Monilla jätevesien käsittelyssä työskentelevillä on intuitio: "Mikro-organismit ovat päävoima, joten enemmän lietettä tarkoittaa vahvempaa käsittelykapasiteettia." Tämä vaikuttaa järkevältä, mutta todellisessa käytössä tämä johtaa usein ongelmiin.
Ne, jotka ovat osallistuneet paikan päällä tapahtuvaan-käyttöönottoon, ovat todennäköisesti nähneet tämän skenaarion: vaihtelevaa jätevettä, satunnaista ammoniakkityppeä, joka ylittää normit, ja käyttäjän ensimmäinen reaktio on "riittämätön lietteen pitoisuus", mikä johtaa lietteen päästöjen vähenemiseen tai ei ollenkaan. MLSS kasvaa asteittain 3000:sta 4000:een, 5000:een ja 6000 mg/l:aan.
Outoa kyllä, vaikka suurempi lietepitoisuus ratkaisee ongelman, se aiheuttaa uusia ongelmia-lietteen ylivuoto toissijaisesta sedimentointisäiliöstä, jäteveden SS ylittää standardit, puhaltimen taajuus on jo maksimissaan, eikä aerobisen säiliön DO:ta voida lisätä.
Joten missä on ongelma?
Lietteen pitoisuuden ja järjestelmän kapasiteetin välinen suhde ei ole lineaarinen, vaan paraabeli.
Hapensyötön pullonkaula: liuenneen hapen siirron "viimeinen kilometri"
Harkitse ensin ilmastusta: säiliön hapenkulutus nousee jokaista 1000 mg/L:n lisäystä lietteen pitoisuudessa. 1 kg aktiivilietteen päivittäisen aineenvaihdunnan ylläpitäminen vaatii noin 0,8-1,2 kg happea. Kun MLSS nousee 3000:sta 5000:een, säiliön kokonaisbiomassa kasvaa lähes 70 %, mikä lisää yleistä hapen tarvetta.
Syvempi kriisi piilee hapensiirron rajoituksissa mikromittakaavassa. Kun MLSS ylittää tietyn arvon, aktiivilieteflokkien hiukkaskoko ja tiheys kasvavat merkittävästi. Tämä saa hapen siirtovastuksen kasvamaan eksponentiaalisesti, mikä luo "viimeisen mailin" ongelman liuenneen hapen siirrossa.
Tässä vaiheessa, vaikka DO aerobisessa säiliössä voi pysyä 2,0-3,0 mg/l:ssa, noin 60 % flokkien sisältämästä tilavuudesta voi olla jo hapettomassa tilassa. Nitrifioivat bakteerit ovat kuin asukkaat, jotka on puristettu "ikkunattomaan sisähuoneeseen", jossa ulommat heterotrofiset bakteerit kuluttavat happea ennen kuin ne saapuvat alueelleen. DO:n (Dissolved Organic Carbon) käyttöaste laskee merkittävästi, nitrifioivien bakteerien aktiivisuus vähenee ja ammoniakkitypen määrä alkaa nousta. Samanaikaisesti paikallinen hapeton ympäristö helpottaa rihmamaisten bakteerien lisääntymistä, mikä löysää lietteen rakennetta ja huonontaa laskeutumiskykyä.
Selvitysraja: Toissijaisen selvityssäiliön "ylikuormitus" -kriisi
Kun tarkastellaan toisioselkeytyssäiliötä: mitä korkeampi lietepitoisuus, sitä enemmän kiinteää ainetta pääsee sekundääriselkeytyssäiliöön. Pintakuormituksen suunnitteluarvo tyypilliselle toissijaiselle selkeytyssäiliölle, jossa on keskellä oleva tuloaukko ja sitä ympäröivä poistoaukko, on 0,8–1,2 m³/m²·h, ja kiintoainekuormitus on yleensä säädetty arvoon 4–6 kg/m²·h.
MLSS:n (Mixed Liquor Suspended Solids) jatkuva kasvu johtaa suoraan toissijaisen selkeytyssäiliön kiintoainekuormituksen merkittävään kasvuun, joka ylittää sen suunnittelukapasiteettirajan. Ylikuormituksen jälkeen lietteen-vedenerotusvaikutus heikkenee, supernatantti muuttuu sameaksi ja jäteveden SS ylittää standardin. Joskus kerros hienoa lietettä kelluu sekundääriselkeytyssäiliön koko pinnalla, ja paluuvirtaussuhteen säätäminen on tehotonta. Monet standardin ylittävät jäteveden suspendoituneet kiintoaineet eivät ole juurtuneet biologiseen käsittelyosaan, vaan lietepitoisuuteen, joka ylittää sekundääriselkeytyssäiliön mitoituskapasiteetin.
