Успехът на една биохимична система зависи от MLSS (концентрация на смесена варовикова утайка)

Работата на процеса на активна утайка изисква правилен контрол на множество параметри, включително контрол на MLSS, един от най-често използваните показатели в ежедневната работа на системите за отпадъчни води.

Концентрацията на активната утайка се отнася до съдържанието на суспендирани твърди вещества в смесената течност на изхода на резервоара за аериране, обозначено със символа MLSS, с единици mg/L. Използва се за измерване на количеството активна утайка в аеротенка. Общата сума на MLSS включва следните четири аспекта:

Активни микроорганизми;
Не{0}}биоразградима органична материя, адсорбирана върху активната утайка;
Остатък от микробно само{0}}окисление;
Неорганична материя.

По време на работа е особено важно да се отбележи, че MLSS се отнася само до концентрацията на смесената течност в резервоара за аериране, като се изключва концентрацията на смесената течност във вторичния утаителен резервоар. Освен това, когато се наблюдава концентрацията на смесената течност в аерационния резервоар, от решаващо значение е да се използва концентрацията на смесената течност на изхода на аерационния резервоар като стандарт за измерване на концентрацията на активната утайка в целия аерационен резервоар.

1. Връзка между концентрацията на активната утайка и възрастта на утайката

Възрастта на утайката е оперативно средство за постигане на целта за възраст на утайката чрез отстраняване на активната утайка. Разумен диапазон за контролиране на концентрацията на активна утайка може да бъде даден чрез разумна възраст на утайката и съотношение храна-към-микроби. Всъщност, ако концентрацията на активната утайка се увеличи прекомерно, възрастта на утайката ще бъде особено дълга, надвишавайки нормално контролираната стойност на възрастта на утайката, дори когато концентрацията на вливащата се органична материя не е висока. Това ясно показва, че концентрацията на активната утайка се контролира твърде високо, което е много по-точно от преценката дали концентрацията на активната утайка трябва да се контролира въз основа на нейната абсолютна стойност.

2. Връзка между концентрацията на активната утайка и температурата на водата

Растежът, размножаването и метаболизмът на активната утайка в резервоара за биологично третиране са тясно свързани с температурата на водата. За всеки 10 градуса понижаване на температурата на водата, активността на активната утайка ще намалее наполовина; когато температурата на водата е под 10 градуса, ефектът от лечението е очевидно слаб. За да се справи с това, концентрацията на активната утайка може да се регулира, за да се справи с промените в температурата на водата:

Когато температурата на водата е ниска, концентрацията на активната утайка може да се увеличи, за да се компенсира отрицателното въздействие на намалената активност на активната утайка, като по този начин се постига повишена ефективност на отстраняване при ниски температури на водата.

Когато температурата на водата е висока, активността на активната утайка е силна. Твърде високата концентрация на активната утайка е вредна за утаяването на активната утайка. В този случай намаляването на концентрацията на активната утайка може да предотврати образуването на неутаени флокули и мътен супернатант.

3. Връзката между концентрацията на активната утайка и коефициента на утаяване на активната утайка

Концентрацията на активната утайка влияе на крайното съотношение на утаяване. По-високата концентрация на активна утайка води до по-висок коефициент на окончателно утаяване и обратно. Това е така, защото по-високата концентрация на активната утайка води до по-голямо биологично количество, което води до по-висок коефициент на утаяване след компресиране и утаяване. Ключова разлика от други фактори, които могат да увеличат коефициента на утаяване, е да се наблюдава дали компресираната активна утайка е плътна и дали цветът й е тъмнокафяв. В случаите, когато повишената концентрация на не-активирана утайка води до по-висок коефициент на утаяване, това обикновено се дължи на лошо уплътняване и по-матов цвят.

Разбира се, твърде ниската концентрация на активна утайка също значително влияе върху коефициента на утаяване. Това обаче често не се причинява от операторите, които умишлено понижават концентрацията на активната утайка, а по-скоро от прекалено ниска концентрация на органично вещество. В такива случаи операторите, чувствайки, че концентрацията на активната утайка е твърде ниска, се опитват да я увеличат, което води до стареене на активната утайка. Наблюдението на крайното съотношение на утаяване ще разкрие типични признаци на стареене на активната утайка: висока свиваемост, тъмен цвят и бистър супернатант, съдържащ фини флокули.

Ако възникне нисък коефициент на утаяване поради необичайно изхвърляне на утайки, наблюдението ще разкрие също, че утаената активна утайка е бледа на цвят, има лоша свиваемост и е рядка.

1. Влиянието на концентрацията на утайки върху нитрификацията

Много фактори на околната среда влияят на нитрификацията, включително pH, температура, SRT, DO, BOD/TKN, концентрация на утайки и токсични вещества. В действителните пречиствателни станции за отпадъчни води само параметри като SRT, DO, BOD/TKN и концентрация на утайки могат да се контролират по време на работа на процеса.

