Aktiivilietteen (I) ymmärtäminen – alkuperä, rakenne, mikrobiyhteisö ja suorituskykyindikaattorit

Johdanto: Tänään opitaan biologisen käsittelyn päähenkilöstä – aktiivilieteestä (erilaisten mikro-organismien kantaja). Sillä on ratkaiseva rooli biologisissa käsittelyprosesseissa, sillä se poistaa epäpuhtauksia, kuten COD, ammoniakkitypen, kokonaistypen ja kokonaisfosforin jätevedestä lietteen sisältämien erilaisten mikro-organismien kautta. Jätevedenpuhdistamoilla käyneet voivat haistaa lievää mutaista hajua; se on aktiivilietteen tuoksu!

Clark ja Gage löysivät ensimmäisen kerran aktiivilietteen vuonna 1912 Isossa-Britanniassa pienestä kokeesta. Kokeessa jäteveden pitkittynyt ilmastus tuotti lietettä ja veden laatu parani merkittävästi. Arden ja Lockgtt tutkivat myöhemmin tätä ilmiötä.

Ilmastuskokeet suoritettiin pulloissa. Jokaisen päivän kokeen päätteeksi pullot tyhjennettiin ja prosessi aloitettiin uudelleen seuraavana päivänä. He huomasivat vahingossa, että koska pulloja ei puhdistettu perusteellisesti, käsittelyvaikutus oli itse asiassa parempi, kun lietettä tarttui pullon seinämiin. Tunnistaessaan pullon seinämiin jääneen lietteen tärkeyden he nimesivät sen aktiivilieteeksi.

Myöhemmin, ennen kunkin päivän kokeen päättymistä, he antoivat ilmastetun jäteveden laskeutua, heittivät pois vain puhdistetun veden yläkerroksen ja jättivät lietteen pohjalle käytettäväksi seuraavana päivänä. Tämä lyhensi merkittävästi jäteveden käsittelyaikaa.

Vuonna 1916 ensimmäinen aktiivilietteen jätevedenpuhdistamo rakennettiin tällä kokeellisella menetelmällä.

Aktiiviliete on flokkuloiva aine, jonka muodostaa sekoitus mikrobiyhteisöjä, kuten bakteereita, sieniä, alkueläimiä ja metazoia jätevedessä olevien suspendoituneiden ja kolloidisten aineiden kanssa. Sillä on vahva kyky adsorboida ja hajottaa orgaanista ainetta ja hyvät laskeutumisominaisuudet, ja sillä on biokemiallista aktiivisuutta.

Flokot ja rihmabakteerit ovat tärkeitä aktiivilietteen osia.

Flokkeja muodostuu bakteerien aggregoitumisesta liman tai kapseleiden kanssa. Ne imevät jäteveteen epäpuhtauksia ja vapaita mikro-organismeja antaen aktiivilieteelle erinomaiset laskeutumisominaisuudet ja suojaavat jäteveden mikro-organismeja nielemiseltä tai myrkytykseltä.

Rihmabakteerit muodostavat aktiivilietteen rungon. Ne kasvavat ja pidentyvät flokkien kiinnittyessä, jolloin flokit muodostavat suurempia hiukkasia säilyttäen samalla aktiivilietteen löysyyden.

Aktiiviliete on ulkonäöltään yleensä keltaista tai ruskehtavan{0}}keltaista. Se muuttuu mustaksi, kun hapen saanti on riittämätöntä tai anaerobista, ja harmahtavan-valkoiseksi, kun happea on liikaa ja ravintoaineita ei ole riittävästi. Aktiivilietteen vesipitoisuus on korkea, yleensä yli 99 %, ja sen tiheys on samanlainen kuin veden, tyypillisesti 1,002–1,003 kg/l.

Aktiivilietteen mikro-organismeissa alkueläimet ruokkivat bakteereja, kun taas metaeläimet ruokkivat sekä alkueläimiä että bakteereja muodostaen ravintoketjun ja tasapainoisen biologisen yhteisön. Aktiivilietteen bakteerit esiintyvät usein flokkien muodossa, harvemmat niitä on vapaassa tilassa. Tämä antaa bakteereille kyvyn vastustaa haitallisia ulkoisia tekijöitä. Vapaat bakteerit eivät asettu helposti, mutta alkueläimet voivat saalistaa niitä, mikä tekee sedimentaatiosäiliön jätevedestä kirkkaampaa.

1. Bakteerit

Bakteerit ovat yksisoluisia{0}}organismeja. Ne ovat erilaisia, lukuisia ja kooltaan pieniä aktiivilietteen sisällä, ja niillä on vahva kyky adsorboida ja hajottaa orgaanista ainetta, ja niillä on ratkaiseva rooli jäteveden käsittelyssä.

Aktiivilietteen viljelyn alkuvaiheessa bakteerit ovat suurelta osin vapaita jätevedessä. Kun liete vähitellen muodostuu, ne kerääntyvät vähitellen suurempiin ryhmiin.

