Förstå aktivt slam (I) – ursprung, struktur, mikrobiell gemenskap och prestandaindikatorer

Introduktion: Låt oss idag lära oss om huvudpersonen för biologisk behandling - aktiverat slam (bäraren av olika mikroorganismer). Det spelar en avgörande roll i biologiska reningsprocesser, och tar bort föroreningar som COD, ammoniakkväve, totalt kväve och totalt fosfor från avloppsvatten genom de olika mikroorganismerna i slammet. De som har besökt avloppsreningsverk kan känna en svag lerig lukt; det är lukten av aktivt slam!

Aktivt slam upptäcktes först 1912 av Clark och Gage i Storbritannien, som härrörde från ett litet experiment. I experimentet producerade långvarig luftning av avloppsvatten slam, och vattenkvaliteten förbättrades avsevärt. Arden och Lockgtt studerade därefter detta fenomen.

Luftningsexperimenten utfördes i flaskor. I slutet av varje dags experiment tömdes flaskorna och processen började igen nästa dag. De upptäckte av misstag att eftersom flaskorna inte var noggrant rengjorda blev behandlingseffekten faktiskt bättre när slam fäste vid flaskväggarna. De insåg vikten av det slam som finns kvar på flaskväggarna och kallade det aktivt slam.

Därefter, före slutet av varje dags experiment, lät de det luftade avloppsvattnet sedimentera, kasserade endast det översta lagret av renat vatten och lämnade slammet på botten för användning nästa dag. Detta förkortade avloppsvattenreningstiden avsevärt.

1916 byggdes det första reningsverket för aktivt slam med denna experimentella process.

Aktivt slam är ett flockigt ämne som bildas av en blandning av mikrobiella samhällen som bakterier, svampar, protozoer och metazoer med suspenderade och kolloidala ämnen i avloppsvatten. Den har en stark förmåga att adsorbera och sönderdela organiskt material och goda sedimenterande egenskaper, och den har biokemisk aktivitet.

Flockar och filamentösa bakterier är viktiga komponenter i aktivt slam.

Flockar bildas genom aggregering av bakterier med slem eller kapslar. De adsorberar föroreningar och fria mikroorganismer i avloppsvatten, vilket ger aktivt slam utmärkta sedimenterande egenskaper och skyddar mikroorganismer i avloppsvattnet från att förtäras eller förgiftas.

Filamentösa bakterier bildar skelettet av aktivt slam. De växer och förlängs under infästning av flockar, vilket gör att flockarna bildar större partiklar samtidigt som det aktiverade slammet är löst.

Till utseendet är aktivt slam i allmänhet gult eller brunaktigt-gult. Den blir svart när syretillförseln är otillräcklig eller anaerob, och gråaktig-vit när syretillförseln är överdriven och näringsämnena är otillräckliga. Aktivt slam har en hög vattenhalt, vanligtvis över 99 %, och dess densitet liknar vatten, vanligtvis 1,002–1,003 kg/L.

I aktiverade slammikroorganismer livnär sig protozoer på bakterier, medan metazoer livnär sig på både protozoer och bakterier, vilket bildar en näringskedja och ett balanserat biologiskt samhälle. Aktiverade slambakterier finns ofta i form av flockar, med färre i fritt tillstånd. Detta ger bakterierna förmågan att motstå negativa yttre faktorer. Fria bakterier är inte lätta att sedimentera, men kan förtäras av protozoer, vilket gör avloppsvattnet från sedimentationstanken tydligare.

1. Bakterier

Bakterier är encelliga-organismer. De är olika, många och små till storleken i aktivt slam, har en stark förmåga att adsorbera och sönderdela organiskt material, vilket spelar en avgörande roll vid rening av avloppsvatten.

I de tidiga stadierna av aktivslamodling är bakterier i stort sett fria i avloppsvattnet. När slammet gradvis bildas, aggregeras det gradvis till större grupper.

