Робота процесу активного мулу вимагає належного контролю численних параметрів, у тому числі контролю MLSS, одного з найбільш часто використовуваних показників у щоденній експлуатації систем водовідведення.
1. Визначення MLSS
Концентрація активного мулу відноситься до вмісту завислих речовин у змішаному розчині на виході з аеротенку, позначається символом MLSS, з одиницями мг/л. Використовується для вимірювання кількості активного мулу в аеротенку. Загальна сума MLSS включає наступні чотири аспекти:
Активні мікроорганізми;
Не{0}}біологічно розкладані органічні речовини, адсорбовані на активному мулі;
Залишки мікробного само-окислення;
Неорганічна речовина.
Під час роботи особливо важливо відзначити, що MLSS стосується лише концентрації змішаного розчину в аеротенку, за винятком концентрації змішаного розчину у вторинному відстійнику. Крім того, під час моніторингу концентрації змішаного розчину в аеротенку вкрай важливо використовувати концентрацію змішаного розчину на виході з аеротенку як стандарт для вимірювання концентрації активного мулу в усьому аеротенку.
2. Зв'язок між концентрацією осаду та іншими контрольними показниками
1. Зв'язок між концентрацією активного мулу та віком мулу
Вік осаду є оперативним засобом досягнення цільового віку осаду шляхом видалення активного мулу. Прийнятний діапазон для контролю концентрації активного мулу може бути заданий через прийнятний вік мулу та співвідношення харчових--мікробів. Фактично, якщо концентрацію активного мулу надмірно збільшити, вік мулу буде особливо довгим, перевищуючи зазвичай контрольоване значення віку мулу, навіть якщо концентрація органічних речовин, що надходять, невисока. Це чітко вказує на те, що концентрація активного мулу контролюється надто високою, що набагато точніше, ніж судити про те, чи потрібно контролювати концентрацію активного мулу на основі його абсолютного значення.
2. Зв'язок між концентрацією активного мулу та температурою води
Ріст, розмноження та метаболізм активного мулу в резервуарі біологічної очистки тісно пов’язані з температурою води. При зниженні температури води на кожні 10 градусів активність активного мулу зменшується вдвічі; коли температура води нижче 10 градусів, ефект лікування явно поганий. Щоб вирішити цю проблему, концентрацію активного мулу можна регулювати відповідно до змін температури води:
Коли температура води низька, концентрацію активного мулу можна збільшити, щоб компенсувати негативний вплив зниженої активності активного мулу, таким чином досягаючи підвищеної ефективності видалення за низьких температур води.
Коли температура води висока, активний мул активний. Надмірно висока концентрація активного мулу шкодить відстоюванню активного мулу. У цьому випадку зниження концентрації активного мулу може запобігти утворенню неосілих пластівців і каламутної надосадової рідини.
3. Зв’язок між концентрацією активного мулу та коефіцієнтом осідання активного мулу
Концентрація активного мулу впливає на кінцевий коефіцієнт осідання. Вища концентрація активного мулу призводить до вищого кінцевого коефіцієнта осідання, і навпаки. Це пояснюється тим, що більш висока концентрація активного мулу призводить до більшої біологічної кількості, що призводить до більш високого коефіцієнта осідання після стиснення та седиментації. Ключовою відмінністю від інших факторів, які можуть збільшити коефіцієнт осідання, є спостереження за тим, чи є стиснений активний мул щільним і чи є його колір темно-коричневим. У випадках, коли підвищена концентрація не-активного мулу призводить до вищого коефіцієнта осідання, зазвичай це відбувається через погане ущільнення та більш тьмяний колір.
Звичайно, надмірно низька концентрація активного мулу також суттєво впливає на коефіцієнт осідання. Однак це часто спричинено не навмисним зниженням операторами концентрації активного мулу, а скоріше надмірно низькою концентрацією органічних речовин. У таких випадках оператори, відчуваючи занадто низьку концентрацію активного мулу, намагаються її підвищити, що призводить до старіння активного мулу. Остаточне спостереження коефіцієнта осідання виявить типові ознаки старіння активного мулу: висока стисливість, темний колір і прозорий супернатант, що містить дрібні пластівці.
Якщо низький коефіцієнт осідання виникає внаслідок ненормального скидання осаду, спостереження також покаже, що осілий активний мул має блідий колір, погану стисливість і розріджений.
