Biokeemilise süsteemi edu sõltub MLSS-ist (lubjamuda segatud kontsentratsioon)

Aktiivmudaprotsessi toimimine eeldab arvukate parameetrite nõuetekohast juhtimist, sealhulgas reoveesüsteemide igapäevases töös ühe sagedamini kasutatava indikaatori MLSS kontrolli.

Aktiivmuda kontsentratsioon viitab heljumi sisaldusele segavedelikus aeratsioonipaagi väljalaskeava juures, mida tähistatakse sümboliga MLSS, ühikutes mg/l. Seda kasutatakse aeratsioonipaagis oleva aktiivmuda koguse mõõtmiseks. MLSS-i kogusumma sisaldab järgmist nelja aspekti:

Aktiivsed mikroorganismid;
mitte{0}}biolagunev orgaaniline aine, mis on adsorbeeritud aktiivmudale;
Mikroobse enese{0}}oksüdatsiooni jäägid;
Anorgaaniline aine.

Töötamise ajal on eriti oluline märkida, et MLSS viitab ainult segavedeliku kontsentratsioonile aeratsioonipaagis, välja arvatud segavedeliku kontsentratsioon sekundaarses settepaagis. Peale selle on segavedeliku kontsentratsiooni jälgimisel aeratsioonipaagis ülioluline kasutada aktiivmuda kontsentratsiooni mõõtmiseks kogu aeratsioonipaagis standardina segavedeliku kontsentratsiooni aeratsioonipaagi väljalaskeava juures.

1. Aktiivmuda kontsentratsiooni ja muda vanuse vaheline seos

Muda vanus on operatiivne vahend muda vanuse eesmärgi saavutamiseks aktiivmuda eemaldamise teel. Aktiivmuda kontsentratsiooni kontrollimiseks sobiva vahemiku saab anda muda mõistliku vanuse ning toidu{1}}--mikroobide suhte kaudu. Tegelikult, kui aktiivmuda kontsentratsiooni liigselt suurendatakse, on muda vanus eriti pikk, ületades normaalselt kontrollitud muda vanuse väärtust isegi siis, kui sissetuleva orgaanilise aine kontsentratsioon ei ole kõrge. See näitab selgelt, et aktiivmuda kontsentratsiooni reguleeritakse liiga kõrgele, mis on palju täpsem kui selle absoluutväärtuse põhjal otsustada, kas aktiivmuda kontsentratsiooni on vaja kontrollida.

2. Aktiivmuda kontsentratsiooni ja vee temperatuuri vaheline seos

Aktiivmuda kasv, paljunemine ja ainevahetus bioloogilises puhastuspaagis on tihedalt seotud vee temperatuuriga. Iga 10 kraadise veetemperatuuri languse korral väheneb aktiivmuda aktiivsus poole võrra; kui vee temperatuur on alla 10 kraadi, on raviefekt selgelt halb. Selle lahendamiseks saab aktiivmuda kontsentratsiooni reguleerida, et tulla toime vee temperatuurimuutustega:

Kui vee temperatuur on madal, saab aktiivmuda kontsentratsiooni suurendada, et kompenseerida vähenenud aktiivmuda aktiivsuse negatiivset mõju, saavutades seeläbi kõrgendatud eemaldamise efektiivsuse madalal veetemperatuuril.

Kui vee temperatuur on kõrge, on aktiivmuda aktiivsus jõuline. Liiga kõrge aktiivmuda kontsentratsioon kahjustab aktiivmuda settimist. Sel juhul võib aktiivmuda kontsentratsiooni vähendamine vältida settimata helveste ja hägune supernatandi teket.

3. Aktiivmuda kontsentratsiooni ja aktiivmuda settimissuhte vaheline seos

Aktiivmuda kontsentratsioon mõjutab lõplikku settimissuhet. Kõrgema aktiivmuda kontsentratsiooni tulemuseks on suurem lõplik settimise suhe ja vastupidi. Seda seetõttu, et suurem aktiivmuda kontsentratsioon toob kaasa suurema bioloogilise koguse, mille tulemuseks on suurem settimissuhe pärast kokkusurumist ja settimist. Peamine erinevus muudest settimisastet suurendavatest teguritest seisneb selles, et kokkusurutud aktiivmuda on tihe ja kas selle värvus on tumepruun. Juhtudel, kui mitte-aktiivmuda suurenenud kontsentratsioon viib kõrgema settimissuhteni, on see tavaliselt tingitud halvast tihendamisest ja tuhmimast värvist.

