A biokémiai rendszer sikere az MLSS-en (kevert mésziszap-koncentráció) függ

Az eleveniszapos eljárás működése számos paraméter megfelelő szabályozását igényli, köztük a szennyvízelvezető rendszerek napi működésében az egyik leggyakrabban használt mutató, az MLSS szabályozását.

Az eleveniszap-koncentráció a kevert lúg lebegőanyag-tartalmát jelenti a levegőztető tartály kimeneténél, MLSS szimbólummal jelölve, mg/l egységekben. A levegőztető tartályban lévő eleveniszap mennyiségének mérésére szolgál. Az MLSS teljes mennyisége a következő négy szempontot tartalmazza:

Aktív mikroorganizmusok;
Az eleveniszapon adszorbeált, biológiailag nem-lebontható szerves anyag;
Mikrobiális önoxidációból származó{0}}maradványok;
Szervetlen anyag.

Üzem közben különösen fontos megjegyezni, hogy az MLSS csak a kevert lúg koncentrációját jelenti a levegőztető tartályban, kivéve a kevert lúg koncentrációját a másodlagos ülepítő tartályban. Ezen túlmenően, a kevert lúg koncentrációjának a levegőztető tartályban történő ellenőrzésekor kulcsfontosságú, hogy a kevert lúg koncentrációját a levegőztető tartály kimeneténél szabványként használjuk az eleveniszap koncentrációjának mérésére a teljes levegőztető tartályban.

1. Az eleveniszap koncentrációja és az iszap kora közötti kapcsolat

Az iszapkor az eleveniszap eltávolításával az iszapéletkor kitűzött cél elérésének operatív eszköze. Az eleveniszap-koncentráció szabályozásának ésszerű tartománya az iszap ésszerű kora és a táplálék-/-mikroba aránya révén biztosítható. Valójában, ha az eleveniszap koncentrációját túlzottan megnövelik, az iszap életkora különösen hosszú lesz, túllépi a normálisan szabályozott iszapéletkor értéket, még akkor is, ha a befolyó szerves anyag koncentrációja nem magas. Ez egyértelműen azt jelzi, hogy az eleveniszap koncentrációját túl magasra szabályozzák, ami sokkal pontosabb, mint annak abszolút értéke alapján megítélni, hogy kell-e szabályozni az eleveniszap koncentrációját.

2. Az eleveniszap koncentrációja és a víz hőmérséklete közötti kapcsolat

Az eleveniszap növekedése, szaporodása és anyagcseréje a biológiai tisztítótartályban szorosan összefügg a víz hőmérsékletével. A vízhőmérséklet minden 10 fokos csökkenésével az eleveniszap aktivitása felére csökken; Ha a víz hőmérséklete 10 fok alatt van, a kezelés hatása egyértelműen gyenge. Ennek megoldására az eleveniszap koncentrációja beállítható, hogy megbirkózzanak a víz hőmérséklet-változásaival:

Alacsony vízhőmérséklet esetén az eleveniszap-koncentráció növelhető, hogy ellensúlyozza a csökkent eleveniszap-aktivitás negatív hatását, ezáltal megnövelt eltávolítási hatékonyság érhető el alacsony vízhőmérsékleten.

Amikor a víz hőmérséklete magas, az eleveniszap aktivitása erőteljes. A túl magas eleveniszap-koncentráció káros az eleveniszap ülepítésre. Ebben az esetben az eleveniszap koncentrációjának csökkentésével megelőzhető az ülepítetlen pelyhek és a zavaros felülúszó képződése.

3. Az eleveniszap-koncentráció és az eleveniszap ülepítési arány közötti kapcsolat

Az eleveniszap koncentrációja befolyásolja a végső ülepedési arányt. A magasabb eleveniszap-koncentráció magasabb végső ülepítési arányt eredményez, és fordítva. Ennek az az oka, hogy a nagyobb eleveniszap-koncentráció nagyobb biológiai mennyiséghez vezet, ami nagyobb ülepedési arányt eredményez a préselés és ülepítés után. Az ülepítési arányt növelő egyéb tényezőktől a legfontosabb különbség annak megfigyelése, hogy a sűrített eleveniszap sűrű-e, és hogy a színe sötétbarna-e. Azokban az esetekben, amikor a megnövekedett nem-eleveniszap-koncentráció magasabb ülepedési arányhoz vezet, ez általában a rossz tömörítés és a tompa szín miatt van.