3. Вплив концентрації осаду на нітрифікацію та денітрифікацію
1. Вплив концентрації шламу на нітрифікацію
Багато факторів навколишнього середовища впливають на нітрифікацію, включаючи pH, температуру, SRT, DO, BOD/TKN, концентрацію осаду та токсичні речовини. На фактичних очисних спорудах під час технологічного процесу можна контролювати лише такі параметри, як SRT, DO, BOD/TKN та концентрацію осаду.
a. При аеробній нітрифікації вищі концентрації осаду призводять до відносно вищої концентрації нітрифікуючих бактерій, що призводить до вищої швидкості аеробної нітрифікації в умовах високої концентрації осаду.
b. Для забезпечення наявності в біологічному мулі нітрифікуючих бактерій необхідний певний вік осаду. Створення сприятливих умов життя для нітрифікуючих бактерій ще більше збільшує їх частку в мікробному співтоваристві, тим самим збільшуючи їх концентрацію. При високій концентрації осаду більше БПК споживається на анаеробній стадії, що призводить до відносно нижчого співвідношення БПК/ТКН на аеробній стадії.
Деякі дослідження показали обернену залежність між часткою нітрифікуючих бактерій в активному мулі та БПК/ТКН. Оскільки нітрифікуючі бактерії є автотрофними, концентрація органічного субстрату не є обмежуючим фактором для їх росту. Однак якщо концентрація органічного субстрату надто висока, це спричинить швидке-зростання-гетеротрофних бактерій до швидкого розмноження, конкуруючи за розчинений кисень. Це уповільнює ріст автотрофних бактерій і не дозволяє аеробним нітрифікуючим бактеріям отримати перевагу, що призводить до зниження швидкості нітрифікації.
в. Розчинений кисень (РО) зазвичай є важливим показником на стадії нітрифікації очисних споруд, зазвичай вище 2 мг/л. У більшості процесів окислювальної канави середнє значення DO в канаві важко досягти 2 мг/л, зазвичай воно залишається на рівні 1 мг/л або нижче. Однак ефект нітрифікації все ще хороший. Причиною цього є те, що відносно висока концентрація осаду, характерна тільки для окислювальних канав, хоча й призводить до нижчого значення DO, посилює інші фактори, що сприяють нітрифікації.
Підвищена концентрація мулу збільшує ефективний об’єм резервуару біологічної очистки при зниженні навантаження. З іншого боку, збільшення концентрації мулу також збільшує аеробну здатність мікроорганізмів. За однакових умов аерації показання лічильника розчиненого кисню також мають бути нижчими. Наведені вище пункти пояснюють, що збільшення концентрації осаду може належним чином знизити значення розчиненого кисню (DO) у резервуарі для біологічної очистки, зберігаючи при цьому належний рівень нітрифікації.
d. Щоб забезпечити нормальний ріст і розмноження нітрифікуючих бактерій в активному мулі, вік мулу, як правило, слід контролювати більше ніж на 8 днів. Однак, щоб забезпечити відносно збалансовану конкурентну перевагу нітрифікуючих бактерій проти інших гетеротрофних бактерій, вік осаду слід збільшити, не викликаючи сильного старіння осаду, що відповідно збільшує концентрацію осаду в біологічній системі.
2. Вплив концентрації осаду на денітрифікацію
Біологічна денітрифікація — це процес, за допомогою якого бактерії-денітрифікатори використовують іонний кисень у нітратах для розкладання органічних речовин у безкисневих умовах. Нітрат відновлюється до N2, завершуючи процес денітрифікації. Денітрифікуючі бактерії - це гетеротрофні факультативні бактерії, які поширені в системах очищення стічних вод. В аеробних умовах вони використовують кисень для дихання та окисного розкладання органічних речовин.
В умовах відсутності молекулярного кисню, коли іони нітрату та нітриту присутні одночасно, вони можуть використовувати кисень у цих іонах для дихання, окислення та розкладання органічних речовин. Денітрифікуючі бактерії можуть використовувати широкий спектр органічних субстратів як донорів електронів у процесі денітрифікації, включаючи вуглеводи, органічні кислоти, спирти та навіть такі сполуки, як алкани, бензоати та інші похідні бензолу, які часто є основними компонентами стічних вод. Багато факторів впливають на швидкість денітрифікації, зокрема pH, температура, розчинений кисень (DO), співвідношення вуглецю-до -азоту (співвідношення C/N) і концентрація осаду. На фактичних очисних спорудах під час процесу можна контролювати лише такі параметри, як DO та концентрація осаду. Хоча співвідношення C/N є найважливішим фактором, що впливає на реакцію денітрифікації, воно сильно залежить від якості води, що надходить, і, як правило, важко контролювати на практиці.
a. Для денітрифікації необхідна відсутність молекулярного кисню, щоб денітрифікуючі бактерії могли використовувати іонний кисень у нітратах і нітритах для розкладання органічних речовин. Як згадувалося раніше, біологічні системи з високими концентраціями мулу можуть належним чином зменшити розчинений кисень (РО) під час нітрифікації, зберігаючи ефективність нітрифікації. Таким чином, зниження DO наприкінці нітрифікації ефективно зменшує вміст DO, що переноситься в рідині, що повертає нітрати, зменшуючи вплив молекулярного кисню на процес денітрифікації в безкисневій зоні та покращуючи здатність денітрифікуючих бактерій використовувати джерела вуглецю.