(1) Flokki: Nämä ovat pieniä, näkyviä hiukkasia, jotka koostuvat bakteereista ja niiden erittävistä hyytelömäisistä aineista. Suurin osa aktiivilietteen bakteereista on päällystetty hyytelömäisillä aineilla, jotka ovat flokkien muodossa. Flokit ovat aktiivilietteen rakenteellinen ja toiminnallinen keskus, jolla on ominaisuuksia, kuten adsorptio, oksidatiivinen hajoaminen ja koagulaatiosedimentaatio.

(2) Rihmabakteerit: Nämä ovat bakteerityyppejä, joiden solut kapsideilla tai ilman niitä on liitetty toisiinsa muodostaen filamentteja. Rihmamaiset bakteerit kiinnittyvät usein bakteerihiutaleisiin ja kietoutuvat niiden kanssa muodostaen likaantumislietteen rungon. Kuitenkin, kun ne lisääntyvät suuria määriä, ne voivat huonontaa aktiivilietteen flokkulaatio- ja laskeutumisominaisuuksia ja vaikeissa tapauksissa aiheuttaa lietteen bulkkia.

(3) Nitrifioivat bakteerit Nitrifioivat bakteerit ovat autotrofisia bakteereja, jotka voivat hajottaa ammoniakkia ja nitriittiä. Ne sisältävät kaksi fysiologista alaryhmää: *Nitrifioivat bakteerit* ja *Nitrifioivat bakteerit*, jotka kuuluvat itsenäiseen perheeseen-Nitrifioivat bakteerit. Nitrifioivat bakteerit saavat energiaa aineenvaihdunnan tarpeisiinsa hapettamalla epäorgaanisia yhdisteitä nitrifikaation kautta käyttämällä hiilidioksidia ainoana hiilenlähteensä. Ne ovat tyypillisiä kemoautotrofisia bakteereja. Nitrifikaatiobakteereissa on nitrifikaatiota, joka viittaa prosessiin, jossa nitrifioivat bakteerit hapettavat NH3:n NO2:ksi- aerobisissa olosuhteissa ja hapettavat sen edelleen NO3-:ksi, jolloin saadaan kasvuun tarvittavaa energiaa. Ensimmäistä vaihetta, NH3:n hapetusta NO2-:ksi, kutsutaan nitrifikaatioksi tai ammoniakin hapetukseksi, ja sen täydentävät nitrifioivat bakteerit; toista vaihetta, NO2-:n hapetusta NO3-:ksi, kutsutaan nitrifikaatioksi, ja sen täydentävät nitrifioivat bakteerit. Siksi yleisesti käsitelty nitrifikaatio sisältää itse asiassa kaksi vaihetta: nitrifikaation nitriittiä hapettavilla bakteereilla ja nitrifikaatiota nitrifioivilla bakteereilla.

(4) Denitrifioivat bakteerit: Denitrifioivat bakteerit ovat kemoheterotrofisia bakteereja. Happi-puutteellisissa olosuhteissa ne pelkistävät nitraatit nitriiteiksi ja edelleen pelkistävät nitriitit typpikaasuksi, jolloin saadaan energiaa. Tämä on pohjimmiltaan päinvastainen nitrifioivien bakteerien toiminnalle (luonto on mielenkiintoinen tällä tavalla; kaksi erityyppistä bakteeria saavuttaa typen kierron). Denitrifioivat bakteerit ovat laajalti levinneet maaperään ja jäteveteen, ja niillä on tärkeä rooli maisemaveden käsittelyssä, kaupunkien jokien hoidossa ja vesiviljelyn käsittelyssä.

(5) Hydrolyyttisesti happamoittavat bakteerit: Nämä ovat bakteereja, jotka voivat käyttää suuria, monimutkaisia ​​orgaanisia molekyylejä elämäntoimintoihin anaerobisissa ympäristöissä. Hydrolyysi on prosessi, jolla monimutkaiset, liukenemattomat polymeerit muunnetaan yksinkertaisiksi liukoisiksi monomeereiksi tai dimeereiksi. Suuren suhteellisen molekyylipainonsa vuoksi suuri-molekyylipainoinen-orgaaninen aines ei pääse solukalvojen läpi, joten bakteerit eivät voi sitä suoraan hyödyntää. Ne muunnetaan ensin pienemmiksi molekyyleiksi bakteerien solunulkoisten entsyymien hydrolyyttisellä vaikutuksella. Tämän vaiheen tyypillisin ominaisuus on, että biologinen reaktio tapahtuu solunulkoisesti. Bakteerit viimeistelevät biokatalyyttiset hapetusreaktiot vapauttamalla solunulkoisia vapaita entsyymejä tai immobilisoituja entsyymejä, jotka ovat kiinnittyneet soluseinään.

Ja niin edelleen... bakteereja on monenlaisia, joten lopetan nyt tähän. Yksityiskohtaiset esittelyt yksittäisistä bakteerilajeista voidaan toimittaa myöhemmin.