Természetesen a túl alacsony eleveniszap-koncentráció is jelentősen befolyásolja az ülepedési arányt. Ennek oka azonban gyakran nem az eleveniszap koncentrációjának szándékos csökkentése, hanem a túlzottan alacsony befolyó szervesanyag-koncentráció. Ilyen esetekben a kezelők az eleveniszap koncentrációját túl alacsonynak érezve igyekeznek növelni, ami az eleveniszap öregedését eredményezi. A végső ülepedési arány megfigyelése az eleveniszap öregedésének tipikus jeleit fogja feltárni: nagy összenyomhatóság, sötét szín és tiszta, finom pelyheket tartalmazó felülúszó.

Ha a rendellenes iszapkibocsátás miatt alacsony ülepedési arány lép fel, a megfigyelés azt is feltárja, hogy az ülepített eleveniszap halvány színű, összenyomhatósága gyenge és ritka.

1. Az iszapkoncentráció hatása a nitrifikációra

Számos környezeti tényező befolyásolja a nitrifikációt, beleértve a pH-t, a hőmérsékletet, az SRT-t, a DO-t, a BOD/TKN-t, az iszapkoncentrációt és a mérgező anyagokat. A tényleges szennyvíztisztító telepeken csak olyan paraméterek szabályozhatók a folyamat működése során, mint az SRT, DO, BOD/TKN és az iszapkoncentráció.

a. Az aerob nitrifikációban a nagyobb iszapkoncentráció a nitrifikáló baktériumok viszonylag nagyobb koncentrációját eredményezi, így magas iszapkoncentráció mellett nagyobb arányú aerob nitrifikációt eredményez.

b. Egy bizonyos iszapkor szükséges ahhoz, hogy a biológiai iszapban nitrifikáló baktériumok jelen legyenek. A nitrifikáló baktériumok számára kedvező életkörülmények megteremtése tovább növeli arányukat a mikrobaközösségben, ezáltal növeli koncentrációjukat. Magas iszapkoncentráció esetén az anaerob szakaszban több BOI fogy, ami viszonylag alacsonyabb BOD/TKN arányt eredményez az aerob szakaszban.

Egyes tanulmányok fordított összefüggést mutattak ki a nitrifikáló baktériumok eleveniszapban való aránya és a BOD/TKN között. Mivel a nitrifikáló baktériumok autotrófok, a szerves szubsztrát koncentrációja nem korlátozza növekedésüket. Ha azonban a szerves szubsztrát koncentrációja túl magas, az a nagy -növekedési sebességű- heterotróf baktériumok gyors szaporodását idézi elő, versengve az oldott oxigénért. Ez lelassítja az autotróf baktériumok növekedését, és megakadályozza, hogy az aerob nitrifikáló baktériumok előnyhöz jussanak, ami csökkenti a nitrifikációs sebességet.

c. Az oldott oxigén (DO) általában fontos mutató a szennyvíztisztító telepek nitrifikációs szakaszában, jellemzően 2 mg/L felett. A legtöbb oxidációs árkos folyamatban az árkon belüli átlagos DO-értéket nehéz elérni a 2 mg/l-nél, általában 1 mg/l vagy alacsonyabb értéken marad. A nitrifikációs hatás azonban továbbra is jó. Ennek az az oka, hogy az oxidációs árkokra jellemző viszonylag magas iszapkoncentráció, bár alacsonyabb DO-értéket eredményez, más, a nitrifikációt elősegítő tényezőket is felerősít.

