Biocheminės sistemos sėkmė priklauso nuo MLSS (mišraus kalkių dumblo koncentracijos)

Aktyvaus dumblo proceso veikimui reikalinga tinkama daugybės parametrų kontrolė, įskaitant MLSS, vieno iš dažniausiai naudojamų rodiklių kasdienėje nuotekų sistemų eksploatacijoje, kontrolę.

Aktyvaus dumblo koncentracija reiškia suspenduotų kietųjų dalelių kiekį mišriame skystyje prie aeracijos bako išleidimo angos, pažymėtą simboliu MLSS, vienetais mg/l. Jis naudojamas aktyviojo dumblo kiekiui aeracijos rezervuare matuoti. Bendra MLSS suma apima šiuos keturis aspektus:

Aktyvūs mikroorganizmai;
Ne{0}}biologiškai skaidžios organinės medžiagos, adsorbuotos ant aktyviojo dumblo;
Mikrobų savaiminės{0}}oksidacijos likučiai;
Neorganinės medžiagos.

Eksploatacijos metu ypač svarbu pažymėti, kad MLSS reiškia tik mišraus skysčio koncentraciją aeracijos rezervuare, neįskaitant mišraus skysčio koncentracijos antriniame sedimentacijos rezervuare. Be to, stebint mišraus skysčio koncentraciją aeracijos rezervuare, labai svarbu naudoti mišraus skysčio koncentraciją aeracijos bako išleidimo angoje kaip standartą aktyviojo dumblo koncentracijai matuoti visame aeracijos bake.

1. Aktyvaus dumblo koncentracijos ir dumblo amžiaus ryšys

Dumblo amžius yra operatyvi priemonė pasiekti dumblo amžiaus tikslą pašalinant aktyvųjį dumblą. Pagrįstą aktyviojo dumblo koncentracijos kontrolės diapazoną galima nustatyti pagal pagrįstą dumblo amžių ir maisto -s-mikrobų santykį. Tiesą sakant, per daug padidinus aktyviojo dumblo koncentraciją, dumblo amžius bus ypač ilgas, viršijantis įprastai kontroliuojamą dumblo amžiaus vertę, net kai įtekančių organinių medžiagų koncentracija nėra didelė. Tai aiškiai rodo, kad aktyviojo dumblo koncentracija yra kontroliuojama per aukštai, o tai yra daug tiksliau nei spręsti, ar reikia kontroliuoti aktyviojo dumblo koncentraciją pagal jo absoliučią vertę.

2. Ryšys tarp aktyviojo dumblo koncentracijos ir vandens temperatūros

Aktyvaus dumblo augimas, dauginimasis ir metabolizmas biologinio valymo rezervuare yra glaudžiai susiję su vandens temperatūra. Sumažėjus vandens temperatūrai kas 10 laipsnių, aktyviojo dumblo aktyvumas sumažės per pusę; kai vandens temperatūra yra žemesnė nei 10 laipsnių, gydymo efektas yra aiškiai prastas. Norėdami tai išspręsti, aktyviojo dumblo koncentraciją galima reguliuoti taip, kad ji atitiktų vandens temperatūros pokyčius:

Kai vandens temperatūra žema, aktyviojo dumblo koncentraciją galima padidinti, kad būtų kompensuotas sumažėjusio aktyviojo dumblo aktyvumo neigiamas poveikis, taip pasiekiamas didesnis pašalinimo efektyvumas esant žemai vandens temperatūrai.

Kai vandens temperatūra aukšta, aktyviojo dumblo veikla yra stipri. Per didelė aktyviojo dumblo koncentracija kenkia aktyviojo dumblo nusėdimui. Tokiu atveju sumažinus aktyviojo dumblo koncentraciją galima išvengti nenusėdusių pūslelių ir drumzlino supernatanto susidarymo.

3. Ryšys tarp aktyviojo dumblo koncentracijos ir aktyviojo dumblo nusėdimo santykio

Aktyvaus dumblo koncentracija turi įtakos galutiniam nusėdimo santykiui. Didesnė aktyviojo dumblo koncentracija lemia didesnį galutinį nusėdimo santykį ir atvirkščiai. Taip yra todėl, kad didesnė aktyviojo dumblo koncentracija lemia didesnį biologinį kiekį, todėl po suspaudimo ir sedimentacijos susidaro didesnis nusėdimo santykis. Esminis skirtumas nuo kitų veiksnių, galinčių padidinti nusėdimo santykį, yra stebėjimas, ar suslėgtas aktyvusis dumblas yra tankus ir ar jo spalva tamsiai ruda. Tais atvejais, kai padidinta ne-aktyviojo dumblo koncentracija lemia didesnį nusėdimo santykį, dažniausiai taip yra dėl prasto sutankinimo ir blankesnės spalvos.