Водночас високі концентрації осаду також призводять до відносно високої ендогенної метаболічної аеробної здатності, додатково споживаючи розчинений кисень у зворотній та безкисневій зонах. Крім того, дуже високі концентрації осаду змінюють в’язкість змішаного розчину, збільшуючи опір дифузії та, таким чином, зменшуючи DO, що переноситься у зворотній рідині. У деяких процесах обробки з використанням відкритих каналів як зворотних каналів це може зменшити оксигенацію, необхідну для зворотного потоку. Підсумовуючи, високі концентрації осаду відіграють значну роль у зниженні DO під час стадії денітрифікації в фактичному процесі.
b. Оскільки денітрифікуючі бактерії є гетеротрофними факультативними бактеріями і їх багато в системах очищення стічних вод, збільшення концентрації мулу в системі може ефективно збільшити концентрацію денітрифікуючих бактерій. Швидкість денітрифікації значною мірою не залежить від концентрації нітратів і нітритів, але демонструє реакцію першого -порядку з концентрацією денітрифікуючих бактерій.
Таким чином, у фактичній роботі процесу високі концентрації осаду можуть скоротити час денітрифікації та зменшити ефективний об’єм безкисневої зони. Враховуючи фіксований ефективний об’єм у безкисневій зоні, високі концентрації осаду дозволяють краще використовувати органіку, яку відносно важко{1}}-розкласти в органічній матриці як джерело вуглецю. Це особливо важливо для процесів видалення азоту та фосфору, особливо коли джерел вуглецю недостатньо.
в. Високі концентрації мулу призводять до відносно більших діаметрів мікробних пластів. Під час нітрифікації низький рівень розчиненого кисню призводить до меншого градієнта тиску кисню, полегшуючи утворення безкисневих середовищ у пластівцях, таким чином сприяючи денітрифікації. Таким чином, високі концентрації мулу можуть сприяти одночасній денітрифікації.
4. Вплив концентрації шламу на біологічне видалення фосфору
Ключ до біологічного видалення фосфору полягає в збільшенні частки поліфосфат{0}}бактерій у системі активного мулу, одночасно сприяючи їх швидкому росту та розмноженню під час роботи системи, підтримуючи високий вміст фосфору в поліфосфат-бактеріях після скидання.
Щоб збільшити частку поліфосфат{0}}акумулюючих (PAC) бактерій в активному мулі системи, необхідно створити більш сприятливе середовище та гідравлічні умови для їх росту та розмноження. Це означає наявність гарного анаеробного та аеробного середовища в технологічному потоці. Контроль факторів навколишнього середовища в анаеробній зоні особливо важливий для росту та розмноження бактерій PAC і досягнення видалення фосфору. Висока концентрація мулу в анаеробній зоні більш корисна для бактерій PAC.
Ефективність біологічного видалення фосфору тісно пов'язана з віком осаду. Лише з певним віком осаду (приблизно 3 дні) надлишок фосфору може бути ефективно видалений, досягнувши функції видалення фосфору. Враховуючи фіксований приплив зважених твердих речовин (SS), оскільки концентрація мулу прямо пропорційна віку мулу, чим вища концентрація мулу за межами певного діапазону, тим гірший ефект видалення фосфору.
a. Підтримуючи вік осаду, достатній для ефективності видалення фосфору, збільшення концентрації осаду в анаеробній зоні призводить до відповідно вищої концентрації бактерій PAC. Це збільшує кількість мікроорганізмів,-що вивільняють фосфор, що, у свою чергу, збільшує кількість наступних аеробних мікроорганізмів,-які поглинають фосфор, таким чином посилюючи загальний ефект видалення фосфору системою.
b. В анаеробній зоні поліфосфат-акумулюючі бактерії поглинають VFA і виділяють фосфор. Водночас, за умов високої концентрації осаду, анаеробна зона може служити секцією анаеробного підкислення системи, анаеробно гідролізуючи стійку органічну речовину з високою -молекулярною- вагою у воді. Енергія, що виділяється під час виділення фосфору поліфосфат-акумулюючими бактеріями, може бути використана для активного поглинання оцтової кислоти, H+ тощо, утворюючи PHB і зберігаючи його всередині бактерій. Це сприяє процесу підкислення органічної речовини, покращує здатність до біологічного розкладання стічних вод і збільшує джерело вуглецю, що використовується для реакцій денітрифікації в наступних процесах очищення.