A megnövekedett iszapkoncentráció növeli a biológiai tisztítótartály effektív térfogatát, miközben csökkenti a terhelést. Más szempontból az iszapkoncentráció növelése a mikroorganizmusok aerob kapacitását is növeli. Ugyanilyen levegőztetési feltételek mellett az oldott oxigén mérőjének is alacsonyabbnak kell lennie. A fenti pontok magyarázatot adnak arra, hogy az iszapkoncentráció növelésével megfelelően csökkenthető az oldott oxigén (DO) értéke a biológiai tisztítótartályban, miközben a jó nitrifikációs szint megmarad.

d. Az eleveniszapban lévő nitrifikáló baktériumok normális növekedésének és szaporodásának biztosítása érdekében az iszap életkorát általában 8 napnál hosszabbra kell szabályozni. A nitrifikáló baktériumok más heterotróf baktériumokkal szembeni viszonylag kiegyensúlyozott versenyelőnyének biztosítása érdekében azonban az iszap korát növelni kell anélkül, hogy az iszap súlyos öregedését okozná, ami ennek megfelelően növeli az iszap koncentrációját a biológiai rendszerben.

2. Az iszapkoncentráció hatása a denitrifikációra

A biológiai denitrifikáció az a folyamat, amelynek során a denitrifikáló baktériumok a nitrátok ionos oxigénjét használják fel a szerves anyagok anoxikus körülmények közötti lebontására. A nitrát nitrogénné redukálódik, és ezzel befejeződik a denitrifikációs folyamat. A denitrifikáló baktériumok heterotróf fakultatív baktériumok, amelyek bőségesen előfordulnak a szennyvíztisztító rendszerekben. Aerob körülmények között oxigént használnak fel a légzéshez és a szerves anyagok oxidatív lebontásához.

Molekuláris oxigén nélküli körülmények között, amikor a nitrát- és nitritionok egyidejűleg vannak jelen, az ezekben az ionokban lévő oxigént légzésre, a szerves anyagok oxidálására és lebontására tudják hasznosítani. A denitrifikáló baktériumok sokféle szerves szubsztrátot használhatnak elektrondonorként a denitrifikációs folyamatban, beleértve a szénhidrátokat, szerves savakat, alkoholokat, sőt olyan vegyületeket is, mint az alkánok, benzoátok és más benzolszármazékok, amelyek gyakran a szennyvíz fő összetevői. Számos tényező befolyásolja a denitrifikáció sebességét, beleértve a pH-t, a hőmérsékletet, az oldott oxigént (DO), a szén--/-nitrogén arányt (C/N arány) és az iszapkoncentrációt. A tényleges szennyvíztisztító telepeken csak olyan paraméterek szabályozhatók a folyamat működése során, mint a DO és az iszapkoncentráció. Bár a C/N arány a legfontosabb befolyásoló tényező a denitrifikációs reakcióban, ez nagymértékben függ a befolyó víz minőségétől, és a gyakorlatban általában nehezen szabályozható.

a. A denitrifikációhoz molekuláris oxigén hiánya szükséges, hogy a denitrifikáló baktériumok a nitrátokban és nitritekben lévő ionos oxigént felhasználhassák a szerves anyagok lebontására. Mint korábban említettük, a nagy iszapkoncentrációjú biológiai rendszerek megfelelően csökkenthetik az oldott oxigént (DO) a nitrifikáció során, miközben megőrzik a nitrifikációs hatékonyságot. Ezért a DO csökkentése a nitrifikáció végén hatékonyan csökkenti a nitrát visszatérő folyadékban lévő DO-tartalmat, csökkentve a molekuláris oxigén hatását a denitrifikációs folyamatra az anoxikus zónában, és javítja a denitrifikáló baktériumok szénforrások hasznosítási képességét.

Ezzel egyidejűleg a magas iszapkoncentráció viszonylag erős endogén metabolikus aerob kapacitást is eredményez, tovább fogyasztva az oldott oxigént a visszatérő és anoxikus zónában. Ezenkívül a nagyon magas iszapkoncentráció megváltoztatja a kevert lúg viszkozitását, növelve a diffúziós ellenállást és ezáltal csökkentve a visszatérő folyadékban szállított DO-t. Egyes kezelési eljárásokban, ahol visszatérő csatornaként nyitott csatornákat használnak, ez csökkentheti a visszatérő áramláshoz szükséges oxigénellátást. Összefoglalva, a magas iszapkoncentráció jelentős szerepet játszik a DO csökkentésében a denitrifikációs szakaszban a folyamat tényleges működésében.

b. Mivel a denitrifikáló baktériumok heterotróf fakultatív baktériumok, és nagy mennyiségben fordulnak elő a szennyvíztisztító rendszerekben, az iszapkoncentráció növelése a rendszerben hatékonyan növelheti a denitrifikáló baktériumok koncentrációját. A denitrifikáció sebessége nagymértékben független a nitrát- és nitritkoncentrációtól, de elsőrendű -reakciót mutat a denitrifikáló baktériumok koncentrációjával.

