Supratimas apie aktyvųjį dumblą (II) – kaip išlaikyti mikroorganizmų dauginimąsi!

Pratarmė: Ankstesniame dokumente buvo aptarta aktyviojo dumblo kilmė ir mikrobų bendruomenės struktūra. Šiame dokumente pagrindinis dėmesys skiriamas „kaip išlaikyti mikroorganizmų dauginimąsi“. Visi žinome, kad kai aplinka yra tinkama daugintis, organizmai (augalai, gyvūnai ir mikroorganizmai) natūraliai pereina į dauginimosi būseną; pablogėjus aplinkai, organizmai nustoja daugintis. Jei kaip analogiją naudotume žmogaus „reprodukcinį troškimą“, jaunimas šiandien susiduria su trimis pagrindiniais iššūkiais: švietimu, sveikatos priežiūra ir būstu. Šie trys aspektai daro didelę įtaką jų norui turėti vaikų. Žinoma, mikroorganizmams nėra tiek daug reikalavimų, jiems nereikia nei automobilių, nei namų. Kol vandens aplinka atitinka temperatūros, ištirpusio deguonies, pH ir maistinių medžiagų reikalavimus, jie gali greitai augti!

Mikroorganizmai turi savo augimo kreivę, o jų augimo procesas kinta priklausomai nuo maisto medžiagų prieinamumo. Apibrėžtoje aplinkoje, kuriai nedaro įtakos išoriniai veiksniai, mikroorganizmų augimo kreivė atitinka toliau pateiktą diagramą. Augimo procesas apima keturis etapus: adaptacijos (koregavimo stadiją), logaritminio augimo stadiją, lėtėjimo augimo stadiją ir endogeninį kvėpavimą. Kai mikroorganizmai patenka į naują aplinką, prasideda adaptacijos laikotarpis, kurio metu jų skaičius išlieka gana stabilus.

Dumblo augimo kreivė (ty mikrobų augimo kreivė)

Mikroorganizmų koncentracija turi pradinę reikšmę, kuri parodo dumblo kiekį, įpiltą pradinio biologinio valymo rezervuaro paleidimo metu. Laikui bėgant, dumblo koncentracija palaipsniui didėja. Paprastai dumblo koncentracija aerobinio biologinio valymo rezervuare gali būti palaikoma tarp 3000-5000 mg/l. Dumblo koncentracija priklauso nuo BDS koncentracijos įtekamajame vandenyje; kuo didesnė BDS koncentracija, tuo didesnę dumblo koncentraciją galima palaikyti.

Faktiškai veikiant biologinio valymo rezervuarui, dumblo koncentracija palaikoma tarp lėtėjimo augimo fazės ir endogeninio kvėpavimo fazės. Matyti, kad dumblo koncentracija kinta priklausomai nuo biologinio valymo rezervuaro darbo režimo.

Atliekant įprastą aeraciją, dar vadinamą kamščių srauto aeracija, teršalai palaipsniui mažėja varymo proceso metu, o dumblo augimas kontroliuojamas lėtėjimo augimo fazėje. Kai kas gali paklausti, kaip tai kontroliuojama? Tai pasiekiama naudojant dumblo recirkuliaciją ir dumblo šalinimo priemones!

Visiškas sumaišymas reiškia, kad visos biologinio valymo rezervuaro dalys veikia tomis pačiomis sąlygomis (pvz., teršalų koncentracija, pH, ištirpęs deguonis ir kt.). Protarpiais vykdomais biologinio valymo procesais (pvz., anksčiau minėtas SBR procesas) paprastai galima tai pasiekti gerai, o dumblo būklė kontroliuojama lėtėjimo augimo fazėje.

Išplėstinė aeracija (SRT) projektuojant naudoja labai mažą tūrinę apkrovą, todėl biologinio valymo rezervuare susidaro santykinai maža dumblo koncentracija. Šis procesas vyksta augimo kreivės endogeninio kvėpavimo fazėje, todėl reikalingas mažas organinių medžiagų įkrovos greitis ir ilgas aeracijos laikas, paprastai 20–30 dienų SRT ir 24 valandas PHT. Šiam procesui paprastai nenaudojamas pirminis nusodinimo bakas.