Epätasapainoinen lietteen ikä: "Ikääntyvä" ansa keskittymisen takana
Toinen helposti huomiotta jäävä tekijä on lietteen ikä. Kun lietteen poistomäärä on vakio, MLSS:n lisääminen pidentää lietteen ikää.
Lietteen liiallinen ikääntyminen johtaa lietteen ikääntymiseen: mikro-organismit siirtyvät endogeeniseen hengitysvaiheeseen, mikä lisää omaa hapenkulutustaan, mutta niiden tehokas aktiivisuus epäpuhtauksien hajottamisessa laskee merkittävästi. Ikääntyvät lietehöyryt hienostuvat ja sirpaloituvat, laskeutuvat hitaammin ja häviävät helposti jäteveden mukana.
Tasapainopisteen löytäminen: Dynaaminen ohjaus on avainasemassa
Käytännössä "asianmukainen keskittyminen" on aina tärkeämpää kuin "korkea keskittyminen". Ei ole olemassa yhtä, yleisesti sovellettavaa optimaalista lietepitoisuutta; käyttöparametreja on säädettävä dynaamisesti erityisten käyttöolosuhteiden mukaan:
Vaikutuskuormitus: Suuren orgaanisen kuormituksen olosuhteissa lietepitoisuuden kohtalainen lisääminen voi puskuroida veden laatuhäiriöitä; Pitkän ajan-alhaisissa sisäänvirtauskuormissa liiallinen lietepitoisuus vain lisää tuulettimen energiankulutusta ja lisää painetta lietteenpoiston ylläpitoon.
Veden lämpötilaolosuhteet: Talvella alhaiset lämpötilat vähentävät mikrobien aineenvaihduntaa, mikä mahdollistaa MLSS-biomassan (Multi{0}}Layer Sludge Solids) kohtuullisen kasvun nitrifikaation varmistamiseksi. Kesällä korkeampi veden lämpötila ja korkeampi mikrobiaktiivisuus vähentävät lietteen pitoisuutta, mikä säästää ilmastusenergiaa ja pienentää lietteen bulkkia.
Perusvertailu: Keskity F/M-arvoon (syötteen{0}}--mikro-organismien suhde)
Luotettavin vertailukohta lietteen pitoisuuden kohtuullisuuden arvioimiseksi on F/M-suhde (syöttö-mikro-organismien suhde-) sen sijaan, että keskittyisi tiukasti yhteen MLSS-arvoon.
Perinteisille kunnallisille jätevesijärjestelmille sopiva F/M-alue on tyypillisesti 0,1-0,2 kg BOD5/kg MLSS·d (jotkut prosessit voivat lieventää tätä arvoon 0,2-0,4).
F/M-suhde alle 0,05 tarkoittaa pitkäaikaista mikrobisubstraatin puutetta; jatkuva nälkä johtaa nopeasti lietteen vanhenemiseen.
F/M-suhde yli 0,4 tarkoittaa riittämättömiä tehokkaita biomassavarantoja, mikä tekee jätevedestä erittäin alttiita standardien ylityksille vedenlaatuhäiriöiden aikana.
Lietteen poistumisnopeuden päivittäiset säädöt syöttö{0}}--mikro-organismien suhteen stabiloimiseksi ovat paljon tieteellisempiä kuin kiinteän lietepitoisuuden tiukka noudattaminen. Monet vakiintuneet jätevedenpuhdistamot säätävät dynaamisesti lietepitoisuuksiaan todellisten olosuhteiden mukaan: lisäävät pitoisuutta kohtuullisesti talvella puhdistuksen tehokkuuden ylläpitämiseksi ja vähentävät sitä kesällä energian säästämiseksi ja lietteen bulkkia hillitsemiseksi. Nämä ovat käytännön kokemuksia, jotka etulinjan henkilökunta tiivisti lukemattomien kokeilujen ja virheiden jälkeen.
Viime kädessä lietteen väkevöinti on vain prosessin säätelykeino, ei koskaan toiminnan perimmäinen tavoite. Pyrimme todella saavuttamaan pitkän-järjestelmän vakauden, johdonmukaisesti vaatimustenmukaisen jäteveden ja hallittavat käyttökustannukset.
Sekä liian korkeat että matalat MLSS-tasot ovat haitallisia järjestelmän vakaalle toiminnalle. Optimaalinen lietteen pitoisuus on sellainen, joka pitää virtausnopeuden (F/M) kohtuullisella alueella, varmistaa vakaan ja hallittavan liuenneen hapen (DO), estää lietteen valumisen sekundäärisedimentaatiosta ja täyttää jatkuvasti veden laatustandardit. Tämä arvo voi olla suurempi tai pienempi kuin suunnitteluviitearvo, mutta korkeampi ei todellakaan ole aina parempi.