Belebtschlamm (I) verstehen – Herkunft, Struktur, mikrobielle Gemeinschaft und Leistungsindikatoren

Einleitung: Lassen Sie uns heute etwas über den Protagonisten der biologischen Behandlung lernen – Belebtschlamm (den Träger verschiedener Mikroorganismen). Es spielt eine entscheidende Rolle in biologischen Behandlungsprozessen und entfernt Schadstoffe wie CSB, Ammoniakstickstoff, Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor aus dem Abwasser durch die verschiedenen Mikroorganismen im Schlamm. Wer Kläranlagen besucht hat, kann einen schwachen, schlammigen Geruch wahrnehmen; Das ist der Geruch von Belebtschlamm!

Belebtschlamm wurde erstmals 1912 von Clark und Gage in Großbritannien im Rahmen eines kleinen Experiments entdeckt. Im Experiment führte eine längere Belüftung des Abwassers zu Schlammbildung und die Wasserqualität verbesserte sich deutlich. Anschließend untersuchten Arden und Lockgtt dieses Phänomen.

Die Belüftungsexperimente wurden in Flaschen durchgeführt. Am Ende jedes Versuchstags wurden die Flaschen geleert und der Vorgang begann am nächsten Tag erneut. Sie entdeckten zufällig, dass der Behandlungseffekt tatsächlich besser war, wenn Schlamm an den Flaschenwänden haftete, weil die Flaschen nicht gründlich gereinigt wurden. Sie erkannten die Bedeutung des an den Flaschenwänden zurückgebliebenen Schlamms und nannten ihn Belebtschlamm.

Anschließend ließen sie das belüftete Abwasser vor dem Ende jedes Tagesexperiments absetzen, wobei sie nur die oberste Schicht des gereinigten Wassers verwarfen und den Schlamm am Boden zurückließen, der am nächsten Tag verwendet werden konnte. Dadurch konnte die Abwasseraufbereitungszeit deutlich verkürzt werden.

1916 wurde die erste Belebtschlammkläranlage nach diesem Versuchsverfahren gebaut.

Belebtschlamm ist eine flockige Substanz, die aus einer Mischung mikrobieller Gemeinschaften wie Bakterien, Pilzen, Protozoen und Metazoen mit suspendierten und kolloidalen Substanzen im Abwasser entsteht. Es verfügt über eine starke Fähigkeit zur Adsorption und Zersetzung organischer Stoffe, gute Absetzeigenschaften und eine biochemische Aktivität.

Flocken und fadenförmige Bakterien sind wichtige Bestandteile von Belebtschlamm.

Flocken entstehen durch die Aggregation von Bakterien mit Schleim oder Kapseln. Sie adsorbieren Verunreinigungen und freie Mikroorganismen im Abwasser, verleihen dem Belebtschlamm hervorragende Absetzeigenschaften und schützen die Mikroorganismen im Abwasser vor der Aufnahme oder Vergiftung.

Filamentöse Bakterien bilden das Skelett von Belebtschlamm. Sie wachsen und verlängern sich unter der Anlagerung von Flocken, wodurch die Flocken größere Partikel bilden und gleichzeitig die Lockerheit des Belebtschlamms erhalten bleiben.

Im Aussehen ist Belebtschlamm im Allgemeinen gelb oder bräunlich-gelb. Es wird schwarz, wenn die Sauerstoffversorgung unzureichend oder anaerob ist, und grau-weiß, wenn die Sauerstoffversorgung zu hoch und die Nährstoffe unzureichend sind. Belebtschlamm hat einen hohen Wassergehalt, im Allgemeinen über 99 %, und seine Dichte ist ähnlich wie Wasser, typischerweise 1,002–1,003 kg/l.

In Belebtschlamm-Mikroorganismen ernähren sich Protozoen von Bakterien, während sich Metazoen sowohl von Protozoen als auch von Bakterien ernähren und so eine Nahrungskette und eine ausgewogene biologische Gemeinschaft bilden. Belebtschlammbakterien liegen häufig in Form von Flocken vor, in freiem Zustand sind weniger vorhanden. Dies gibt den Bakterien die Fähigkeit, schädlichen äußeren Einflüssen zu widerstehen. Freie Bakterien lassen sich nicht leicht ansiedeln, können aber von Protozoen gefressen werden, wodurch das Abwasser aus dem Absetzbecken klarer wird.

1. Bakterien

Bakterien sind einzellige Organismen. Sie sind im Belebtschlamm vielfältig, zahlreich und winzig klein, besitzen eine starke Fähigkeit zur Adsorption und Zersetzung organischer Stoffe und spielen eine entscheidende Rolle bei der Abwasserbehandlung.

In der Anfangsphase der Belebtschlammkultivierung sind Bakterien im Abwasser weitgehend frei. Während sich der Schlamm allmählich bildet, sammeln sie sich nach und nach zu größeren Gruppen.

