Nasi koledzy z oczyszczalni ścieków prawdopodobnie zetknęli się z tym problemem: kilka dni temu różne wskaźniki ścieków były stabilne, a azot amonowy i ChZT były poniżej linii kwalifikacyjnej, ale nagle uderzył "wstrząs obciążeniowy". W ciągu dwóch dni dane laboratoryjne zmieniły się na czerwone, a azot amonowy gwałtownie wzrósł. Kierownictwo nalegało, a kontrole środowiskowe to naprawdę dwie duże sprawy. Dziś porozmawiam z wami wszystkimi o tym, jak wstrząs obciążeniowy stopniowo powodował przekroczenie normy azotu amonowego w ściekach. Mamy jasne zrozumienie i powinniśmy być przygotowani z wyprzedzeniem.
Po pierwsze, należy wyjaśnić, co rozumiemy przez 'wstrząs obciążeniowy'? Mówiąc prosto, "spożycie pokarmu" przez oczyszczalnię ścieków nagle przekroczyło normę. Może to być spowodowane tym, że fabryka znajdująca się powyżej potajemnie odprowadzała ścieki o wysokim stężeniu, albo dużą falą zanieczyszczeń, która została wprowadzona przez mieszany przepływ w sieci rurociągów w deszczowe dni, albo stacja pomp nie kontrolowała dobrze przepływu wody, co nagle wepchnęło zbyt dużo "pożywienia" do zbiornika biochemicznego. Nasz system biochemiczny jest jak stołówka. Zazwyczaj każdy je zgodnie ze swoim apetytem, ale nagle wbiega grupa wielkich żarłoków, powodując chaos w kuchni. To podstawowa sytuacja wstrząsu obciążeniowego.
Jakie zmiany nastąpią w basenie biochemicznym na początku wstrząsu obciążeniowego? Najbardziej oczywiste jest to, że jest za dużo 'jedzenia' i mikroorganizmy nie nadążają. Wszyscy wiemy, że oczyszczanie azotu amonowego zależy głównie od bakterii nitryfikacyjnych, które są bardzo delikatne. Muszą być jedzone z umiarem i mieć komfortowe środowisko. W normalnych warunkach stężenie azotu amonowego i obciążenie organiczne w dopływie są stabilne, a bakterie nitryfikacyjne powoli się namnażają, co może przekształcić azot amonowy w azotan. Ale gdy obciążenie nagle wzrasta, na przykład gdy stężenie azotu amonowego w dopływie spada z zwykłych 30 mg/l do 80 mg/l, lub gdy dopływ się podwaja, całkowita ilość azotu amonowego na jednostkę objętości nagle wzrasta, a "obciążenie pracą" bakterii nitryfikacyjnych nagle się podwaja, one najpierw będą "zdezorientowane".
Zaraz potem zabrakło rozpuszczonego tlenu. Mikrobiologiczne oczyszczanie zanieczyszczeń zależy od pomocy tlenu. Gdy obciążenie jest wysokie, mikroorganizmy desperacko "oddychają", aby rozłożyć materię organiczną, co powoduje gwałtowny wzrost zużycia tlenu. Nasz system napowietrzania ma maksymalną wydajność dostarczania tlenu, która jest wystarczająca do normalnego użytku. Kiedy następuje wstrząs, jedzenie się zatrzymuje. Tak jak grupa ludzi biegnących w małym pokoju w tym samym czasie, na pewno nie ma wystarczającej ilości tlenu i wszyscy będą łapać oddech. Stężenie rozpuszczonego tlenu w basenie biochemicznym gwałtownie spadnie z zwykłych 2-3 mg/l do poniżej 1 mg/l, a nawet zbliży się do zera. Bakterie nitryfikacyjne są szczególnie wrażliwe na rozpuszczony tlen i potrzebują co najmniej 1-2 mg/l rozpuszczonego tlenu podczas pracy. Kiedy brakuje tlenu, strajkują, a wydajność konwersji azotu amonowego bezpośrednio spada. W tym momencie, mierząc rozpuszczony tlen w zbiorniku biochemicznym, zauważysz, że wartość gwałtownie spada, a nawet gdy napowietrzacz jest włączony do maksimum, nie może tego wytrzymać. Pęcherzyki na powierzchni wody wydają się słabe i pozbawione życia.
