Pochopenie aktivovaného kalu (III) – analýza a riešenia „príznakov“ kultivácie biochemického kalu!

Predslov: Predchádzajúce dva dokumenty predstavili pôvod, štruktúru mikrobiálnej komunity a rastové prostredie aktivovaného kalu, ale zdá sa, že sme ešte neskončili. Čo sa týka aktivovaného kalu, je toho ešte veľa, takže pokračujme! Koniec koncov, môj kurz „Inžinierstvo kontroly znečistenia vody“ venoval kapitolu aktivovanému kalu. Pri pestovaní biochemických kalov v čistiarňach odpadových vôd vzniká veľa problémov. Tu by som rád analyzoval nasledujúce aspekty na riešenie týchto problémov.

Prevažná väčšina čistiarní odpadových vôd využíva biologické procesy čistenia a v rámci nich sa najčastejšie používa proces „aktivovaného kalu“. Uvedenie aktivovaného kalu do prevádzky nevyhnutne naráža na určité problémy. Niektoré problémy vyplývajú z konštrukčných nedostatkov, zatiaľ čo iné vyplývajú z kolísania kvality pritekajúcej vody. Väčšina problémov však vyplýva z nedostatočnej kultivácie a aklimatizácie kalu. Možno ich kategorizovať takto:

Problémy s nadmerným množstvom znečisťujúcich látok:

Čo sa týka kvality vody prekračujúcej normy, najčastejšie znečisťujúce látky, ktoré prekračujú limity, sú CHSK, amoniakálny dusík a celkový dusík. Fosfor a SS majú veľmi nízku pravdepodobnosť prekročenia noriem. Ak biologické čistenie nestačí, možno použiť fyzikálno-chemické čistenie. Pokiaľ je na konci procesu úpravy zahrnutý proces koagulácie a sedimentácie, hladiny fosforu vo všeobecnosti neprekročia limit.

CHSK prekračujúca normu je spôsobená nekompatibilitou medzi znečisťujúcimi látkami a mikroorganizmami (treba si uvedomiť, že čím zložitejšia je štruktúra a čím väčšia je molekulová hmotnosť znečisťujúcej látky, tým je ťažšie ju odbúrať, a preto sú na čistenie potrebné špecifické mikroorganizmy, kým odpadové vody z domácností tento problém nemajú). Mikroorganizmy majú špecifickú stravu; niektoré druhy mikroorganizmov majú svoje preferované potraviny. Napríklad celulolytické baktérie milujú výlučne celulózu a nemajú radi iné potraviny a v iných prostrediach sa im nedarí. Samozrejme, existujú aj nerozlišujúce mikroorganizmy, ktoré akceptujú potraviny ako glukóza, múka, hnedý cukor, alkohol a domáce odpadové vody, pretože majú vysoký obsah energie a sú ľahko stráviteľné. Je to podobné tomu, ako väčšina ľudí miluje hovädzie mäso, kuracie mäso, kačicu, hus a morské plody, no nedokázali by zjesť ani jeden bambusový výhonok-takúto úlohu by zvládla iba panda z národného pokladu.

Problém nadmerného množstva amoniakálneho dusíka a celkového dusíka sa zvyčajne rieši nitrifikáciou a denitrifikáciou. Ak je amoniakálny dusík v prijateľnom rozsahu, ale celkový dusík je nadmerný, znamená to problém s denitrifikáciou. Je to celkom bežné a príčinou je zvyčajne nerovnováha rozpusteného kyslíka, pH alebo živín. Pamätám si, že keď som sa naposledy stretol s problémom s denitrifikáciou, použil som dosť drastickú metódu: zastavil som dúchadlo a vykonal som denitrifikáciu plnej-nádrže, ktorá znížila celkový dusík z viac ako 100 na jednociferné číslo za 8 hodín. Keď je amoniakový dusík aj celkový dusík nadbytočný, charakteristická vlastnosť je, že „amoniakálny dusík je takmer rovnaký ako celkový dusík“. Ešte som sa nestretol s amoniakovým dusíkom prekračujúcim normu, keďže nitrifikačné baktérie sa kultivujú pomerne ľahko, na rozdiel od denitrifikačných baktérií, ktoré sú trochu chúlostivé.

Nebudem analyzovať fosfor a nerozpustné látky (SS), keďže tieto dva ukazovatele sa dajú skutočne pomerne ľahko vyriešiť.

Problémy, ako je plávajúci kal, pena a nečistoty

Počas prevádzky systému biologického čistenia sa môžu vyskytnúť problémy, ako je plávanie kalu, expanzia kalu, pena a pena. Tieto problémy nemusia nevyhnutne spôsobiť, že kvalita odpadovej vody prekročí normy, ale sú vizuálne nepríťažlivé a môžu z dlhodobého hľadiska potenciálne viesť k systémovým problémom. Preto je dôležité čo najskôr identifikovať príčinu a problém riešiť!

