Az eleveniszap (I) megértése – eredet, szerkezet, mikrobiális közösség és teljesítménymutatók

Bevezetés: Ma ismerkedjünk meg a biológiai kezelés főszereplőjével – az eleveniszappal (különböző mikroorganizmusok hordozója). Döntő szerepet játszik a biológiai tisztítási folyamatokban, az iszapban lévő különféle mikroorganizmusokon keresztül eltávolítva a szennyvízből olyan szennyező anyagokat, mint a KOI, az ammónia-nitrogén, az összes nitrogén és az összes foszfor. Akik jártak szennyvíztisztító telepeken, enyhe sárszagot éreznek; ez az eleveniszap szaga!

Az eleveniszapot először Clark és Gage fedezte fel 1912-ben az Egyesült Királyságban, egy kis kísérlet eredményeként. A kísérletben a szennyvíz hosszan tartó levegőztetése során iszap keletkezett, és a víz minősége jelentősen javult. Arden és Lockgtt ezt követően tanulmányozta ezt a jelenséget.

A levegőztetési kísérleteket palackokban végezték. Az egyes napi kísérletek végén a palackokat kiürítették, és másnap újraindult a folyamat. Véletlenül fedezték fel, hogy mivel a palackokat nem tisztították meg alaposan, a kezelési hatás valójában jobb volt, amikor iszap tapadt a palack falára. Felismerve a palackfalakon maradt iszap jelentőségét, eleveniszapnak nevezték el.

Ezt követően minden napi kísérlet befejezése előtt hagyták leülepedni a levegőztetett szennyvizet, csak a tisztított víz felső rétegét dobták ki, az iszapot pedig az alján hagyták a másnapi felhasználásra. Ez jelentősen lerövidítette a szennyvíztisztítási időt.

1916-ban ezzel a kísérleti eljárással megépült az első eleveniszapos szennyvíztisztító telep.

Az eleveniszap egy pelyhes anyag, amelyet mikrobaközösségek, például baktériumok, gombák, protozoák és metazoák keveréke alkot a szennyvízben lebegő és kolloid anyagokkal. Erős szervesanyag-adszorbeáló és -bontó képességgel, jó ülepedési tulajdonságokkal rendelkezik, biokémiai aktivitással rendelkezik.

A pelyhek és fonalas baktériumok az eleveniszap fontos összetevői.

A pelyhek a baktériumok nyálkahártyával vagy kapszulákkal való aggregációjával jönnek létre. Megkötik a szennyvízben lévő szennyeződéseket és szabad mikroorganizmusokat, így az eleveniszap kiváló ülepedési tulajdonságokat biztosít, és megvédi a szennyvízben lévő mikroorganizmusokat a lenyeléstől vagy mérgezéstől.

A fonalas baktériumok az eleveniszap vázát alkotják. Növekednek és megnyúlnak a pelyhek kötődése alatt, ezáltal a pelyhek nagyobb részecskéket képeznek, miközben megőrzik az eleveniszap lazaságát.

Az eleveniszap általában sárga vagy barnássárga színű. Feketévé válik, ha az oxigénellátás elégtelen vagy anaerob, és szürkés-fehér, ha túlzott az oxigénellátás és a tápanyagok nem elegendőek. Az eleveniszap víztartalma magas, általában 99% feletti, sűrűsége a vízéhez hasonló, jellemzően 1,002-1,003 kg/l.

Az eleveniszapos mikroorganizmusokban a protozoák baktériumokkal, míg a metazoák protozoonokkal és baktériumokkal egyaránt táplálkoznak, táplálékláncot és kiegyensúlyozott biológiai közösséget alkotva. Az eleveniszap-baktériumok gyakran pelyhek formájában léteznek, és kevesebb van szabad állapotban. Ez lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy ellenálljanak a káros külső tényezőknek. A szabad baktériumok nem könnyen megtelepednek, de a protozoonok ragadozhatják őket, így tisztábbá válik az ülepítő tartályból kifolyó víz.

1. Baktériumok

A baktériumok egysejtű-szervezetek. Az eleveniszapon belül sokfélék, sokfélék és apró méretűek, erős szervesanyag-adszorbeáló és -lebontó képességgel rendelkeznek, és döntő szerepet játszanak a szennyvíztisztításban.

Az eleveniszap-termesztés korai szakaszában a baktériumok nagyrészt mentesek a szennyvízben. Ahogy az iszap fokozatosan képződik, fokozatosan nagyobb csoportokba tömörülnek.