Ezért a folyamat tényleges működésében a magas iszapkoncentráció lerövidítheti a denitrifikációs időt és csökkentheti az anoxikus zóna effektív térfogatát. Az anoxikus zónában rögzített effektív térfogatot figyelembe véve a magas iszapkoncentrációk lehetővé teszik a szerves mátrix viszonylag nehezen--lebontható szerves anyagának szénforrásként való jobb hasznosítását. Ez különösen fontos a nitrogén- és foszforeltávolítási folyamatoknál, különösen akkor, ha a szénforrások nem elegendőek.

c. A magas iszapkoncentráció viszonylag nagyobb mikrobiális pelyhátmérőt eredményez. A nitrifikáció során az alacsony oldott oxigénszint kisebb oxigénnyomás-gradienshez vezet, ami megkönnyíti az anoxikus környezet kialakulását a pelyhekben, elősegítve ezzel a denitrifikációt. Ezért a nagy iszapkoncentráció elősegítheti az egyidejű denitrifikációt.

A biológiai foszforeltávolítás kulcsa a polifoszfátot{0}}akkumuláló baktériumok arányának növelése az eleveniszapos rendszerben, ugyanakkor elősegíti gyors növekedésüket és szaporodásukat a rendszer működése során, fenntartva a magas foszfortartalmat a kiürítéskor felhalmozódó polifoszfát- baktériumokban.

A rendszer eleveniszapjában a polifoszfát{0}}felhalmozódó (PAC) baktériumok arányának növelése érdekében kedvezőbb környezetet és hidraulikus feltételeket kell teremteni növekedésükhöz és szaporodásukhoz. Ez azt jelenti, hogy jó anaerob és aerob környezetet kell biztosítani a folyamatban. A környezeti tényezők szabályozása az anaerob zónában különösen fontos a PAC baktériumok növekedéséhez és szaporodásához, valamint a foszfor eltávolításának eléréséhez. A magas iszapkoncentráció az anaerob zónában előnyösebb a PAC baktériumok számára.

A biológiai foszforeltávolítás hatékonysága szorosan összefügg az iszap korával. Csak egy bizonyos iszapkor (kb. 3 nap) mellett lehet hatékonyan eltávolítani a felesleges foszfort, elérve a foszforeltávolító funkciót. Fix befolyó lebegőanyag (SS) esetén, mivel az iszapkoncentráció egyenesen arányos az iszap életkorával, minél magasabb egy bizonyos tartományon túl az iszapkoncentráció, annál rosszabb a foszforeltávolító hatás.

a. A foszfor eltávolítási hatékonyságához elegendő iszapkor fenntartása mellett az iszapkoncentráció növelése az anaerob zónában ennek megfelelően magasabb PAC baktérium koncentrációt eredményez. Ez növeli a foszfor-kibocsátó mikroorganizmusok mennyiségét, ami viszont növeli a későbbi aerob foszfor-felszívó mikroorganizmusok mennyiségét, így fokozva a rendszer általános foszforeltávolító hatását.

b. Az anaerob zónában a polifoszfát{1}}felhalmozó baktériumok felszívják a VFA-t és foszfort szabadítanak fel. Ezzel egyidejűleg magas iszapkoncentráció esetén az anaerob zóna a rendszer anaerob savasító szakaszaként szolgálhat, anaerob módon hidrolizálva a nagy-molekulatömegű-a vízben lévő, renitens szerves anyagokat. A polifoszfát{6}}felhalmozó baktériumok foszforfelszabadulása során felszabaduló energia felhasználható az ecetsav, H+ stb. aktív elnyelésére, PHB-képződésre és a baktériumokon belüli tárolására. Ez elősegíti a szerves anyagok savasodási folyamatát, javítja a szennyvíz biológiai lebonthatóságát, és növeli a denitrifikációs reakciókhoz felhasznált szénforrást a későbbi tisztítási folyamatokban.