(1) Flocken: Dies sind winzige, sichtbare Partikel, die aus Bakterien und ihren abgesonderten gelatineartigen Substanzen bestehen. Die meisten Bakterien im Belebtschlamm sind in gallertartigen Substanzen eingeschlossen, die in Form von Flocken vorliegen. Flocken sind das strukturelle und funktionelle Zentrum von Belebtschlamm und besitzen Eigenschaften wie Adsorption, oxidative Zersetzung und Koagulationssedimentation.

(2) Filamentöse Bakterien: Hierbei handelt es sich um eine Art von Bakterien, deren Zellen, mit oder ohne Kapside, miteinander verbunden sind, um Filamente zu bilden. Fadenförmige Bakterien heften sich häufig an die Bakterienflocken und verflechten sich mit ihnen, wodurch das Skelett des Faulschlamms entsteht. Wenn sie sich jedoch in großer Zahl vermehren, können sie die Flockungs- und Absetzeigenschaften von Belebtschlamm verschlechtern und in schweren Fällen zu einer Schlammblähung führen.

(3) Nitrifizierende Bakterien Nitrifizierende Bakterien sind eine Art autotropher Bakterien, die Ammoniak und Nitrit abbauen können. Sie umfassen zwei physiologische Untergruppen: *Nitrifizierende Bakterien* und *Nitrifizierende Bakterien*, die zu einer unabhängigen Familie-Nitrifizierende Bakterienfamilie gehören. Nitrifizierende Bakterien gewinnen Energie zur Deckung ihres Stoffwechselbedarfs, indem sie anorganische Verbindungen durch Nitrifikation oxidieren und dabei CO2 als einzige Kohlenstoffquelle nutzen. Sie sind typische chemoautotrophe Bakterien. Nitrifizierende Bakterien verfügen über eine Nitrifikation, die sich auf den Prozess bezieht, bei dem nitrifizierende Bakterien unter aeroben Bedingungen NH3 zu NO2- oxidieren und es weiter zu NO3- oxidieren, wodurch sie die für das Wachstum benötigte Energie erhalten. Die erste Stufe, die Oxidation von NH3 zu NO2-, wird Nitrifikation oder Ammoniakoxidation genannt und durch nitrifizierende Bakterien abgeschlossen; Die zweite Stufe, die Oxidation von NO2- zu NO3-, wird Nitrifikation genannt und durch nitrifizierende Bakterien abgeschlossen. Daher umfasst die häufig diskutierte Nitrifikation eigentlich zwei Stufen: die Nitrifikation durch nitritoxidierende Bakterien und die Nitrifikation durch nitrifizierende Bakterien.

(4) Denitrifizierende Bakterien: Denitrifizierende Bakterien sind chemoheterotrophe Bakterien. Bei Sauerstoffmangel reduzieren sie Nitrate zu Nitriten und weiter Nitrite zu Stickstoffgas, wodurch sie Energie gewinnen. Dies ist im Wesentlichen das Gegenteil der Funktion nitrifizierender Bakterien (die Natur ist auf diese Weise interessant; zwei verschiedene Arten von Bakterien bewerkstelligen den Stickstoffkreislauf). Denitrifizierende Bakterien sind im Boden und im Abwasser weit verbreitet und spielen eine wichtige Rolle bei der Landschaftswasseraufbereitung, der städtischen Flussbewirtschaftung und der Aquakulturaufbereitung.

(5) Hydrolytisch säuernde Bakterien: Hierbei handelt es sich um Bakterien, die große, komplexe organische Moleküle für Lebensaktivitäten in anaeroben Umgebungen nutzen können. Hydrolyse ist der Prozess, bei dem komplexe, unlösliche Polymere in einfache lösliche Monomere oder Dimere umgewandelt werden. Aufgrund ihres hohen relativen Molekulargewichts können hoch{3}molekulare-organische Stoffe die Zellmembranen nicht passieren und können daher nicht direkt von Bakterien genutzt werden. Sie werden zunächst durch die hydrolytische Wirkung bakterieller extrazellulärer Enzyme in kleinere Moleküle umgewandelt. Das typischste Merkmal dieses Stadiums ist, dass die biologische Reaktion extrazellulär abläuft. Bakterien führen biokatalytische Oxidationsreaktionen durch, indem sie extrazelluläre freie Enzyme oder immobilisierte Enzyme freisetzen, die an der Zellwand haften.

Und so weiter ... es gibt viele Arten von Bakterien, daher höre ich hier zunächst auf. Detaillierte Einführungen zu einzelnen Bakterienarten können später bereitgestellt werden.

