Biokemiallisen järjestelmän menestys riippuu MLSS:stä (Mixed Lime Sludge Concentration)

Aktiivilieteprosessin toiminta edellyttää useiden parametrien asianmukaista hallintaa, mukaan lukien MLSS:n ohjaus, joka on yksi yleisimmin käytetyistä indikaattoreista jätevesijärjestelmien päivittäisessä käytössä.

Aktiivilietepitoisuus viittaa kiintoainepitoisuuteen ilmastussäiliön poistoaukossa olevassa sekalipeässä, joka on merkitty symbolilla MLSS, yksikköinä mg/l. Sitä käytetään aktiivilietteen määrän mittaamiseen ilmastussäiliössä. MLSS:n kokonaismäärä sisältää seuraavat neljä näkökohtaa:

Aktiiviset mikro-organismit;
Ei--biohajoava orgaaninen aine, joka on adsorboitunut aktiivilietteeseen;
Mikrobien itse{0}}hapettumisen jäännös;
Epäorgaaninen aine.

Käytön aikana on erityisen tärkeää huomata, että MLSS tarkoittaa vain sekalipeän pitoisuutta ilmastussäiliössä, pois lukien sekalipeän konsentraatio toissijaisessa sedimentointisäiliössä. Lisäksi ilmastussäiliön sekalipeän pitoisuutta valvottaessa on ratkaisevan tärkeää käyttää ilmastussäiliön poistoaukossa olevaa sekalipeän pitoisuutta standardina aktiivilietepitoisuuden mittaamiseksi koko ilmastussäiliössä.

1. Aktiivilietteen pitoisuuden ja lietteen iän välinen suhde

Lietteen ikä on toiminnallinen keino saavuttaa lietteen ikätavoite poistamalla aktiiviliete. Kohtuullinen alue aktiivilietepitoisuuden säätelyyn voidaan antaa kohtuullisen lietteen iän ja ravinnon-/-mikrobisuhteen avulla. Itse asiassa, jos aktiivilietepitoisuutta nostetaan liikaa, lietteen ikä on erityisen pitkä, ylittäen normaalisti kontrolloidun lietteen ikäarvon, vaikka sisään tulevan orgaanisen aineksen pitoisuus ei olisi korkea. Tämä osoittaa selvästi, että aktiivilietepitoisuutta säädellään liian korkeaksi, mikä on paljon tarkempaa kuin sen absoluuttisen arvon perusteella, onko aktiivilietepitoisuutta säädettävä.

2. Aktiivilietteen pitoisuuden ja veden lämpötilan välinen suhde

Aktiivilietteen kasvu, lisääntyminen ja aineenvaihdunta biologisessa käsittelysäiliössä liittyvät läheisesti veden lämpötilaan. Jokaista 10 asteen veden lämpötilan laskua kohden aktiivilietteen aktiivisuus vähenee puoleen; kun veden lämpötila on alle 10 astetta, hoitovaikutus on selvästi huono. Tämän korjaamiseksi aktiivilietepitoisuutta voidaan säätää vastaamaan veden lämpötilan muutoksia:

Kun veden lämpötila on alhainen, aktiivilietepitoisuutta voidaan nostaa vähentyneen aktiivilieteaktiivisuuden negatiivisen vaikutuksen kompensoimiseksi, jolloin saavutetaan parempi poistoteho alhaisissa veden lämpötiloissa.

Kun veden lämpötila on korkea, aktiivilietteen aktiivisuus on voimakasta. Liian korkea aktiivilietepitoisuus on haitallista aktiivilietteen laskeutumiselle. Tässä tapauksessa aktiivilietepitoisuuden vähentäminen voi estää laskeutumattomien hiutaleiden ja samean supernatantin muodostumisen.

3. Aktiivilietteen pitoisuuden ja aktiivilietteen laskeutumissuhteen välinen suhde

Aktiivilietteen pitoisuus vaikuttaa lopulliseen laskeutumissuhteeseen. Korkeampi aktiivilietepitoisuus johtaa korkeampaan loppulaskeutussuhteeseen ja päinvastoin. Tämä johtuu siitä, että korkeampi aktiivilietepitoisuus johtaa suurempaan biologiseen määrään, mikä johtaa korkeampaan laskeutumissuhteeseen puristuksen ja sedimentaation jälkeen. Keskeinen ero muihin laskeutussuhdetta nostaviin tekijöihin on sen tarkkailu, onko puristettu aktiiviliete tiivistä ja onko sen väri tummanruskea. Tapauksissa, joissa lisääntynyt ei--aktiivilietepitoisuus johtaa korkeampaan laskeutumissuhteeseen, se johtuu yleensä huonosta tiivistymisestä ja himmeämästä väristä.

