موفقیت یک سیستم بیوشیمیایی به MLSS (غلظت لجن آهک مخلوط) بستگی دارد

عملیات فرآیند لجن فعال مستلزم کنترل مناسب پارامترهای متعددی از جمله کنترل MLSS، یکی از شاخص های پرکاربرد در عملکرد روزانه سیستم های فاضلاب است.

غلظت لجن فعال به محتوای جامدات معلق در مشروب مخلوط در خروجی مخزن هوادهی اشاره دارد که با نماد MLSS با واحدهای میلی گرم در لیتر نشان داده می شود. برای اندازه گیری مقدار لجن فعال در مخزن هوادهی استفاده می شود. مقدار کل MLSS شامل چهار جنبه زیر است:

میکروارگانیسم های فعال؛
مواد آلی غیر{0}}زیست تخریب‌پذیر جذب شده روی لجن فعال؛
باقیمانده از خود-اکسیداسیون میکروبی؛
مواد معدنی.

در حین کار، توجه به این نکته بسیار مهم است که MLSS فقط به غلظت مشروب مخلوط در مخزن هوادهی اشاره دارد، به استثنای غلظت مشروب مخلوط در مخزن ته نشینی ثانویه. علاوه بر این، هنگام نظارت بر غلظت مایع مخلوط در مخزن هوادهی، بسیار مهم است که از غلظت مشروب مخلوط در خروجی مخزن هوادهی به عنوان استاندارد برای اندازه گیری غلظت لجن فعال در کل مخزن هوادهی استفاده شود.

1. رابطه بین غلظت لجن فعال و سن لجن

سن لجن یک وسیله عملیاتی برای دستیابی به هدف سن لجن با حذف لجن فعال است. محدوده معقولی برای کنترل غلظت لجن فعال می تواند از طریق سن معقول لجن و نسبت غذا به میکروب ارائه شود. در واقع، اگر غلظت لجن فعال بیش از حد افزایش یابد، سن لجن بسیار طولانی خواهد بود و از مقدار سن لجن کنترل شده معمولی فراتر می رود، حتی زمانی که غلظت ماده آلی ورودی بالا نباشد. این به وضوح نشان می دهد که غلظت لجن فعال بیش از حد بالا کنترل می شود، که بسیار دقیق تر از قضاوت در مورد اینکه آیا غلظت لجن فعال باید بر اساس مقدار مطلق آن کنترل شود، است.

2. رابطه بین غلظت لجن فعال و دمای آب

رشد، تولید مثل و متابولیسم لجن فعال در مخزن تصفیه بیولوژیکی ارتباط نزدیکی با دمای آب دارد. به ازای هر 10 درجه کاهش دمای آب، فعالیت لجن فعال به نصف کاهش می یابد. هنگامی که دمای آب زیر 10 درجه است، اثر درمان به وضوح ضعیف است. برای رفع این مشکل، غلظت لجن فعال را می توان برای مقابله با تغییرات دمای آب تنظیم کرد:

هنگامی که دمای آب پایین است، غلظت لجن فعال را می توان افزایش داد تا تأثیر منفی کاهش فعالیت لجن فعال را جبران کند، در نتیجه راندمان حذف در دمای پایین آب افزایش می یابد.

هنگامی که دمای آب بالا باشد، فعالیت لجن فعال شدید است. غلظت بیش از حد لجن فعال برای ته نشین شدن لجن فعال مضر است. در این حالت کاهش غلظت لجن فعال می تواند از تشکیل لخته های ته نشین نشده و مایع رویی کدر جلوگیری کند.

3. رابطه بین غلظت لجن فعال و نسبت ته نشینی لجن فعال

غلظت لجن فعال بر نسبت ته نشینی نهایی تأثیر می گذارد. غلظت لجن فعال بیشتر منجر به نسبت ته نشینی نهایی بالاتر می شود و بالعکس. این به این دلیل است که غلظت لجن فعال بالاتر منجر به یک مقدار بیولوژیکی بیشتر می شود و در نتیجه نسبت ته نشینی بالاتر پس از فشرده سازی و ته نشینی ایجاد می شود. تفاوت اصلی با سایر عواملی که می تواند نسبت ته نشینی را افزایش دهد، مشاهده متراکم بودن لجن فعال فشرده و اینکه آیا رنگ آن قهوه ای تیره است یا خیر است. در مواردی که افزایش غلظت لجن فعال غیرفعال منجر به نسبت ته نشینی بالاتر می شود، معمولاً به دلیل تراکم ضعیف و رنگ کدرتر است.

