Succesul unui sistem biochimic depinde de MLSS (concentrația de nămol de var mixt)

Funcționarea procesului cu nămol activ necesită controlul corespunzător a numeroși parametri, inclusiv controlul MLSS, unul dintre cei mai des utilizați indicatori în funcționarea zilnică a sistemelor de apă uzată.

Concentrația de nămol activat se referă la conținutul de solide în suspensie din lichidul amestecat la ieșirea rezervorului de aerare, notat cu simbolul MLSS, cu unități de mg/L. Este folosit pentru a măsura cantitatea de nămol activ din rezervorul de aerare. Suma totală de MLSS include următoarele patru aspecte:

Microorganisme active;
Materie organică ne-biodegradabilă adsorbită pe nămolul activat;
Rezidu de la auto{0}}oxidarea microbiană;
Materie anorganică.

În timpul funcționării, este deosebit de important să rețineți că MLSS se referă numai la concentrația lichidului amestecat în rezervorul de aerare, excluzând concentrația lichidului amestecat în rezervorul de sedimentare secundar. În plus, atunci când se monitorizează concentrația de lichid amestecat în rezervorul de aerare, este esențial să se utilizeze concentrația de lichid amestecat la ieșirea rezervorului de aerare ca standard pentru a măsura concentrația de nămol activ în întregul rezervor de aerare.

1. Relația dintre concentrația nămolului activat și vârsta nămolului

Vârsta nămolului este un mijloc operațional de atingere a țintei de vârstă a nămolului prin îndepărtarea nămolului activ. Un interval rezonabil pentru controlul concentrației de nămol activat poate fi dat prin vârsta rezonabilă a nămolului și raportul alimente-la-microbi. De fapt, dacă concentrația de nămol activat este crescută excesiv, vârsta nămolului va fi deosebit de lungă, depășind valoarea de vârstă a nămolului controlată în mod normal, chiar și atunci când concentrația de materie organică influențată nu este mare. Acest lucru indică în mod clar că concentrația de nămol activat este controlată prea mare, ceea ce este mult mai precis decât a evalua dacă concentrația de nămol activat trebuie controlată pe baza valorii sale absolute.

2. Relația dintre concentrația nămolului activat și temperatura apei

Creșterea, reproducerea și metabolismul nămolului activ în rezervorul de tratare biologică sunt strâns legate de temperatura apei. Pentru fiecare scădere cu 10 grade a temperaturii apei, activitatea nămolului activ va scădea la jumătate; când temperatura apei este sub 10 grade, efectul tratamentului este clar slab. Pentru a rezolva acest lucru, concentrația de nămol activ poate fi ajustată pentru a face față schimbărilor de temperatură a apei:

Când temperatura apei este scăzută, concentrația de nămol activ poate fi crescută pentru a compensa impactul negativ al activității reduse a nămolului activat, obținând astfel o eficiență crescută de îndepărtare la temperaturi scăzute ale apei.

Când temperatura apei este ridicată, activitatea nămolului activ este viguroasă. Concentrația excesiv de mare de nămol activ dăunează depunerii nămolului activ. În acest caz, reducerea concentrației de nămol activat poate preveni formarea de flocuri neașezate și de supernatant tulbure.

3. Relația dintre concentrația nămolului activat și raportul de decantare a nămolului activat

Concentrația de nămol activ afectează raportul final de decantare. O concentrație mai mare de nămol activ are ca rezultat un raport final de decantare mai mare și invers. Acest lucru se datorează faptului că o concentrație mai mare de nămol activat duce la o cantitate biologică mai mare, rezultând un raport de decantare mai mare după comprimare și sedimentare. O diferență cheie față de alți factori care pot crește raportul de decantare este observarea dacă nămolul activat comprimat este dens și dacă culoarea sa este maro închis. În cazurile în care concentrația crescută de nămol ne-activat duce la un raport de decantare mai mare, aceasta se datorează de obicei compactării slabe și unei culori mai terne.

Desigur, concentrația excesiv de scăzută a nămolului activ afectează semnificativ raportul de decantare. Cu toate acestea, acest lucru nu este adesea cauzat de operatorii care reduc în mod intenționat concentrația de nămol activat, ci mai degrabă de o concentrație de materie organică influentă excesiv de scăzută. În astfel de cazuri, operatorii, simțind că concentrația de nămol activat este prea scăzută, încearcă să o crească, rezultând îmbătrânirea nămolului activat. Observarea raportului final de decantare va dezvălui semne tipice ale îmbătrânirii nămolului activat: compresibilitate ridicată, culoare închisă și un supernatant limpede care conține flocuri fine.

Dacă are loc un raport scăzut de decantare din cauza descărcării anormale a nămolului, observația va dezvălui, de asemenea, că nămolul activ decantat este palid la culoare, are compresibilitate slabă și este rar.

