Belebtschlamm (III) verstehen – Analyse und Lösungen für die „Symptome“ der biochemischen Schlammkultivierung!

Vorwort: In den beiden vorherigen Dokumenten wurden der Ursprung, die mikrobielle Gemeinschaftsstruktur und die Wachstumsumgebung von Belebtschlamm vorgestellt, aber anscheinend sind wir noch nicht fertig. In Sachen Belebtschlamm gibt es noch viel zu besprechen, also machen wir weiter! Schließlich war in meinem Kurs „Water Pollution Control Engineering“ ein Kapitel dem Belebtschlamm gewidmet. Bei der Aufbereitung von biochemischem Schlamm in Kläranlagen treten viele Probleme auf. Hier möchte ich die folgenden Aspekte analysieren, um diese Probleme anzugehen.

Die überwiegende Mehrheit der Kläranlagen nutzt biologische Reinigungsverfahren, wobei das am häufigsten eingesetzte Verfahren dabei das „Belebtschlammverfahren“ ist. Die Inbetriebnahme von Belebtschlamm bringt zwangsläufig einige Probleme mit sich. Einige Probleme sind auf Konstruktionsfehler zurückzuführen, während andere auf Schwankungen in der Qualität des Zuflusswassers zurückzuführen sind. Die meisten Probleme entstehen jedoch durch unzureichende Schlammkultivierung und Akklimatisierung. Diese können grob wie folgt kategorisiert werden:

Probleme mit Schadstoffüberschreitungen:

Was die Überschreitung der Standards bei der Wasserqualität betrifft, sind die häufigsten Schadstoffe, bei denen die Grenzwerte überschritten werden, CSB, Ammoniakstickstoff und Gesamtstickstoff. Bei Phosphor und SS besteht eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass sie die Standards überschreiten. Wenn die biologische Behandlung nicht ausreicht, kann eine physikalisch-chemische Behandlung eingesetzt werden. Solange am stromabwärtigen Ende des Aufbereitungsprozesses ein Koagulations- und Sedimentationsprozess vorgesehen ist, wird der Phosphorgehalt im Allgemeinen den Grenzwert nicht überschreiten.

Der über den Standard hinausgehende CSB ist auf die Unverträglichkeit zwischen Schadstoffen und Mikroorganismen zurückzuführen (es ist zu beachten, dass der Abbau umso schwieriger ist, je komplexer die Struktur und je größer das Molekulargewicht des Schadstoffs ist, weshalb für die Behandlung bestimmte Mikroorganismen erforderlich sind, während bei häuslichem Abwasser dieses Problem nicht auftritt). Mikroorganismen haben eine spezifische Ernährung; Einige Arten von Mikroorganismen haben ihre bevorzugten Nahrungsmittel. Zellulolytische Bakterien lieben beispielsweise ausschließlich Zellulose, mögen andere Nahrungsmittel nicht und können in anderen Umgebungen nicht gedeihen. Natürlich gibt es auch wahllose Mikroorganismen, die Lebensmittel wie Glukose, Mehl, braunen Zucker, Alkohol und häusliche Abwässer akzeptieren, weil sie energiereich und leicht verdaulich sind. Dies ähnelt der Art und Weise, wie die meisten Menschen Rindfleisch, Huhn, Ente, Gans und Meeresfrüchte lieben, aber keinen einzigen Bambussprossen essen könnten – nur der Nationalschatz „Panda“ könnte eine solche Aufgabe bewältigen.