2. Alkueläimet

Alkueläimet ovat pieniä, yksinkertaisia, matalan{0}}tason yksisoluisia-eläimiä. Jätevesien käsittelystä syntyvässä aktiivilieteessä on suuri määrä alkueläimiä. Ne osallistuvat jäteveden puhdistukseen nielemällä orgaanisia hiukkasia. Lisäksi, koska alkueläimet ovat herkkiä ympäristöolosuhteille, niiden koostumus ja määrä muuttuvat ympäristön vaihtelun myötä; siksi niitä käytetään usein indikaattoriorganismeina. Yleisiä esimerkkejä ovat pyörteet, amebat, siimat ja uivat ripset. Näitä mikro-organismeja on yli 80 % kokonaismäärästä. Jos yksilöiden lukumäärä ylittää 1000/ml, sitä tulee pitää aktiivilietteenä, jolla on korkea puhdistusteho.

3. Mikrometazoa

Aktiivilietteen tärkeimmät mikrometasot ovat rotiferit ja sukkulamadot. Yleisesti ottaen mikroskooppisten metazoaanien määrä aktiivilieteessä on suhteellisen pieni. Kuitenkin pieni-kuormitus aktiiviliete, erityisesti aktiiviliete, jossa on pitkäkestoinen ilmastus, rotifers ja oligochaete voi joskus tulla hallitsevia lajeja.

04 Aktiivilietteen suorituskykyindikaattorit Mikrobiyhteisöön kuuluvat pääasiassa bakteerit, alkueläimet ja metazoat, joista bakteerit ja alkueläimet ovat kaksi pääluokkaa. Aktiivilietteen suorituskykyindikaattoreita ovat: sekalipeän suspendoituneet kiintoaineet (MLSS), lietteen laskeutumissuhde (SV), lietteen tilavuusindeksi (SVI) ja lietteen tiheysindeksi (SDI).

MLSS (Mixed Liquor suspended solids) edustaa aktiiviliete-kiintoaineiden kokonaispainoa, joka sisältyy ilmastussäiliössä olevaan sekalipeän tilavuusyksikköön, eli:

MLSS=Ma + Me + Mi + Mii

Ma – Metabolisesti aktiivinen mikrobiyhteisö;

Me – endogeenisen aineenvaihdunnan ja mikro-organismien (pääasiassa bakteerien){0}}itsehapettumisen jäämät;

Mi – Inertti orgaaninen aine, jota bakteerien on vaikea hajottaa ja joka kulkeutuu raa'an jäteveden mukana;

Mii – Jäteveden mukana kulkeutuva epäorgaaninen aines.

Yksikkö on mg/l tai kg/m³.

Liquor volatile suspended solids (MLVSS) edustaa orgaanisten kiintoaineiden pitoisuutta sekalipeän aktiivilieteessä, eli:

MLVSS=Ma + Me + Mi

MLVSS:n suhde MLSS:ään ilmaistaan ​​muodossa f. Normaalioloissa f-arvo on suhteellisen kiinteä, noin 0,75 kotitalousjätevesillä.

Sekä MLVSS:tä että MLSS:ää voidaan käyttää kuvaamaan lietteen pitoisuutta biologisissa käsittelysäiliöissä. Päivittäiset tietojen vertailut voivat paljastaa aktiivilietteen kasvun. MLVSS ei kuitenkaan sisällä epäorgaanista ainetta, mikä tekee sen arvon lähempänä todellista mikro-organismien määrää.

Lietteen laskeutumisnopeus (SV), joka tunnetaan myös nimellä 30 minuutin laskeutusnopeus, on prosenttiosuus saostuneen lietteen tilavuudesta, joka muodostuu, kun sekalipeä on laskeutunut mittasylinterissä 30 minuuttia, ilmaistuna prosentteina (%).

Aktiivilietteen viljelyn alkuvaiheessa laskeutumisnopeudella voidaan aluksi tarkkailla lietteen kasvua. Yleensä normaali, stabiili aktiiviliete SV on 20-35 %. Pienempi SV tarkoittaa riittämätöntä lietteen pitoisuutta, kun taas korkeampi SV tarkoittaa liian nopeaa lietteen kasvua (ylimääräisiä ravinteita, mahdollisesti liiallisesta hiilenlähteestä johtuen).

Sludge volume index (SVI), joka tunnetaan myös nimellä sludge index, on laskeutuneen lietteen tilavuus (ml) grammaa kuivaa lietettä kohti sen jälkeen, kun se on laskeutunut 30 minuutin ajan sekalipeään ilmastussäiliön ulostulossa. Lietteen tilavuusindeksin laskentakaava on:

SVI=SV/MLSS

SVI:tä käytetään lietteen laskeutumiskyvyn arvioimiseen, ja sen normaalialue on tyypillisesti välillä 70-150 ml/g. Matala SVI-arvo tarkoittaa alhaista lietteen aktiivisuutta ja suurta epäorgaanisen aineen pitoisuutta; korkea SVI-arvo osoittaa mahdollista lietteen bulkkia ja huonoa laskeutumiskykyä.

Sludge density index (SDI), jota yleisesti kutsutaan tiheydeksi, on SVI:n käänteisluku.