(1) Flockar: Dessa är små, synliga partiklar som består av bakterier och deras utsöndrade gelatinösa ämnen. De flesta bakterier i aktivt slam är inneslutna i gelatinösa ämnen, som finns i form av flockar. Flockar är det strukturella och funktionella centrumet för aktivt slam, som har egenskaper som adsorption, oxidativ nedbrytning och koagulationssedimentation.

(2) Filamentösa bakterier: Dessa är en typ av bakterier vars celler, med eller utan kapsider, är sammanlänkade för att bilda filament. Trådformiga bakterier fäster ofta till och flätas samman med bakterieflockarna och bildar skelettet av det påväxta slammet. Men när de förökar sig i stora mängder kan de försämra flocknings- och sedimenteringsegenskaperna hos aktivt slam, och i allvarliga fall orsaka slambulkning.

(3) Nitrifierande bakterier Nitrifierande bakterier är en typ av autotrofa bakterier som kan bryta ner ammoniak och nitrit. De inkluderar två fysiologiska undergrupper: *Nitrifierande bakterier* och *Nitrifierande bakterier*, som tillhör en oberoende familj-Nitrifierande bakteriefamilj. Nitrifierande bakterier får energi för att möta sina metabola behov genom att oxidera oorganiska föreningar genom nitrifikation, med CO2 som sin enda kolkälla. De är typiska kemoautotrofa bakterier. Nitrifierande bakterier har nitrifikation, vilket hänvisar till den process genom vilken nitrifierande bakterier oxiderar NH3 till NO2- under aeroba förhållanden och ytterligare oxiderar det till NO3-, och därigenom erhåller den energi som behövs för tillväxt. Det första steget, oxidationen av NH3 till NO2-, kallas nitrifikation eller ammoniakoxidation, och fullbordas av nitrifierande bakterier; det andra steget, oxidationen av NO2- till NO3-, kallas nitrifikation och fullbordas av nitrifierande bakterier. Därför innefattar den allmänt diskuterade nitrifikationen faktiskt två steg: nitrifikation av nitritoxiderande bakterier och nitrifikation av nitrifierande bakterier.

(4) Denitrifierande bakterier: Denitrifierande bakterier är kemoheterotrofa bakterier. Under syrefattiga-förhållanden reducerar de nitrater till nitriter och reducerar nitriter ytterligare till kvävgas, och erhåller därigenom energi. Detta är i huvudsak motsatsen till funktionen hos nitrifierande bakterier (naturen är intressant på detta sätt; två olika typer av bakterier uppnår kvävecykeln). Denitrifierande bakterier är brett spridda i mark och avloppsvatten, och spelar en viktig roll i landskapsvattenrening, stadsflodförvaltning och vattenbruksrening.

(5) Hydrolytiskt försurande bakterier: Dessa är bakterier som kan använda stora, komplexa organiska molekyler för livsaktiviteter i anaeroba miljöer. Hydrolys är den process genom vilken komplexa, olösliga polymerer omvandlas till enkla lösliga monomerer eller dimerer. På grund av sin höga relativa molekylvikt kan hög-molekylär-vikt organiskt material inte passera genom cellmembran och kan därför inte direkt utnyttjas av bakterier. De omvandlas först till mindre molekyler genom den hydrolytiska verkan av bakteriella extracellulära enzymer. Det mest typiska kännetecknet för detta stadium är att den biologiska reaktionen sker extracellulärt. Bakterier fullbordar biokatalytiska oxidationsreaktioner genom att frisätta extracellulära fria enzymer eller immobiliserade enzymer fästa vid cellväggen.

Och så vidare... det finns många typer av bakterier, så jag slutar här för nu. Detaljerade introduktioner av enskilda bakteriearter kan tillhandahållas senare.

