Много хора, работещи в пречистването на отпадъчни води, имат интуиция: „Микроорганизмите са основната сила, така че повече утайки означава по-силен капацитет за пречистване.“ Това изглежда разумно, но при реална работа това често води до проблеми.
Тези, които са участвали в -пускането в експлоатация на място, вероятно са били свидетели на този сценарий: променливи отпадъчни води, от време на време амонячен азот, надвишаващ стандартите, и първата реакция на оператора е „недостатъчна концентрация на утайка“, което води до намалено или дори никакво изхвърляне на утайка. MLSS постепенно се увеличава от 3000 до 4000, 5000 и 6000 mg/L.
Странно, докато по-високата концентрация на утайка решава проблема, тя създава нови проблеми-утайката прелива от вторичния утаителен резервоар, отпадъчните води SS надвишават стандартите, честотата на вентилатора вече е на максимум и DO в аеробния резервоар не може да се увеличи.
И така, къде е проблемът?
Връзката между концентрацията на утайката и капацитета на системата не е линейна, а парабола.
Затруднение при доставката на кислород: „Последната миля“ на преноса на разтворен кислород
Първо, помислете за аериране: За всеки 1000 mg/L увеличение на концентрацията на утайката, скоростта на потребление на кислород в резервоара нараства. Поддържането на дневния метаболизъм на 1 kg активна утайка изисква приблизително 0,8-1,2 kg кислород. Когато MLSS се покачи от 3000 на 5000, общата биомаса в резервоара се увеличава с близо 70%, което води до скок в общото търсене на кислород.
По-дълбоката криза се крие в ограниченията на преноса на кислород на микромащаб. Когато MLSS надвиши определена стойност, размерът на частиците и плътността на флокулите от активна утайка се увеличават значително. Това кара съпротивлението на преноса на кислород да се увеличава експоненциално, създавайки проблема с „последната миля“ на преноса на разтворен кислород.
В този момент, въпреки че DO в аеробния резервоар може да остане на 2,0-3,0 mg/L, приблизително 60% от обема вътре във флокулите може вече да е в състояние на аноксични условия. Нитрифициращите бактерии са като обитатели, притиснати в "закрита стая без прозорци", където кислородът се консумира от външните хетеротрофни бактерии, преди да достигне тяхната зона. Степента на използване на DO (разтворен органичен въглерод) намалява значително, активността на нитрифициращите бактерии се потиска и амонячният азот започва да се повишава. Едновременно с това локализираната аноксична среда улеснява пролиферацията на нишковидните бактерии, разхлабвайки структурата на утайката и влошавайки ефективността на утаяване.
Граница на утаяване: Кризата на "претоварване" на вторичния утаителен резервоар
Поглед към вторичния утаителен резервоар: колкото по-висока е концентрацията на утайка, толкова повече твърдо вещество навлиза във вторичния утаителен резервоар. Проектната стойност на повърхностното натоварване за типичен вторичен утаителен резервоар с централен вход и заобикалящ изход е 0,8~1,2 m³/m²·h, а натоварването на твърди частици обикновено се контролира на 4~6 kg/m²·h.
Непрекъснато увеличаване на MLSS (Суспендирани твърди вещества в смесени течности) директно ще доведе до значително увеличение на натоварването на твърди вещества във вторичния утаителен резервоар, надвишавайки границата на неговия проектен капацитет. След претоварване, ефектът на отделяне на водата от утайката-отслабва, супернатантата става мътна и SS на отпадъчните води надвишава стандарта. Понякога слой фина утайка плува по цялата повърхност на вторичния утаителен резервоар и регулирането на съотношението на обратния поток е неефективно. Много суспендирани твърди вещества в отпадъчни води, надвишаващи стандарта, не се коренят в секцията за биологично третиране, а по-скоро в концентрацията на утайки, надвишаваща проектния капацитет на резервоара за вторично утаяване.
Небалансирана възраст на утайката: капанът на „стареенето“ зад концентрацията
Друг лесно пренебрегван фактор е възрастта на утайката. При постоянен обем на изхвърляне на утайка, увеличаването на MLSS ще удължи възрастта на утайката.
Прекомерното стареене на утайката води до стареене на утайката: микроорганизмите навлизат във фазата на ендогенно дишане, увеличавайки собствената си консумация на кислород, но ефективната им активност при разграждане на замърсителите намалява значително. Стареещите утайки стават фини и фрагментирани, утаяват се по-бавно и лесно се губят с отпадъчните води.
Намиране на "точката на баланс": Динамичният контрол е ключов
На практика „подходящата концентрация“ винаги е по-важна от „високата концентрация“. Няма единна, универсално приложима оптимална концентрация на утайки; работните параметри трябва да бъдат динамично регулирани въз основа на специфичните работни условия:
Влиятелно натоварване: При условия на високо органично натоварване, умереното увеличаване на концентрацията на утайката може да буферира шокове в качеството на водата; при дългосрочни-ниски въздействащи натоварвания прекомерната концентрация на утайки само ще увеличи потреблението на енергия от вентилатора и ще увеличи натиска върху поддръжката на изхвърлянето на утайки.
Температурни условия на водата: През зимата ниските температури намаляват метаболитната активност на микробите, позволявайки умерено увеличаване на биомасата на MLSS (Multi-Layer Sludge Solids) за осигуряване на нитрификация. През лятото по-високите температури на водата и по-високата микробна активност намаляват концентрацията на утайки, спестявайки енергия за аериране и намалявайки риска от натрупване на утайки.
Основен показател: Съсредоточете се върху F/M (съотношение-към-микроорганизми)
Най-надеждният показател за преценка дали концентрацията на утайката е разумна е съотношението F/M (съотношение-към-микроорганизми), вместо твърдо фокусиране върху една стойност на MLSS.
За конвенционалните общински системи за отпадъчни води подходящият обхват F/M обикновено е 0,1~0,2 kg BOD5/kg MLSS·d (някои процеси могат да намалят това до 0,2~0,4).
Съотношение F/M под 0,05 показва дългосрочна-липса на микробен субстрат; непрекъснатото гладуване бързо ще доведе до стареене на утайката.
Съотношение F/M над 0,4 показва недостатъчни ефективни запаси от биомаса, което прави отпадъчните води силно податливи на превишаване на стандартите по време на шокове в качеството на водата.
Ежедневните корекции на скоростта на изхвърляне на утайката за стабилизиране на съотношението -към-микроорганизми са много по-научни от стриктното спазване на фиксирана концентрация на утайката. Много-утвърдени пречиствателни станции за отпадъчни води динамично коригират своите концентрации на утайки въз основа на действителните условия: умерено увеличаване на концентрацията през зимата, за да се поддържа ефективността на пречистване, и намаляване през лятото, за да се пести енергия и да се контролира натрупването на утайки. Това е практически опит, обобщен от персонала на първа линия след безброй опити и грешки.
В крайна сметка концентрацията на утайки е просто средство за регулиране на процеса, но никога крайната цел на работа. Това, което наистина се стремим да постигнем, е дългосрочна-стабилност на системата, постоянно отговарящи на изискванията отпадъчни води и контролируеми оперативни разходи.
Както прекалено високите, така и ниските нива на MLSS са вредни за стабилната работа на системата. Оптималната концентрация на утайката е тази, която поддържа скоростта на потока (F/M) в разумен диапазон, осигурява стабилен и контролируем разтворен кислород (DO), предотвратява оттичането на утайката от вторичното утаяване и постоянно отговаря на стандартите за качество на водата. Тази стойност може да е по-висока или по-ниска от проектната референтна стойност, но по-високата определено не винаги е по-добра.