Suksessen til et biokjemisk system avhenger av MLSS (Mixed Lime Sludge Concentration)

Driften av den aktiverte slamprosessen krever riktig kontroll av en rekke parametere, inkludert kontroll av MLSS, en av de mest brukte indikatorene i den daglige driften av avløpsvannsystemer.

Aktivert slamkonsentrasjon refererer til innholdet av suspendert stoff i blandingsvæsken ved utløpet av luftetanken, merket med symbolet MLSS, med enheter på mg/L. Den brukes til å måle mengden aktivert slam i luftetanken. Den totale mengden MLSS inkluderer følgende fire aspekter:

Aktive mikroorganismer;
Ikke-biologisk nedbrytbart organisk materiale adsorbert på det aktiverte slammet;
rester fra mikrobiell selv-oksidasjon;
Uorganisk materiale.

Under drift er det spesielt viktig å merke seg at MLSS kun refererer til konsentrasjonen av blandingsvæsken i luftetanken, unntatt konsentrasjonen av blandingsvæsken i den sekundære sedimentasjonstanken. Videre, ved overvåking av blandingsvæskekonsentrasjonen i luftetanken, er det avgjørende å bruke konsentrasjonen av blandingsvæsken ved utløpet av luftetanken som standard for å måle aktivslamkonsentrasjonen gjennom hele luftetanken.

1. Forholdet mellom aktivert slamkonsentrasjon og slamalder

Slamalder er et operativt middel for å nå slamaldermålet ved å fjerne aktivt slam. Et rimelig område for å kontrollere aktivert slamkonsentrasjon kan gis gjennom rimelig slamalder og forholdet mellom mat- og-mikrobe. Faktisk, hvis den aktive slamkonsentrasjonen økes for mye, vil slamalderen være spesielt lang, og overskride den normalt kontrollerte slamalderverdien, selv når konsentrasjonen av innflytende organisk materiale ikke er høy. Dette indikerer tydelig at aktivslamkonsentrasjonen kontrolleres for høyt, noe som er mye mer nøyaktig enn å bedømme om aktivslamkonsentrasjonen må kontrolleres basert på dens absolutte verdi.

2. Sammenheng mellom konsentrasjon av aktivert slam og vanntemperatur

Veksten, reproduksjonen og metabolismen av aktivert slam i den biologiske behandlingstanken er nært knyttet til vanntemperaturen. For hver 10 graders nedgang i vanntemperaturen vil aktiviteten til aktivert slam avta med det halve; når vanntemperaturen er under 10 grader, er behandlingseffekten tydelig dårlig. For å løse dette kan den aktive slamkonsentrasjonen justeres for å takle vanntemperaturendringer:

Når vanntemperaturen er lav, kan konsentrasjonen av aktivert slam økes for å oppveie den negative effekten av redusert aktivert slamaktivitet, og derved oppnå økt fjerningseffektivitet ved lave vanntemperaturer.

Når vanntemperaturen er høy, er aktivslamaktiviteten kraftig. For høy konsentrasjon av aktivert slam er skadelig for bunnfelling av aktivert slam. I dette tilfellet kan reduksjon av konsentrasjonen av aktivert slam forhindre dannelse av urolige flokker og uklar supernatant.

3. Forholdet mellom aktivert slamkonsentrasjon og aktivert slamavsetningsforhold

Aktivert slamkonsentrasjon påvirker sluttsetningsforholdet. En høyere konsentrasjon av aktivert slam gir høyere sluttsetningsforhold, og omvendt. Dette er fordi en høyere konsentrasjon av aktivert slam fører til større biologisk mengde, noe som gir høyere setningsforhold etter kompresjon og sedimentering. En sentral forskjell fra andre faktorer som kan øke setningsforholdet er å observere om det komprimerte aktiverte slammet er tett og om fargen er mørkebrun. I tilfeller hvor økt ikke-aktivert slamkonsentrasjon fører til et høyere setningsforhold, skyldes det vanligvis dårlig komprimering og en mattere farge.