Žinoma, per maža aktyviojo dumblo koncentracija taip pat labai veikia nusėdimo santykį. Tačiau tai dažnai sukelia ne operatoriai tyčia mažinantys aktyviojo dumblo koncentraciją, o per maža įtekančių organinių medžiagų koncentracija. Tokiais atvejais operatoriai, pajutę per mažą aktyviojo dumblo koncentraciją, stengiasi ją padidinti, todėl aktyvusis dumblas sensta. Galutinio nusėdimo santykio stebėjimas atskleis tipiškus aktyviojo dumblo senėjimo požymius: didelį suspaudžiamumą, tamsią spalvą ir skaidrų supernatantą, kuriame yra smulkių flokulų.

Jei dėl nenormalaus dumblo išleidimo atsiranda mažas nusėdimo koeficientas, stebėjimas taip pat parodys, kad nusistovėjęs aktyvusis dumblas yra blyškios spalvos, blogai suspaudžiamas ir yra negausus.

1. Dumblo koncentracijos įtaka nitrifikacijai

Nitrifikacijai įtakos turi daugelis aplinkos veiksnių, įskaitant pH, temperatūrą, SRT, DO, BDS/TKN, dumblo koncentraciją ir toksines medžiagas. Faktiniuose nuotekų valymo įrenginiuose proceso metu galima valdyti tik tokius parametrus kaip SRT, DO, BOD/TKN ir dumblo koncentracija.

a. Aerobinėje nitrifikacijoje didesnės dumblo koncentracijos sąlygoja santykinai didesnę nitrifikuojančių bakterijų koncentraciją, todėl didelės dumblo koncentracijos sąlygomis aerobinis nitrifikacijos greitis yra didesnis.

b. Norint užtikrinti, kad biologiniame dumble būtų nitrifikuojančių bakterijų, būtinas tam tikras dumblo amžius. Sudarius palankias gyvenimo sąlygas nitrifikuojančioms bakterijoms, jų dalis mikrobų bendruomenėje dar labiau padidėja, todėl didėja jų koncentracija. Esant didelei dumblo koncentracijai, anaerobinėje stadijoje sunaudojama daugiau BDS, todėl aerobinėje stadijoje BDS/TKN santykis yra santykinai mažesnis.

Kai kurie tyrimai parodė atvirkštinį ryšį tarp nitrifikuojančių bakterijų dalies aktyviajame dumble ir BDS/TKN. Kadangi nitrifikuojančios bakterijos yra autotrofinės, organinio substrato koncentracija nėra ribojantis veiksnys jų augimui. Tačiau jei organinio substrato koncentracija yra per didelė, dėl to greitai dauginsis heterotrofinės bakterijos, kurios konkuruoja dėl ištirpusio deguonies. Tai sulėtina autotrofinių bakterijų augimą ir neleidžia aerobinėms nitrifikuojančioms bakterijoms įgyti pranašumo, todėl sumažėja nitrifikacijos greitis.

c. Ištirpęs deguonis (DO) paprastai yra svarbus rodiklis nuotekų valymo įrenginių nitrifikacijos stadijoje, paprastai didesnis nei 2 mg/l. Daugumoje oksidacijos griovių procesų vidutinę DO vertę griovyje sunku pasiekti 2 mg/l, paprastai ji išlieka 1 mg/l arba mažesnė. Tačiau nitrifikacijos efektas vis dar geras. Taip yra dėl to, kad santykinai didelė dumblo koncentracija, būdinga tik oksidacijos grioviams, nors ir lemia mažesnę DO vertę, sustiprina kitus veiksnius, skatinančius nitrifikaciją.