Ištirpusio deguonies koncentracijos kreivė

Be išorinio ištirpusio deguonies papildymo vandenyje ištirpusio deguonies kiekis palaipsniui mažėja, kaip parodyta paveikslėlyje. Žinoma, ištirpusio deguonies kiekis turi būti papildytas biologinio valymo rezervuare, kad būtų išlaikyta santykinai pastovi vertė.

Teršalų koncentracijos kreivė

BDS tam tikru mastu gali išreikšti teršalų koncentraciją vandenyje (kaip minėta anksčiau, COD reikšmes geriausia naudoti projektuojant rezervuaro tūrį). Laikui bėgant, teršalų koncentracija sumažėja iki išleidžiamo lygio.

Esant tinkamai temperatūrai, pakankamai ištirpusio deguonies ir maistinių medžiagų bei nesant slopinančių medžiagų, lemiamas veiksnys, reguliuojantis aktyviojo dumblo augimą, yra maisto (organinių medžiagų nuotekose, dar vadinamo substratu) ir mikroorganizmų (aktyviojo dumblo) kiekio F/M santykis, kuriam taip pat turi įtakos tokie veiksniai kaip organinių medžiagų skilimo greitis, substrato savybės ir deguonies panaudojimo greitis. dumblas.

Prisitaikymo etapas (reguliavimo etapas): taip pat vadinamas reguliavimo etapu, tai yra pradinis aktyviojo dumblo auginimo etapas. Mikroorganizmai nesidaugina, bet pradeda ryškėti kokybiniai pokyčiai. Šis etapas atitinka pradinę horizontalią augimo kreivės dalį diagramoje ir paprastai trunka trumpai. Vėlesnėse adaptacijos stadijos stadijose mikrobų fermentų sistema palaipsniui prisitaiko prie naujos aplinkos, individo raida pasiekia tam tikrą lygį, ląstelės pradeda dalytis, mikroorganizmai pradeda daugintis.

Logaritminė augimo stadija: aktyviojo dumblo augimo greitis didėja, F/M santykis yra santykinai didelis, organinio substrato gausu, o aktyviojo dumblo aktyvumas didelis. Mikroorganizmai vienu metu sugeria organinį substratą didžiausiu greičiu ir sintetina ląsteles didžiausiu greičiu, taip pasiekdami proliferaciją. Šiame etape aktyvusis dumblas pasižymi dideliu organinių medžiagų pašalinimo pajėgumu, o dumblo augimą riboja ne maistinių medžiagų sąlygos, o tik mikrobų koncentracija. Tačiau dumblas pasižymi blogomis flokuliavimo savybėmis, sunkiai nusėda, o apdorojimo efektyvumas yra prastas.

Sulėtėjusio augimo stadija: aktyviojo dumblo augimo greitis mažėja, F/M santykis toliau mažėja, o augimo greitį riboja organinės maistinės medžiagos. Tai tipinis aktyviojo dumblo proceso veikimo etapas. Šiame etape iš nuotekų gali būti pašalinta didžioji dalis organinių medžiagų, o dumblas pasižymi geromis flokuliavimo ir nusėdimo savybėmis.

Endogeninio metabolizmo etapas: Maisto medžiagos iš esmės išeikvotos. Negaunant pakankamai maistinių medžiagų, aktyvusis dumblas pradeda naudoti savo vidinę saugyklą, ty yra savaiminio-oksidacijos stadijoje. Šiame etape dumblas pasižymi dideliu neorganizacijos laipsniu ir geromis nusėdimo savybėmis, tačiau prastai flokuliuojasi, o dumblas palaipsniui mažėja. Tačiau kadangi endogeninio kvėpavimo likučiai dažniausiai sunkiai suardo ląstelių sieneles ir citoplazmą, aktyvusis dumblas negali visiškai išnykti.

Daugybė veiksnių gali turėti įtakos mikrobų augimui, įskaitant maistines medžiagas, temperatūrą, pH, ištirpusį deguonį ir toksines medžiagas. Žinoma, skirtingų tipų mikroorganizmai turi skirtingus šių veiksnių tolerancijos diapazonus. Įprasti aktyviajame dumble esančių mikroorganizmų tipai yra aerobinės bakterijos (plati kategorija, apimanti daugybę subkategorijų, pvz., nitrifikuojančios bakterijos), hidrolizinės bakterijos, fermentuojančios bakterijos, vandenilio bakterijos, acto rūgšties bakterijos, metanogenai, sulfatą{2}}redukuojančios bakterijos ir anaerobiniai pirmuonys. Todėl tol, kol šie veiksniai išlieka normaliose ribose, galima pasiekti greitą mikrobų augimą.

