Der Betrieb des Belebtschlammprozesses erfordert die ordnungsgemäße Kontrolle zahlreicher Parameter, einschließlich der Kontrolle von MLSS, einem der am häufigsten verwendeten Indikatoren im täglichen Betrieb von Abwassersystemen.
1. Definition von MLSS
Die Belebtschlammkonzentration bezieht sich auf den Gehalt an suspendierten Feststoffen in der gemischten Flüssigkeit am Auslass des Belebungsbeckens, angegeben durch das Symbol MLSS, in der Einheit mg/L. Es dient zur Messung der Belebtschlammmenge im Belebungsbecken. Der Gesamtumfang von MLSS umfasst die folgenden vier Aspekte:
Aktive Mikroorganismen;
Nicht-biologisch abbaubares organisches Material, das am Belebtschlamm adsorbiert ist;
Rückstände der mikrobiellen Selbst-oxidation;
Anorganische Materie.
Beim Betrieb ist besonders zu beachten, dass sich MLSS nur auf die Konzentration der Mischlauge im Belebungsbecken bezieht, nicht jedoch auf die Konzentration der Mischlauge im Nachklärbecken. Darüber hinaus ist es bei der Überwachung der Mischlaugekonzentration im Belebungsbecken von entscheidender Bedeutung, die Konzentration der Mischlauge am Auslass des Belebungsbeckens als Maßstab für die Messung der Belebtschlammkonzentration im gesamten Belebungsbecken zu verwenden.
2. Zusammenhang zwischen der Schlammkonzentration und anderen Kontrollindikatoren
1. Zusammenhang zwischen Belebtschlammkonzentration und Schlammalter
Das Schlammalter ist ein betriebliches Mittel zur Erreichung des Schlammalterziels durch die Entfernung von Belebtschlamm. Ein angemessener Bereich zur Kontrolle der Belebtschlammkonzentration kann durch ein angemessenes Schlammalter und das Futter-zu-Verhältnis angegeben werden. Wenn die Belebtschlammkonzentration übermäßig erhöht wird, ist das Schlammalter sogar besonders lang und überschreitet den normalerweise kontrollierten Schlammalterwert, selbst wenn die Konzentration der einströmenden organischen Substanz nicht hoch ist. Dies weist eindeutig darauf hin, dass die Belebtschlammkonzentration zu hoch kontrolliert wird, was viel genauer ist, als anhand ihres Absolutwerts zu beurteilen, ob die Belebtschlammkonzentration kontrolliert werden muss.
2. Zusammenhang zwischen Belebtschlammkonzentration und Wassertemperatur
Das Wachstum, die Vermehrung und der Stoffwechsel von Belebtschlamm im biologischen Klärbecken stehen in engem Zusammenhang mit der Wassertemperatur. Mit jedem Rückgang der Wassertemperatur um 10 Grad verringert sich die Aktivität des Belebtschlamms um die Hälfte; Wenn die Wassertemperatur unter 10 Grad liegt, ist die Behandlungswirkung eindeutig schlecht. Um diesem Problem entgegenzuwirken, kann die Belebtschlammkonzentration angepasst werden, um Änderungen der Wassertemperatur zu bewältigen:
Wenn die Wassertemperatur niedrig ist, kann die Belebtschlammkonzentration erhöht werden, um die negativen Auswirkungen einer verringerten Belebtschlammaktivität auszugleichen und so eine höhere Entfernungseffizienz bei niedrigen Wassertemperaturen zu erreichen.
Bei hoher Wassertemperatur ist die Belebtschlammaktivität stark. Eine zu hohe Belebtschlammkonzentration beeinträchtigt die Belebtschlammabsetzung. In diesem Fall kann durch eine Reduzierung der Belebtschlammkonzentration die Bildung unruhiger Flocken und trüber Überstände verhindert werden.
3. Die Beziehung zwischen der Belebtschlammkonzentration und dem Absetzverhältnis des Belebtschlamms
Die Konzentration des Belebtschlamms beeinflusst das endgültige Absetzverhältnis. Eine höhere Belebtschlammkonzentration führt zu einem höheren Endabsetzverhältnis und umgekehrt. Denn eine höhere Belebtschlammkonzentration führt zu einer größeren biologischen Menge, was zu einem höheren Absetzverhältnis nach Kompression und Sedimentation führt. Ein wesentlicher Unterschied zu anderen Faktoren, die das Absetzverhältnis erhöhen können, besteht darin, zu beobachten, ob der komprimierte Belebtschlamm dicht ist und ob seine Farbe dunkelbraun ist. In Fällen, in denen eine erhöhte Nicht--Belebtschlammkonzentration zu einem höheren Absetzverhältnis führt, ist dies normalerweise auf eine schlechte Verdichtung und eine stumpfere Farbe zurückzuführen.