For lav konsentrasjon av aktivert slam påvirker selvsagt også avsetningsforholdet betydelig. Dette er imidlertid ofte ikke forårsaket av at operatører med hensikt senker konsentrasjonen av aktivert slam, men snarere av en for lav konsentrasjon av innflytende organisk materiale. I slike tilfeller prøver operatører som føler at konsentrasjonen av aktivert slam er for lav, å øke den, noe som resulterer i aldring av aktivert slam. Den endelige setningsforholdsobservasjonen vil avdekke typiske tegn på aktivert slamaldring: høy komprimerbarhet, mørk farge og en klar supernatant som inneholder fine flokker.

Dersom lavt setningsforhold oppstår på grunn av unormalt slamutslipp, vil observasjon også avdekke at det bunnfellende aktiverte slammet er blek i fargen, har dårlig komprimerbarhet og er sparsomt.

1. Virkningen av slamkonsentrasjon på nitrifikasjon

Mange miljøfaktorer påvirker nitrifikasjon, inkludert pH, temperatur, SRT, DO, BOD/TKN, slamkonsentrasjon og giftige stoffer. I faktiske avløpsrenseanlegg er det kun parametere som SRT, DO, BOD/TKN og slamkonsentrasjon som kan kontrolleres under prosessdrift.

en. Ved aerob nitrifikasjon resulterer høyere slamkonsentrasjoner i en relativt høyere konsentrasjon av nitrifiserende bakterier, og fører dermed til en høyere hastighet av aerob nitrifikasjon under forhold med høy slamkonsentrasjon.

b. En viss slamalder er nødvendig for å sikre tilstedeværelsen av nitrifiserende bakterier i biologisk slam. Å skape gunstige levekår for nitrifiserende bakterier øker deres andel i det mikrobielle samfunnet ytterligere, og øker dermed konsentrasjonen deres. Ved høye slamkonsentrasjoner forbrukes mer BOD i det anaerobe stadiet, noe som gir et relativt lavere BOD/TKN-forhold i det aerobe stadiet.

Noen studier har vist en omvendt sammenheng mellom andelen nitrifiserende bakterier i aktivert slam og BOD/TKN. Siden nitrifiserende bakterier er autotrofe, er ikke konsentrasjonen av organisk substrat en begrensende faktor for deres vekst. Men hvis den organiske substratkonsentrasjonen er for høy, vil det føre til at heterotrofe bakterier med høy-vekst-hastighet sprer seg raskt, og konkurrerer om oppløst oksygen. Dette bremser veksten av autotrofe bakterier og forhindrer at aerobe nitrifiserende bakterier får en fordel, noe som resulterer i redusert nitrifikasjonshastighet.

c. Oppløst oksygen (DO) er generelt en viktig indikator i nitrifikasjonsstadiet i avløpsrenseanlegg, typisk over 2 mg/L. I de fleste prosesser for oksidasjonsgrøft er den gjennomsnittlige DO-verdien i grøften vanskelig å nå 2 mg/L, vanligvis ved 1 mg/L eller lavere. Imidlertid er nitrifikasjonseffekten fortsatt god. Årsaken til dette er at den relativt høye slamkonsentrasjonen som er unik for oksidasjonsgrøfter, selv om den resulterer i en lavere DO-verdi, forsterker andre faktorer som bidrar til nitrifikasjon.