Das Problem eines Überschusses an Ammoniakstickstoff und Gesamtstickstoff wird üblicherweise durch Nitrifikation und Denitrifikation angegangen. Wenn der Ammoniakstickstoff im akzeptablen Bereich liegt, der Gesamtstickstoff jedoch zu hoch ist, deutet dies auf ein Denitrifikationsproblem hin. Dies kommt recht häufig vor und die Ursache ist meist ein Ungleichgewicht des gelösten Sauerstoffs, des pH-Werts oder der Nährstoffe. Ich erinnere mich an das letzte Mal, als ich auf ein Problem mit der Denitrifikation stieß, eine ziemlich drastische Methode anwendete: Ich stoppte das Gebläse und führte eine Denitrifikation im vollen Tank durch, wodurch der Gesamtstickstoff in 8 Stunden von über 100 auf einstellige Werte reduziert wurde. Wenn sowohl Ammoniakstickstoff als auch Gesamtstickstoff zu hoch sind, ist es charakteristisch, dass „Ammoniakstickstoff fast dem Gesamtstickstoff entspricht“. Ich habe noch nie erlebt, dass Ammoniakstickstoff den Standard überschreitet, da nitrifizierende Bakterien relativ einfach zu kultivieren sind, im Gegensatz zu denitrifizierenden Bakterien, die etwas empfindlich sind.

Ich werde Phosphor und Schwebstoffe (SS) nicht analysieren, da diese beiden Indikatoren tatsächlich relativ einfach zu berücksichtigen sind.

Probleme wie Aufschwimmen von Schlamm, Schaum und Schaum

Während des Betriebs einer biologischen Kläranlage können Probleme wie Schlammaufschwimmen, Schlammausdehnung, Schaum und Schwimmschlamm auftreten. Diese Probleme müssen nicht zwangsläufig dazu führen, dass die Abwasserqualität die Standards überschreitet, sie sind jedoch optisch unattraktiv und können auf lange Sicht möglicherweise zu systemischen Problemen führen. Daher ist es wichtig, die Ursache so früh wie möglich zu erkennen und das Problem zu beheben!

Diese Probleme haben im Allgemeinen drei Hauptursachen:
1. Abnormale Qualität des Zulaufwassers, die zu plötzlichen Veränderungen in der Umgebung des biologischen Klärsystems führt, wie z. B. pH-Änderungen. Übermäßige Säure oder Alkalität können Schaum, Schaum oder andere Probleme verursachen. Auch giftige Substanzen, Tenside und zu hohe Zulauffrachten können zu entsprechenden Problemen führen.

2. Während der Inbetriebnahme des biologischen Behandlungssystems können Betriebsfehler zu plötzlichen Änderungen der Systemumgebung (z. B. pH-Wert oder gelöster Sauerstoff) führen, was zu Schlamm, Schaum und Schaum führt.

3. Ungeeignete Tankkonstruktionen (oder andere Tankstrukturen) können zu Kurzschlüssen oder der Entstehung anaerober Zonen führen. Beispielsweise kann ein zu kleiner Winkel im Schlammtrichter des Absetzbeckens zu Schlammansammlungen usw. führen.

Die Ursachen dieser Probleme sind grundsätzlich dieselben, daher werden wir hier eine einheitliche Analyse und Lösungen bereitstellen. Schaum und Schaum treten hauptsächlich in zwei Umgebungen auf: in aeroben Umgebungen (oder Belebungsbecken) und in anaeroben Umgebungen (z. B. Vorklärbecken, Nachklärbecken, anoxische Becken, Hydrolysebecken usw.). Natürlich sind die Gründe für die Schaum- und Schaumbildung in aeroben und anaeroben Umgebungen völlig unterschiedlich.

Analyse der Ursachen und Merkmale von Problemen in aeroben Umgebungen:

1. Abnormale pH-Änderungen. Wie bereits erwähnt, können sowohl zu niedrige als auch zu hohe pH-Werte bei Belüftung zu Schaumbildung führen. Die Qualität des Zulaufwassers und die zugesetzten Chemikalien können analysiert werden, und der pH-Wert des biologischen Aufbereitungstanks sollte rechtzeitig auf den normalen Bereich eingestellt werden. Darüber hinaus senkt der Nitrifikationsprozess in Aerobic-Tanks den pH-Wert, und in Wasser mit hohen Ammoniak-Stickstoffkonzentrationen kann es leicht zu starken pH-Änderungen kommen, die eine rechtzeitige Zugabe von Alkali erfordern, um das Alkalinitätsgleichgewicht aufrechtzuerhalten.