Selbstverständlich wirkt sich auch eine zu niedrige Belebtschlammkonzentration erheblich auf das Absetzverhältnis aus. Die Ursache liegt jedoch häufig nicht in einer absichtlichen Senkung der Belebtschlammkonzentration durch die Betreiber, sondern in einer zu geringen Konzentration an organischer Substanz im Zulauf. In solchen Fällen versuchen die Betreiber, die Konzentration des Belebtschlamms zu niedrig zu halten, diese zu erhöhen, was zu einer Alterung des Belebtschlamms führt. Die Beobachtung des abschließenden Absetzverhältnisses zeigt typische Anzeichen einer Belebtschlammalterung: hohe Kompressibilität, dunkle Farbe und ein klarer Überstand mit feinen Flocken.
Wenn aufgrund eines abnormalen Schlammabflusses ein niedriges Absetzverhältnis auftritt, zeigt die Beobachtung auch, dass der abgesetzte Belebtschlamm eine blasse Farbe hat, eine schlechte Komprimierbarkeit aufweist und spärlich ist.
3. Der Einfluss der Schlammkonzentration auf die Nitrifikation und Denitrifikation
1. Der Einfluss der Schlammkonzentration auf die Nitrifikation
Viele Umweltfaktoren beeinflussen die Nitrifikation, darunter pH-Wert, Temperatur, SRT, DO, BSB/TKN, Schlammkonzentration und toxische Substanzen. In tatsächlichen Kläranlagen können während des Prozessbetriebs nur Parameter wie SRT, DO, BSB/TKN und Schlammkonzentration gesteuert werden.
A. Bei der aeroben Nitrifikation führen höhere Schlammkonzentrationen zu einer relativ höheren Konzentration nitrifizierender Bakterien, was zu einer höheren aeroben Nitrifikationsrate unter Bedingungen hoher Schlammkonzentration führt.
B. Um das Vorhandensein nitrifizierender Bakterien im biologischen Schlamm sicherzustellen, ist ein bestimmtes Schlammalter erforderlich. Durch die Schaffung günstiger Lebensbedingungen für nitrifizierende Bakterien wird ihr Anteil in der mikrobiellen Gemeinschaft weiter erhöht und damit ihre Konzentration erhöht. Bei hohen Schlammkonzentrationen wird im anaeroben Stadium mehr BSB verbraucht, was zu einem relativ niedrigeren BSB/TKN-Verhältnis im aeroben Stadium führt.
Einige Studien haben einen umgekehrten Zusammenhang zwischen dem Anteil nitrifizierender Bakterien im Belebtschlamm und dem BSB/TKN gezeigt. Da nitrifizierende Bakterien autotroph sind, ist die Konzentration an organischem Substrat kein limitierender Faktor für ihr Wachstum. Wenn jedoch die Konzentration des organischen Substrats zu hoch ist, führt dies dazu, dass sich heterotrophe Bakterien mit hoher -Wachstumsrate-schnell vermehren und um gelösten Sauerstoff konkurrieren. Dies verlangsamt das Wachstum autotropher Bakterien und verhindert, dass aerobe nitrifizierende Bakterien einen Vorteil erlangen, was zu einer verringerten Nitrifikationsrate führt.
C. Gelöster Sauerstoff (DO) ist im Allgemeinen ein wichtiger Indikator in der Nitrifikationsstufe von Kläranlagen, typischerweise über 2 mg/L. Bei den meisten Oxidationsgrabenprozessen ist es schwierig, den durchschnittlichen DO-Wert innerhalb des Grabens auf 2 mg/L zu bringen und er bleibt im Allgemeinen bei 1 mg/L oder weniger. Der Nitrifikationseffekt ist jedoch immer noch gut. Der Grund dafür ist, dass die relativ hohe Schlammkonzentration, die für Oxidationsgräben typisch ist, zwar zu einem niedrigeren Sauerstoffgehalt führt, aber andere Faktoren fördert, die die Nitrifikation begünstigen.
Eine erhöhte Schlammkonzentration erhöht das effektive Volumen des biologischen Klärbeckens und verringert gleichzeitig die Belastung. Aus einer anderen Perspektive erhöht eine zunehmende Schlammkonzentration auch die aerobe Kapazität von Mikroorganismen. Unter den gleichen Belüftungsbedingungen sollte auch der Messwert des Messgeräts für gelösten Sauerstoff niedriger sein. Die oben genannten Punkte erklären, dass eine Erhöhung der Schlammkonzentration den Wert des gelösten Sauerstoffs (DO) im biologischen Klärbecken angemessen senken und gleichzeitig einen guten Nitrifikationsgrad aufrechterhalten kann.