Økt slamkonsentrasjon øker det effektive volumet til den biologiske rensetanken samtidig som belastningen reduseres. Fra et annet perspektiv øker økende slamkonsentrasjon også den aerobe kapasiteten til mikroorganismer. Under de samme luftingsforholdene bør måleravlesningen for oppløst oksygen også være lavere. Punktene ovenfor forklarer at å øke slamkonsentrasjonen på en hensiktsmessig måte kan redusere verdien for oppløst oksygen (DO) i den biologiske behandlingstanken samtidig som et godt nitrifikasjonsnivå opprettholdes.

d. For å sikre normal vekst og reproduksjon av nitrifiserende bakterier i aktivert slam, bør slamalderen generelt kontrolleres til mer enn 8 dager. Men for å sikre et relativt balansert konkurransefortrinn for nitrifiserende bakterier mot andre heterotrofe bakterier, bør slamalderen økes uten å forårsake alvorlig aldring av slammet, noe som tilsvarende øker slamkonsentrasjonen i det biologiske systemet.

2. Virkningen av slamkonsentrasjon på denitrifikasjon

Biologisk denitrifikasjon er prosessen der denitrifiserende bakterier bruker det ioniske oksygenet i nitrater for å bryte ned organisk materiale under anoksiske forhold. Nitrat reduseres til N2, og fullfører denitrifikasjonsprosessen. Denitrifiserende bakterier er heterotrofe fakultative bakterier som er rikelig i avløpsrensesystemer. Under aerobe forhold bruker de oksygen til respirasjon og oksidativ nedbrytning av organisk materiale.

Under forhold uten molekylært oksygen, når nitrat- og nitrittioner er tilstede samtidig, kan de utnytte oksygenet i disse ionene til respirasjon, oksidering og nedbrytning av organisk materiale. Denitrifiserende bakterier kan bruke et bredt utvalg av organiske substrater som elektrondonorer i denitrifikasjonsprosessen, inkludert karbohydrater, organiske syrer, alkoholer og til og med forbindelser som alkaner, benzoater og andre benzenderivater, som ofte er hovedkomponentene i avløpsvann. Mange faktorer påvirker denitrifikasjonshastigheten, inkludert pH, temperatur, oppløst oksygen (DO), karbon-til-nitrogenforhold (C/N-forhold) og slamkonsentrasjon. I faktiske renseanlegg er det kun parametere som DO og slamkonsentrasjon som kan kontrolleres under prosessdrift. Selv om C/N-forholdet er den viktigste påvirkningsfaktoren i denitrifikasjonsreaksjonen, er det svært avhengig av innflytende vannkvalitet og er generelt vanskelig å kontrollere i praksis.

en. Denitrifisering krever fravær av molekylært oksygen for å tillate denitrifiserende bakterier å utnytte det ioniske oksygenet i nitrater og nitritter for å bryte ned organisk materiale. Som nevnt tidligere kan biologiske systemer med høye slamkonsentrasjoner hensiktsmessig redusere oppløst oksygen (DO) under nitrifikasjon samtidig som nitrifikasjonseffektiviteten opprettholdes. Derfor reduserer en senking av DO ved slutten av nitrifikasjonen effektivt DO-innholdet i nitratreturvæsken, reduserer virkningen av molekylært oksygen på denitrifikasjonsprosessen i den anoksiske sonen og forbedrer denitrifiserende bakterienes evne til å utnytte karbonkilder.

Samtidig resulterer høye slamkonsentrasjoner i relativt sterk endogen metabolsk aerob kapasitet, som ytterligere forbruker oppløst oksygen i retur- og anoksiske soner. Videre endrer svært høye slamkonsentrasjoner viskositeten til den blandede væsken, øker diffusjonsmotstanden og reduserer dermed DO som føres i returvæsken. I noen behandlingsprosesser som bruker åpne kanaler som returkanaler, kan dette redusere oksygeneringen som kreves for returstrøm. Oppsummert spiller høye slamkonsentrasjoner en betydelig rolle for å redusere DO under denitrifikasjonsstadiet i faktisk prosessdrift.

b. Siden denitrifiserende bakterier er heterotrofe fakultative bakterier og er rikelig i avløpsrensesystemer, kan økning av slamkonsentrasjonen i systemet effektivt øke konsentrasjonen av denitrifiserende bakterier. Denitrifikasjonshastigheten er stort sett uavhengig av nitrat- og nitrittkonsentrasjoner, men viser en første-reaksjon med konsentrasjonen av denitrifiserende bakterier.