Loomulikult mõjutab settimissuhet oluliselt ka aktiivmuda liiga madal kontsentratsioon. Sageli ei ole selle põhjuseks aga operaatorite tahtlik aktiivmuda kontsentratsiooni alandamine, vaid sissetuleva orgaanilise aine liiga madal kontsentratsioon. Sellistel juhtudel püüavad operaatorid, tundes, et aktiivmuda kontsentratsioon on liiga madal, seda suurendada, mille tulemuseks on aktiivmuda vananemine. Lõpliku settimissuhte vaatlusel ilmnevad tüüpilised aktiivmuda vananemise tunnused: kõrge kokkusurutavus, tume värvus ja selge supernatant, mis sisaldab peeneid helbeid.

Kui settimise suhe on ebanormaalse muda väljalaske tõttu madal, ilmneb vaatlusel ka, et settinud aktiivmuda on kahvatu värvusega, halva kokkusurutavusega ja hõre.

1. Muda kontsentratsiooni mõju nitrifikatsioonile

Nitrifikatsiooni mõjutavad paljud keskkonnategurid, sealhulgas pH, temperatuur, SRT, DO, BOD/TKN, muda kontsentratsioon ja mürgised ained. Tegelikes reoveepuhastites saab protsessi käigus juhtida ainult selliseid parameetreid nagu SRT, DO, BOD/TKN ja muda kontsentratsioon.

a. Aeroobses nitrifikatsioonis põhjustavad muda kõrgemad kontsentratsioonid suhteliselt suuremat nitrifitseerivate bakterite kontsentratsiooni, mis toob kaasa suurema aeroobse nitrifikatsiooni kiiruse muda kõrge kontsentratsiooni tingimustes.

b. Bioloogilises mudas nitrifitseerivate bakterite esinemise tagamiseks on vajalik muda teatud vanus. Nitrifitseerivatele bakteritele soodsate elutingimuste loomine suurendab veelgi nende osakaalu mikroobikoosluses, suurendades seeläbi nende kontsentratsiooni. Muda kõrge kontsentratsiooni korral kulub anaeroobses staadiumis rohkem BHT-d, mille tulemuseks on suhteliselt madalam BHT/TKN suhe aeroobses staadiumis.

Mõned uuringud on näidanud pöördvõrdelist seost nitrifitseerivate bakterite osakaalu aktiivmudas ja BHT/TKN vahel. Kuna nitrifitseerivad bakterid on autotroofsed, ei ole orgaanilise substraadi kontsentratsioon nende kasvu piiravaks teguriks. Kui aga orgaanilise substraadi kontsentratsioon on liiga kõrge, põhjustab see suure -kasvukiirusega- heterotroofsete bakterite kiiret vohamist, konkureerides lahustunud hapniku pärast. See aeglustab autotroofsete bakterite kasvu ja hoiab ära aeroobsete nitrifitseerivate bakterite eelise saavutamise, mille tulemuseks on nitrifikatsioonikiiruse vähenemine.

c. Lahustunud hapnik (DO) on üldiselt oluline näitaja reoveepuhastite nitrifikatsioonifaasis, tavaliselt üle 2 mg/l. Enamiku oksüdatsioonikraaviprotsesside puhul on keskmist DO väärtust kraavi sees raske saavutada 2 mg/l, üldiselt jääb see 1 mg/l või alla selle. Kuid nitrifikatsiooniefekt on endiselt hea. Selle põhjuseks on asjaolu, et oksüdatsioonikraavidele omane suhteliselt kõrge muda kontsentratsioon, ehkki tulemuseks on madalam DO väärtus, suurendab muid nitrifikatsiooni soodustavaid tegureid.

