Framgången för ett biokemiskt system beror på MLSS (Mixed Lime Sludge Concentration)

Driften av den aktiverade slamprocessen kräver korrekt kontroll av många parametrar, inklusive kontroll av MLSS, en av de mest använda indikatorerna i den dagliga driften av avloppsvattensystem.

Koncentration av aktivt slam avser innehållet av suspenderade fasta ämnen i blandluten vid utloppet av luftningstanken, betecknat med symbolen MLSS, med enheterna mg/L. Den används för att mäta mängden aktivt slam i luftningstanken. Den totala mängden MLSS inkluderar följande fyra aspekter:

Aktiva mikroorganismer;
Icke-biologiskt nedbrytbart organiskt material adsorberat på det aktiverade slammet;
Återstod från mikrobiell själv-oxidation;
Oorganiskt material.

Under drift är det särskilt viktigt att notera att MLSS endast avser koncentrationen av blandluten i luftningstanken, exklusive koncentrationen av blandluten i den sekundära sedimenteringstanken. Vid övervakning av blandlutskoncentrationen i luftningstanken är det dessutom avgörande att använda koncentrationen av blandluten vid utloppet av luftningstanken som standard för att mäta koncentrationen av aktivt slam genom hela luftningstanken.

1. Samband mellan koncentration av aktivt slam och slamålder

Slamåldern är ett operativt sätt att uppnå slamåldersmålet genom att ta bort aktivt slam. Ett rimligt intervall för att kontrollera koncentrationen av aktivt slam kan ges genom rimlig slamålder och förhållandet mellan föda och{{2} mikrober. Faktum är att om den aktiverade slamkoncentrationen ökas för mycket, kommer slamåldern att vara särskilt lång och överskrida det normalt kontrollerade slamåldervärdet, även när koncentrationen av inflytande organiskt material inte är hög. Detta indikerar tydligt att koncentrationen av aktivt slam kontrolleras för högt, vilket är mycket mer exakt än att bedöma om koncentrationen av aktivt slam behöver styras utifrån dess absoluta värde.

2. Samband mellan koncentration av aktivt slam och vattentemperatur

Tillväxt, reproduktion och metabolism av aktivt slam i den biologiska reningstanken är nära relaterade till vattentemperaturen. För varje 10 graders minskning av vattentemperaturen kommer aktiviteten av aktivt slam att minska med hälften; när vattentemperaturen är under 10 grader är behandlingseffekten klart dålig. För att komma till rätta med detta kan den aktiverade slamkoncentrationen justeras för att klara vattentemperaturförändringar:

När vattentemperaturen är låg kan koncentrationen av aktivt slam ökas för att kompensera för den negativa påverkan av minskad aktivitet av aktivt slam, och därigenom uppnå ökad avverkningseffektivitet vid låga vattentemperaturer.

När vattentemperaturen är hög är den aktiva slamaktiviteten kraftig. För hög koncentration av aktivt slam är skadligt för sättningen av aktivt slam. I detta fall kan en minskning av koncentrationen av aktiverat slam förhindra bildningen av osatta flockar och grumlig supernatant.

3. Förhållandet mellan aktiverat slamkoncentration och aktiverat slamavsättningsförhållande

Koncentrationen av aktivt slam påverkar den slutliga sedimenteringen. En högre koncentration av aktivt slam ger en högre slutlig sedimentering och vice versa. Detta beror på att en högre koncentration av aktivt slam leder till en större biologisk mängd, vilket resulterar i en högre sedimentering efter kompression och sedimentering. En viktig skillnad från andra faktorer som kan öka sedimenteringsförhållandet är att observera om det komprimerade aktiva slammet är tätt och om dess färg är mörkbrun. I de fall där ökad icke-aktiverad slamkoncentration leder till en högre sedimenteringskvot beror det vanligtvis på dålig packning och en mattare färg.

För låg koncentration av aktivt slam påverkar givetvis också sedimenteringsförhållandet avsevärt. Detta orsakas dock ofta inte av att operatörer avsiktligt sänker koncentrationen av aktivt slam, utan snarare av en alltför låg koncentration av inflytande organiskt material. I sådana fall försöker operatörer, som känner att koncentrationen av aktivt slam är för låg, att öka den, vilket resulterar i att aktiverat slam åldras. Den slutliga sedimenteringsförhållandet kommer att avslöja typiska tecken på aktiverad slamåldring: hög kompressibilitet, mörk färg och en klar supernatant som innehåller fina flockar.

Om ett lågt sedimenteringsförhållande uppstår på grund av onormalt slamutsläpp kommer observation också att avslöja att det sedimenterade aktiva slammet är blekt till färgen, har dålig kompressibilitet och är sparsamt.

