Introduksjon: La oss i dag lære om hovedpersonen til biologisk behandling - aktivert slam (bæreren av forskjellige mikroorganismer). Det spiller en avgjørende rolle i biologiske behandlingsprosesser, og fjerner forurensninger som COD, ammoniakknitrogen, totalt nitrogen og totalt fosfor fra avløpsvannet gjennom de ulike mikroorganismene i slammet. De som har besøkt avløpsrenseanlegg kan lukte en svak gjørmete lukt; det er lukten av aktivert slam!
01 Opprinnelsen til aktivert slam
Aktivert slam ble først oppdaget i 1912 av Clark og Gage i Storbritannia, som stammet fra et lite eksperiment. I forsøket ble langvarig lufting av avløpsvann produsert slam, og vannkvaliteten ble betydelig forbedret. Arden og Lockgtt studerte deretter dette fenomenet.
Lufteforsøkene ble utført på flasker. På slutten av hver dags eksperiment ble flaskene tømt, og prosessen startet igjen dagen etter. De oppdaget ved et uhell at fordi flaskene ikke var grundig rengjort, ble behandlingseffekten faktisk bedre når slam festet seg til flaskeveggene. I erkjennelse av viktigheten av slammet som er igjen på flaskeveggene, kalte de det aktivert slam.
Deretter, før slutten av hver dags eksperiment, lot de det luftede avløpsvannet sette seg, og kastet bare det øverste laget av renset vann og la slammet ligge på bunnen for bruk neste dag. Dette forkortet behandlingstiden for avløpsvann betydelig.
I 1916 ble det første renseanlegget for aktivslam bygget ved hjelp av denne eksperimentelle prosessen.
02 Strukturell sammensetning og fysiske egenskaper til aktivert slam
Aktivert slam er et flokkulerende stoff dannet av en blanding av mikrobielle samfunn som bakterier, sopp, protozoer og metazoer med suspenderte og kolloidale stoffer i avløpsvann. Den har en sterk evne til å adsorbere og dekomponere organisk materiale og gode sedimenteringsegenskaper, og den har biokjemisk aktivitet.
Flokker og filamentøse bakterier er viktige komponenter i aktivert slam.
Flokker dannes ved aggregering av bakterier med slim eller kapsler. De adsorberer urenheter og frie mikroorganismer i avløpsvann, gir aktivert slam utmerkede sedimenteringsegenskaper og beskytter mikroorganismer i avløpsvannet fra å bli svelget eller forgiftet.
Filamentøse bakterier danner skjelettet til aktivert slam. De vokser og forlenges under feste av flokker, noe som får flokkene til å danne større partikler samtidig som løsheten til det aktiverte slammet opprettholdes.
I utseende er aktivert slam generelt gult eller brunlig-gult. Den blir svart når oksygentilførselen er utilstrekkelig eller anaerob, og gråaktig-hvit når oksygentilførselen er for høy og næringsstoffene er utilstrekkelige. Aktivert slam har et høyt vanninnhold, vanligvis over 99 %, og dens tetthet er lik vann, typisk 1,002–1,003 kg/L.
03 Mikrobiell sammensetning av aktivert slam
I aktivslammikroorganismer lever protozoer av bakterier, mens metazoer lever av både protozoer og bakterier, og danner en næringskjede og et balansert biologisk samfunn. Aktiverte slambakterier eksisterer ofte i form av flokker, med færre i fri tilstand. Dette gir bakteriene evnen til å motstå negative ytre faktorer. Frie bakterier er ikke lett å sedimentere, men kan bli tæret på av protozoer, og dermed gjøre avløpet fra sedimentasjonstanken klarere.
1. Bakterier
Bakterier er encellede-organismer. De er mangfoldige, tallrike og små i størrelse i aktivert slam, og har en sterk evne til å adsorbere og dekomponere organisk materiale, og spiller en avgjørende rolle i avløpsvannbehandling.
I de tidlige stadiene av aktivert slamdyrking er bakterier stort sett fritt i avløpsvannet. Etter hvert som slammet gradvis dannes, samler det seg gradvis i større grupper.