Następnie wartość pH spadnie, co jest jeszcze gorsze dla bakterii nitryfikacyjnych. Kiedy mikroorganizmy rozkładają materię organiczną, wytwarzają kwasy organiczne, a im wyższe obciążenie, tym więcej kwasów jest wytwarzanych. Tymczasem sama reakcja nitryfikacji również zużywa zasadowość, wymagając około 7,14 g równoważnika węglanu wapnia zasadowości na każde 1 g konwersji azotu amonowego. W warunkach wstrząsu obciążeniowego zasadowość jest szybko zużywana bez terminowego uzupełniania, a wartość pH w zbiorniku biochemicznym spadnie z zwykłych 7,5-8,5 do poniżej 7, a nawet do 6,5. Bakterie nitryfikacyjne najlepiej nadają się do pracy w neutralnym środowisku alkalicznym. Wraz ze spadkiem pH ich aktywność jest jak zamrożona, a szybkość reakcji znacznie spada. W tym momencie, gdy zmierzysz pH, zauważysz, że wartość zmienia się z dnia na dzień i powoli spada, a wynik zmierzony przez zestaw testowy zasadowości będzie również przerażająco niski.
Jeszcze bardziej kłopotliwe jest to, że wstrząs obciążeniowy może powodować konflikty w obrębie społeczności mikrobiologicznej. Nasz basen biochemiczny zawiera nie tylko bakterie nitryfikacyjne, ale także wiele bakterii heterotroficznych, które rozkładają materię organiczną. Bakterie heterotroficzne są znacznie bardziej dominujące niż bakterie nitryfikacyjne, ponieważ szybko się rozmnażają i zaciekle konkurują o pożywienie. Zazwyczaj wszyscy żyją w pokoju, ale gdy pojawiają się wysokie stężenia materii organicznej, bakterie heterotroficzne rozmnażają się jak głodne wilki, konkurując z bakteriami nitryfikacyjnymi o tlen i przestrzeń życiową. Tak jak grupa silnych mężczyzn rzucających się, by złapać jedzenie w stołówce, powoli żujące bakterie nitryfikacyjne nie mogą konkurować i mogą tylko głodować. W tym momencie badanie mikroskopowe ujawni, że kolonie bakteryjne stały się luźne, pierwotniaki zmniejszyły się, a liczba bakterii nitryfikacyjnych, które pierwotnie stanowiły pewien odsetek, gwałtownie spadła. Struktura całej społeczności mikrobiologicznej została zakłócona.
Z biegiem czasu aktywność i ilość bakterii nitryfikacyjnych maleje. Ze względu na wpływ obciążenia, nie tylko cierpią z powodu głodu, niedotlenienia i dyskomfortu pH, ale mogą również umrzeć z powodu degradacji środowiska. Tempo reprodukcji bakterii nitryfikacyjnych jest już powolne, z cyklem generacji wynoszącym kilka dni, w przeciwieństwie do bakterii heterotroficznych, które mogą rozmnażać się przez kilka pokoleń w ciągu jednego dnia. Gdy duża liczba bakterii nitryfikacyjnych umiera, odzyskanie ich staje się trudne. W tym momencie, jeśli zmierzysz azot amonowy w zbiorniku biochemicznym, zauważysz, że azot amonowy na wlocie nie zmniejszył się zbytnio i nadal jest wysoki na wylocie, co wskazuje, że reakcja nitryfikacji prawie się zatrzymała. Wartość azotu amonowego w ściekach zaczyna rosnąć od tego momentu.
Jeśli wpływ obciążenia trwa przez długi czas lub intensywność wpływu jest szczególnie wysoka, sytuacja będzie jeszcze gorsza. System nitryfikacji może całkowicie upaść i nawet jeśli obciążenie dopływu zostanie zmniejszone, azotu amonowego nie można obniżyć z powrotem. Ponieważ bakterie nitryfikacyjne prawie umarły, "siła główna" w basenie biochemicznym zniknęła i wymaga ponownego przeszkolenia. To tak, jakby kucharz w zapleczu kuchni stołówki zmęczył się i uciekł. Nawet jeśli jest mniej klientów, nikt nie może już gotować, więc musimy rekrutować i szkolić nowych ludzi. Proces ten może trwać od jednego lub dwóch tygodni do jednego lub dwóch miesięcy, a azot amonowy w ściekach z pewnością będzie nadal przekraczał normę.