البته غلظت بیش از حد کم لجن فعال نیز به طور قابل توجهی بر نسبت ته نشینی تأثیر می گذارد. با این حال، این اغلب به دلیل کاهش عمدی غلظت لجن فعال توسط اپراتورها نیست، بلکه ناشی از غلظت بسیار کم ماده آلی ورودی است. در چنین مواردی، اپراتورها با احساس اینکه غلظت لجن فعال بسیار کم است، سعی در افزایش آن می کنند و در نتیجه لجن فعال پیر می شود. مشاهده نهایی نسبت ته نشینی نشانه های معمولی پیری لجن فعال را نشان می دهد: تراکم پذیری بالا، رنگ تیره، و مایع رویی شفاف حاوی لخته های ریز.

اگر نسبت ته نشینی پایین به دلیل تخلیه غیرعادی لجن رخ دهد، مشاهده همچنین نشان می دهد که لجن فعال ته نشین شده رنگ پریده، تراکم پذیری ضعیفی دارد و کم است.

1. تأثیر غلظت لجن بر نیتریفیکاسیون

بسیاری از عوامل محیطی بر نیتریفیکاسیون تأثیر می‌گذارند، از جمله pH، دما، SRT، DO، BOD/TKN، غلظت لجن و مواد سمی. در تصفیه خانه های واقعی فاضلاب، تنها پارامترهایی مانند SRT، DO، BOD/TKN و غلظت لجن را می توان در طول عملیات فرآیند کنترل کرد.

الف در نیتریفیکاسیون هوازی، غلظت لجن بالاتر منجر به غلظت نسبتاً بالاتری از باکتری‌های نیتریفیکاتور می‌شود و در نتیجه منجر به نرخ بالاتر نیتریفیکاسیون هوازی در شرایط غلظت لجن بالا می‌شود.

ب یک سن لجن معین برای اطمینان از حضور باکتری های نیتروف کننده در لجن بیولوژیکی ضروری است. ایجاد شرایط زندگی مطلوب برای نیتریفیکاسیون باکتری ها، نسبت آنها را در جامعه میکروبی بیشتر می کند و در نتیجه غلظت آنها را افزایش می دهد. در غلظت‌های لجن بالا، BOD بیشتری در مرحله بی‌هوازی مصرف می‌شود و در نتیجه نسبت BOD/TKN نسبتاً پایین‌تری در مرحله هوازی ایجاد می‌شود.

برخی مطالعات رابطه معکوس بین نسبت باکتری های نیتریفیک کننده در لجن فعال و BOD/TKN را نشان داده اند. از آنجایی که باکتری های نیتروفیک اتوتروف هستند، غلظت سوبسترای آلی عامل محدود کننده ای برای رشد آنها نیست. با این حال، اگر غلظت سوبسترای آلی خیلی زیاد باشد، باعث می‌شود که باکتری‌های هتروتروف با سرعت رشد بالا به سرعت تکثیر شوند و برای اکسیژن محلول رقابت کنند. این امر رشد باکتری های اتوتروف را کند می کند و از مزیت باکتری های هوازی نیتریفیکاسیون جلوگیری می کند و در نتیجه میزان نیتریفیکاسیون کاهش می یابد.

ج اکسیژن محلول (DO) به طور کلی یک شاخص مهم در مرحله نیتریفیکاسیون تصفیه خانه های فاضلاب، معمولاً بالای 2 میلی گرم در لیتر است. در اکثر فرآیندهای خندق اکسیداسیون، میانگین مقدار DO در داخل خندق به سختی به 2 میلی گرم در لیتر می رسد، معمولاً در 1 میلی گرم در لیتر یا کمتر باقی می ماند. با این حال، اثر نیتریفیکاسیون هنوز خوب است. دلیل این امر این است که غلظت لجن نسبتاً بالای منحصر به فرد در گودال های اکسیداسیون، اگرچه منجر به یک مقدار DO کمتر می شود، اما سایر عوامل مساعد برای نیتریفیکاسیون را افزایش می دهد.