(1) Flokker: Dette er bittesmå, synlige partikler som består av bakterier og deres utskilte gelatinøse stoffer. De fleste bakterier i aktivert slam er innkapslet i gelatinøse stoffer, som eksisterer i form av flokker. Flokker er det strukturelle og funksjonelle sentrum av aktivert slam, og har egenskaper som adsorpsjon, oksidativ nedbrytning og koagulasjonssedimentering.
(2) Filamentøse bakterier: Dette er en type bakterier hvis celler, med eller uten kapsider, er koblet sammen for å danne filamenter. Filamentøse bakterier fester seg ofte til og fletter seg sammen med bakterieflokkene, og danner skjelettet til begroingsslammet. Men når de formerer seg i store mengder, kan de forverre flokkulerings- og sedimenteringsegenskapene til aktivert slam, og i alvorlige tilfeller forårsake slambulking.
(3) Nitrifiserende bakterier Nitrifiserende bakterier er en type autotrofe bakterier som kan bryte ned ammoniakk og nitritt. De inkluderer to fysiologiske undergrupper: *Nitrifying Bacteria* og *Nitrifying Bacteria*, som tilhører en uavhengig familie-Nitrifying Bacteria Family. Nitrifiserende bakterier får energi for å dekke sine metabolske behov ved å oksidere uorganiske forbindelser gjennom nitrifikasjon, ved å bruke CO2 som eneste karbonkilde. De er typiske kjemoautotrofe bakterier. Nitrifiserende bakterier har nitrifikasjon, som refererer til prosessen der nitrifiserende bakterier oksiderer NH3 til NO2- under aerobe forhold, og videre oksiderer det til NO3-, og dermed oppnår energien som trengs for vekst. Det første trinnet, oksidasjonen av NH3 til NO2-, kalles nitrifikasjon eller ammoniakkoksidasjon, og fullføres av nitrifiserende bakterier; det andre trinnet, oksidasjonen av NO2- til NO3-, kalles nitrifikasjon, og fullføres av nitrifiserende bakterier. Derfor inkluderer den ofte omtalte nitrifikasjonen faktisk to stadier: nitrifikasjon av nitrittoksiderende bakterier og nitrifikasjon av nitrifiserende bakterier.
(4) Denitrifiserende bakterier: Denitrifiserende bakterier er kjemoheterotrofe bakterier. Under oksygen-mangel reduserer de nitrater til nitritter, og reduserer nitritter ytterligere til nitrogengass, og får derved energi. Dette er i hovedsak det motsatte av funksjonen til nitrifiserende bakterier (naturen er interessant på denne måten; to forskjellige typer bakterier oppnår nitrogensyklusen). Denitrifiserende bakterier er vidt distribuert i jord og avløpsvann, og spiller en viktig rolle i landskapsvannbehandling, urban elveforvaltning og akvakulturbehandling.
(5) Hydrolytisk forsurende bakterier: Dette er bakterier som kan utnytte store, komplekse organiske molekyler til livsaktiviteter i anaerobe miljøer. Hydrolyse er prosessen der komplekse, uløselige polymerer omdannes til enkle løselige monomerer eller dimerer. På grunn av deres store relative molekylvekt kan ikke organisk materiale med høy--vekt passere gjennom cellemembraner og kan derfor ikke brukes direkte av bakterier. De blir først omdannet til mindre molekyler ved hydrolytisk virkning av bakterielle ekstracellulære enzymer. Det mest typiske kjennetegn ved dette stadiet er at den biologiske reaksjonen skjer ekstracellulært. Bakterier fullfører biokatalytiske oksidasjonsreaksjoner ved å frigjøre ekstracellulære frie enzymer eller immobiliserte enzymer festet til celleveggen.
Og så videre... det er mange typer bakterier, så jeg stopper her for nå. Detaljerte introduksjoner av enkeltbakteriearter kan gis senere.