Następnie wartość pH spadnie, co jest jeszcze gorsze dla bakterii nitryfikacyjnych. Kiedy mikroorganizmy rozkładają materię organiczną, wytwarzają kwasy organiczne, a im wyższe obciążenie, tym więcej kwasów jest wytwarzanych. Tymczasem sama reakcja nitryfikacji również zużywa zasadowość, wymagając około 7,14 g równoważnika węglanu wapnia zasadowości na każde 1 g konwersji azotu amonowego. W warunkach wstrząsu obciążeniowego zasadowość jest szybko zużywana bez terminowego uzupełniania, a wartość pH w zbiorniku biochemicznym spadnie z zwykłych 7,5-8,5 do poniżej 7, a nawet do 6,5. Bakterie nitryfikacyjne najlepiej nadają się do pracy w neutralnym środowisku alkalicznym. Wraz ze spadkiem pH ich aktywność jest jak zamrożona, a szybkość reakcji znacznie spada. W tym momencie, gdy zmierzysz pH, zauważysz, że wartość zmienia się z dnia na dzień i powoli spada, a wynik zmierzony przez zestaw testowy zasadowości będzie również przerażająco niski.
Jeszcze bardziej kłopotliwe jest to, że wstrząs obciążeniowy może powodować konflikty w obrębie społeczności mikrobiologicznej. Nasz basen biochemiczny zawiera nie tylko bakterie nitryfikacyjne, ale także wiele bakterii heterotroficznych, które rozkładają materię organiczną. Bakterie heterotroficzne są znacznie bardziej dominujące niż bakterie nitryfikacyjne, ponieważ szybko się rozmnażają i zaciekle konkurują o pożywienie. Zazwyczaj wszyscy żyją w pokoju, ale gdy pojawiają się wysokie stężenia materii organicznej, bakterie heterotroficzne rozmnażają się jak głodne wilki, konkurując z bakteriami nitryfikacyjnymi o tlen i przestrzeń życiową. Tak jak grupa silnych mężczyzn rzucających się, by złapać jedzenie w stołówce, powoli żujące bakterie nitryfikacyjne nie mogą konkurować i mogą tylko głodować. W tym momencie badanie mikroskopowe ujawni, że kolonie bakteryjne stały się luźne, pierwotniaki zmniejszyły się, a liczba bakterii nitryfikacyjnych, które pierwotnie stanowiły pewien odsetek, gwałtownie spadła. Struktura całej społeczności mikrobiologicznej została zakłócona.
Z biegiem czasu aktywność i ilość bakterii nitryfikacyjnych maleje. Ze względu na wpływ obciążenia, nie tylko cierpią z powodu głodu, niedotlenienia i dyskomfortu pH, ale mogą również umrzeć z powodu degradacji środowiska. Tempo reprodukcji bakterii nitryfikacyjnych jest już powolne, z cyklem generacji wynoszącym kilka dni, w przeciwieństwie do bakterii heterotroficznych, które mogą rozmnażać się przez kilka pokoleń w ciągu jednego dnia. Gdy duża liczba bakterii nitryfikacyjnych umiera, odzyskanie ich staje się trudne. W tym momencie, jeśli zmierzysz azot amonowy w zbiorniku biochemicznym, zauważysz, że azot amonowy na wlocie nie zmniejszył się zbytnio i nadal jest wysoki na wylocie, co wskazuje, że reakcja nitryfikacji prawie się zatrzymała. Wartość azotu amonowego w ściekach zaczyna rosnąć od tego momentu.