Maistinės medžiagos
Mikroorganizmų gyvybinės veiklos metu jie turi nuolat pasisavinti esmines maistines medžiagas iš aplinkinio vandens telkinio, įskaitant: anglies šaltinius, azoto šaltinius, neorganines druskas ir tam tikrus augimo faktorius. Valomose nuotekose turi būti pakankamai šių medžiagų.

Anglis yra svarbus mikrobinių ląstelių struktūrinis komponentas. Mikroorganizmai, dalyvaujantys apdorojant aktyvųjį dumblą, turi santykinai didelį anglies šaltinio poreikį, paprastai ne mažiau kaip 100 mg/L (skaičiuojant BDS5).

Azotas yra svarbus mikrobų ląstelių baltymų ir nukleino rūgščių sudėties elementas. Azoto šaltiniai gali būti iš neorganinių azoto junginių, tokių kaip N2, NH3 ir NO3, taip pat iš organinio azoto - turinčių junginių, tokių kaip baltymai ir aminorūgštys.

Fosforas yra esminis nukleoproteinų, lecitino ir kitų fosforo junginių sintezės elementas, vaidinantis lemiamą vaidmenį mikrobų metabolizme ir medžiagų transformacijoje. Kofermentas I, kofermentas II ir adenozino monofosfatas (ATP) turi fosforo. Mikroorganizmai pirmiausia gauna fosforą iš neorganinių fosforo junginių. Nepakankami fosforo šaltiniai paveiks fermentų aktyvumą ir taip paveiks mikroorganizmų fiziologines funkcijas.

Paprastai trijų pagrindinių maistinių medžiagų (anglies, azoto ir fosforo) santykis yra BDS:N:P=100:5:1. Be to, mikroelementai, tokie kaip siera, natris, kalis, kalcis, magnis ir geležis, taip pat vaidina svarbų vaidmenį mikroorganizmų augimo procese.

Ištirpęs deguonis

Mikrobų rūšys, naudojamos nuotekų valymui, skirstomos į aerobines ir anaerobines rūšis, o eksploatacines talpyklas sudaro aerobinės, anoksinės, hidrolizės ir anaerobinės talpos. Remiantis eksploatavimo patirtimi, ištirpusio deguonies koncentracija aerobiniame bake turi būti 2–4 mg/l. Hidrolizės ir anoksinėse talpyklose, kurios yra fakultatyvinė anaerobinė aplinka, leistina tam tikra ištirpusio deguonies koncentracija, paprastai tarp 0,2–0,5 mg/l. Anaerobinis bakas yra griežtai anaerobinė aplinka; hidrolizės ir fermentacijos procesams užtikrinti, ištirpusio deguonies buvimas neleidžiamas.

Ištirpęs deguonis yra labai svarbus nuotekų valymo įrenginių veikimui. Jei aerobiniame rezervuare ištirpusio deguonies yra per mažai, nitrifikuojančių bakterijų ir kitų aerobinių bakterijų augimas bus slopinamas, o siūlinės bakterijos sparčiai dauginsis, todėl dumblas susikaups.

pH vertė: Mikroorganizmų fiziologinė veikla yra glaudžiai susijusi su aplinkos pH. Mikroorganizmai gali atlikti normalią fiziologinę veiklą tik esant tinkamoms pH sąlygoms. Optimalus pH diapazonas mikroorganizmams, dalyvaujantiems biologiniame nuotekų valyme, paprastai yra nuo 6,5 iki 8,5. Skirtingos bakterijų grupės turi skirtingą tolerancijos diapazoną; hidroliziškai rūgštinančių bakterijų pH yra nuo 5,5 iki 7,5, o aerobinių bakterijų pH yra nuo 6,5 iki 8,5.