Muda suurenenud kontsentratsioon suurendab bioloogilise puhastuspaagi efektiivset mahtu, vähendades samal ajal koormust. Teisest vaatenurgast vaadatuna suurendab muda kontsentratsiooni suurenemine ka mikroorganismide aeroobset võimekust. Samades õhutustingimustes peaks ka lahustunud hapniku arvesti näit olema madalam. Ülaltoodud punktid selgitavad, et muda kontsentratsiooni suurendamine võib asjakohaselt vähendada lahustunud hapniku (DO) väärtust bioloogilise puhastuspaagis, säilitades samal ajal hea nitrifikatsioonitaseme.

d. Et tagada nitrifitseerivate bakterite normaalne kasv ja paljunemine aktiivmudas, tuleks muda vanust üldiselt kontrollida üle 8 päeva. Kuid nitrifitseerivate bakterite suhteliselt tasakaalustatud konkurentsieelise tagamiseks teiste heterotroofsete bakterite suhtes tuleks muda vanust suurendada, põhjustamata seejuures muda tõsist vananemist, mis suurendab vastavalt muda kontsentratsiooni bioloogilises süsteemis.

2. Muda kontsentratsiooni mõju denitrifikatsioonile

Bioloogiline denitrifikatsioon on protsess, mille käigus denitrifitseerivad bakterid kasutavad nitraatides sisalduvat ioonset hapnikku orgaanilise aine lagundamiseks anoksilistes tingimustes. Nitraat redutseeritakse N2-ks, mis viib denitrifikatsiooniprotsessi lõpule. Denitrifitseerivad bakterid on heterotroofsed fakultatiivsed bakterid, mida leidub rohkesti reoveepuhastussüsteemides. Aeroobsetes tingimustes kasutavad nad hapnikku hingamiseks ja orgaanilise aine oksüdatiivseks lagundamiseks.

Molekulaarse hapnikuta tingimustes, kui nitraadi- ja nitritioonid esinevad samaaegselt, saavad nad kasutada nendes ioonides olevat hapnikku hingamiseks, oksüdeerimiseks ja orgaanilise aine lagundamiseks. Denitrifitseerivad bakterid võivad denitrifikatsiooniprotsessis kasutada elektronide doonoritena mitmesuguseid orgaanilisi substraate, sealhulgas süsivesikuid, orgaanilisi happeid, alkohole ja isegi selliseid ühendeid nagu alkaanid, bensoaadid ja muud benseeni derivaadid, mis on sageli reovee peamised komponendid. Denitrifikatsiooni kiirust mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas pH, temperatuur, lahustunud hapnik (DO), süsiniku - ja -lämmastiku suhe (C/N suhe) ja muda kontsentratsioon. Tegelikes reoveepuhastites saab protsessi käigus juhtida ainult selliseid parameetreid nagu DO ja muda kontsentratsioon. Kuigi C/N suhe on denitrifikatsioonireaktsiooni kõige olulisem mõjutegur, sõltub see suurel määral sissevoolava vee kvaliteedist ja seda on praktikas üldiselt raske kontrollida.

a. Denitrifikatsioon nõuab molekulaarse hapniku puudumist, et denitrifitseerivad bakterid saaksid kasutada nitraatides ja nitritites sisalduvat ioonset hapnikku orgaanilise aine lagundamiseks. Nagu varem mainitud, suudavad suure mudakontsentratsiooniga bioloogilised süsteemid nitrifikatsiooni ajal sobivalt vähendada lahustunud hapnikku (DO), säilitades samal ajal nitrifikatsiooni efektiivsuse. Seetõttu vähendab DO alandamine nitrifikatsiooni lõpus tõhusalt DO sisaldust nitraaditagastusvedelikus, vähendades molekulaarse hapniku mõju denitrifikatsiooniprotsessile anoksilises tsoonis ja parandades denitrifitseerivate bakterite võimet kasutada süsinikuallikaid.

Samal ajal põhjustab muda kõrge kontsentratsioon ka suhteliselt tugevat endogeenset metaboolset aeroobset võimekust, mis tarbib lahustunud hapnikku edasi tagasivoolu ja anoksilises tsoonis. Lisaks muudavad muda väga kõrged kontsentratsioonid segatud vedeliku viskoossust, suurendades difusioonikindlust ja vähendades seega tagasivooluvedelikus kantud DO-d. Mõnes töötlemisprotsessis, kus tagasivoolukanalitena kasutatakse avatud kanaleid, võib see vähendada tagasivoolu jaoks vajalikku hapnikuga varustamist. Kokkuvõttes mängivad muda kõrged kontsentratsioonid olulist rolli DO vähendamisel denitrifikatsiooni etapis tegelikus protsessis.

b. Kuna denitrifitseerivad bakterid on heterotroofsed fakultatiivsed bakterid ja neid leidub rohkesti reoveepuhastussüsteemides, võib muda kontsentratsiooni suurendamine süsteemis tõhusalt suurendada denitrifitseerivate bakterite kontsentratsiooni. Denitrifikatsiooni kiirus ei sõltu suures osas nitraadi ja nitriti kontsentratsioonist, kuid sellel on esmajärguline reaktsioon denitrifitseerivate bakterite kontsentratsiooniga.