Padidėjusi dumblo koncentracija padidina efektyvų biologinio valymo rezervuaro tūrį ir sumažina apkrovą. Žvelgiant iš kitos perspektyvos, didėjanti dumblo koncentracija taip pat padidina mikroorganizmų aerobinį pajėgumą. Esant tokioms pačioms aeracijos sąlygoms, ištirpusio deguonies skaitiklio rodmenys taip pat turėtų būti mažesni. Minėti punktai paaiškina, kad padidinus dumblo koncentraciją galima tinkamai sumažinti ištirpusio deguonies (DO) vertę biologinio valymo rezervuare, išlaikant gerą nitrifikacijos lygį.

d. Norint užtikrinti normalų nitrifikuojančių bakterijų augimą ir dauginimąsi aktyviajame dumble, dumblo amžius paprastai turėtų būti kontroliuojamas ilgiau nei 8 dienas. Tačiau norint užtikrinti santykinai subalansuotą konkurencinį pranašumą nitrifikuojančioms bakterijoms prieš kitas heterotrofines bakterijas, dumblo amžius turėtų būti padidintas nesukeliant didelio dumblo senėjimo, o tai atitinkamai padidina dumblo koncentraciją biologinėje sistemoje.

2. Dumblo koncentracijos įtaka denitrifikacijai

Biologinis denitrifikavimas yra procesas, kurio metu denitrifikuojančios bakterijos naudoja nitratuose esantį joninį deguonį organinėms medžiagoms skaidyti beanoksinėmis sąlygomis. Nitratas redukuojamas iki N2, užbaigiant denitrifikacijos procesą. Denitrifikuojančios bakterijos yra heterotrofinės fakultatyvinės bakterijos, kurių gausu nuotekų valymo sistemose. Aerobinėmis sąlygomis jie naudoja deguonį kvėpavimui ir oksidaciniam organinių medžiagų skaidymui.

Sąlygomis be molekulinio deguonies, kai vienu metu yra nitratų ir nitrito jonų, jie gali panaudoti šiuose jonų deguonį kvėpavimui, oksidacijai ir organinių medžiagų skaidymui. Denitrifikuojančios bakterijos kaip elektronų donorai denitrifikacijos procese gali panaudoti daugybę organinių substratų, įskaitant angliavandenius, organines rūgštis, alkoholius ir netgi junginius, tokius kaip alkanai, benzoatai ir kiti benzeno dariniai, kurie dažnai yra pagrindiniai nuotekų komponentai. Daugelis veiksnių turi įtakos denitrifikacijos greičiui, įskaitant pH, temperatūrą, ištirpusį deguonį (DO), anglies - ir -azoto santykį (C/N santykis) ir dumblo koncentraciją. Faktiniuose nuotekų valymo įrenginiuose proceso metu galima valdyti tik tokius parametrus kaip DO ir dumblo koncentracija. Nors C/N santykis yra svarbiausias denitrifikacijos reakciją įtakojantis veiksnys, jis labai priklauso nuo įtekančio vandens kokybės ir paprastai yra sunkiai kontroliuojamas praktiškai.

a. Denitrifikacijai reikalingas molekulinio deguonies nebuvimas, kad denitrifikuojančios bakterijos galėtų panaudoti nitratuose ir nitrituose esantį joninį deguonį organinėms medžiagoms skaidyti. Kaip minėta anksčiau, didelės dumblo koncentracijos biologinės sistemos gali tinkamai sumažinti ištirpusį deguonį (DO) nitrifikacijos metu, išlaikant nitrifikacijos efektyvumą. Todėl DO sumažinimas nitrifikacijos pabaigoje veiksmingai sumažina DO kiekį, esantį nitratų grąžinimo skystyje, sumažindamas molekulinio deguonies poveikį denitrifikacijos procesui anoksinėje zonoje ir pagerindamas denitrifikuojančių bakterijų gebėjimą panaudoti anglies šaltinius.

Tuo pačiu metu didelės dumblo koncentracijos taip pat sąlygoja santykinai stiprų endogeninį metabolinį aerobinį pajėgumą, toliau sunaudojantį ištirpusį deguonį grįžtamosiose ir anoksinėse zonose. Be to, labai didelės dumblo koncentracijos keičia mišraus skysčio klampumą, padidina difuzijos atsparumą ir taip sumažina grįžtamajame skystyje esantį DO. Kai kuriuose apdorojimo procesuose, naudojant atvirus kanalus kaip grįžtamuosius kanalus, tai gali sumažinti deguonies tiekimą, reikalingą grįžtamajam srautui. Apibendrinant galima pasakyti, kad didelės dumblo koncentracijos vaidina svarbų vaidmenį mažinant DO denitrifikacijos etape faktinio proceso veikimo metu.

b. Kadangi denitrifikuojančios bakterijos yra heterotrofinės fakultatyvinės bakterijos ir jų gausu nuotekų valymo sistemose, padidinus dumblo koncentraciją sistemoje galima efektyviai padidinti denitrifikuojančių bakterijų koncentraciją. Denitrifikacijos greitis iš esmės nepriklauso nuo nitratų ir nitritų koncentracijos, tačiau pasireiškia pirmos eilės reakcija su denitrifikuojančių bakterijų koncentracija.

