Sensors to monitor biological nitrogen removal and activated sludge settling

Gernaey, Krist; Vanderhasselt, Alexis; Bogaert, Herwig; Vanrolleghem, Peter A.; Verstraete, Willy

doi:10.1016/s0167-7012(98)00023-2

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“…B. zur Überwachung der Nitrifikation [1] oder der Methanbildung [2]) als auch Titrationen in gezogenen Proben (z. B.…”

Section: Problemstellungunclassified

Effiziente Überwachung biotechnischer Prozesse mittels Titration

Feitkenhauer¹

2002

Chemie Ingenieur Technik

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In den letzten Jahren hat die Überwachung von biotechnischen Prozessen an Bedeutung gewonnen. Dabei spielen vielfach sehr ausgeklügelte Mess-und Regelsysteme eine entscheidende Rolle. Auf der anderen Seite gibt es in vielen Bereichen der Bioverfahrenstechnik noch immer Prozesse, die weitgehend ungeregelt ablaufen bzw. mit Erfahrungswissen gefahren werden. Ein Hindernis für neue Messtechniken ist dabei häufig, dass in Produktionsanlagen nicht genügend hinreichend qualifiziertes Personal verfügbar ist. Hier bieten sich Titrationstechniken an, die einem groûen Personenkreis vertraut sind und mit einer relativ einfachen Technik auskommen. Aber auch hier hat es in den letzten Jahren groûe Fortschritte gegeben, so dass heute Online-Überwachungen sehr viel robuster und kostengünstiger realisierbar sind. Hierbei können sowohl direkte Säure/ Base-Titrationen eines Bioprozesses (z. B. zur Überwachung der Nitrifikation [1] oder der Methanbildung [2]) als auch Titrationen in gezogenen Proben (z. B. Titrationen zur gleichzeitigen Bestimmung verschiedener Ionen in Wasser [3] oder zur (Online-) Titration der kurzkettigen Fettsäuren [4]) wichtige Prozessdaten liefern. Darüber hinaus wurden auch Titrationen mit ionenselektiven Elektroden weiterentwickelt. So stehen z. B. Elektroden und Verfahren zur (Online-) Tensidbestimmung zur Verfügung [5, 6]. In dieser Arbeit soll anhand von Beispielen aufgezeigt werden, wie titrimetrische Verfahren zur effizienten Prozessüberwachung eingesetzt werden können. Wichtige Parameter wie Zelldichten oder Produktkonzentrationen werden auf der Basis titrimetrischer Daten berechnet bzw. abgeschätzt (¹Software-Sensor-Technikenª [7]). Bei allen Anwendungen wurde auf eine möglichst einfache Umsetzbarkeit Wert gelegt. Die gezeigten Lösungen erfordern so zum Beispiel nicht, die Biomasse vor der Analyse abzutrennen. Damit kann eine weitere Quelle von Störungen minimiert werden (etwa Verblockungen bei ungenügender Wartung der Filtrationseinheit).

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“…B. zur Überwachung der Nitrifikation [1] oder der Methanbildung [2]) als auch Titrationen in gezogenen Proben (z. B.…”

Section: Problemstellungunclassified

Effiziente Überwachung biotechnischer Prozesse mittels Titration

Feitkenhauer¹

2002

Chemie Ingenieur Technik

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“…By measuring the nitrite formation rates with the colorimetric methods using cell suspensions, the inhibitor toxicity can also be evaluated [13–15]. However, the analysis procedures are always complex and time-consuming [16]. Furthermore, the reagents used are harmful to human health and may contaminate the environment.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Potentiometric Flow Biosensor Based on Ammonia-Oxidizing Bacteria for the Detection of Toxicity in Water

Zhang

Ding

Kou

et al. 2013

Sensors

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A flow biosensor for the detection of toxicity in water using the ammonia-oxidizing bacterium (AOB) Nitrosomonas europaea as a bioreceptor and a polymeric membrane ammonium-selective electrode as a transducer is described. The system is based on the inhibition effects of toxicants on the activity of AOB, which can be evaluated by measuring the ammonium consumption rates with the ammonium-selective membrane electrode. The AOB cells are immobilized on polyethersulfone membranes packed in a holder, while the membrane electrode is placed downstream in the flow cell. Two specific inhibitors of the ammonia oxidation—allylthiourea and thioacetamide—have been tested. The IC50 values defined as the concentration of an inhibitor causing a 50% reduction in the ammonia oxidation activity have been measured as 0.17 μM and 0.46 μM for allylthiourea and thioacetamide, respectively. The proposed sensor offers advantages of simplicity, speed and high sensitivity for measuring toxicity in water.

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“…Once the activity of nitrifying bacteria is inhibited, and it leads to decreased oxygen consumption rate in the system [17]. In fact, several technologies such as the NITRification tOXicity tester (NITROX, [18]) and selective nitrification inhibitor addition respirometry [19] have been applied to detect nitrification inhibition. Since these methods distinguish the oxygen uptake by nitrifying bacteria from that by total sludge, a nitrification inhibitor should be added.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A DO- and pH-Based Early Warning System of Nitrification Inhibition for Biological Nitrogen Removal Processes

Hong

Choi

Lim

et al. 2012

Sensors

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In Korea, more than 80% of municipal wastewater treatment plants (WWTPs) with capacities of 500 m3·d−1 or more are capable of removing nitrogen from wastewater through biological nitrification and denitrification processes. Normally, these biological processes show excellent performance, but if a toxic chemical is present in the influent to a WWTP, the biological processes (especially, the nitrification process) may be affected and fail to function normally; nitrifying bacteria are known very vulnerable to toxic substances. Then, the toxic compound as well as the nitrogen in wastewater may be discharged into a receiving water body without any proper treatment. Moreover, it may take significant time for the process to return back its normal state. In this study, a DO- and pH-based strategy to identify potential nitrification inhibition was developed to detect early the inflow of toxic compounds to a biological nitrogen removal process. This strategy utilizes significant changes observed in the oxygen uptake rate and the pH profiles of the mixed liquor when the activity of nitrifying bacteria is inhibited. Using the strategy, the toxicity from test wastewater with 2.5 mg·L−1 Hg2+, 0.5 mg·L−1 allythiourea, or 0.25 mg·L−1 chloroform could be successfully detected.

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Sensors to monitor biological nitrogen removal and activated sludge settling

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A Potentiometric Flow Biosensor Based on Ammonia-Oxidizing Bacteria for the Detection of Toxicity in Water

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