Rad procesa aktivnog mulja zahtijeva pravilnu kontrolu brojnih parametara, uključujući i kontrolu MLSS, jednog od najčešće korištenih indikatora u svakodnevnom radu sistema otpadnih voda.
1. Definicija MLSS-a
Koncentracija aktivnog mulja se odnosi na sadržaj suspendovanih čvrstih materija u mešanoj tečnosti na izlazu iz rezervoara za aeraciju, označen simbolom MLSS, sa jedinicama mg/L. Koristi se za mjerenje količine aktivnog mulja u rezervoaru za aeraciju. Ukupan iznos MLSS-a uključuje sljedeća četiri aspekta:
Aktivni mikroorganizmi;
Ne-biorazgradiva organska tvar adsorbirana na aktivnom mulju;
Ostatak od mikrobne samooksidacije;
Neorganska materija.
Tokom rada, posebno je važno napomenuti da se MLSS odnosi samo na koncentraciju miješane tekućine u spremniku za aeraciju, isključujući koncentraciju miješane tekućine u sekundarnom taložnici. Nadalje, kada se prati koncentracija miješane tekućine u spremniku za aeraciju, ključno je koristiti koncentraciju miješane tekućine na izlazu iz rezervoara za aeraciju kao standard za mjerenje koncentracije aktivnog mulja u cijelom rezervoaru za aeraciju.
2. Odnos između koncentracije mulja i drugih kontrolnih indikatora
1. Odnos između koncentracije aktivnog mulja i starosti mulja
Starost mulja je operativno sredstvo za postizanje ciljane starosti mulja uklanjanjem aktivnog mulja. Razuman raspon za kontrolu koncentracije aktivnog mulja može se dati kroz razumnu starost mulja i omjer hrane-prema{2}}mikroba. U stvari, ako se koncentracija aktivnog mulja prekomjerno poveća, starost mulja će biti posebno duga, premašujući normalno kontroliranu vrijednost starosti mulja, čak i kada koncentracija organske tvari nije visoka. Ovo jasno ukazuje da se koncentracija aktivnog mulja kontrolira previsoka, što je mnogo preciznije od prosuđivanja da li se koncentracija aktivnog mulja treba kontrolisati na osnovu njegove apsolutne vrijednosti.
2. Odnos između koncentracije aktivnog mulja i temperature vode
Rast, reprodukcija i metabolizam aktivnog mulja u rezervoaru za biološki tretman usko su povezani s temperaturom vode. Za svakih 10 stepeni smanjenja temperature vode, aktivnost aktivnog mulja će se upola smanjiti; kada je temperatura vode ispod 10 stepeni, efekat tretmana je očigledno loš. Da bi se ovo riješilo, koncentracija aktivnog mulja može se podesiti kako bi se nosila s promjenama temperature vode:
Kada je temperatura vode niska, koncentracija aktivnog mulja se može povećati kako bi se neutralizirao negativan utjecaj smanjene aktivnosti aktivnog mulja, čime se postiže povećana efikasnost uklanjanja pri niskim temperaturama vode.
Kada je temperatura vode visoka, aktivnost aktivnog mulja je snažna. Previše visoka koncentracija aktivnog mulja štetna je za taloženje aktivnog mulja. U tom slučaju smanjenje koncentracije aktivnog mulja može spriječiti stvaranje nestalih flokula i zamućenog supernatanta.
3. Odnos između koncentracije aktivnog mulja i omjera taloženja aktivnog mulja
Koncentracija aktivnog mulja utiče na konačni odnos taloženja. Veća koncentracija aktivnog mulja rezultira većim omjerom konačnog taloženja, i obrnuto. To je zato što veća koncentracija aktivnog mulja dovodi do veće biološke količine, što rezultira većim omjerom taloženja nakon kompresije i sedimentacije. Ključna razlika u odnosu na druge faktore koji mogu povećati omjer taloženja je promatranje da li je komprimirani aktivni mulj gust i da li je njegova boja tamno smeđa. U slučajevima kada povećana koncentracija ne-aktivnog mulja dovodi do većeg omjera taloženja, to je obično zbog lošeg zbijanja i tamnije boje.