1. Impactul concentrării nămolului asupra nitrificării

Mulți factori de mediu influențează nitrificarea, inclusiv pH-ul, temperatura, SRT, DO, BOD/TKN, concentrația nămolului și substanțele toxice. În stațiile reale de tratare a apelor uzate, numai parametri precum SRT, DO, BOD/TKN și concentrația nămolului pot fi controlați în timpul funcționării procesului.

o. În nitrificarea aerobă, concentrațiile mai mari de nămol au ca rezultat o concentrație relativ mai mare de bacterii nitrificatoare, conducând astfel la o rată mai mare de nitrificare aerobă în condiții de concentrație ridicată a nămolului.

b. O anumită vârstă a nămolului este necesară pentru a asigura prezența bacteriilor nitrificatoare în nămolul biologic. Crearea unor condiții favorabile de viață pentru bacteriile nitrificante crește și mai mult proporția acestora în comunitatea microbiană, crescând astfel concentrația acestora. La concentrații mari de nămol, se consumă mai mult BOD în stadiul anaerob, rezultând un raport BOD/TKN relativ mai scăzut în stadiul aerob.

Unele studii au arătat o relație inversă între proporția de bacterii nitrificatoare din nămolul activat și BOD/TKN. Deoarece bacteriile nitrificante sunt autotrofe, concentrația de substrat organic nu este un factor limitativ pentru creșterea lor. Cu toate acestea, dacă concentrația de substrat organic este prea mare, va determina proliferarea rapidă a bacteriilor heterotrofe cu viteză mare de-creștere-, concurând pentru oxigenul dizolvat. Acest lucru încetinește creșterea bacteriilor autotrofe și previne ca bacteriile aerobe nitrificatoare să obțină un avantaj, rezultând o rată de nitrificare redusă.

c. Oxigenul dizolvat (OD) este, în general, un indicator important în etapa de nitrificare a stațiilor de tratare a apelor uzate, de obicei peste 2 mg/L. În majoritatea proceselor de șanț de oxidare, valoarea medie DO în șanț este dificil de atins la 2 mg/L, rămânând în general la 1 mg/L sau mai mică. Cu toate acestea, efectul de nitrificare este încă bun. Motivul pentru aceasta este că concentrația relativ mare de nămol unică șanțurilor de oxidare, deși are ca rezultat o valoare mai scăzută a DO, sporește alți factori care conduc la nitrificare.

Concentrația crescută de nămol crește volumul efectiv al rezervorului de tratare biologică, reducând în același timp sarcina. Dintr-o altă perspectivă, creșterea concentrației de nămol crește și capacitatea aerobă a microorganismelor. În aceleași condiții de aerare, citirea contorului de oxigen dizolvat ar trebui, de asemenea, să fie mai mică. Punctele de mai sus explică faptul că creșterea concentrației de nămol poate reduce în mod corespunzător valoarea oxigenului dizolvat (DO) în rezervorul de tratare biologică, menținând în același timp un nivel bun de nitrificare.

d. Pentru a asigura creșterea și reproducerea normală a bacteriilor nitrificatoare în nămolul activat, vârsta nămolului trebuie în general controlată la mai mult de 8 zile. Cu toate acestea, pentru a asigura un avantaj competitiv relativ echilibrat pentru bacteriile nitrificatoare față de alte bacterii heterotrofe, vârsta nămolului trebuie crescută fără a provoca îmbătrânirea severă a nămolului, ceea ce crește în mod corespunzător concentrația nămolului în sistemul biologic.

2. Impactul concentrării nămolului asupra denitrificării

Denitrificarea biologică este procesul prin care bacteriile denitrificatoare utilizează oxigenul ionic din nitrați pentru a descompune materia organică în condiții anoxice. Nitratul este redus la N2, completând procesul de denitrificare. Bacteriile denitrificatoare sunt bacterii facultative heterotrofe abundente în sistemele de tratare a apelor uzate. În condiții aerobe, ei folosesc oxigenul pentru respirație și descompunerea oxidativă a materiei organice.

În condiții fără oxigen molecular, când ionii de nitrat și nitriți sunt prezenți simultan, ei pot utiliza oxigenul din acești ioni pentru respirație, oxidarea și descompunerea materiei organice. Bacteriile denitrificatoare pot utiliza o mare varietate de substraturi organice ca donatori de electroni în procesul de denitrificare, inclusiv carbohidrați, acizi organici, alcooli și chiar compuși precum alcanii, benzoații și alți derivați de benzen, care sunt adesea componentele principale ale apei uzate. Mulți factori influențează viteza de denitrificare, inclusiv pH-ul, temperatura, oxigenul dizolvat (DO), raportul carbon-la-azot (raport C/N) și concentrația nămolului. În stațiile reale de tratare a apelor uzate, numai parametri precum DO și concentrația de nămol pot fi controlați în timpul funcționării procesului. Deși raportul C/N este cel mai important factor de influență în reacția de denitrificare, acesta este foarte dependent de calitatea apei influente și este în general dificil de controlat în practică.

o. Denitrificarea necesită absența oxigenului molecular pentru a permite bacteriilor denitrificatoare să utilizeze oxigenul ionic din nitrați și nitriți pentru a descompune materia organică. După cum sa menționat mai devreme, sistemele biologice cu concentrații mari de nămol pot reduce în mod adecvat oxigenul dizolvat (DO) în timpul nitrificării, menținând în același timp eficiența nitrificării. Prin urmare, scăderea DO la sfârșitul nitrificării reduce în mod eficient conținutul de DO transportat în lichidul de retur de azotat, scăzând impactul oxigenului molecular asupra procesului de denitrificare în zona anoxică și îmbunătățind capacitatea bacteriilor denitrificatoare de a utiliza sursele de carbon.