Tietysti myös liian alhainen aktiivilietepitoisuus vaikuttaa merkittävästi laskeutumissuhteeseen. Tämä ei kuitenkaan usein johdu siitä, että toimijat ovat tarkoituksella alentaneet aktiivilietepitoisuutta, vaan pikemminkin liian alhainen sisään tulevan orgaanisen aineksen pitoisuus. Tällaisissa tapauksissa käyttäjät, jotka tuntevat aktiivilietepitoisuuden liian alhaiseksi, yrittävät nostaa sitä, mikä johtaa aktiivilietteen ikääntymiseen. Lopullisen laskeutumissuhteen havainnointi paljastaa tyypillisiä aktiivilietteen ikääntymisen merkkejä: korkea puristuvuus, tumma väri ja kirkas supernatantti, joka sisältää hienojakoisia hiutaleita.

Jos epänormaalin lietteen purkamisen vuoksi esiintyy alhainen laskeutumissuhde, havainnointi paljastaa myös, että laskeutunut aktiiviliete on väriltään vaaleaa, sen kokoonpuristuvuus on huono ja se on harvaa.

1. Lietteen pitoisuuden vaikutus nitrifikaatioon

Nitrifikaatioon vaikuttavat monet ympäristötekijät, mukaan lukien pH, lämpötila, SRT, DO, BOD/TKN, lietteen pitoisuus ja myrkylliset aineet. Varsinaisissa jätevedenpuhdistamoissa vain parametreja, kuten SRT, DO, BOD/TKN ja lietteen pitoisuutta voidaan ohjata prosessin aikana.

a. Aerobisessa nitrifikaatiossa suuremmat lietteen pitoisuudet johtavat suhteellisesti korkeampaan nitrifioivien bakteerien pitoisuuteen, mikä johtaa korkeampaan aerobiseen nitrifikaatioon olosuhteissa, joissa lietepitoisuus on korkea.

b. Tietty lietteen ikä on tarpeen, jotta voidaan varmistaa nitrifioivien bakteerien esiintyminen biologisessa lietteessä. Suotuisten elinolosuhteiden luominen nitrifioiville bakteereille lisää entisestään niiden osuutta mikrobiyhteisössä, mikä lisää niiden pitoisuutta. Suurilla lietepitoisuuksilla anaerobisessa vaiheessa kulutetaan enemmän BOD:ta, mikä johtaa suhteellisen alhaisempaan BOD/TKN-suhteeseen aerobisessa vaiheessa.

Jotkut tutkimukset ovat osoittaneet käänteisen suhteen nitrifioivien bakteerien osuuden aktiivilieteessä ja BOD/TKN:n välillä. Koska nitrifioivat bakteerit ovat autotrofisia, orgaanisen substraatin pitoisuus ei ole rajoittava tekijä niiden kasvua. Jos orgaaninen substraattipitoisuus on kuitenkin liian korkea, se saa aikaan korkean-kasvunopeuden-heterotrofisten bakteerien nopean lisääntymisen ja kilpailevat liuenneesta hapesta. Tämä hidastaa autotrofisten bakteerien kasvua ja estää aerobisia nitrifioivia bakteereja saamasta etua, mikä vähentää nitrifikaationopeutta.

c. Liuennut happi (DO) on yleensä tärkeä indikaattori jätevedenpuhdistamoiden nitrifikaatiovaiheessa, tyypillisesti yli 2 mg/l. Useimmissa hapetusojaprosesseissa keskimääräistä DO-arvoa ojassa on vaikea saavuttaa arvoon 2 mg/l, yleensä se pysyy 1 mg/l:ssa tai alhaisempana. Nitrifikaatiovaikutus on kuitenkin edelleen hyvä. Syynä tähän on se, että hapetusojille tyypillinen suhteellisen korkea lietepitoisuus, vaikka se johtaa alhaisempaan DO-arvoon, vahvistaa muita nitrifikaatiota edistäviä tekijöitä.