1. Inverkan av slamkoncentration på nitrifikation

Många miljöfaktorer påverkar nitrifikation, inklusive pH, temperatur, SRT, DO, BOD/TKN, slamkoncentration och giftiga ämnen. I faktiska avloppsreningsverk kan endast parametrar som SRT, DO, BOD/TKN och slamkoncentration kontrolleras under processdrift.

a. Vid aerob nitrifikation resulterar högre slamkoncentrationer i en relativt högre koncentration av nitrifierande bakterier, vilket leder till en högre hastighet av aerob nitrifikation under höga slamkoncentrationsförhållanden.

b. En viss slamålder är nödvändig för att säkerställa närvaron av nitrifierande bakterier i biologiskt slam. Genom att skapa gynnsamma levnadsförhållanden för nitrifierande bakterier ökar deras andel i det mikrobiella samhället ytterligare och ökar därmed deras koncentration. Vid höga slamkoncentrationer förbrukas mer BOD i det anaeroba stadiet, vilket resulterar i ett relativt lägre BOD/TKN-förhållande i det aeroba stadiet.

Vissa studier har visat ett omvänt samband mellan andelen nitrifierande bakterier i aktivt slam och BOD/TKN. Eftersom nitrifierande bakterier är autotrofa är koncentrationen av organiskt substrat inte en begränsande faktor för deras tillväxt. Men om den organiska substratkoncentrationen är för hög kommer det att orsaka heterotrofa bakterier med hög-tillväxt-hastighet att spridas snabbt och konkurrera om löst syre. Detta bromsar tillväxten av autotrofa bakterier och förhindrar att aeroba nitrifierande bakterier får en fördel, vilket resulterar i en minskad nitrifikationshastighet.

c. Löst syre (DO) är i allmänhet en viktig indikator i nitrifikationsstadiet i avloppsreningsverk, vanligtvis över 2 mg/L. I de flesta oxidationsdikeprocesser är det genomsnittliga DO-värdet i diket svårt att nå 2 mg/L, vanligtvis kvar på 1 mg/L eller lägre. Nitrifikationseffekten är dock fortfarande god. Anledningen till detta är att den relativt höga slamkoncentrationen som är unik för oxidationsdiken, även om den resulterar i ett lägre DO-värde, förstärker andra faktorer som bidrar till nitrifikation.

Ökad slamkoncentration ökar den biologiska reningstankens effektiva volym samtidigt som belastningen minskar. Ur ett annat perspektiv ökar också en ökad slamkoncentration mikroorganismernas aeroba kapacitet. Under samma luftningsförhållanden bör mätarens värde för löst syre också vara lägre. Ovanstående punkter förklarar att en ökning av slamkoncentrationen på lämpligt sätt kan minska värdet för löst syre (DO) i den biologiska reningstanken samtidigt som en god nitrifikationsnivå bibehålls.

d. För att säkerställa normal tillväxt och reproduktion av nitrifierande bakterier i aktivt slam bör slammets ålder i allmänhet kontrolleras till mer än 8 dagar. För att säkerställa en relativt balanserad konkurrensfördel för nitrifierande bakterier mot andra heterotrofa bakterier bör dock slamåldern höjas utan att det orsakar allvarlig åldring av slammet, vilket i motsvarande grad ökar slamkoncentrationen i det biologiska systemet.

2. Effekten av slamkoncentration på denitrifikation

Biologisk denitrifikation är den process genom vilken denitrifierande bakterier använder det joniska syret i nitrater för att bryta ner organiskt material under anoxiska förhållanden. Nitrat reduceras till N2, vilket fullbordar denitrifieringsprocessen. Denitrifierande bakterier är heterotrofa fakultativa bakterier som finns i överflöd i avloppsreningssystem. Under aeroba förhållanden använder de syre för andning och oxidativ nedbrytning av organiskt material.

Under förhållanden utan molekylärt syre, när nitrat- och nitritjoner är närvarande samtidigt, kan de utnyttja syret i dessa joner för andning, oxidation och nedbrytning av organiskt material. Denitrifierande bakterier kan använda en mängd olika organiska substrat som elektrondonatorer i denitrifieringsprocessen, inklusive kolhydrater, organiska syror, alkoholer och till och med föreningar som alkaner, bensoater och andra bensenderivat, som ofta är huvudkomponenterna i avloppsvatten. Många faktorer påverkar denitrifikationshastigheten, inklusive pH, temperatur, löst syre (DO), förhållandet kol-till-kväve (C/N-förhållande) och slamkoncentration. I faktiska avloppsreningsverk kan endast parametrar som DO och slamkoncentration kontrolleras under processdrift. Även om C/N-förhållandet är den viktigaste påverkande faktorn i denitrifikationsreaktionen, är det starkt beroende av den ingående vattenkvaliteten och är i allmänhet svår att kontrollera i praktiken.

a. Denitrifiering kräver frånvaro av molekylärt syre för att tillåta denitrifierande bakterier att använda det joniska syret i nitrater och nitriter för att bryta ner organiskt material. Som nämnts tidigare kan biologiska system med höga slamkoncentrationer på lämpligt sätt reducera löst syre (DO) under nitrifikation samtidigt som nitrifikationseffektiviteten bibehålls. En sänkning av DO i slutet av nitrifikationen minskar därför effektivt DO-innehållet som transporteras i nitratreturvätskan, vilket minskar inverkan av molekylärt syre på denitrifieringsprocessen i den anoxiska zonen och förbättrar denitrifierande bakteriernas förmåga att utnyttja kolkällor.

