Rola osadu aktywnego w oczyszczaniu ścieków jest dynamicznym systemem złożonych ekosystemów mikrobiologicznych oraz procesów fizycznych i chemicznych,i jego podstawowy mechanizm można głęboko przeanalizować od mikro-metabolizmu do poziomu procesu makro
1, Współpracowy mechanizm metaboliczny społeczności drobnoustrojów
Podział hierarchiczny społeczności funkcjonalnych drobnoustrojów
- Korzystna społeczność bakteryjna: składa się głównie z bakterii heterotroficznych (takich jak Pseudomonas i Zygomycetes), odpowiedzialnych za pierwotny rozkład materii organicznej,wydzielanie enzymów pozakomórkowych w celu hydrolizy dużych cząsteczek organicznych na wchłanialne małe cząsteczki (takie jak polisacharydy → glukoza, białka → aminokwasy).
- Mikrobiota funkcjonalna:
- Bakterie azotujące (bakterie azotrytowe, bakterie azotanowe): w warunkach aerobowych utlenianie NH − N do NO 2− i NO −.
Bakterie denitryfikujące (takie jak Pseudomonas): w warunkach beztlenowych wykorzystują materię organiczną jako dawcę elektronów w celu zmniejszenia zawartości NO − do N 2.
- Bakterie gromadzące polifosforany (takie jak Acinetobacter): Excessive uptake of phosphorus in anaerobic aerobic alternating environments (releasing energy to absorb phosphorus during aerobic conditions and releasing phosphorus to obtain carbon sources during anaerobic conditions).
Alokacja energii w metabolizmie drobnoustrojów
- metabolizm rozkładu: materia organiczna utlenia się i uwalnia energię (około 40% przekształca się w ATP, 60% traci się jako energia cieplna).
- Anabolizm: energia jest wykorzystywana do proliferacji komórek drobnoustrojowych (produkcji śliny), a pozostała energia jest zużywana przez endogenne oddychanie.
2, Wpływ wzmacniający procesów fizycznych i chemicznych
Wpływ powiązania adsorpcji, zalewu flokulacji i opadów
- Stopień adsorpcji:Mikroorganizmy szybko wychwytują materię organiczną poprzez lepką sieć EPS (polimerycznych substancji pozakomórkowych) (szybkość adsorpcji może wynieść ponad 10 razy większą niż szybkość rozpadu).
- Mechanizm flokulacji:
-Flokulacja biologiczna: Polisacharydy i białka w EPS wydzielane przez mikroorganizmy działają jako biologiczne flocculants, promując tworzenie płatków.
- Neutralizowanie ładunku: Użycie jonów Ca2+ i Mg2+ w celu zmniejszenia ujemnego ładunku na powierzchni koloidalnej i zmniejszenia odpychania.
- Wydajność opadów: dobre płatki (SVI=100~150 mL/g) osiągają separację wody z osadu w zbiorniku osadowania wtórnego, a stężenie zwróconych osadów może osiągnąć 3000~5000 mg/l.
Kontrola przenoszenia masy i dyfuzji
- gradient rozpuszczonego tlenu: Nierównomierne rozmieszczenie rozpuszczonego tlenu w zbiorniku wentylacyjnym tworzy mikrośrodowisko (interfejs aerobowy beztlenku), promując synchroniczne nitryfikację i denitryfikację.
- Dyfuzja podłoża: szybkość przenoszenia materii organicznej z fazy wodnej na powierzchnię komórek drobnoustrojowych wpływa na skuteczność degradacji,które można zoptymalizować poprzez zwiększenie natężenia mieszania.
3Logika sterowania parametrami procesu
Kluczowe parametry sterowania
- Wiek śluzu (SRT): określa strukturę populacji drobnoustrojów (np. długa SRT sprzyja wzrostowi bakterii nitryfikujących, krótka SRT hamuje bakterie włókniste).
- obciążenie osadami (F/M): wysokie obciążenie (0,3~0,6 kgBOD/kgMLSS · d) przyspiesza degradację materii organicznej, ale może łatwo powodować obrzęk osadów; niskie obciążenie (<0,15 kgBOD/kgMLSS · d) jest korzystne dla nitryfikacji.
Wskaźnik refluksu (R): wpływa na stężenie osadu i efektywność oczyszczania zbiornika wentylacyjnego (zwykle 20%~100%).
Optymalizacja typicznych procesów
-Proces A/O: usunięcie fosforu jest osiągane poprzez anaerobowe odmiany aerobowe, a ORP w strefie anaerobowej musi być kontrolowana na -150~-250 mV.
-Proces 2/O: Zwiększenie stopnia anoxycznego w celu zwiększenia denitryfikacji, wymagającego zrównoważonego przydziału źródeł węgla (prywatne denitryfikacja, po której następuje usuwanie fosforu).
-Proces SBR: wielofunkcyjna integracja osiągana poprzez kontrolę serii czasowej, wymagająca optymalizacji intensywności wentylacji i czasu osadzenia.
4, Wyzwania i strategie radzenia sobie z nimi w trakcie eksploatacji
Wspólna analiza problemu
- Obrzęk śluzu: nadmierne rozprzestrzenianie się bakterii włókienkowych prowadzi do wystąpienia SVI> 200 ml/ g, które można zahamować poprzez dodanie Fe 3+ lub dostosowanie F/ M.
- starzenie się osadu: długotrwała praca z niskim obciążeniem prowadzi do flokulacji, co wymaga wyładowania osadu lub zwiększonego obciążenia w celu aktywacji metabolizmu.
- Wydajność denitryfikacji jest ograniczona: gdy źródło węgla jest niewystarczające, można uzupełnić metanol/acetat sodu lub zastosować proces MBR w celu wydłużenia SRT.
Inteligentna technologia sterowania
-monitorowanie online: informacje zwrotne o stanie procesu w czasie rzeczywistym za pośrednictwem czujników DO, pH, ORP.
- Prognozowanie modelu: stosowanie ASM (modelu osadów aktywowanych) w celu symulacji procesów metabolicznych i optymalizacji strategii wentylacji i refluksu.
5, Innowacje technologiczne i najnowocześniejsze kierunki
Rozwój nowych procesów
- Denitryfikacja nitryfikacyjna krótkiego zasięgu: utlenianie NH-N do NO 2− i bezpośrednia denitryfikacja, oszczędzając 25% powietrza i 40% źródła węgla.
- Technologia osadów granularnych: poprzez samogrupowanie do tworzenia cząstek wielkości milimetrowej, zwiększa zdolność odporności na obciążenia uderzeniowe.
wykorzystanie zasobów
- Anaerobowe trawienie osadu: przekształcanie materii organicznej w biogaz (zawierający 60%~70% CH4) w celu odzyskania energii.
- odzyskiwanie fosforu: ekstrakcja nawozów o powolnym uwalnianiu z osadów za pomocą technologii krystalizacji odchodu ptaków (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O).
podsumować
System aktywowanego osadu zapewnia pełną kontrolę łańcucha od mineralizacji organicznej do cyklu składników odżywczych poprzez połączenie metabolizmu drobnoustrojów i procesów fizykochemicznych.W przyszłości trend rozwoju będzie koncentrował się na procesach niskoemisyjnych i oszczędnych energii, inteligentnej regulacji i odzyskiwania zasobów w celu zaspokojenia zapotrzebowania na modernizację oczyszczania ścieków w ramach celu neutralności węglowej. it is necessary to flexibly adjust process parameters based on water quality characteristics (such as toxic substances in industrial wastewater and metabolic inhibition in low-temperature environments) to ensure stable and efficient operation of the system.