Temperatūra
Temperatūra yra labai svarbi mikrobų augimui. Dauguma mikroorganizmų, dalyvaujančių apdorojant aktyvųjį dumblą, yra termofiliniai, jų optimalus temperatūros diapazonas yra 10-45 laipsnių. Siekiant užtikrinti tinkamą veikimą, vandens temperatūra biologinio valymo rezervuare paprastai palaikoma tarp 15-35 laipsnių; Mikrobų augimas sulėtėja žemiau 5 laipsnių. Be to, anaerobinės bakterijos toleruoja daug aukštesnę temperatūrą nei aerobinės bakterijos, todėl daugumoje anaerobinių rezervuarų yra įrengti izoliacijos ir šildymo įtaisai.

Toksiškos medžiagos
„Toksinės medžiagos“ reiškia tam tikras neorganines ir organines medžiagas, kurios slopina mikroorganizmų fiziologinę veiklą. Tai daugiausia sunkiųjų metalų jonai (pvz., cinko, vario, nikelio, švino, chromo ir kt.) ir kai kurie nemetaliniai junginiai (pvz., fenoliai, aldehidai, cianidai, sulfidai ir kt.). Toksiškų medžiagų toksinis poveikis mikroorganizmams yra kiekybinis; toksiškumas ir slopinimas išryškėja tik tada, kai toksinė medžiaga pasiekia tam tikrą koncentraciją aplinkoje. Kol įvairių toksinių medžiagų koncentracija nuotekose yra mažesnė už šį lygį, mikroorganizmų fiziologinės funkcijos nenukenčia.

Mikrobų pašalinimas ir teršalų skaidymas daugiausia priklauso nuo dviejų procesų: adsorbcijos ir metabolizmo (asimiliacijos ir disimiliacijos).

Adsorbcijos procesas: Per trumpą laiką po to, kai nuotekos susiliečia ir susimaišo su aktyviuoju dumblu, vandenyje esantys organiniai teršalai pasižymi dideliu pasišalinimo greičiu. Šis pradinis didelio{1}}greičio pašalinimo reiškinys yra fizinės ir biologinės adsorbcijos derinio rezultatas. Šio proceso metu organinis substratas sumaišytame skystyje greitai mažėja. Taip yra todėl, kad aktyvusis dumblas turi didelį paviršiaus plotą ir jo paviršiuje yra daug mikroorganizmų, padengtų klampiu polisacharidų{4} sluoksniu. Kai suspenduoti ir koloidiniai organiniai substratai nuotekose liečiasi su aktyviojo dumblo flokais, jie greitai koaguliuojasi ir adsorbuojasi – reiškinys vadinamas „pradine adsorbcija“.

Pradinis adsorbcijos procesas vyksta labai greitai, paprastai baigiamas per 30 minučių. Nuotekų BDS adsorbcijos pašalinimo greitis gali siekti 70%, o nuotekų, kuriose yra daug suspenduotų ir koloidinių organinių medžiagų, BDS gali sumažėti 80–90%. Pradinis adsorbcijos greitis pirmiausia priklauso nuo mikroorganizmų aktyvumo ir hidraulinės difuzijos laipsnio bei hidraulinės dinamikos reaktoriuje. Pirmasis lemia aktyviojo dumblo mikroorganizmų adsorbcijos ir flokuliacijos efektyvumą, o antrasis – kontakto tarp aktyviojo dumblo flokų ir organinio substrato laipsnį.

Metabolinis procesas: Organiniai teršalai, adsorbuoti ant aktyviojo dumblo mikrobinių ląstelių paviršiaus, metabolizuojami. Ištirpusios ir mažos{1}}molekulės organinės medžiagos tiesiogiai prasiskverbia pro ląstelės sienelę į ląstelę, veikiant pralaidiems fermentams, kur vyksta medžiagų apykaita. Koloidinės ir suspenduotos didelės-molekulės organinės medžiagos, tokios kaip krakmolas ir baltymai, prieš patenkant į ląstelę, ekstraląstelinių fermentų -hidrolazės{5}} pirmiausia hidrolizuojamos į ištirpusias mažas molekules. Patekę į ląstelę, organiniai teršalai palaipsniui oksiduojasi ir suskaidomi į stabilius neorganinius produktus, tokius kaip CO2 ir H2O, katalizuojant įvairiems tarpląsteliniams fermentams, išskirdami energiją ląstelių sintezei. Šiame procese organinės medžiagos per biochemines reakcijas paverčiamos paprastomis, stabiliomis neorganinėmis medžiagomis, pašalinant teršalus.