افزایش غلظت لجن باعث افزایش حجم موثر مخزن تصفیه بیولوژیکی و در عین حال کاهش بار می شود. از منظر دیگر افزایش غلظت لجن باعث افزایش ظرفیت هوازی میکروارگانیسم ها نیز می شود. در شرایط هوادهی یکسان، قرائت کنتور اکسیژن محلول نیز باید کمتر باشد. نکات بالا توضیح می دهد که افزایش غلظت لجن می تواند به طور مناسب مقدار اکسیژن محلول (DO) را در مخزن تصفیه بیولوژیکی کاهش دهد و در عین حال سطح نیتریفیکاسیون خوبی را حفظ کند.

د برای اطمینان از رشد طبیعی و تولید مثل باکتری های نیتریف کننده در لجن فعال، سن لجن معمولاً باید بیش از 8 روز کنترل شود. با این حال، برای اطمینان از یک مزیت رقابتی نسبتاً متعادل برای نیتریف کننده باکتری ها در برابر سایر باکتری های هتروتروف، سن لجن باید بدون ایجاد پیری شدید لجن افزایش یابد، که به ترتیب غلظت لجن را در سیستم بیولوژیکی افزایش می دهد.

2. تأثیر غلظت لجن بر نیترات زدایی

نیترات زدایی بیولوژیکی فرآیندی است که طی آن باکتری های نیترات زدایی از اکسیژن یونی موجود در نیترات ها برای تجزیه مواد آلی در شرایط بدون اکسیژن استفاده می کنند. نیترات به N2 کاهش می یابد و فرآیند نیترات زدایی را تکمیل می کند. باکتری‌های نیترات‌زدایی، باکتری‌های اختیاری هتروتروف هستند که در سیستم‌های تصفیه فاضلاب فراوان یافت می‌شوند. در شرایط هوازی، آنها از اکسیژن برای تنفس و تجزیه اکسیداتیو مواد آلی استفاده می کنند.

در شرایط بدون اکسیژن مولکولی، زمانی که یون های نیترات و نیتریت به طور همزمان وجود داشته باشند، می توانند از اکسیژن موجود در این یون ها برای تنفس، اکسیداسیون و تجزیه مواد آلی استفاده کنند. باکتری های نیترات زدایی می توانند از طیف گسترده ای از بسترهای آلی به عنوان اهدا کننده الکترون در فرآیند نیترات زدایی استفاده کنند، از جمله کربوهیدرات ها، اسیدهای آلی، الکل ها و حتی ترکیباتی مانند آلکان ها، بنزوات ها و سایر مشتقات بنزن که اغلب اجزای اصلی فاضلاب هستند. عوامل زیادی بر نرخ نیتروژن زدایی تأثیر می‌گذارند، از جمله pH، دما، اکسیژن محلول (DO)، نسبت کربن به{3}}نیتروژن (نسبت C/N)، و غلظت لجن. در تصفیه خانه های واقعی فاضلاب، تنها پارامترهایی مانند DO و غلظت لجن را می توان در طول عملیات فرآیند کنترل کرد. اگرچه نسبت C/N مهمترین عامل تأثیرگذار در واکنش نیترات زدایی است، اما به شدت به کیفیت آب ورودی وابسته است و به طور کلی کنترل آن در عمل دشوار است.

الف نیترات زدایی نیاز به عدم وجود اکسیژن مولکولی دارد تا به باکتری های نیترات زدایی اجازه دهد تا از اکسیژن یونی موجود در نیترات ها و نیتریت ها برای تجزیه مواد آلی استفاده کنند. همانطور که قبلا ذکر شد، سیستم های بیولوژیکی با غلظت لجن بالا می توانند به طور مناسب اکسیژن محلول (DO) را در طول نیتریفیکاسیون کاهش دهند و در عین حال کارایی نیتریفیکاسیون را حفظ کنند. بنابراین، کاهش DO در پایان نیتریفیکاسیون به طور موثری محتوای DO حمل شده در مایع برگشتی نیترات را کاهش می‌دهد، تأثیر اکسیژن مولکولی بر فرآیند نیترات زدایی در ناحیه بدون اکسیژن را کاهش می‌دهد و توانایی باکتری‌های نیترات زدایی را برای استفاده از منابع کربن بهبود می‌بخشد.