а. При аеробна нитрификация по-високите концентрации на утайки водят до относително по-висока концентрация на нитрифициращи бактерии, което води до по-висока скорост на аеробна нитрификация при условия на висока концентрация на утайки.

b. Необходима е определена възраст на утайката, за да се гарантира наличието на нитрифициращи бактерии в биологичната утайка. Създаването на благоприятни условия за живот на нитрифициращите бактерии допълнително увеличава техния дял в микробната общност, като по този начин увеличава тяхната концентрация. При високи концентрации на утайки, повече БПК се изразходва в анаеробния етап, което води до относително по-ниско съотношение БПК/TKN в аеробния етап.

Някои проучвания показват обратна връзка между дела на нитрифициращите бактерии в активната утайка и БПК/ТКН. Тъй като нитрифициращите бактерии са автотрофни, концентрацията на органичен субстрат не е ограничаващ фактор за техния растеж. Въпреки това, ако концентрацията на органичния субстрат е твърде висока, това ще доведе до бързо размножаване на хетеротрофни бактерии с висок -растеж-, конкуриращи се за разтворен кислород. Това забавя растежа на автотрофните бактерии и не позволява на аеробните нитрифициращи бактерии да получат предимство, което води до намалена скорост на нитрификация.

c. Разтвореният кислород (DO) обикновено е важен индикатор в етапа на нитрификация на пречиствателните станции за отпадъчни води, обикновено над 2 mg/L. При повечето процеси на окислителни канавки средната стойност на DO в канавката е трудно да се достигне 2 mg/L, като обикновено остава 1 mg/L или по-ниска. Ефектът на нитрификация обаче все още е добър. Причината за това е, че относително високата концентрация на утайки, уникална за окислителните канавки, въпреки че води до по-ниска стойност на DO, повишава други фактори, благоприятни за нитрификация.

Повишената концентрация на утайки увеличава ефективния обем на резервоара за биологично третиране, като същевременно намалява натоварването. От друга гледна точка, увеличаването на концентрацията на утайки също повишава аеробния капацитет на микроорганизмите. При същите условия на аериране показанията на умера за разтворен кислород също трябва да бъдат по-ниски. Горните точки обясняват, че увеличаването на концентрацията на утайката може подходящо да намали стойността на разтворения кислород (DO) в резервоара за биологично третиране, като същевременно поддържа добро ниво на нитрификация.

d. За да се осигури нормален растеж и възпроизводство на нитрифициращи бактерии в активната утайка, възрастта на утайката обикновено трябва да се контролира на повече от 8 дни. Въпреки това, за да се осигури относително балансирано конкурентно предимство за нитрифициращи бактерии срещу други хетеротрофни бактерии, възрастта на утайката трябва да се увеличи, без да се причинява сериозно стареене на утайката, което съответно увеличава концентрацията на утайката в биологичната система.

2. Влиянието на концентрацията на утайки върху денитрификацията

Биологичната денитрификация е процесът, чрез който денитрифициращите бактерии използват йонния кислород в нитратите, за да разложат органичната материя при аноксични условия. Нитратът се редуцира до N2, завършвайки процеса на денитрификация. Денитрифициращите бактерии са хетеротрофни факултативни бактерии, изобилстващи в системите за пречистване на отпадъчни води. При аеробни условия те използват кислород за дишане и окислително разлагане на органични вещества.

При условия без молекулярен кислород, когато нитратните и нитритните йони присъстват едновременно, те могат да използват кислорода в тези йони за дишане, окисляване и разлагане на органична материя. Денитрифициращите бактерии могат да използват голямо разнообразие от органични субстрати като донори на електрони в процеса на денитрификация, включително въглехидрати, органични киселини, алкохоли и дори съединения като алкани, бензоати и други бензенови производни, които често са основните компоненти на отпадъчните води. Много фактори влияят върху скоростта на денитрификация, включително pH, температура, разтворен кислород (DO), съотношение въглерод-към-азот (C/N съотношение) и концентрация на утайки. В действителните пречиствателни станции за отпадъчни води само параметри като DO и концентрация на утайки могат да се контролират по време на работа на процеса. Въпреки че съотношението C/N е най-важният влияещ фактор в реакцията на денитрификация, то е силно зависимо от качеството на входящата вода и обикновено е трудно да се контролира на практика.

а. Денитрификацията изисква отсъствието на молекулярен кислород, за да позволи на денитрифициращите бактерии да използват йонния кислород в нитратите и нитритите за разграждане на органичната материя. Както бе споменато по-рано, биологичните системи с високи концентрации на утайки могат по подходящ начин да намалят разтворения кислород (DO) по време на нитрификация, като същевременно поддържат ефективността на нитрификация. Следователно, понижаването на DO в края на нитрификацията ефективно намалява съдържанието на DO, пренасяно в течността за връщане на нитрати, намалявайки въздействието на молекулярния кислород върху процеса на денитрификация в аноксичната зона и подобрявайки способността на денитрифициращите бактерии да използват източници на въглерод.