D. Um ein normales Wachstum und eine normale Vermehrung nitrifizierender Bakterien im Belebtschlamm zu gewährleisten, sollte das Schlammalter im Allgemeinen auf mehr als 8 Tage begrenzt werden. Um jedoch einen relativ ausgewogenen Wettbewerbsvorteil der nitrifizierenden Bakterien gegenüber anderen heterotrophen Bakterien zu gewährleisten, sollte das Schlammalter erhöht werden, ohne dass es zu einer starken Alterung des Schlamms kommt, die die Schlammkonzentration im biologischen System entsprechend erhöht.
2. Der Einfluss der Schlammkonzentration auf die Denitrifikation
Biologische Denitrifikation ist der Prozess, bei dem denitrifizierende Bakterien den ionischen Sauerstoff in Nitraten nutzen, um organisches Material unter anoxischen Bedingungen zu zersetzen. Nitrat wird zu N2 reduziert, wodurch der Denitrifikationsprozess abgeschlossen ist. Denitrifizierende Bakterien sind heterotrophe fakultative Bakterien, die in Abwasseraufbereitungssystemen häufig vorkommen. Unter aeroben Bedingungen nutzen sie Sauerstoff für die Atmung und den oxidativen Abbau organischer Stoffe.
Unter Bedingungen ohne molekularen Sauerstoff, wenn Nitrat- und Nitritionen gleichzeitig vorhanden sind, können sie den Sauerstoff in diesen Ionen zur Atmung, Oxidation und Zersetzung organischer Stoffe nutzen. Denitrifizierende Bakterien können im Denitrifikationsprozess eine Vielzahl organischer Substrate als Elektronendonatoren nutzen, darunter Kohlenhydrate, organische Säuren, Alkohole und sogar Verbindungen wie Alkane, Benzoate und andere Benzolderivate, die oft die Hauptbestandteile von Abwasser sind. Viele Faktoren beeinflussen die Denitrifikationsrate, einschließlich pH-Wert, Temperatur, gelöster Sauerstoff (DO), Kohlenstoff-zu-Stickstoff-Verhältnis (C/N-Verhältnis) und Schlammkonzentration. In echten Kläranlagen können während des Prozessbetriebs nur Parameter wie Sauerstoffgehalt und Schlammkonzentration kontrolliert werden. Obwohl das C/N-Verhältnis der wichtigste Einflussfaktor bei der Denitrifikationsreaktion ist, hängt es stark von der Qualität des Zulaufwassers ab und ist in der Praxis im Allgemeinen schwer zu kontrollieren.
A. Denitrifikation erfordert die Abwesenheit von molekularem Sauerstoff, damit denitrifizierende Bakterien den ionischen Sauerstoff in Nitraten und Nitriten nutzen können, um organisches Material zu zersetzen. Wie bereits erwähnt, können biologische Systeme mit hohen Schlammkonzentrationen den gelösten Sauerstoff (DO) während der Nitrifikation angemessen reduzieren und gleichzeitig die Nitrifikationseffizienz aufrechterhalten. Daher verringert die Senkung des gelösten Sauerstoffs am Ende der Nitrifikation effektiv den in der Nitratrücklaufflüssigkeit enthaltenen gelösten Sauerstoff, verringert den Einfluss von molekularem Sauerstoff auf den Denitrifikationsprozess in der anoxischen Zone und verbessert die Fähigkeit der denitrifizierenden Bakterien, Kohlenstoffquellen zu nutzen.
Gleichzeitig führen hohe Schlammkonzentrationen auch zu einer relativ starken endogenen metabolischen aeroben Kapazität, wodurch gelöster Sauerstoff in den Rücklauf- und anoxischen Zonen weiter verbraucht wird. Darüber hinaus verändern sehr hohe Schlammkonzentrationen die Viskosität der Mischflüssigkeit, erhöhen den Diffusionswiderstand und verringern so den in der Rücklaufflüssigkeit mitgeführten gelösten Sauerstoff. Bei einigen Behandlungsprozessen, bei denen offene Kanäle als Rücklaufkanäle verwendet werden, kann dies die für den Rückfluss erforderliche Sauerstoffanreicherung verringern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass hohe Schlammkonzentrationen eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung des gelösten Sauerstoffs während der Denitrifikationsstufe im tatsächlichen Prozessbetrieb spielen.
