Mnogi ljudi koji rade na prečišćavanju otpadnih voda imaju intuiciju: "Mikroorganizmi su glavna sila, tako da više mulja znači jači kapacitet prečišćavanja." Ovo se čini razumnim, ali u stvarnom radu to često dovodi do problema.
Oni koji su bili uključeni u-puštanje u rad na licu mjesta vjerovatno su bili svjedoci ovog scenarija: fluktuacije efluenta, povremenog prekoračenja amonijačnog azota od standarda, a prva reakcija operatera je "nedovoljna koncentracija mulja", što dovodi do smanjenog ili čak nikakvog ispuštanja mulja. MLSS se postepeno povećava sa 3000 na 4000, 5000 i 6000 mg/L.
Začudo, dok veća koncentracija mulja rješava problem, stvara nove probleme-preljeva mulja iz sekundarnog taložnika, efluentni SS premašuje standarde, frekvencija puhala je već na maksimumu, a DO u aerobnom rezervoaru ne može se povećati.
Pa gdje je problem?
Veza između koncentracije mulja i kapaciteta sistema nije linearna, već parabola.
Usko grlo u snabdevanju kiseonikom: "Poslednja milja" transfera rastvorenog kiseonika
Prvo, razmotrite aeraciju: za svakih 1000 mg/L povećanja koncentracije mulja, stopa potrošnje kiseonika u rezervoaru raste. Za održavanje dnevnog metabolizma 1 kg aktivnog mulja potrebno je otprilike 0,8-1,2 kg kisika. Kada MLSS poraste sa 3000 na 5000, ukupna biomasa u rezervoaru se povećava za skoro 70%, što dovodi do povećanja ukupne potražnje za kiseonikom.
Dublja kriza leži u ograničenjima prijenosa kisika na mikroskali. Kada MLSS pređe određenu vrijednost, veličina čestica i gustina flokula aktivnog mulja se značajno povećavaju. Ovo uzrokuje eksponencijalno povećanje otpora prijenosa kisika, stvarajući problem "zadnje milje" prijenosa otopljenog kisika.
U ovom trenutku, iako DO u aerobnom rezervoaru može ostati na 2,0-3,0 mg/L, otprilike 60% zapremine unutar flokula može već biti u stanju anoksičnog stanja. Nitrificirajuće bakterije su poput stanovnika stisnutih u "sobi bez prozora", gdje vanjske heterotrofne bakterije troše kisik prije nego stignu do njihovog područja. Stopa iskorištenja DO (otopljenog organskog ugljika) značajno opada, aktivnost nitrificirajućih bakterija je potisnuta, a dušik amonijaka počinje rasti. Istovremeno, lokalizirana anoksična sredina olakšava proliferaciju filamentoznih bakterija, labaveći strukturu mulja i pogoršavajući učinak taloženja.
Granica taloženja: Kriza "preopterećenja" sekundarnog taložnika
Gledajući sekundarni taložnik: što je veća koncentracija mulja, više čvrste materije ulazi u sekundarni taložnik. Projektna vrijednost površinskog opterećenja za tipični sekundarni taložnik sa centralnim ulazom i okolnim izlazom je 0,8~1,2 m³/m²·h, a opterećenje čvrstim tvarima se obično kontrolira na 4~6 kg/m²·h.
Kontinuirano povećanje MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) će direktno dovesti do značajnog povećanja utovara čvrstih materija u sekundarnom taložniku, prekoračujući njegovu granicu projektovanog kapaciteta. Jednom preopterećen, efekat odvajanja mulja-vode slabi, supernatant postaje mutan, a efluentni SS prelazi standard. Ponekad sloj finog mulja pluta po cijeloj površini sekundarnog taložnika, a podešavanje omjera povratnog toka je neučinkovito. Mnoge suspendovane čvrste materije koje prelaze standard nisu ukorenjene u sekciji za biološki tretman, već u koncentraciji mulja koja premašuje projektovani kapacitet sekundarnog taložnika.