Lisääntynyt lietepitoisuus lisää biologisen käsittelysäiliön tehollista tilavuutta ja vähentää samalla kuormitusta. Toisesta näkökulmasta lietteen pitoisuuden lisääminen lisää myös mikro-organismien aerobista kapasiteettia. Samoissa ilmastusolosuhteissa liuenneen happimittarin lukeman tulisi myös olla pienempi. Yllä olevat kohdat selittävät, että lietteen pitoisuuden lisääminen voi tarkoituksenmukaisesti vähentää liuenneen hapen (DO) arvoa biologisessa käsittelysäiliössä säilyttäen samalla hyvä nitrifikaatiotaso.

d. Nitrifioivien bakteerien normaalin kasvun ja lisääntymisen varmistamiseksi aktiivilieteessä lietteen ikää tulisi yleensä valvoa yli 8 vuorokautta. Suhteellisen tasapainoisen kilpailuedun varmistamiseksi nitrifioiville bakteereille muita heterotrofisia bakteereja vastaan ​​tulee kuitenkin lietteen ikää nostaa aiheuttamatta vakavaa lietteen vanhenemista, mikä lisää vastaavasti lietteen pitoisuutta biologisessa järjestelmässä.

2. Lietteen pitoisuuden vaikutus denitrifikaatioon

Biologinen denitrifikaatio on prosessi, jossa denitrifioivat bakteerit käyttävät nitraattien ionista happea hajottaakseen orgaanista ainetta hapettomissa olosuhteissa. Nitraatti pelkistetään N2:ksi, jolloin denitrifikaatioprosessi on valmis. Denitrifioivat bakteerit ovat heterotrofisia fakultatiivisia bakteereja, joita on runsaasti jätevedenkäsittelyjärjestelmissä. Aerobisissa olosuhteissa ne käyttävät happea hengitykseen ja orgaanisen aineen hapettavaan hajotukseen.

Molekyylihappittomissa olosuhteissa, kun nitraatti- ja nitriitti-ionit ovat läsnä samanaikaisesti, ne voivat hyödyntää näiden ionien happea hengitykseen, hapettamiseen ja orgaanisen aineksen hajotukseen. Denitrifioivat bakteerit voivat hyödyntää denitrifikaatioprosessissa elektronien luovuttajina monenlaisia ​​orgaanisia substraatteja, mukaan lukien hiilihydraatteja, orgaanisia happoja, alkoholeja ja jopa yhdisteitä, kuten alkaaneja, bentsoaatteja ja muita bentseenijohdannaisia, jotka ovat usein jäteveden pääkomponentteja. Monet tekijät vaikuttavat denitrifikaationopeuteen, mukaan lukien pH, lämpötila, liuennut happi (DO), hiili-----suhde (C/N-suhde) ja lietteen pitoisuus. Varsinaisissa jätevedenpuhdistamoissa vain parametreja, kuten DO ja lietteen pitoisuus, voidaan ohjata prosessin aikana. Vaikka C/N-suhde on tärkein vaikuttava tekijä denitrifikaatioreaktiossa, se riippuu suuresti sisään tulevan veden laadusta ja sitä on yleensä vaikea valvoa käytännössä.

a. Denitrifikaatio edellyttää molekyylisen hapen puuttumista, jotta denitrifioivat bakteerit voivat hyödyntää nitraateissa ja nitriiteissä olevaa ionista happea orgaanisen aineksen hajottamiseen. Kuten aiemmin mainittiin, biologiset järjestelmät, joissa on korkea lietepitoisuus, voivat asianmukaisesti vähentää liuennutta happea (DO) nitrifikaation aikana säilyttäen samalla nitrifikaation tehokkuuden. Siksi DO:n alentaminen nitrifikaation lopussa vähentää tehokkaasti nitraatin palautusnesteen sisältämää DO-pitoisuutta, mikä vähentää molekyylihapen vaikutusta denitrifikaatioprosessiin hapettomalla vyöhykkeellä ja parantaa denitrifioivien bakteerien kykyä hyödyntää hiilen lähteitä.

Samanaikaisesti korkeat lietepitoisuudet johtavat myös suhteellisen vahvaan endogeeniseen metaboliseen aerobiseen kapasiteettiin, mikä kuluttaa edelleen liuennutta happea paluu- ja hapettomalla alueella. Lisäksi erittäin korkeat lietepitoisuudet muuttavat sekalipeän viskositeettia, mikä lisää diffuusiovastusta ja vähentää siten paluunesteen mukana kulkevaa DO:ta. Joissakin käsittelyprosesseissa, joissa paluukanavana käytetään avoimia kanavia, tämä voi vähentää paluuvirtauksen vaatimaa hapetusta. Yhteenvetona voidaan todeta, että korkeilla lietepitoisuuksilla on merkittävä rooli DO:n vähentämisessä denitrifikaatiovaiheen aikana varsinaisessa prosessitoiminnassa.

b. Koska denitrifioivat bakteerit ovat heterotrofisia fakultatiivisia bakteereja ja niitä on runsaasti jätevedenkäsittelyjärjestelmissä, lietteen pitoisuuden lisääminen järjestelmässä voi tehokkaasti lisätä denitrifioivien bakteerien pitoisuutta. Denitrifikaationopeus on suurelta osin riippumaton nitraatti- ja nitriittipitoisuuksista, mutta se reagoi ensimmäisen kertaluvun -reaktioon denitrifioivien bakteerien pitoisuuden kanssa.