2. Giftige Stoffe und hohe organische Belastung. Beides kann dazu führen, dass Belebtschlamm aufschwimmt und Schaum und Schaum entsteht. Dies ist im Wesentlichen auf die Qualität des Zuflusswassers zurückzuführen (es ist unwahrscheinlich, dass irgendjemand so untätig ist, das Belebungsbecken zu vergiften).

3. Zufluss enthält ölige Substanzen und Tenside. Öle und Tenside können in Verbindung mit Belüftung zu farbigem Schaum führen. Wenn Sie farbigen Schaum sehen, können Sie auf diese Stoffe zurückzuführen sein, da dieser Schaum den gelösten Sauerstoff und das Belüftungssystem negativ beeinflusst.

4. Im biologischen Klärbecken entstehen anaerobe Zonen. Das ist ein Konstruktionsfehler. Lokale anaerobe Bedingungen und Schlammansammlungen können zu einer anaeroben Fermentation des Schlamms führen, wodurch Gas entsteht, das den angesammelten Schlamm an die Oberfläche befördert. In diesem Fall muss der Tank modifiziert werden. Bringen Sie in den anaeroben Zonen Belüftungsvorrichtungen oder Strömungsführungen an, damit das Abwasser fließen kann.

5. Gelöster Sauerstoff ist zu niedrig. Hohe Zuflusskonzentrationen können zu einem Rückgang des gelösten Sauerstoffs im Belebungsbecken führen, oder dies kann durch das Gebläse und die Belüftungsgeräte verursacht werden. Umgebungen mit niedrigem Gehalt an gelöstem Sauerstoff begünstigen das Überleben filamentöser Bakterien. Ein anhaltend niedriger Sauerstoffgehalt kann zu einer übermäßigen Vermehrung filamentöser Bakterien führen, was zu einer Aufblähung des Schlamms führt. Im Allgemeinen sollte der gelöste Sauerstoff im Belebungsbecken nicht weniger als 2 mg/L betragen.

6. Unzureichende oder keine Schlammentfernung über längere Zeiträume. Eine unzureichende Schlammableitung führt zu einem kontinuierlichen Anstieg der Schlammkonzentration im Belebungsbecken. Wenn die Schlammkonzentration 5.000 oder mehr erreicht, führen unzureichende Nährstoffe dazu, dass viele Mikroorganismen „verhungern“, was zu einem Nährstoffmangel führt. Dieser „tote Schlamm“ schwimmt an die Oberfläche und bildet eine dicke Schaumschicht. Daher ist die Kontrolle der Schlammkonzentration von entscheidender Bedeutung. Für einen Kläranlagenmanager oder -techniker ist das Schlammmanagement äußerst wichtig!

Analyse von Problemen und Eigenschaften in anaeroben Umgebungen:

Die Hauptprobleme in anaeroben Umgebungen sind das Aufschwimmen von Denitrifikationsschlamm und das Aufschwimmen von anaerobem Schlamm, die hauptsächlich in Absetzbecken auftreten.

1. Schwimmen des Denitrifikationsschlamms: Eine unvollständige Denitrifikation im anoxischen Tank ermöglicht, dass Nitratstickstoff auf natürliche Weise in den Sedimentationstank gelangt. Die anoxische Umgebung im Absetzbecken löst eine Denitrifikation aus, wodurch der Schlamm an die Oberfläche schwimmt. Dies ist relativ einfach zu lösen (mit Ausnahme des unlösbaren Problems, dass ein anoxischer Tank zu klein ist). Die rechtzeitige Wiederauffüllung der Kohlenstoffquellen im anoxischen Tank ist entscheidend, um den CSB auf etwa dem 4- bis 5-fachen des Gesamtstickstoffgehalts zu halten und sicherzustellen, dass denitrifizierende Bakterien gut ernährt werden und effektiv funktionieren können. Selbstverständlich muss auch das Rückführungsverhältnis der Mischlauge eingehalten werden, idealerweise über 200 %.

2. Anaerobes Schlammschwimmen. Ich habe dieses Problem aus erster Hand miterlebt. Aufgrund des Konstruktionswinkels (im Allgemeinen größer als 55 Grad) ist es schwierig, den Schlamm vollständig aus dem Schlammtrichter des Sedimentationstanks abzulassen, wodurch viele tote Zonen entstehen. Mit der Zeit sammelt sich dieser Schlamm an und schwimmt leicht an die Oberfläche. Jeder, der auf dieses Problem stößt, sollte direkt dem Designteam die Schuld geben.

Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle bei der Inbetriebnahme biologischer Systeme. Durch Beobachtung der Arten von Mikroorganismen kann die Schlammform bestimmt und die Abwasserqualität vorhergesagt werden.

Wenn der Belebtschlamm in gutem Zustand ist:

Wenn der Belebtschlamm in gutem Zustand ist, sind die Flocken relativ groß und setzen sich gut ab. Die mikroskopische Untersuchung zeigt Organismen wie *Vorticella*, *Platycodon*, *Platycodon*, *Platycodon*, verschiedene *Schizothora*, Rädertiere, *Cyclophora* und Oligochaeten – sowohl sitzende als auch kriechende Arten.

Wenn sich Belebtschlamm verschlechtert:

Wenn sich der Belebtschlamm verschlechtert, werden die Flocken kleiner und es treten schnell schwimmende Organismen wie *Trichomonas*, *Trichomonas* und *Trichomonas* auf. Wenn sich der Schlamm stark verschlechtert, sterben Mikroorganismen in großem Umfang ab oder verschwinden fast ganz, die Schlammabsetzung nimmt ab und die Wasseraufbereitungskapazität ist schlecht.

Von der Verschlechterung zur Normalität:

Während der Übergangszeit vom Verfall zum Normalzustand weist Belebtschlamm langsam schwimmende oder kriechende Organismen wie *Platycodon* und *Platycodon* auf.

Belebtschlamm-Blähung:

Die Blähung von Belebtschlamm kommt häufig im Herbst und Winter vor. Zu diesem Zeitpunkt ist die Schlammabsetzung schlecht, mit einem hohen 30-Minuten-Absetzverhältnis, während die Schlammkonzentration relativ niedrig ist, was zu einem relativ hohen Schlammindex (SVI) führt. Fadenbakterien sind die Hauptorganismen, die die Schlammbildung verursachen. Aufgrund der großflächigen Vermehrung fadenförmiger Bakterien erscheint der Belebtschlamm watteartig, mit feinen Partikeln und einer relativ hellen Farbe.

Zu wenig gelöster Sauerstoff:

Wenn der gelöste Sauerstoff im Belebungsbecken dauerhaft nicht ausreicht, wird der Belebtschlamm dunkler als normal und verströmt einen Geruch.

Zu viel gelöster Sauerstoff:

Unter normalen Umständen können unter dem Mikroskop etwa 300 Rädertierchen pro Milliliter Belebtschlamm beobachtet werden, während Sarcoptera unter normalen Bedingungen selten beobachtet werden. Wenn die Belüftungsrate im Belebungsbecken dauerhaft zu hoch ist, treten zahlreiche Sarkopter und Rädertierchen auf.

Geringe Zulaufkonzentration und BSB-Belastung:

Wenn die Abwasserkonzentration und die BSB-Belastung zu niedrig sind, treten Schildläuse auf, die auf eine Nitrifikation hinweisen.

Andere Umweltveränderungen:

Wenn die Indikatorbiomasse im Belebtschlamm stark abnimmt, kann dies auf den Einfluss toxischer Substanzen oder plötzliche Änderungen bestimmter Umweltbedingungen zurückzuführen sein. In solchen Fällen müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Auswirkungen auf Mikroorganismen zu minimieren.

Bei Belebtschlamm-Abwasserbehandlungsprozessen ist die mikroskopische Untersuchung von Mikroorganismen im Belebungsbecken eine entscheidende Methode zur Beurteilung des Betriebszustands des Belebtschlamms und eines der wichtigen Überwachungsinstrumente für die Abwasserbehandlung. Basierend auf Veränderungen der Mikrobenpopulation im Belebungsbecken sollten entsprechende Prozessanpassungen vorgenommen werden, um sicherzustellen, dass der Belebtschlamm in gutem Zustand bleibt und die Abwasserbehandlung den Standards entspricht.