Naravno, preniska koncentracija aktivnog mulja također značajno utječe na omjer taloženja. Međutim, to često nije uzrokovano namjernim smanjenjem koncentracije aktivnog mulja od strane operatera, već pretjerano niskom koncentracijom utjecajne organske tvari. U takvim slučajevima, operateri, koji smatraju da je koncentracija aktivnog mulja preniska, pokušavaju je povećati, što dovodi do starenja aktivnog mulja. Završno promatranje omjera taloženja će otkriti tipične znakove starenja aktivnog mulja: visoku kompresibilnost, tamnu boju i prozirni supernatant koji sadrži fine flokule.
Ako dođe do niskog omjera taloženja zbog abnormalnog pražnjenja mulja, promatranje će također otkriti da je taloženi aktivni mulj blijede boje, da ima lošu kompresibilnost i da je rijedak.
3. Utjecaj koncentracije mulja na nitrifikaciju i denitrifikaciju
1. Utjecaj koncentracije mulja na nitrifikaciju
Mnogi faktori okoline utiču na nitrifikaciju, uključujući pH, temperaturu, SRT, DO, BOD/TKN, koncentraciju mulja i toksične supstance. U stvarnim postrojenjima za tretman otpadnih voda, samo parametri kao što su SRT, DO, BOD/TKN i koncentracija mulja mogu se kontrolisati tokom procesa procesa.
a. Kod aerobne nitrifikacije, veće koncentracije mulja rezultiraju relativno višom koncentracijom nitrificirajućih bakterija, što dovodi do veće stope aerobne nitrifikacije u uvjetima visoke koncentracije mulja.
b. Određena starost mulja je neophodna kako bi se osiguralo prisustvo nitrifikujućih bakterija u biološkom mulju. Stvaranje povoljnih životnih uslova za nitrificirajuće bakterije dodatno povećava njihov udio u mikrobnoj zajednici, čime se povećava njihova koncentracija. Pri visokim koncentracijama mulja, više BPK se troši u anaerobnoj fazi, što rezultira relativno nižim omjerom BPK/TKN u aerobnoj fazi.
Neka istraživanja su pokazala inverznu vezu između udjela nitrifikujućih bakterija u aktivnom mulju i BPK/TKN. Budući da su nitrificirajuće bakterije autotrofne, koncentracija organskog supstrata nije ograničavajući faktor za njihov rast. Međutim, ako je koncentracija organskog supstrata previsoka, to će uzrokovati brzu proliferaciju heterotrofnih bakterija -rasta- visoke brzine, natječući se za otopljeni kisik. Ovo usporava rast autotrofnih bakterija i sprječava aerobne nitrificirajuće bakterije da steknu prednost, što rezultira smanjenom stopom nitrifikacije.
c. Otopljeni kisik (DO) je općenito važan indikator u fazi nitrifikacije postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda, obično iznad 2 mg/L. U većini procesa oksidacionog jarka, prosječna vrijednost DO u jarku je teško dostići 2 mg/L, uglavnom ostajući na 1 mg/L ili niže. Međutim, učinak nitrifikacije je i dalje dobar. Razlog za to je što relativno visoka koncentracija mulja jedinstvena za oksidacijske kanale, iako rezultira nižom vrijednosti DO, pojačava druge faktore koji pogoduju nitrifikaciji.
Povećana koncentracija mulja povećava efektivnu zapreminu rezervoara za biološki tretman uz istovremeno smanjenje opterećenja. Iz druge perspektive, povećanje koncentracije mulja također povećava aerobni kapacitet mikroorganizama. Pod istim uslovima aeracije, očitavanje merača rastvorenog kiseonika takođe bi trebalo da bude niže. Gore navedene tačke objašnjavaju da povećanje koncentracije mulja može na odgovarajući način smanjiti vrijednost rastvorenog kiseonika (DO) u rezervoaru za biološki tretman uz održavanje dobrog nivoa nitrifikacije.
d. Kako bi se osigurao normalan rast i reprodukcija nitrificirajućih bakterija u aktivnom mulju, starost mulja općenito treba kontrolirati na više od 8 dana. Međutim, da bi se osigurala relativno uravnotežena konkurentska prednost za nitrifikacijske bakterije u odnosu na druge heterotrofne bakterije, starost mulja treba povećati bez izazivanja ozbiljnog starenja mulja, što shodno tome povećava koncentraciju mulja u biološkom sistemu.