Едновременно с това, високите концентрации на утайки също водят до относително силен ендогенен метаболитен аеробен капацитет, допълнително изразходващ разтворен кислород във връщащата и аноксичната зони. Освен това много високите концентрации на утайка променят вискозитета на смесената течност, увеличавайки съпротивлението на дифузия и по този начин намалявайки DO, пренасян във връщащата течност. При някои процеси на лечение, използващи отворени канали като връщащи канали, това може да намали оксигенацията, необходима за обратния поток. В обобщение, високите концентрации на утайки играят значителна роля за намаляване на DO по време на етапа на денитрификация в реалния процес.

b. Тъй като денитрифициращите бактерии са хетеротрофни факултативни бактерии и са изобилни в системите за пречистване на отпадъчни води, увеличаването на концентрацията на утайки в системата може ефективно да увеличи концентрацията на денитрифициращи бактерии. Скоростта на денитрификация е до голяма степен независима от концентрациите на нитрати и нитрити, но проявява реакция от първи -порядък с концентрацията на денитрифициращи бактерии.

Следователно, при реална работа на процеса, високите концентрации на утайка могат да съкратят времето за денитрификация и да намалят ефективния обем на аноксичната зона. Като се има предвид фиксиран ефективен обем в аноксичната зона, високите концентрации на утайки позволяват по-добро оползотворяване на относително трудно --разграждащо се органично вещество в органичната матрица като източник на въглерод. Това е особено важно за процесите на отстраняване на азот и фосфор, особено когато източниците на въглерод са недостатъчни.

c. Високите концентрации на утайки водят до относително по-големи диаметри на микробните флокули. По време на нитрификация, ниското ниво на разтворен кислород води до по-малък градиент на налягането на кислорода, което улеснява образуването на аноксична среда в флокулите, като по този начин насърчава денитрификацията. Следователно високите концентрации на утайки могат да насърчат едновременната денитрификация.

Ключът към биологичното отстраняване на фосфора е увеличаването на дела на бактериите,-акумулиращи полифосфат, в системата за активна утайка, като същевременно се насърчава техният бърз растеж и размножаване по време на работа на системата, като се поддържа високо съдържание на фосфор в бактериите,-акумулиращи полифосфат, при изхвърляне.

За да се увеличи делът на полифосфат{0}}акумулиращите (PAC) бактерии в активната утайка на системата, е необходимо да се създаде по-благоприятна среда и хидравлични условия за техния растеж и размножаване. Това означава наличието на добра анаеробна и аеробна среда в потока на процеса. Контролът на факторите на околната среда в анаеробната зона е особено важен за растежа и размножаването на PAC бактериите и постигането на отстраняване на фосфора. Високата концентрация на утайка в анаеробната зона е по-полезна за PAC бактериите.

Ефективността на биологичното отстраняване на фосфор е тясно свързана с възрастта на утайката. Само при определена възраст на утайката (около 3 дни) излишният фосфор може да бъде ефективно отстранен, като се постигне функцията за отстраняване на фосфор. Като се има предвид фиксирано вливане на суспендирани твърди вещества (SS), тъй като концентрацията на утайката е право пропорционална на възрастта на утайката, колкото по-висока е концентрацията на утайката извън определен диапазон, толкова по-лош е ефектът на отстраняване на фосфора.

а. Докато се поддържа възраст на утайката, достатъчна за ефективност на отстраняване на фосфора, увеличаването на концентрацията на утайката в анаеробната зона води до съответно по-висока концентрация на PAC бактерии. Това увеличава количеството микроорганизми,-освобождаващи фосфор, което от своя страна увеличава количеството на последващите аеробни микроорганизми,-абсорбиращи фосфор, като по този начин засилва цялостния ефект на отстраняване на фосфор от системата.

b. В анаеробната зона полифосфат-акумулиращите бактерии абсорбират VFA и освобождават фосфор. Едновременно с това, при условия на висока концентрация на утайки, анаеробната зона може да служи като секция за анаеробно подкисляване на системата, като анаеробно хидролизира неподатлива органична материя с високо-молекулно- тегло във водата. Енергията, освободена по време на освобождаването на фосфор от бактерии, акумулиращи полифосфат-, може да се използва за активно абсорбиране на оцетна киселина, H+ и т.н., образувайки PHB и съхранявайки го в бактериите. Това насърчава процеса на подкисляване на органичната материя, подобрява биоразградимостта на отпадъчните води и увеличава източника на въглерод, използван за реакциите на денитрификация в следващите процеси на пречистване.