽濃度。亞硝酸鹽和硝酸鹽的總和（統稱為NOx）通過另一種稱為反硝化作用的生物反應轉化為氮氣并從廢水中去除（圖1）。如果反硝化作用發生在曝氣池中，這對水資源回收設施來說是一件好事，因為它將減少處理后出水中的總氮（TN），并減少所需的能量強度，因為該反應無需輸入氧氣即可實現。然而，如果反硝化作用發生在最終沉淀池的污泥層中，這將是一件壞事。產生的氮氣氣泡會使固體上浮，干擾污泥回流的控制，并在固體溢出堰時增加處理后出水中的總懸浮固體（TSS）和BOD，可能導致違反排放限值。

圖1.硝化和反硝化路徑圖

硝化或反硝化過程中的限制可能導致亞硝酸鹽積累，甚至更多的合規問題。有氯消毒的設施會立即注意到氯需求的增加，因為1 mg/L的亞硝酸鹽氮會消耗5 mg/L的氯。未能跟上氯投加量會導致消毒不足和處理后出水中細菌水平增加。其他影響可能更微妙，但同樣存在問題。亞硝酸鹽對水生生物毒性很大，比硝酸鹽毒性更大。1 mg/L或更高的亞硝酸鹽氮可能導致整個出水毒性（WET）測試失敗。亞硝酸鹽氮水平升高的影響還不止于此。奇怪的是，產生和消耗亞硝酸鹽的細菌（統稱為硝化細菌）對亞硝酸鹽敏感，這會形成一個毀滅性的反饋循環，其中一個小的干擾可能導致硝化作用死亡螺旋和工藝異常，導致長期不符合出水氨氮限值。另一方面，亞硝酸鹽積累可用于提高廢水處理效率。對亞硝酸鹽短程脫氮的理解和發展推動了創新工藝的發展，這些工藝有意通過亞硝酸鹽縮短脫氮過程，從而降低能源和化學成本，如圖2和圖3所示。

氮的形態可以通過許多不同的方法測量，包括離子色譜法、比色法和電位法。色譜法非常精確，但僅限于實驗室應用。比色法也能提供高質量的測量，但需要用于采樣和樣品制備的輔助設備，并且需要補充試劑。

圖2.亞硝化和反硝化路徑圖

圖3.脫氨工藝路徑圖