(1) Pelyhek: ezek apró, látható részecskék, amelyek baktériumokból és azok szekretált kocsonyás anyagaiból állnak. Az eleveniszapban lévő baktériumok többsége zselatinos anyagokba van burkolva, amelyek pelyhek formájában léteznek. A pelyhek az eleveniszap szerkezeti és funkcionális központjai, amelyek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az adszorpció, az oxidatív bomlás és a koagulációs ülepedés.

(2) fonalas baktériumok: Ezek olyan baktériumok, amelyek sejtjei kapszidokkal vagy anélkül kapcsolódnak egymáshoz, és filamentumokat képeznek. A fonalas baktériumok gyakran tapadnak a bakteriális pelyhekhez, és összefonódnak azokkal, kialakítva a szennyeződési iszap vázát. Nagy mennyiségben elszaporodva azonban ronthatják az eleveniszap pelyhesedési és ülepedési tulajdonságait, súlyos esetben iszaptömeget okozhatnak.

(3) Nitrifikáló baktériumok A nitrifikáló baktériumok olyan autotróf baktériumok, amelyek képesek lebontani az ammóniát és a nitritet. Ezek két fiziológiai alcsoportot foglalnak magukban: *Nitrifikáló baktériumok* és *Nitrifikáló baktériumok*, amelyek egy független családba tartoznak-A nitrifikáló baktériumok családjába. A nitrifikáló baktériumok az anyagcsere-szükségleteik kielégítéséhez szükséges energiát a szervetlen vegyületek nitrifikációval történő oxidációjával nyerik, és egyetlen szénforrásként CO2-t használnak. Tipikus kemoautotróf baktériumok. A nitrifikáló baktériumok rendelkeznek nitrifikációval, amely arra a folyamatra utal, amelynek során a nitrifikáló baktériumok aerob körülmények között az NH3-t NO2--vé oxidálják, majd tovább oxidálják NO3-dá, így nyerik meg a növekedéshez szükséges energiát. Az első szakaszt, az NH3 oxidációját NO2-vá, nitrifikációnak vagy ammóniaoxidációnak nevezik, és a nitrifikáló baktériumok fejezik be; a második szakaszt, a NO2- oxidációját NO3-vá, nitrifikációnak nevezik, és ezt a nitrifikáló baktériumok teszik teljessé. Ezért a gyakran tárgyalt nitrifikáció valójában két szakaszból áll: a nitrit-oxidáló baktériumok általi nitrifikációból és a nitrifikáló baktériumok általi nitrifikációból.

(4) Denitrifikáló baktériumok: A denitrifikáló baktériumok kemoheterotróf baktériumok. Oxigén-hiányos körülmények között a nitrátokat nitritté redukálják, a nitriteket pedig tovább redukálják nitrogéngázzá, ezáltal energiát nyernek. Ez lényegében ellentétes a nitrifikáló baktériumok funkciójával (ilyen érdekes a természet, két különböző típusú baktérium éri el a nitrogénciklust). A denitrifikáló baktériumok széles körben elterjedtek a talajban és a szennyvízben, és jelentős szerepet játszanak a tájvízkezelésben, a városi folyógazdálkodásban és az akvakultúra kezelésében.

(5) Hidrolitikusan savanyító baktériumok: Ezek olyan baktériumok, amelyek nagy, összetett szerves molekulákat képesek hasznosítani az anaerob környezetben zajló élettevékenységekhez. A hidrolízis az a folyamat, amelynek során az összetett, oldhatatlan polimereket egyszerű oldható monomerekké vagy dimerekké alakítják. Nagy relatív molekulatömegük miatt a nagy-molekula-tömegű szerves anyagok nem tudnak átjutni a sejtmembránokon, ezért a baktériumok nem tudják közvetlenül hasznosítani. Először kisebb molekulákká alakulnak át bakteriális extracelluláris enzimek hidrolitikus hatására. Ennek a szakasznak a legjellemzőbb jellemzője, hogy a biológiai reakció extracellulárisan megy végbe. A baktériumok a biokatalitikus oxidációs reakciókat úgy fejezik be, hogy extracelluláris szabad enzimeket vagy immobilizált enzimeket szabadítanak fel a sejtfalhoz.

És így tovább... sokféle baktérium létezik, szóval itt most abbahagyom. Az egyes baktériumfajok részletes bemutatása a későbbiekben adható.