2. Utjecaj koncentracije mulja na denitrifikaciju
Biološka denitrifikacija je proces kojim denitrificirajuće bakterije koriste ionski kisik u nitratima za razgradnju organske tvari u anoksičnim uvjetima. Nitrati se redukuju u N2, čime se završava proces denitrifikacije. Denitrifikujuće bakterije su heterotrofne fakultativne bakterije koje obiluju u sistemima za prečišćavanje otpadnih voda. U aerobnim uslovima koriste kiseonik za disanje i oksidativnu razgradnju organske materije.
U uslovima bez molekularnog kiseonika, kada su nitratni i nitritni joni prisutni istovremeno, oni mogu da iskoriste kiseonik iz ovih jona za disanje, oksidaciju i razgradnju organske materije. Denitrificirajuće bakterije mogu koristiti širok spektar organskih supstrata kao donora elektrona u procesu denitrifikacije, uključujući ugljikohidrate, organske kiseline, alkohole, pa čak i spojeve kao što su alkani, benzoati i drugi derivati benzena, koji su često glavne komponente otpadnih voda. Mnogi faktori utiču na brzinu denitrifikacije, uključujući pH, temperaturu, rastvoreni kiseonik (DO), ugljik{2}}prema-odnos azota (C/N odnos) i koncentraciju mulja. U stvarnim postrojenjima za tretman otpadnih voda, samo parametri kao što su DO i koncentracija mulja mogu se kontrolisati tokom procesa procesa. Iako je omjer C/N najvažniji faktor koji utječe na reakciju denitrifikacije, on je u velikoj mjeri ovisan o kvaliteti ulazne vode i općenito ga je teško kontrolirati u praksi.
a. Denitrifikacija zahtijeva odsustvo molekularnog kisika kako bi se omogućilo denitrificirajućim bakterijama da iskoriste ionski kisik u nitratima i nitritima za razgradnju organske tvari. Kao što je ranije pomenuto, biološki sistemi sa visokim koncentracijama mulja mogu na odgovarajući način smanjiti rastvoreni kiseonik (DO) tokom nitrifikacije uz održavanje efikasnosti nitrifikacije. Stoga, snižavanje DO na kraju nitrifikacije efektivno smanjuje sadržaj DO koji se prenosi u povratnoj tečnosti nitrata, smanjujući uticaj molekularnog kiseonika na proces denitrifikacije u anoksičnoj zoni i poboljšavajući sposobnost denitrifikujućih bakterija da iskoriste izvore ugljenika.
Istovremeno, visoke koncentracije mulja također rezultiraju relativno jakim endogenim metaboličkim aerobnim kapacitetom, dodatno trošeći otopljeni kisik u povratnim i anoksičnim zonama. Nadalje, vrlo visoke koncentracije mulja mijenjaju viskozitet miješane tekućine, povećavajući otpornost na difuziju i na taj način smanjujući DO koji se prenosi u povratnoj tekućini. U nekim procesima tretmana koji koriste otvorene kanale kao povratne kanale, ovo može smanjiti oksigenaciju potrebnu za povratni tok. Ukratko, visoke koncentracije mulja igraju značajnu ulogu u smanjenju DO tokom faze denitrifikacije u stvarnom procesu.
b. Budući da su denitrifikujuće bakterije heterotrofne fakultativne bakterije i obiluju u sistemima za tretman otpadnih voda, povećanje koncentracije mulja u sistemu može efikasno povećati koncentraciju denitrifikujućih bakterija. Brzina denitrifikacije je u velikoj mjeri nezavisna od koncentracija nitrata i nitrita, ali pokazuje reakciju prvog-reda s koncentracijom denitrificirajućih bakterija.