Tieto problémy vo všeobecnosti pramenia z troch hlavných zdrojov:
1. Abnormálna kvalita pritekajúcej vody spôsobujúca náhle zmeny v prostredí biologického systému čistenia, ako sú zmeny pH. Nadmerná kyslosť alebo zásaditosť môže spôsobiť penu, nečistoty alebo iné problémy. Toxické látky, povrchovo aktívne látky a nadmerne vysoký prítok môžu tiež spôsobiť súvisiace problémy.

2. Počas uvádzania systému biologického čistenia do prevádzky môžu prevádzkové chyby viesť k náhlym zmenám v prostredí systému (ako je pH alebo rozpustený kyslík), čo má za následok tvorbu kalu, peny a kalu.

3. Nevhodný dizajn nádrže (alebo inej konštrukcie nádrže) môže viesť ku skratu-alebo vytvoreniu anaeróbnych zón. Napríklad príliš malý uhol v násypke kalu sedimentačnej nádrže môže spôsobiť hromadenie kalu atď.

Príčiny týchto problémov sú v podstate rovnaké, preto tu poskytneme jednotnú analýzu a riešenia. Pena a pena sa primárne vyskytujú v dvoch prostrediach: aeróbne prostredie (alebo prevzdušňovacie nádrže) a anaeróbne prostredie (ako sú primárne sedimentačné nádrže, sekundárne sedimentačné nádrže, anoxické nádrže, hydrolyzačné nádrže atď.). Samozrejme, dôvody tvorby peny a nečistôt v aeróbnom a anaeróbnom prostredí sú úplne odlišné.

Analýza príčin a charakteristík problémov v aeróbnom prostredí:

1. Abnormálne zmeny pH. Ako už bolo spomenuté, príliš nízke aj vysoké hodnoty pH môžu pri prevzdušňovaní spôsobiť penenie. Je možné vykonať analýzu kvality pritekajúcej vody a pridaných chemikálií a pH nádrže biologického čistenia by sa malo včas upraviť na normálny rozsah. Okrem toho proces nitrifikácie v aeróbnych nádržiach znižuje pH a vo vode s vysokou koncentráciou amoniakálneho dusíka môže ľahko dôjsť k silným zmenám pH, čo si vyžaduje včasné pridanie alkálie na udržanie rovnováhy zásaditosti.

2. Toxické látky a vysoká organická záťaž. Obidve môžu spôsobiť, že aktivovaný kal bude plávať, čím sa vytvorí pena a pena. Je to v podstate spôsobené kvalitou pritekajúcej vody (je nepravdepodobné, že by bol niekto taký nečinný, aby otrávil prevzdušňovaciu nádrž).

3. Influent obsahuje olejové látky a povrchovo aktívne látky. Oleje a povrchovo aktívne látky v kombinácii s prevzdušňovaním môžu spôsobiť farebnú penu. Ak vidíte farebnú penu, môžete viniť tieto látky, pretože táto pena negatívne ovplyvňuje rozpustený kyslík a prevzdušňovací systém.

4. V nádrži biologického čistenia sa objavujú anaeróbne zóny. Toto je konštrukčná chyba. Lokalizované anaeróbne podmienky a akumulácia kalu môžu viesť k anaeróbnej fermentácii kalu, pričom vzniká plyn, ktorý vynáša nahromadený kal na povrch. V tomto prípade je potrebné nádrž upraviť. Pridajte prevzdušňovacie zariadenia alebo prietokové vedenia do anaeróbnych zón, aby ste umožnili prúdenie odpadovej vody.

5. Rozpustený kyslík je príliš nízky. Vysoké koncentrácie prítoku môžu spôsobiť pokles rozpusteného kyslíka v prevzdušňovacej nádrži, alebo to môže byť spôsobené dúchadlom a prevzdušňovacími zariadeniami. Prostredia s nízkym obsahom rozpusteného kyslíka sú priaznivé pre prežitie vláknitých baktérií. Dlhodobé nízke hladiny kyslíka môžu viesť k nadmernému množeniu vláknitých baktérií, čo spôsobuje hromadenie kalu. Vo všeobecnosti by rozpustený kyslík v prevzdušňovacej nádrži nemal byť nižší ako 2 mg/l.

6. Nedostatočné alebo žiadne odstraňovanie kalu počas dlhšej doby. Nedostatočné vypúšťanie kalu vedie k neustálemu zvyšovaniu koncentrácie kalu v prevzdušňovacej nádrži. Keď koncentrácia kalu dosiahne 5000 alebo viac, nedostatok živín spôsobí „hladovanie“ mnohých mikroorganizmov, čo má za následok nedostatok živín. Tento „mŕtvy kal“ vypláva na povrch a vytvorí hrubú vrstvu spodiny. Preto je rozhodujúca kontrola koncentrácie kalu. Pre manažéra čistiarne odpadových vôd alebo technika je kalové hospodárstvo mimoriadne dôležité!

Analýza problémov a charakteristík v anaeróbnom prostredí:

Hlavnými problémami v anaeróbnom prostredí sú plávajúce denitrifikačné kaly a plávajúce anaeróbne kaly, ktoré sa vyskytujú predovšetkým v sedimentačných nádržiach.