Derfor, i faktisk prosessdrift, kan høye slamkonsentrasjoner forkorte denitrifikasjonstiden og redusere det effektive volumet til den anoksiske sonen. Gitt et fast effektivt volum i den anoksiske sonen tillater høye slamkonsentrasjoner bedre utnyttelse av relativt vanskelig-å-nedbrytelig organisk materiale i den organiske matrisen som karbonkilde. Dette er spesielt viktig for nitrogen- og fosforfjerningsprosesser, spesielt når karbonkilder er utilstrekkelige.

c. Høye slamkonsentrasjoner resulterer i relativt større mikrobielle flokkdiametre. Under nitrifikasjon fører det lave nivået av oppløst oksygen til en mindre oksygentrykkgradient, noe som gjør det lettere for anoksiske miljøer å danne seg i flokkene, og dermed fremme denitrifikasjon. Derfor kan høye slamkonsentrasjoner fremme samtidig denitrifisering.

Nøkkelen til biologisk fosforfjerning er å øke andelen av polyfosfat-akkumulerende bakterier i det aktiverte slamsystemet, samtidig som de fremmer deres raske vekst og reproduksjon under drift av systemet, og opprettholder et høyt fosforinnhold i de polyfosfatakkumulerende-bakteriene ved utslipp.

For å øke andelen av polyfosfatakkumulerende (PAC) bakterier i det aktiverte slammet i systemet, er det nødvendig å skape et mer gunstig miljø og hydrauliske forhold for deres vekst og reproduksjon. Dette betyr å ha et godt anaerobt og aerobt miljø i prosessflyten. Kontroll av miljøfaktorer i den anaerobe sonen er spesielt viktig for vekst og reproduksjon av PAC-bakterier og oppnåelse av fosforfjerning. En høy slamkonsentrasjon i den anaerobe sonen er mer fordelaktig for PAC-bakterier.

Effektiviteten av biologisk fosforfjerning er nært knyttet til slamalderen. Bare med en viss slamalder (rundt 3 dager) kan overflødig fosfor fjernes effektivt, og oppnå fosforfjerningsfunksjonen. Gitt en fast innflytende suspendert stoff (SS), siden slamkonsentrasjonen er direkte proporsjonal med slamalderen, jo høyere slamkonsentrasjon utover et visst område, desto dårligere er fosforfjerningseffekten.

en. Samtidig med å opprettholde en slamalder som er tilstrekkelig for fosforfjerningseffektivitet, gir økning av slamkonsentrasjonen i den anaerobe sonen en tilsvarende høyere konsentrasjon av PAC-bakterier. Dette øker mengden fosfor-frigjørende mikroorganismer, noe som igjen øker mengden av påfølgende aerobe fosfor-absorberende mikroorganismer, og dermed forbedrer systemets totale fosforfjerningseffekt.

b. I den anaerobe sonen absorberer polyfosfat-akkumulerende bakterier VFA og frigjør fosfor. Samtidig, under forhold med høy slamkonsentrasjon, kan den anaerobe sonen tjene som den anaerobe forsuringsdelen av systemet, og anaerobt hydrolysere høy-molekylær-vekt, gjenstridig organisk materiale i vannet. Energien som frigjøres under fosforfrigjøring av polyfosfat-akkumulerende bakterier kan brukes til aktivt å absorbere eddiksyre, H+, etc., danne PHB og lagre det i bakteriene. Dette fremmer forsuringsprosessen av organisk materiale, forbedrer biologisk nedbrytbarhet av avløpsvann og øker karbonkilden som brukes til denitrifikasjonsreaksjoner i påfølgende behandlingsprosesser.