Jeśli wpływ obciążenia trwa przez długi czas lub intensywność wpływu jest szczególnie wysoka, sytuacja będzie jeszcze gorsza. System nitryfikacji może całkowicie upaść i nawet jeśli obciążenie dopływu zostanie zmniejszone, azotu amonowego nie można obniżyć z powrotem. Ponieważ bakterie nitryfikacyjne prawie umarły, "siła główna" w basenie biochemicznym zniknęła i wymaga ponownego przeszkolenia. To tak, jakby kucharz w zapleczu kuchni stołówki zmęczył się i uciekł. Nawet jeśli jest mniej klientów, nikt nie może już gotować, więc musimy rekrutować i szkolić nowych ludzi. Proces ten może trwać od jednego lub dwóch tygodni do jednego lub dwóch miesięcy, a azot amonowy w ściekach z pewnością będzie nadal przekraczał normę.
Innym łatwo pomijanym punktem jest to, że osadnik również jest podatny na problemy po wstrząsie obciążeniowym, pośrednio prowadząc do wzrostu azotu amonowego. Pod wpływem obciążenia aktywność mikrobiologiczna jest słaba, a efekt koagulacji kłaczków mikrobiologicznych jest słaby. Może to prowadzić do pęcznienia osadu i wycieku osadu w osadniku. Duża liczba bakterii nitryfikacyjnych wypływa z systemu wraz z osadem, a populacja mikrobiologiczna w basenie maleje, naturalnie powodując spadek zdolności oczyszczania. W tym momencie, jeśli pójdziesz do osadnika i spojrzysz, na powierzchni wody będzie warstwa drobnego osadu, a duża ilość osadu zostanie również wyprowadzona z wylotu. Zmierz stężenie osadu (MLSS), a zauważysz, że jest ono znacznie niższe niż zwykle.
Ktoś może zapytać, dlaczego azot amonowy nie zmniejszył się po przejściu wstrząsu obciążeniowego? Dzieje się tak dlatego, że regeneracja bakterii nitryfikacyjnych wymaga czasu. Podobnie jak wtedy, gdy osoba jest przepracowana i chora, to nie jest coś, co można wyleczyć w ciągu jednego dnia odpoczynku, muszą powoli o siebie dbać. Nawet jeśli obciążenie dopływu powróci do normy, a czynniki środowiskowe, takie jak rozpuszczony tlen i pH, zostaną ponownie dostosowane, bakterie nitryfikacyjne będą musiały się ponownie rozmnażać i gromadzić, co może zająć kilka dni lub tygodni. W tym okresie regeneracji azot amonowy w ściekach pozostanie wysoki, aż do pełnego przywrócenia funkcji systemu nitryfikacji.
Podsumujmy ten proces: nagły wzrost obciążenia → szybki wzrost zużycia tlenu przez mikroorganizmy, niewystarczająca ilość rozpuszczonego tlenu → rozkład materii organicznej w celu wytworzenia kwasu, zużycie zasadowości, spadek pH → duża proliferacja bakterii heterotroficznych, zajmujących przestrzeń życiową bakterii nitryfikacyjnych → hamowanie aktywności bakterii nitryfikacyjnych, redukcja ilości → znaczny spadek wydajności konwersji azotu amonowego → spływ osadu z osadnika, nasilony ubytek mikrobiologiczny → ciągły wzrost azotu amonowego w ściekach → nawet po zakończeniu wpływu, system nitryfikacji nadal potrzebuje czasu na regenerację, a azot amonowy pozostaje wysoki.
Rozumiejąc ten proces, możemy lepiej zapobiegać i reagować na wstrząsy obciążeniowe w naszym codziennym życiu. Na przykład wzmacniając monitorowanie dopływu wody w celu wykrywania nienormalnych wahań z wyprzedzeniem; Zoptymalizuj system napowietrzania, aby zapewnić wystarczającą wydajność dostarczania tlenu; Zarezerwuj pewne środki alkaliczne i uzupełniaj je w odpowiednim czasie, jeśli to konieczne; Zapewnij odpowiednią kontrolę nad recyrkulacją osadu, aby zapobiec wyciekom osadu i innym problemom. Wykonując te zadania dobrze, możemy zminimalizować wpływ wstrząsu obciążeniowego na azot amonowy w ściekach, czyniąc nasz system oczyszczania ścieków bardziej stabilnym i niezawodnym.