Siksi varsinaisessa prosessitoiminnassa korkeat lietepitoisuudet voivat lyhentää denitrifikaatioaikaa ja vähentää hapettoman vyöhykkeen tehollista tilavuutta. Koska hapettomassa vyöhykkeessä on kiinteä tehokas tilavuus, suuret lietepitoisuudet mahdollistavat suhteellisen vaikeasti --hajoavan orgaanisen aineksen paremman hyödyntämisen orgaanisessa matriisissa hiilen lähteenä. Tämä on erityisen tärkeää typen ja fosforin poistoprosesseissa, varsinkin kun hiililähteet ovat riittämättömät.

c. Suuret lietepitoisuudet johtavat suhteellisesti suurempiin mikrobien flokkien halkaisijaan. Nitrifikaation aikana alhainen liuenneen hapen taso johtaa pienempään hapen painegradienttiin, mikä helpottaa hapettomien ympäristöjen muodostumista höytäleissä, mikä edistää denitrifikaatiota. Siksi suuret lietepitoisuudet voivat edistää samanaikaista denitrifikaatiota.

Avain biologiseen fosforinpoistoon on lisätä polyfosfaattia-kerääntyvien bakteerien osuutta aktiivilietejärjestelmässä ja edistää samalla niiden nopeaa kasvua ja lisääntymistä järjestelmän toiminnan aikana ja ylläpitää korkeaa fosforipitoisuutta polyfosfaattia-kerääntyvissä bakteereissa purkamisen yhteydessä.

Polyfosfaatti{0}}kertyvien (PAC) bakteerien osuuden lisäämiseksi järjestelmän aktiivilieteessä on luotava suotuisampi ympäristö ja hydrauliset olosuhteet niiden kasvulle ja lisääntymiselle. Tämä tarkoittaa, että prosessivirtauksessa on hyvä anaerobinen ja aerobinen ympäristö. Ympäristötekijöiden hallinta anaerobisella vyöhykkeellä on erityisen tärkeää PAC-bakteerien kasvun ja lisääntymisen sekä fosforinpoiston saavuttamisen kannalta. Suuri lietteen pitoisuus anaerobisella alueella on hyödyllisempää PAC-bakteereille.

Biologisen fosforinpoiston tehokkuus liittyy läheisesti lietteen ikään. Vain tietyllä lietteen iällä (noin 3 päivää) voidaan poistaa ylimääräinen fosfori tehokkaasti, jolloin saavutetaan fosforinpoistotoiminto. Koska lietteen pitoisuus on suoraan verrannollinen lietteen ikään, on kiinteä sisäänvirtaus suspendoitunutta kiintoainetta (SS), joten mitä korkeampi lietteen pitoisuus ylittää tietyn alueen, sitä huonompi on fosforinpoistovaikutus.

a. Säilyttäen lietteen ikää, joka on riittävä fosforinpoistotehokkuuden kannalta, lietteen pitoisuuden lisääminen anaerobisella vyöhykkeellä johtaa vastaavasti korkeampaan PAC-bakteeripitoisuuteen. Tämä lisää fosforia-vapauttavien mikro-organismien määrää, mikä puolestaan ​​lisää myöhemmin aerobisten fosforia-absorboivien mikro-organismien määrää, mikä tehostaa järjestelmän yleistä fosforinpoistovaikutusta.

b. Anaerobisella vyöhykkeellä polyfosfaattia{1}}kerääntyvät bakteerit imevät VFA:ta ja vapauttavat fosforia. Samanaikaisesti korkean lietepitoisuuden olosuhteissa anaerobinen vyöhyke voi toimia järjestelmän anaerobisena happamoitumisen osana, joka hydrolysoi anaerobisesti suuren -molekyylipainoisen-, umpimähkäisen orgaanisen aineen vedessä. Polyfosfaattia{6}}kerääntyvien bakteerien fosforin vapautuessa vapautuvaa energiaa voidaan käyttää aktiivisesti etikkahapon, H+:n jne. imemiseen, muodostaen PHB:tä ja varastoimalla sen bakteereihin. Tämä edistää orgaanisen aineen happamoitumista, parantaa jäteveden biohajoavuutta ja lisää myöhemmissä käsittelyprosesseissa denitrifikaatioreaktioissa käytettävää hiililähdettä.