2. Protozoer

Protozoer är små, enkla, låg-encelliga-djur. Ett stort antal protozoer finns i aktivt slam från rening av avloppsvatten. De deltar i avloppsvattenrening genom att få i sig organiska partiklar. Dessutom, eftersom protozoer är känsliga för miljöförhållanden, förändras deras sammansättning och kvantitet med miljövariationer; därför används de ofta som indikatororganismer. Vanliga exempel inkluderar vorticella, amöbor, flagellater och simmande ciliater. Dessa mikroorganismer står för mer än 80 % av den totala mängden. Om antalet individer överstiger 1000/mL bör det betraktas som aktivt slam med hög reningseffektivitet.

3. Mikrometazoer

De viktigaste mikrometazoerna i aktivt slam är hjuldjur och nematoder. Generellt är antalet mikroskopiska metazoer i aktivt slam relativt litet. Men i aktivt slam med låg-belastning, särskilt i aktivt slam med förlängd luftning, kan hjuldjur och oligochaeter ibland bli de dominerande arterna.

04 Prestandaindikatorer för aktivt slam Det mikrobiella samhället inkluderar huvudsakligen bakterier, protozoer och metazoer, där bakterier och protozoer är de två huvudkategorierna. Prestandaindikatorer för aktiverat slam inkluderar: blandad lut suspenderade fasta ämnen (MLSS), slamavsättningsförhållande (SV), slamvolymindex (SVI) och slamdensitetsindex (SDI).

Mixed liquor suspended solids (MLSS) representerar den totala vikten av aktivt slam som finns i en volymenhet av blandlut i en luftningstank, dvs.

MLSS=Ma + Me + Mi + Mii

Ma – Det metaboliskt aktiva mikrobiella samhället;

Me – Rester från endogen metabolism och själv-oxidation av mikroorganismer (främst bakterier);

Mi – Inert organiskt material som är svårt för bakterier att bryta ned, som transporteras in av det råa avloppsvattnet;

Mii – Oorganiskt material som transporteras in av avloppsvattnet.

Enheten är mg/L eller kg/m³.

Blandlutsflyktiga suspenderade fasta ämnen (MLVSS) representerar koncentrationen av organiska fasta ämnen i det aktiverade slammet av blandluten, dvs.

MLVSS=Ma + Me + Mi

Förhållandet mellan MLVSS och MLSS uttrycks som f. Under normala förhållanden är f-värdet relativt fast, runt 0,75 för hushållsavloppsvatten.

Både MLVSS och MLSS kan användas för att spegla koncentrationen av slam i biologiska reningstankar. Dagliga datajämförelser kan avslöja tillväxten av aktivt slam. Men MLVSS utesluter oorganiskt material, vilket gör dess värde närmare det faktiska antalet mikroorganismer.

Slamsedimenteringshastighet (SV), även känd som 30-minuters sedimenteringshastigheten, är procentandelen av volymen utfällt slam som bildas efter att den blandade luten har sjunkit i en graderad cylinder i 30 minuter, uttryckt i procent (%).

I de tidiga stadierna av aktiverad slamodling kan sedimenteringshastigheten användas för att initialt observera slamtillväxt. Normalt, stabilt aktivt slam SV är i allmänhet mellan 20-35%. En lägre SV indikerar otillräcklig slamkoncentration, medan en högre SV indikerar alltför snabb slamtillväxt (överdriven näringsämnen, möjligen på grund av överdriven kolkälla).

Slamvolymindex (SVI), även känt som slamindex, är volymen sedimenterat slam (i ml) per gram torrt slam efter 30 minuters sedimentering i blandluten vid luftningstankens utlopp. Formeln för beräkning av slamvolymindex är:

SVI=SV/MLSS

SVI används för att bedöma sedimenteringsförmågan hos slam, och dess normala intervall är vanligtvis mellan 70 och 150 ml/g. Ett lågt SVI-värde indikerar låg slamaktivitet och hög halt av oorganiskt material; ett högt SVI-värde indikerar potentiell slambulkning och dålig sedimenteringsprestanda.

Slamdensitetsindex (SDI), vanligen kallat densitet, är det ömsesidiga SVI.