2. Protozoer
Protozoer er små, enkle, lav-encellede-dyr. Et stort antall protozoer finnes i aktivert slam fra behandling av avløpsvann. De deltar i avløpsrensing ved å innta organiske partikler. Videre, fordi protozoer er følsomme for miljøforhold, endres deres sammensetning og mengde med miljøvariasjoner; derfor brukes de ofte som indikatororganismer. Vanlige eksempler inkluderer vorticella, amøber, flagellater og svømmende ciliater. Disse mikroorganismene utgjør mer enn 80 % av totalen. Dersom antallet individer overstiger 1000/mL, bør det betraktes som aktivert slam med høy renseeffektivitet.
3. Mikrometazoer
De viktigste mikrometazoene i aktivert slam er hjuldyr og nematoder. Generelt er antallet mikroskopiske metazoer i aktivert slam relativt lite. Men i lav-aktivert slam, spesielt i aktivert slam med forlenget lufting, kan hjuldyr og oligochaeter noen ganger bli den dominerende arten.
04 Ytelsesindikatorer for aktivert slam Det mikrobielle samfunnet inkluderer hovedsakelig bakterier, protozoer og metazoer, med bakterier og protozoer som de to hovedkategoriene. Ytelsesindikatorer for aktivert slam inkluderer: blandet væske suspenderte faste stoffer (MLSS), slamavsetningsforhold (SV), slamvolumindeks (SVI) og slamtetthetsindeks (SDI).
Mixed liquor suspended solids (MLSS) representerer den totale vekten av aktivert slam-tørrstoff inneholdt i en enhetsvolum av blandet væske i en luftetank, dvs.:
MLSS=Ma + Me + Mi + Mii
Ma – Det metabolsk aktive mikrobielle samfunnet;
Me – Rester fra endogen metabolisme og selv-oksidasjon av mikroorganismer (hovedsakelig bakterier);
Mi – Inert organisk materiale som er vanskelig for bakterier å bryte ned, fraktet inn av det rå avløpsvannet;
Mii – Uorganisk materiale som føres inn av avløpsvannet.
Enheten er mg/L eller kg/m³.
Blandet væske flyktige suspenderte faste stoffer (MLVSS) representerer konsentrasjonen av organiske faste stoffer i det aktiverte slammet av blandingsvæsken, dvs.:
MLVSS=Ma + Me + Mi
Forholdet mellom MLVSS og MLSS uttrykkes som f. Under normale omstendigheter er f-verdien relativt fast, rundt 0,75 for husholdningsavløp.
Både MLVSS og MLSS kan brukes til å reflektere konsentrasjonen av slam i biologiske rensetanker. Daglige datasammenlikninger kan avsløre veksten av aktivert slam. Imidlertid utelukker MLVSS uorganisk materiale, noe som gjør verdien nærmere det faktiske antallet mikroorganismer.
Slamavsetningshastighet (SV), også kjent som 30-minutters sedimenteringshastighet, er prosentandelen av volumet av utfelt slam som dannes etter at den blandede væsken har lagt seg i en gradert sylinder i 30 minutter, uttrykt som en prosentandel (%).
I de tidlige stadiene av aktivert slamdyrking kan sedimenteringshastigheten brukes til å initialt observere slamvekst. Vanligvis er normalt, stabilt aktivert slam SV mellom 20-35 %. En lavere SV indikerer utilstrekkelig slamkonsentrasjon, mens en høyere SV indikerer for rask slamvekst (for mye næringsstoffer, muligens på grunn av overdreven karbonkilde).
Slamvolumindeksen (SVI), også kjent som slamindeksen, er volumet sedimentert slam (i ml) per gram tørt slam etter 30 minutters bunnfelling i blandingsvæsken ved luftetankens utløp. Formelen for å beregne slamvolumindeksen er:
SVI=SV/MLSS
SVI brukes til å vurdere avsetningsytelsen til slam, og normalområdet er vanligvis mellom 70 og 150 ml/g. En lav SVI-verdi indikerer lav slamaktivitet og høyt innhold av uorganisk materiale; en høy SVI-verdi indikerer potensiell slambulking og dårlig setningsytelse.
Slamdensitetsindeksen (SDI), ofte referert til som tetthet, er den gjensidige av SVI.