1. Plávajúci denitrifikačný kal: Neúplná denitrifikácia v anoxickej nádrži umožňuje dusičnanovému dusíku prirodzene vstúpiť do sedimentačnej nádrže. Anoxické prostredie v sedimentačnej nádrži spúšťa denitrifikáciu, vďaka čomu kal vypláva na povrch. To sa dá pomerne ľahko vyriešiť (okrem problému, že anoxická nádrž je príliš malá, čo je neriešiteľné). Včasné doplnenie zdrojov uhlíka v anoxickej nádrži je kľúčové pre udržanie CHSK na približne 4-5-násobku celkovej úrovne dusíka, čím sa zabezpečí, že denitrifikačné baktérie budú dobre živené a môžu efektívne fungovať. Samozrejme musí byť zachovaný aj recirkulačný pomer zmiešaného lúhu, ideálne nad 200 %.

2. Plávajúci anaeróbny kal. Bol som svedkom tohto problému na vlastnej koži. Kvôli konštrukčnému uhlu (vo všeobecnosti väčšiemu ako 55 stupňov) je ťažké úplne vypustiť kal z násypky sedimentačnej nádrže, čo vytvára veľa mŕtvych zón. Časom sa tento kal hromadí a ľahko vypláva na povrch. Každý, kto sa stretne s týmto problémom, by mal priamo viniť dizajnérsky tím.

Mikroorganizmy zohrávajú dôležitú indikatívnu úlohu pri uvádzaní biologických systémov do prevádzky. Pozorovaním typov mikroorganizmov možno určiť tvar kalu a predpovedať kvalitu odpadovej vody.

Keď je aktivovaný kal v dobrom stave:

Keď je aktivovaný kal v dobrom stave, vločky sú relatívne veľké a dobre sa usadzujú. Mikroskopické vyšetrenie odhaľuje organizmy ako *Vorticella*, *Platycodon*, *Platycodon*, *Platycodon*, rôzne *Schizothora*, vírniky, *Cyclophora* a máloštetinavce-tak sediace, ako aj plazivé druhy.

Keď sa aktivovaný kal znehodnotí:

Keď sa aktivovaný kal znehodnotí, flokuly sú menšie a objavia sa rýchlo{0}}plávajúce organizmy, ako sú *Trichomonas*, *Trichomonas* a *Trichomonas*. Keď sa kal výrazne zhorší, mikroorganizmy odumierajú vo veľkom rozsahu alebo takmer vymiznú, usadzovanie kalu sa znižuje a kapacita úpravy vody je slabá.

Od zhoršenia k normálu:

Počas prechodného obdobia od zhoršenia k normálnemu stavu vykazuje aktivovaný kal pomaly{0}}plávajúce alebo plazivé organizmy, ako sú *Platycodon* a *Platycodon*.

Objem aktivovaného kalu:

Na jeseň av zime často dochádza k hromadeniu aktivovaného kalu. V tomto čase je usadzovanie kalu slabé, s vysokým 30{4}minútovým pomerom usadzovania, zatiaľ čo koncentrácia kalu je relatívne nízka, čo vedie k relatívne vysokému indexu kalu (SVI). Vláknité baktérie sú hlavnými organizmami, ktoré spôsobujú hromadenie kalu. V dôsledku rozsiahleho-množenia vláknitých baktérií sa aktivovaný kal javí ako bavlna, s jemnými časticami a relatívne svetlou farbou.

Nedostatočný rozpustený kyslík:

Keď je rozpustený kyslík v prevzdušňovacej nádrži neustále nedostatočný, aktivovaný kal stmavne ako normálne a vydáva zápach.

Nadmerne rozpustený kyslík:

Za normálnych okolností možno pod mikroskopom pozorovať približne 300 vírnikov na mililiter aktivovaného kalu, zatiaľ čo sarkoptéry sú za normálnych podmienok pozorované len zriedka. Keď je rýchlosť prevzdušňovania v prevzdušňovacej nádrži neustále príliš vysoká, objaví sa veľké množstvo sarkoptér a vírnikov.

Nízka koncentrácia prítoku a zaťaženie BSK:

Keď je koncentrácia odpadovej vody a zaťaženie BSK príliš nízke, objaví sa usadenina, čo naznačuje výskyt nitrifikácie.

Ďalšie zmeny prostredia:

Keď indikátor biomasy v aktivovanom kale prudko klesá, môže to byť spôsobené vplyvom toxických látok alebo náhlymi zmenami určitých podmienok prostredia. V takýchto prípadoch sa musia prijať vhodné opatrenia na minimalizáciu vplyvu na mikroorganizmy.

V procesoch čistenia odpadových vôd s aktivovaným kalom je mikroskopické vyšetrenie mikroorganizmov v prevzdušňovacej nádrži kľúčovou metódou hodnotenia prevádzkového stavu aktivovaného kalu a je jedným z dôležitých monitorovacích nástrojov pri čistení odpadových vôd. Na základe zmien v mikrobiálnej populácii v prevzdušňovacej nádrži by sa mali vykonať príslušné úpravy procesu, aby sa zabezpečilo, že aktivovaný kal zostane v dobrom stave a že čistenie odpadových vôd bude spĺňať normy.