Todėl faktinio proceso metu didelės dumblo koncentracijos gali sutrumpinti denitrifikacijos laiką ir sumažinti veiksmingą anoksinės zonos tūrį. Atsižvelgiant į fiksuotą efektyvų tūrį anoksinėje zonoje, didelės dumblo koncentracijos leidžia geriau panaudoti santykinai sunkiai --skaidomas organines medžiagas organinėje matricoje kaip anglies šaltinį. Tai ypač svarbu azoto ir fosforo šalinimo procesams, ypač kai anglies šaltinių nepakanka.

c. Dėl didelės dumblo koncentracijos susidaro santykinai didesni mikrobų floko skersmenys. Nitrifikacijos metu mažas ištirpusio deguonies lygis lemia mažesnį deguonies slėgio gradientą, todėl flokuose lengviau susidaro anoksinė aplinka, taip skatinama denitrifikacija. Todėl didelė dumblo koncentracija gali paskatinti vienalaikį denitrifikaciją.

Pagrindinis biologinio fosforo pašalinimo veiksnys yra padidinti polifosfatą-kaupiančių bakterijų dalį aktyviojo dumblo sistemoje, tuo pat metu skatinant greitą jų augimą ir dauginimąsi sistemos veikimo metu, palaikant didelį fosforo kiekį polifosfato-kaupiančiose bakterijose, kai jos išleidžiamos.

Norint padidinti polifosfatą{0}}akumuliuojančių (PAC) bakterijų dalį aktyviajame sistemos dumble, būtina sukurti palankesnę aplinką ir hidraulines sąlygas joms augti ir daugintis. Tai reiškia, kad proceso eigoje turi būti gera anaerobinė ir aerobinė aplinka. Aplinkos veiksnių kontrolė anaerobinėje zonoje yra ypač svarbi PAC bakterijų augimui ir dauginimuisi bei fosforo pašalinimui. Didelė dumblo koncentracija anaerobinėje zonoje yra naudingesnė PAC bakterijoms.

Biologinio fosforo šalinimo efektyvumas glaudžiai susijęs su dumblo amžiumi. Tik esant tam tikram dumblo amžiui (apie 3 dienas), fosforo perteklius gali būti veiksmingai pašalintas ir pasiekiama fosforo šalinimo funkcija. Kadangi dumblo koncentracija yra tiesiogiai proporcinga dumblo amžiui, atsižvelgiant į fiksuotą įtekamąjį suspenduotų kietųjų dalelių (SS) kiekį, kuo didesnė dumblo koncentracija viršija tam tikrą intervalą, tuo prastesnis fosforo pašalinimo efektas.

a. Išlaikant dumblo amžių, pakankamą fosforo šalinimo efektyvumui, padidinus dumblo koncentraciją anaerobinėje zonoje, atitinkamai padidėja PAC bakterijų koncentracija. Tai padidina fosforą -išskiriančių mikroorganizmų, o tai savo ruožtu padidina vėliau aerobinį fosforą- sugeriančių mikroorganizmų kiekį, taip sustiprindamas bendrą fosforo šalinimo iš sistemos poveikį.

b. Anaerobinėje zonoje polifosfatą{1}}akumuliuojančios bakterijos sugeria VFA ir išskiria fosforą. Tuo pačiu metu, esant didelei dumblo koncentracijai, anaerobinė zona gali būti sistemos anaerobinio rūgštinimo sekcija, anaerobiškai hidrolizuojanti didelės-molekulinės-svorės, nepatogias organines medžiagas vandenyje. Polifosfatą{6}}kaupiančių bakterijų fosforo išsiskyrimo metu išsiskirianti energija gali būti panaudota aktyviai absorbuojant acto rūgštį, H+ ir kt., formuojant PHB ir kaupiant jį bakterijose. Tai skatina organinių medžiagų rūgštėjimo procesą, pagerina nuotekų biologinį skaidumą ir padidina anglies šaltinį, naudojamą denitrifikacijos reakcijoms vėlesniuose valymo procesuose.