Samtidigt resulterar höga slamkoncentrationer också i relativt stark endogen metabolisk aerob kapacitet, vilket ytterligare förbrukar löst syre i retur- och anoxiska zoner. Vidare förändrar mycket höga slamkoncentrationer viskositeten hos den blandade luten, vilket ökar diffusionsmotståndet och minskar därmed DO som transporteras i returvätskan. I vissa behandlingsprocesser som använder öppna kanaler som returkanaler kan detta minska syresättningen som krävs för returflödet. Sammanfattningsvis spelar höga slamkoncentrationer en betydande roll för att minska DO under denitrifieringssteget i själva processdriften.

b. Eftersom denitrifierande bakterier är heterotrofa fakultativa bakterier och förekommer rikligt i avloppsvattenreningssystem, kan en ökning av slamkoncentrationen i systemet effektivt öka koncentrationen av denitrifierande bakterier. Denitrifikationshastigheten är i stort sett oberoende av nitrat- och nitritkoncentrationer, men uppvisar en första-reaktion med koncentrationen av denitrifierande bakterier.

Därför kan höga slamkoncentrationer i verklig processdrift förkorta denitrifieringstiden och minska den effektiva volymen av den anoxiska zonen. Givet en fast effektiv volym i den anoxiska zonen möjliggör höga slamkoncentrationer ett bättre utnyttjande av relativt svår--nedbrytbart organiskt material i den organiska matrisen som kolkälla. Detta är särskilt viktigt för processer för avlägsnande av kväve och fosfor, särskilt när kolkällorna är otillräckliga.

c. Höga slamkoncentrationer resulterar i relativt större mikrobiella flockdiametrar. Under nitrifikation leder den låga nivån av löst syre till en mindre syretrycksgradient, vilket gör det lättare för anoxiska miljöer att bildas i flockarna, vilket främjar denitrifikation. Därför kan höga slamkoncentrationer främja samtidig denitrifikation.

Nyckeln till biologiskt fosforavlägsnande är att öka andelen polyfosfat-ackumulerande bakterier i det aktiverade slamsystemet, samtidigt som de främjar deras snabba tillväxt och reproduktion under systemets drift, och bibehåller en hög fosforhalt i de polyfosfat{1}}ackumulerande bakterierna vid utsläpp.

För att öka andelen polyfosfat-ackumulerande (PAC) bakterier i det aktiverade slammet i systemet är det nödvändigt att skapa en mer gynnsam miljö och hydrauliska förhållanden för deras tillväxt och reproduktion. Det innebär att ha en bra anaerob och aerob miljö i processflödet. Att kontrollera miljöfaktorer i den anaeroba zonen är särskilt viktigt för tillväxt och reproduktion av PAC-bakterier och uppnåendet av fosforavlägsnande. En hög slamkoncentration i den anaeroba zonen är mer fördelaktigt för PAC-bakterier.

Effektiviteten av biologisk fosforavskiljning är nära relaterad till slammets ålder. Först med en viss slamålder (cirka 3 dagar) kan överskottsfosfor effektivt avlägsnas, vilket uppnår fosforavlägsnandefunktionen. Givet ett fast inflöde av suspenderade fasta ämnen (SS), eftersom slamkoncentrationen är direkt proportionell mot slamåldern, ju högre slamkoncentrationen är utanför ett visst intervall, desto sämre blir fosforavlägsningseffekten.

a. Samtidigt som en slamålder upprätthålls som är tillräcklig för effektiviteten av fosforavskiljning, resulterar en ökning av slamkoncentrationen i den anaeroba zonen i en motsvarande högre koncentration av PAC-bakterier. Detta ökar mängden fosfor-frigörande mikroorganismer, vilket i sin tur ökar mängden av efterföljande aerob fosfor-absorberande mikroorganismer, vilket förstärker systemets totala fosforavlägsnande effekt.

b. I den anaeroba zonen absorberar polyfosfat-ackumulerande bakterier VFA och frigör fosfor. Samtidigt, under förhållanden med hög slamkoncentration, kan den anaeroba zonen fungera som den anaeroba försurningsdelen av systemet och anaerobt hydrolysera hög-molekylär-vikt, motsträvig organiskt material i vattnet. Den energi som frigörs under fosforfrisättning av polyfosfat-ackumulerande bakterier kan användas för att aktivt absorbera ättiksyra, H+, etc., bilda PHB och lagra det i bakterierna. Detta främjar försurningsprocessen av organiskt material, förbättrar avloppsvattnets biologiska nedbrytbarhet och ökar kolkällan som används för denitrifieringsreaktioner i efterföljande reningsprocesser.