Vai trò của bùn hoạt trong xử lý nước thải là một hệ thống năng động của hệ sinh thái vi khuẩn phức tạp và các quá trình vật lý và hóa học,và cơ chế cốt lõi của nó có thể được phân tích sâu từ sự trao đổi chất vi mô đến mức độ quá trình vĩ mô
1, Cơ chế trao đổi chất hợp tác của cộng đồng vi khuẩn
Phân loại phân cấp các cộng đồng vi khuẩn chức năng
- Cộng đồng vi khuẩn có lợi: chủ yếu bao gồm vi khuẩn dị nhân (như Pseudomonas và Zygomycetes), chịu trách nhiệm về sự phân hủy ban đầu của chất hữu cơ,tiết ra các enzyme ngoài tế bào để thủy phân các phân tử hữu cơ lớn thành các phân tử nhỏ hấp thụ (chẳng hạn như polysaccharides → glucose, protein → axit amin).
- Vi sinh vật chức năng:
- Các vi khuẩn nitrifying (vi khuẩn nitrite, vi khuẩn nitrate): trong điều kiện khí quyển, oxy hóa NH - N thành NO 2 - và NO -.
- Vi khuẩn phi nitri hóa (như Pseudomonas): Trong điều kiện thiếu khí, chúng sử dụng chất hữu cơ làm chất hiến điện tử để giảm NO − xuống N 2.
- Vi khuẩn tích tụ polyphosphate (chẳng hạn như 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).
Phân bổ năng lượng trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn
- Chất chuyển hóa phân hủy: Vật chất hữu cơ oxy hóa và giải phóng năng lượng (khoảng 40% chuyển thành ATP, 60% bị mất dưới dạng năng lượng nhiệt).
- Anabolism: Năng lượng được sử dụng cho sự gia tăng tế bào vi khuẩn (sản xuất bùn), và năng lượng còn lại được tiêu thụ thông qua hô hấp nội sinh.
2, Hiệu ứng tăng cường của các quá trình vật lý và hóa học
Hiệu ứng liên kết của sự hấp thụ, lụt lội
- Giai đoạn hấp thụ:Vi sinh vật nhanh chóng hấp thụ chất hữu cơ thông qua mạng lưới nhớt của EPS (các chất polyme ngoài tế bào) (tốc độ hấp thụ có thể đạt hơn 10 lần tốc độ phân hủy).
- Cơ chế lưu thông:
- Biological flocculation: Polysaccharides và protein trong EPS tiết ra bởi vi sinh vật hoạt động như flocculants sinh học để thúc đẩy hình thành floc.
- Phân hòa điện tích: Bằng cách sử dụng các ion Ca 2 + và Mg 2 + để giảm điện tích âm trên bề mặt ốc thể và giảm đẩy.
- Hiệu quả mưa: Các lớp vỏ tốt (SVI = 100 ~ 150 mL / g) đạt được tách nước bùn trong bể lắng đọng thứ cấp, và nồng độ bùn trở lại có thể đạt 3000 ~ 5000 mg / L.
Kiểm soát chuyển tải và khuếch tán khối lượng
- Phân tích oxy hòa tan: Phân phối không đồng đều của oxy hòa tan trong bể thông khí tạo thành một môi trường vi mô (các giao diện anoxic aerobic), thúc đẩy nitrification đồng bộ và denitrification.
- Phân tán chất nền: Tốc độ chuyển chất hữu cơ từ pha nước sang bề mặt tế bào vi khuẩn ảnh hưởng đến hiệu quả phân hủy,có thể được tối ưu hóa bằng cách tăng cường độ khuấy.
3, Lỗ thuật điều khiển các thông số quy trình
Các thông số điều khiển chính
- Tuổi bùn (SRT): xác định cấu trúc quần thể vi khuẩn (ví dụ: SRT dài thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn nitrifying, SRT ngắn ức chế vi khuẩn sợi).
- Trọng lượng bùn (F / M): Trọng lượng cao (0,3 ~ 0,6 kgBOD / kgMLSS · d) tăng tốc độ phân hủy chất hữu cơ nhưng có thể dễ dàng gây ra sưng bùn; Trọng lượng thấp (< 0,15 kgBOD / kgMLSS · d) có lợi cho nitrification.
Tỷ lệ trào ngược (R): ảnh hưởng đến nồng độ bùn và hiệu quả xử lý của bể thông khí (thường là 20% ~ 100%).
Hướng tối ưu hóa các quy trình điển hình
Quá trình A / O: Việc loại bỏ phốt pho được đạt được thông qua sự thay thế khí aerobic vô khí, và ORP trong vùng vô khí cần phải được kiểm soát ở -150 ~ 250 mV.
- Một quy trình 2/O: Tăng giai đoạn anox để tăng cường khử nitri hóa, đòi hỏi phân bổ nguồn carbon cân bằng (khử nitri hóa ưu tiên, tiếp theo là loại bỏ phốt pho).
Quá trình SBR: Tích hợp đa chức năng đạt được thông qua kiểm soát chuỗi thời gian, đòi hỏi tối ưu hóa cường độ thông khí và thời gian trầm tích.
4Những thách thức và chiến lược đối phó trong quá trình hoạt động
Phân tích vấn đề chung
- Sốt sục: Sự gia tăng quá mức của vi khuẩn sợi dẫn đến SVI> 200 mL / g, có thể bị ức chế bằng cách thêm Fe 3 + hoặc điều chỉnh F / M.
-Sludge lão hóa: Hoạt động tải thấp lâu dài dẫn đến phồng, đòi hỏi phải thải bùn hoặc tăng tải để kích hoạt sự trao đổi chất.
- Hiệu quả phi nitri là hạn chế: khi nguồn carbon không đủ, methanol / natri acetate có thể được bổ sung, hoặc quy trình MBR có thể được sử dụng để mở rộng SRT.
Công nghệ điều khiển thông minh
- Giám sát trực tuyến: Phản hồi thời gian thực về trạng thái quy trình thông qua các cảm biến DO, pH, ORP.
- Dự đoán mô hình: Áp dụng ASM (mô hình bùn hoạt động) để mô phỏng các quá trình trao đổi chất và tối ưu hóa các chiến lược thông khí và trào ngược.
5, Đổi mới công nghệ và các hướng tiên tiến
Phát triển quy trình mới
- Chất nitri hóa ngắn: oxy hóa NH − - N thành NO 2− và trực tiếp khử nitri hóa, tiết kiệm 25% khí và nguồn carbon 40%.
Công nghệ bùn hạt: Bằng cách tự tích tụ để tạo thành các hạt kích thước milimet, nó tăng khả năng chống lại tải tác động.
sử dụng tài nguyên
- Phương pháp tiêu hóa không khí của bùn: chuyển đổi chất hữu cơ thành khí sinh học (có chứa 60% ~ 70% CH4) để đạt được phục hồi năng lượng.
- Phô-sô thu hồi: chiết xuất phân bón giải phóng chậm từ bùn thông qua phân chim (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O) công nghệ tinh thể hóa.
tóm tắt
Hệ thống bùn hoạt động đạt được kiểm soát chuỗi đầy đủ từ khoáng chất hữu cơ đến chu kỳ chất dinh dưỡng thông qua sự kết hợp của sự trao đổi chất vi khuẩn và các quá trình vật lý hóa học.Xu hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào các quy trình tiết kiệm năng lượng và carbon thấp, quy định thông minh và phục hồi tài nguyên để đáp ứng nhu cầu nâng cao xử lý nước thải theo mục tiêu trung tính carbon. 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.