Stoga, u stvarnom radu procesa, visoke koncentracije mulja mogu skratiti vrijeme denitrifikacije i smanjiti efektivni volumen anoksične zone. S obzirom na fiksnu efektivnu zapreminu u anoksičnoj zoni, visoke koncentracije mulja omogućavaju bolje korištenje relativno teško{1}}razgradive-organske tvari u organskom matriksu kao izvoru ugljika. Ovo je posebno važno za procese uklanjanja dušika i fosfora, posebno kada su izvori ugljika nedovoljni.
c. Visoke koncentracije mulja rezultiraju relativno većim promjerom mikrobnih flokula. Tokom nitrifikacije, nizak nivo rastvorenog kiseonika dovodi do manjeg gradijenta pritiska kiseonika, što olakšava formiranje anoksičnih sredina unutar flokula, čime se promoviše denitrifikacija. Stoga, visoke koncentracije mulja mogu potaknuti istovremenu denitrifikaciju.
4. Utjecaj koncentracije mulja na biološko uklanjanje fosfora
Ključ za biološko uklanjanje fosfora je povećanje udjela bakterija koje akumuliraju polifosfat-u sistemu aktivnog mulja, dok istovremeno promovira njihov brzi rast i reprodukciju tokom rada sistema, održavajući visok sadržaj fosfora unutar bakterija koje akumuliraju polifosfat{1}} nakon pražnjenja.
Da bi se povećao udio bakterija koje akumuliraju polifosfat- (PAC) u aktivnom mulju sistema, potrebno je stvoriti povoljnije okruženje i hidraulične uslove za njihov rast i razmnožavanje. To znači imati dobro anaerobno i aerobno okruženje u toku procesa. Kontrola faktora okoline u anaerobnoj zoni je posebno važna za rast i reprodukciju PAC bakterija i postizanje uklanjanja fosfora. Visoka koncentracija mulja u anaerobnoj zoni je korisnija za PAC bakterije.
Efikasnost biološkog uklanjanja fosfora usko je povezana sa starošću mulja. Samo sa određenom starošću mulja (oko 3 dana) višak fosfora se može efikasno ukloniti, čime se postiže funkcija uklanjanja fosfora. S obzirom na fiksni dotok suspendiranih čvrstih tvari (SS), budući da je koncentracija mulja direktno proporcionalna starosti mulja, što je koncentracija mulja iznad određenog raspona, to je lošiji efekat uklanjanja fosfora.
a. Dok se održava starost mulja dovoljna za efikasnost uklanjanja fosfora, povećanje koncentracije mulja u anaerobnoj zoni dovodi do odgovarajuće veće koncentracije PAC bakterija. Ovo povećava količinu mikroorganizama koji-oslobađaju fosfor, što zauzvrat povećava količinu naknadnih aerobnih mikroorganizama koji apsorbuju fosfor{3}}, čime se povećava ukupni efekat uklanjanja fosfora iz sistema.
b. U anaerobnoj zoni, bakterije koje akumuliraju polifosfate- apsorbiraju VFA i oslobađaju fosfor. Istovremeno, u uslovima visoke koncentracije mulja, anaerobna zona može poslužiti kao dio sistema za anaerobno zakiseljavanje, anaerobno hidrolizirajući visoko{3}}molekularne-nepokolebljive organske tvari u vodi. Energija koju oslobađaju bakterije koje akumuliraju polifosfat- tokom oslobađanja fosfora može se koristiti za aktivnu apsorpciju sirćetne kiseline, H+, itd., formirajući PHB i pohranjivajući ga u bakterijama. Ovo pospješuje proces acidifikacije organske tvari, poboljšava biorazgradljivost otpadnih voda i povećava izvor ugljika koji se koristi za reakcije denitrifikacije u kasnijim procesima obrade.