Simultan, concentrațiile mari de nămol au ca rezultat și o capacitate aerobă metabolică endogenă relativ puternică, consumând în continuare oxigen dizolvat în zonele de retur și anoxic. În plus, concentrațiile foarte mari de nămol modifică vâscozitatea lichidului amestecat, crescând rezistența la difuzie și reducând astfel DO transportat în lichidul de retur. În unele procese de tratare care utilizează canale deschise ca canale de retur, acest lucru poate reduce oxigenarea necesară pentru fluxul de retur. În rezumat, concentrațiile mari de nămol joacă un rol semnificativ în reducerea DO în timpul etapei de denitrificare în funcționarea efectivă a procesului.

b. Deoarece bacteriile denitrificatoare sunt bacterii facultative heterotrofe și sunt abundente în sistemele de tratare a apelor uzate, creșterea concentrației de nămol în sistem poate crește efectiv concentrația de bacterii denitrificatoare. Viteza de denitrificare este în mare parte independentă de concentrațiile de nitrați și nitriți, dar prezintă o reacție de ordinul întâi cu concentrația de bacterii denitrificatoare.

Prin urmare, în funcționarea efectivă a procesului, concentrațiile mari de nămol pot scurta timpul de denitrificare și pot reduce volumul efectiv al zonei anoxice. Având în vedere un volum efectiv fix în zona anoxică, concentrațiile mari de nămol permit o mai bună utilizare a materiei organice relativ dificil de-de-degradat din matricea organică ca sursă de carbon. Acest lucru este deosebit de important pentru procesele de îndepărtare a azotului și fosforului, mai ales atunci când sursele de carbon sunt insuficiente.

c. Concentrațiile mari de nămol au ca rezultat diametre relativ mai mari ale flocurilor microbiene. În timpul nitrificării, nivelul scăzut de oxigen dizolvat duce la un gradient de presiune a oxigenului mai mic, facilitând formarea de medii anoxice în flocuri, promovând astfel denitrificarea. Prin urmare, concentrațiile mari de nămol pot favoriza denitrificarea simultană.

Cheia eliminării biologice a fosforului este creșterea proporției de bacterii care acumulează-polifosfat în sistemul de nămol activat, promovând în același timp creșterea și reproducerea lor rapidă în timpul funcționării sistemului, menținând un conținut ridicat de fosfor în bacteriile care acumulează-polifosfat la descărcare.

Pentru a crește proporția de bacterii cu acumulare de polifosfat-(PAC) în nămolul activat al sistemului, este necesar să se creeze un mediu mai favorabil și condiții hidraulice pentru creșterea și reproducerea acestora. Aceasta înseamnă să aveți un mediu anaerob și aerob bun în fluxul procesului. Controlul factorilor de mediu din zona anaerobă este deosebit de important pentru creșterea și reproducerea bacteriilor PAC și realizarea eliminării fosforului. O concentrație mare de nămol în zona anaerobă este mai benefică pentru bacteriile PAC.

Eficiența eliminării biologice a fosforului este strâns legată de vârsta nămolului. Doar cu o anumită vârstă a nămolului (în jur de 3 zile) excesul de fosfor poate fi îndepărtat eficient, realizând funcția de îndepărtare a fosforului. Având în vedere un influent fix de solide în suspensie (SS), deoarece concentrația nămolului este direct proporțională cu vârsta nămolului, cu cât este mai mare concentrația de nămol dincolo de un anumit interval, cu atât efectul de îndepărtare a fosforului este mai rău.

o. În timp ce se menține o vârstă suficientă a nămolului pentru eficiența eliminării fosforului, creșterea concentrației de nămol în zona anaerobă are ca rezultat o concentrație corespunzător mai mare de bacterii PAC. Aceasta crește cantitatea de microorganisme care eliberează fosfor-, care, la rândul său, crește cantitatea de microorganisme aerobe care absorb-fosforul ulterior, sporind astfel efectul general de eliminare a fosforului al sistemului.

b. În zona anaerobă, bacteriile care acumulează-polifosfat absorb VFA și eliberează fosfor. Simultan, în condiții de concentrație mare a nămolului, zona anaerobă poate servi ca secțiune de acidificare anaerobă a sistemului, hidrolizând anaerob materiile organice recalcitrante cu greutate-moleculară- mare din apă. Energia eliberată în timpul eliberării fosforului de către bacteriile care acumulează polifosfat-poate fi utilizată pentru a absorbi activ acidul acetic, H+ etc., formând PHB și depozitându-l în bacterii. Aceasta promovează procesul de acidificare a materiei organice, îmbunătățește biodegradabilitatea apelor uzate și crește sursa de carbon folosită pentru reacțiile de denitrificare în procesele ulterioare de epurare.