Neuravnoteženo doba mulja: Zamka "starenja" iza koncentracije
Još jedan faktor koji se lako previdi je starost mulja. Uz konstantan volumen ispuštanja mulja, povećanje MLSS će produžiti starost mulja.
Prekomjerno starenje mulja dovodi do starenja mulja: mikroorganizmi ulaze u fazu endogenog disanja, povećavajući vlastitu potrošnju kisika, ali njihova efektivna aktivnost u razgradnji zagađivača značajno opada. Stareće floskule mulja postaju fine i fragmentirane, sporije se talože i lako se gube sa otpadnim vodama.
Pronalaženje "tačke ravnoteže": Dinamička kontrola je ključna
U praksi je "odgovarajuća koncentracija" uvijek važnija od "visoke koncentracije". Ne postoji jedinstvena, univerzalno primjenjiva optimalna koncentracija mulja; radne parametre je potrebno dinamički prilagođavati na osnovu specifičnih radnih uslova:
Uticajno opterećenje: U uslovima visokog organskog opterećenja, umereno povećanje koncentracije mulja može ublažiti šokove kvaliteta vode; pod dugotrajnim-malim utjecajnim opterećenjima, prekomjerna koncentracija mulja samo će povećati potrošnju energije ventilatora i povećati pritisak na održavanje ispuštanja mulja.
Uvjeti temperature vode: Zimi niske temperature smanjuju metaboličku aktivnost mikroba, omogućavajući umjereno povećanje biomase MLSS (više-slojnih čvrstih mulja) kako bi se osigurala nitrifikacija. Ljeti, više temperature vode i veća mikrobna aktivnost smanjuju koncentraciju mulja, štedeći energiju aeracije i smanjujući rizik od nagomilavanja mulja.
Osnovno mjerilo: Fokus na F/M (omjer hrane-prema-mikroorganizmu)
Najpouzdanije mjerilo za procjenu da li je koncentracija mulja razumna je F/M omjer (omjer hrane-prema-mikroorganizmu), umjesto da se strogo fokusira na jednu vrijednost MLSS.
Za konvencionalne komunalne sisteme otpadnih voda, odgovarajući raspon F/M je tipično 0,1~0,2 kg BOD₅/kg MLSS·d (neki procesi mogu smanjiti ovo na 0,2~0,4).
Odnos F/M ispod 0,05 ukazuje na dugotrajan-nedostatak mikrobnog supstrata; kontinuirano gladovanje će brzo dovesti do starenja mulja.
Odnos F/M iznad 0,4 ukazuje na nedovoljne efektivne rezerve biomase, čineći efluent veoma podložnim prekoračenju standarda tokom šokova kvaliteta vode.
Svakodnevno prilagođavanje brzine ispuštanja mulja kako bi se stabilizirao omjer hrane-prema-mikroorganizmu su daleko naučnije od strogog pridržavanja fiksne koncentracije mulja. Mnoga-uspostavljena postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda dinamički prilagođavaju svoje koncentracije mulja na osnovu stvarnih uslova: umjereno povećavaju koncentraciju zimi da bi se održala efikasnost prečišćavanja, a smanjuju je ljeti radi uštede energije i kontrole nagomilavanja mulja. Ovo su praktična iskustva sažeta od strane osoblja na prvoj liniji nakon bezbrojnih pokušaja i grešaka.
Konačno, koncentracija mulja je samo sredstvo za prilagođavanje procesa, a nikada krajnji cilj rada. Ono što zaista želimo da postignemo je dugoročna-stabilnost sistema, dosljedno usklađeni otpadne vode i operativni troškovi koji se mogu kontrolisati.
I previsoki i niski nivoi MLSS-a su štetni za stabilan rad sistema. Optimalna koncentracija mulja je ona koja održava brzinu protoka (F/M) u razumnom rasponu, osigurava stabilan i kontroliran otopljeni kisik (DO), sprječava otjecanje mulja od sekundarne sedimentacije i dosljedno ispunjava standarde kvaliteta vode. Ova vrijednost može biti viša ili niža od referentne vrijednosti dizajna, ali viša definitivno nije uvijek bolja.