Seetõttu võivad muda kõrged kontsentratsioonid protsessi tegelikus töös lühendada denitrifikatsiooniaega ja vähendada anoksilise tsooni efektiivset mahtu. Arvestades anoksilises tsoonis fikseeritud efektiivset mahtu, võimaldab muda kõrge kontsentratsioon orgaanilises maatriksis süsinikuallikana paremini ära kasutada suhteliselt raskesti --lagunevat orgaanilist ainet. See on eriti oluline lämmastiku ja fosfori eemaldamise protsesside jaoks, eriti kui süsinikuallikad on ebapiisavad.

c. Muda kõrge kontsentratsioon põhjustab suhteliselt suuremaid mikroobide helvete läbimõõtu. Nitrifikatsiooni ajal põhjustab madal lahustunud hapniku tase väiksema hapnikurõhu gradiendi, mis hõlbustab anoksilise keskkonna tekkimist helveste sees, soodustades seega denitrifikatsiooni. Seetõttu võivad muda kõrged kontsentratsioonid soodustada samaaegset denitrifikatsiooni.

Fosfori bioloogilise eemaldamise võti on polüfosfaate{0}}akumuleeruvate bakterite osakaalu suurendamine aktiivmudasüsteemis, soodustades samal ajal nende kiiret kasvu ja paljunemist süsteemi töötamise ajal, säilitades tühjendamisel akumuleerivates bakterites kõrge fosforisisalduse.

Polüfosfaate{0}}akumuleeruvate (PAC) bakterite osakaalu suurendamiseks süsteemi aktiivmudas on vaja luua nende kasvuks ja paljunemiseks soodsam keskkond ja hüdraulilised tingimused. See tähendab, et protsessi voolus on hea anaeroobne ja aeroobne keskkond. Keskkonnategurite kontrollimine anaeroobses tsoonis on eriti oluline PAC-bakterite kasvu ja paljunemise ning fosfori eemaldamise saavutamiseks. Muda kõrge kontsentratsioon anaeroobses tsoonis on PAC-bakteritele kasulikum.

Bioloogilise fosfori eemaldamise efektiivsus on tihedalt seotud muda vanusega. Ainult teatud muda vanusega (umbes 3 päeva) saab liigset fosforit tõhusalt eemaldada, saavutades fosfori eemaldamise funktsiooni. Arvestades fikseeritud sissevoolu hõljuvat ainet (SS), kuna muda kontsentratsioon on otseselt proportsionaalne muda vanusega, siis mida suurem on muda kontsentratsioon teatud vahemikust, seda halvem on fosfori eemaldamise efekt.

a. Säilitades fosfori eemaldamise efektiivsuse jaoks piisavat muda vanust, toob muda kontsentratsiooni suurendamine anaeroobses tsoonis kaasa vastavalt kõrgema PAC-bakterite kontsentratsiooni. See suurendab fosforit -vabastavate mikroorganismide hulka, mis omakorda suurendab järgnevate aeroobsete fosforit-absorbeerivate mikroorganismide hulka, suurendades seega süsteemi üldist fosforieemaldusefekti.

b. Anaeroobses tsoonis absorbeerivad polüfosfaate{1}}akumuleeruvad bakterid VFA ja vabastavad fosforit. Samal ajal võib muda kõrge kontsentratsiooni tingimustes toimida anaeroobne tsoon süsteemi anaeroobse hapestamise sektsioonina, hüdrolüüsides anaeroobselt suure -molekulaarse- tõrksa orgaanilise aine vees. Polüfosfaati{6}}akumuleeruvate bakterite fosfori vabanemisel vabanevat energiat saab kasutada äädikhappe, H+ jne aktiivseks absorbeerimiseks, moodustades PHB ja säilitades selle bakterites. See soodustab orgaanilise aine hapestumise protsessi, parandab reovee biolagunevust ja suurendab järgnevates puhastusprotsessides denitrifikatsioonireaktsioonides kasutatavat süsinikuallikat.