2. Protozoa

A protozoonok kicsi, egyszerű, alacsony-szintű egysejtű-állatok. A szennyvízkezelésből származó eleveniszapban nagyszámú protozoa található. Szerves részecskék lenyelésével részt vesznek a szennyvíztisztításban. Továbbá, mivel a protozoonok érzékenyek a környezeti feltételekre, összetételük és mennyiségük a környezet változásaival változik; ezért gyakran használják indikátor organizmusokként. Gyakori példák közé tartoznak az örvénylő, az amőbák, a flagellates és az úszó csillók. Ezek a mikroorganizmusok a teljes mennyiség több mint 80%-át teszik ki. Ha az egyedszám meghaladja az 1000/ml-t, akkor azt nagy tisztítási hatékonyságú eleveniszapnak kell tekinteni.

3. Mikrometazoák

Az eleveniszap fő mikrometazoái a rotiferek és a fonálférgek. Az eleveniszapban általában viszonylag kicsi a mikroszkopikus méretű metazoánok száma. Alacsony-terhelésű eleveniszapban azonban, különösen a meghosszabbított levegőztetésű eleveniszapban, néha a rotiferek és az oligochaeták válhatnak a domináns fajokká.

04 Az eleveniszap teljesítménymutatói A mikrobiális közösség főként baktériumokat, protozoonokat és metazoákat foglal magában, a baktériumok és a protozoák a két fő kategória. Az eleveniszap teljesítménymutatói a következők: kevert liquor lebegő szilárd anyagok (MLSS), iszap ülepítési arány (SV), iszap térfogatindex (SVI) és iszap sűrűségi index (SDI).

A kevert liquor szuszpendált szilárd anyagok (MLSS) az eleveniszapos szilárd anyagok teljes tömegét jelentik, amelyek egységnyi térfogatú kevert lúgban vannak egy levegőztető tartályban, azaz:

MLSS=Ma + Me + Mi + Mii

Ma – A metabolikusan aktív mikrobiális közösség;

Me – Az endogén anyagcseréből és a mikroorganizmusok (főleg baktériumok){0}}önoxidációjából származó maradványok;

Mi – a baktériumok számára nehezen lebontható inert szerves anyag, amelyet a nyers szennyvíz visz be;

Mii – A szennyvíz által szállított szervetlen anyag.

Mértékegysége mg/l vagy kg/m³.

A kevert lúgos illékony szuszpendált szilárd anyagok (MLVSS) a szerves szilárd anyagok koncentrációját jelentik a kevert lúg eleveniszapjában, azaz:

MLVSS=Ma + Én + Mi

Az MLVSS és az MLSS arányát f-ben fejezzük ki. Normál körülmények között az f érték viszonylag állandó, háztartási szennyvíz esetében 0,75 körül van.

Mind az MLVSS, mind az MLSS használható az iszap koncentrációjának tükrözésére a biológiai kezelő tartályokban. A napi adatok összehasonlítása feltárhatja az eleveniszap növekedését. Az MLVSS azonban kizárja a szervetlen anyagokat, így értéke közelebb kerül a mikroorganizmusok tényleges számához.

Az iszap ülepedési sebessége (SV), más néven 30 perces ülepítési sebesség, a kevert lúg 30 perces mérőhengerben való ülepedése után keletkező kivált iszap térfogatának százalékos aránya (%).

Az eleveniszap-termesztés korai szakaszában az ülepedési sebességgel kezdetben az iszapnövekedést lehet megfigyelni. Általában a normál, stabil eleveniszap SV 20-35% között van. Az alacsonyabb SV az elégtelen iszapkoncentrációt, míg a magasabb SV túlzottan gyors iszapnövekedést jelez (túlzott tápanyag, esetleg a túlzott szénforrás miatt).

Az iszaptérfogat-index (SVI), más néven iszapindex, a leülepedett iszap térfogata (ml-ben) a száraz iszap grammjára vonatkoztatva 30 perces ülepítés után a kevert lúgban a levegőztető tartály kimeneténél. Az iszaptérfogati index kiszámításának képlete a következő:

SVI=SV/MLSS

Az SVI-t az iszap ülepedési teljesítményének értékelésére használják, és normál tartománya jellemzően 70 és 150 ml/g között van. Az alacsony SVI-érték alacsony iszapaktivitásra és magas szervetlen anyagtartalomra utal; a magas SVI érték potenciális iszaptömeget és rossz ülepítési teljesítményt jelez.

Az iszapsűrűség index (SDI), amelyet sűrűségnek neveznek, az SVI reciproka.