2. Protozoen

Protozoen sind kleine, einfache, einzellige Tiere mit niedrigem{0}}Level. Im Belebtschlamm aus der Abwasseraufbereitung kommen zahlreiche Protozoen vor. Sie beteiligen sich an der Abwasserreinigung, indem sie organische Partikel aufnehmen. Da Protozoen außerdem empfindlich auf Umweltbedingungen reagieren, ändern sich ihre Zusammensetzung und Menge je nach Umgebungsbedingungen. Daher werden sie häufig als Indikatororganismen eingesetzt. Häufige Beispiele sind Vorticella, Amöben, Flagellaten und schwimmende Ciliaten. Diese Mikroorganismen machen mehr als 80 % der Gesamtmenge aus. Wenn die Anzahl der Individuen 1000/ml übersteigt, sollte es sich um Belebtschlamm mit hoher Reinigungseffizienz handeln.

3. Mikrometazoa

Die wichtigsten Mikrometazoa im Belebtschlamm sind Rädertierchen und Nematoden. Im Allgemeinen ist die Anzahl mikroskopisch kleiner Metazoen im Belebtschlamm relativ gering. In Belebtschlamm mit geringer Belastung, insbesondere in Belebtschlamm mit längerer Belüftung, können Rädertierchen und Oligochaeten jedoch manchmal die dominierenden Arten werden.

04 Leistungsindikatoren für Belebtschlamm Die mikrobielle Gemeinschaft umfasst hauptsächlich Bakterien, Protozoen und Metazoen, wobei Bakterien und Protozoen die beiden Hauptkategorien sind. Zu den Leistungsindikatoren von Belebtschlamm gehören: suspendierte Feststoffe der Mischflüssigkeit (MLSS), Schlammabsetzverhältnis (SV), Schlammvolumenindex (SVI) und Schlammdichteindex (SDI).

Schwebstoffe in gemischter Flüssigkeit (MLSS) stellen das Gesamtgewicht der Feststoffe des Belebtschlamms dar, die in einer Volumeneinheit der gemischten Flüssigkeit in einem Belebungsbecken enthalten sind, d. h.:

MLSS=Ma + Me + Mi + Mii

Ma – Die metabolisch aktive mikrobielle Gemeinschaft;

Ich – Rückstände aus dem endogenen Stoffwechsel und der Selbstoxidation von Mikroorganismen (hauptsächlich Bakterien);

Mi – Inerte organische Substanz, die von Bakterien nur schwer abgebaut werden kann und vom Rohabwasser mitgeführt wird;

Mii – Vom Abwasser eingetragene anorganische Stoffe.

Die Einheit ist mg/L oder kg/m³.

Die flüchtigen suspendierten Feststoffe der gemischten Flüssigkeit (MLVSS) stellen die Konzentration organischer Feststoffe im Belebtschlamm der gemischten Flüssigkeit dar, d. h.:

MLVSS=Ma + Me + Mi

Das Verhältnis von MLVSS zu MLSS wird als f ausgedrückt. Unter normalen Umständen ist der f-Wert relativ fest und liegt für häusliches Abwasser bei etwa 0,75.

Sowohl MLVSS als auch MLSS können verwendet werden, um die Schlammkonzentration in biologischen Behandlungstanks widerzuspiegeln. Tägliche Datenvergleiche können das Wachstum von Belebtschlamm aufdecken. Allerdings schließt MLVSS anorganische Stoffe aus, sodass ihr Wert näher an der tatsächlichen Anzahl der Mikroorganismen liegt.

Die Absetzgeschwindigkeit des Schlamms (SV), auch 30-Minuten-Absetzgeschwindigkeit genannt, ist der Prozentsatz des Volumens des ausgefällten Schlamms, der sich bildet, nachdem sich die gemischte Flüssigkeit 30 Minuten lang in einem Messzylinder abgesetzt hat, ausgedrückt als Prozentsatz (%).

In den frühen Stadien der Belebtschlammkultivierung kann die Absetzgeschwindigkeit genutzt werden, um zunächst das Schlammwachstum zu beobachten. Im Allgemeinen liegt der normale, stabile Belebtschlamm-SV zwischen 20 und 35 %. Ein niedrigerer SV weist auf eine unzureichende Schlammkonzentration hin, während ein höherer SV auf ein übermäßig schnelles Schlammwachstum hinweist (zu viele Nährstoffe, möglicherweise aufgrund einer übermäßigen Kohlenstoffquelle).

Der Schlammvolumenindex (SVI), auch Schlammindex genannt, ist das Volumen des abgesetzten Schlamms (in ml) pro Gramm Trockenschlamm nach 30-minütigem Absetzen in der gemischten Flüssigkeit am Auslass des Belebungstanks. Die Formel zur Berechnung des Schlammvolumenindex lautet:

SVI=SV/MLSS

Der SVI wird zur Beurteilung der Absetzleistung von Schlamm verwendet und liegt normalerweise im Bereich zwischen 70 und 150 ml/g. Ein niedriger SVI-Wert weist auf eine geringe Schlammaktivität und einen hohen Gehalt an anorganischen Stoffen hin; Ein hoher SVI-Wert weist auf eine mögliche Schlammaufblähung und eine schlechte Absetzleistung hin.

Der Schlammdichteindex (SDI), allgemein als Dichte bezeichnet, ist der Kehrwert des SVI.