B. Da denitrifizierende Bakterien heterotrophe fakultative Bakterien sind und in Abwasseraufbereitungssystemen häufig vorkommen, kann eine Erhöhung der Schlammkonzentration im System die Konzentration denitrifizierender Bakterien wirksam erhöhen. Die Denitrifikationsrate ist weitgehend unabhängig von den Nitrat- und Nitritkonzentrationen, zeigt jedoch eine Reaktion erster-Ordnung mit der Konzentration denitrifizierender Bakterien.
Daher können hohe Schlammkonzentrationen im tatsächlichen Prozessbetrieb die Denitrifikationszeit verkürzen und das effektive Volumen der anoxischen Zone verringern. Bei einem festen effektiven Volumen in der anoxischen Zone ermöglichen hohe Schlammkonzentrationen eine bessere Nutzung der relativ schwer-abbaubaren-organischen Substanz in der organischen Matrix als Kohlenstoffquelle. Dies ist besonders wichtig für Stickstoff- und Phosphorentfernungsprozesse, insbesondere wenn die Kohlenstoffquellen nicht ausreichen.
C. Hohe Schlammkonzentrationen führen zu relativ größeren mikrobiellen Flockendurchmessern. Während der Nitrifikation führt der niedrige Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu einem geringeren Sauerstoffdruckgradienten, was die Bildung anoxischer Umgebungen innerhalb der Flocken erleichtert und so die Denitrifikation fördert. Daher können hohe Schlammkonzentrationen eine gleichzeitige Denitrifikation begünstigen.
4. Der Einfluss der Schlammkonzentration auf die biologische Phosphorentfernung
Der Schlüssel zur biologischen Phosphorentfernung liegt in der Erhöhung des Anteils der Polyphosphat-{0}ansammelnden Bakterien im Belebtschlammsystem und gleichzeitiger Förderung ihres schnellen Wachstums und ihrer Vermehrung während des Systembetriebs, wodurch ein hoher Phosphorgehalt in den Polyphosphat--ansammelnden Bakterien bei der Entladung aufrechterhalten wird.
Um den Anteil polyphosphatakkumulierender (PAC) Bakterien im Belebtschlamm des Systems zu erhöhen, müssen günstigere Umgebungs- und hydraulische Bedingungen für deren Wachstum und Vermehrung geschaffen werden. Dies bedeutet, dass im Prozessablauf eine gute anaerobe und aerobe Umgebung herrscht. Die Kontrolle von Umweltfaktoren in der anaeroben Zone ist besonders wichtig für das Wachstum und die Vermehrung von PAC-Bakterien und die Erzielung einer Phosphorentfernung. Eine hohe Schlammkonzentration in der anaeroben Zone ist für PAC-Bakterien vorteilhafter.
Die Effizienz der biologischen Phosphorentfernung hängt eng mit dem Schlammalter zusammen. Erst ab einem bestimmten Schlammalter (ca. 3 Tage) kann überschüssiger Phosphor effektiv entfernt werden und die Phosphorentfernungsfunktion erreicht werden. Da die Schlammkonzentration bei einem festen Zufluss an suspendierten Feststoffen (SS) direkt proportional zum Alter des Schlamms ist, ist der Phosphorentfernungseffekt umso schlechter, je höher die Schlammkonzentration über einen bestimmten Bereich hinaus ist.
A. Unter Beibehaltung eines für die Effizienz der Phosphorentfernung ausreichenden Schlammalters führt eine Erhöhung der Schlammkonzentration in der anaeroben Zone zu einer entsprechend höheren Konzentration an PAC-Bakterien. Dies erhöht die Menge an Phosphor freisetzenden Mikroorganismen, was wiederum die Menge an nachfolgenden aeroben Phosphor absorbierenden Mikroorganismen erhöht und so den gesamten Phosphorentfernungseffekt des Systems verbessert.
B. In der anaeroben Zone absorbieren Polyphosphat-ansammelnde Bakterien VFA und setzen Phosphor frei. Gleichzeitig kann die anaerobe Zone unter Bedingungen hoher Schlammkonzentration als anaerober Versäuerungsabschnitt des Systems dienen und hochmolekulare, widerspenstige organische Stoffe im Wasser anaerob hydrolysieren. Die bei der Phosphorfreisetzung durch Polyphosphat-akkumulierende Bakterien freigesetzte Energie kann zur aktiven Absorption von Essigsäure, H+ usw. genutzt werden, wodurch PHB gebildet und in den Bakterien gespeichert wird. Dies fördert den Versauerungsprozess organischer Stoffe, verbessert die biologische Abbaubarkeit des Abwassers und erhöht die Kohlenstoffquelle, die für Denitrifikationsreaktionen in nachfolgenden Behandlungsprozessen verwendet wird.