به طور همزمان، غلظت لجن بالا همچنین منجر به ظرفیت هوازی متابولیک درون زا نسبتاً قوی می شود که باعث مصرف بیشتر اکسیژن محلول در مناطق برگشت و بدون اکسیژن می شود. علاوه بر این، غلظت لجن بسیار بالا ویسکوزیته مشروب مخلوط را تغییر می دهد، مقاومت انتشار را افزایش می دهد و در نتیجه DO حمل شده در مایع برگشتی را کاهش می دهد. در برخی از فرآیندهای تصفیه با استفاده از کانال های باز به عنوان کانال بازگشت، این می تواند اکسیژن رسانی مورد نیاز برای جریان برگشت را کاهش دهد. به طور خلاصه، غلظت لجن بالا نقش مهمی در کاهش DO در مرحله نیترات زدایی در عملیات واقعی فرآیند ایفا می کند.

ب از آنجایی که باکتری‌های نیترات‌زدایی، باکتری‌های اختیاری هتروتروف هستند و در سیستم‌های تصفیه فاضلاب به وفور یافت می‌شوند، افزایش غلظت لجن در سیستم می‌تواند به طور موثری غلظت باکتری‌های نیترات زدایی را افزایش دهد. سرعت نیترات زدایی تا حد زیادی مستقل از غلظت نیترات و نیتریت است، اما یک واکنش مرتبه اول را با غلظت باکتری های نیترات زدایی نشان می دهد.

بنابراین، در عملیات واقعی فرآیند، غلظت‌های بالای لجن می‌تواند زمان نیترات زدایی را کوتاه کرده و حجم موثر ناحیه بدون اکسیژن را کاهش دهد. با توجه به حجم موثر ثابت در ناحیه بدون اکسیژن، غلظت لجن بالا امکان استفاده بهتر از مواد آلی نسبتاً دشوار-تجزیه-در ماتریکس آلی را به عنوان منبع کربن فراهم می‌کند. این امر به ویژه برای فرآیندهای حذف نیتروژن و فسفر، به ویژه زمانی که منابع کربن کافی نیستند، مهم است.

ج غلظت بالای لجن منجر به قطر لخته میکروبی نسبتاً بزرگتر می شود. در طول نیتریفیکاسیون، سطح پایین اکسیژن محلول منجر به گرادیان فشار اکسیژن کمتری می‌شود، و تشکیل محیط‌های بدون اکسیژن در لخته‌ها را آسان‌تر می‌کند، در نتیجه نیترات زدایی را افزایش می‌دهد. بنابراین، غلظت بالای لجن می تواند نیترات زدایی همزمان را افزایش دهد.

کلید حذف بیولوژیکی فسفر افزایش نسبت پلی فسفات-باکتری های انباشته شده در سیستم لجن فعال است، در حالی که همزمان رشد و تکثیر سریع آنها را در حین کارکرد سیستم افزایش می دهد، و محتوای فسفر بالایی را در پلی فسفات-جمع می کند که پس از تخلیه باکتری تجمع می یابد.

برای افزایش نسبت باکتری های انباشته کننده پلی فسفات (PAC) در لجن فعال سیستم، لازم است محیط و شرایط هیدرولیکی مطلوب تری برای رشد و تولید مثل آنها ایجاد شود. این به معنای داشتن محیط بی هوازی و هوازی خوب در جریان فرآیند است. کنترل عوامل محیطی در منطقه بی هوازی به ویژه برای رشد و تولید مثل باکتری PAC و دستیابی به حذف فسفر مهم است. غلظت بالای لجن در منطقه بی هوازی برای باکتری PAC مفیدتر است.

کارایی حذف بیولوژیکی فسفر ارتباط نزدیکی با سن لجن دارد. فقط با یک سن لجن معین (حدود 3 روز) می توان فسفر اضافی را به طور موثر حذف کرد و عملکرد حذف فسفر را به دست آورد. با توجه به مواد جامد معلق ورودی ثابت (SS)، از آنجایی که غلظت لجن به طور مستقیم با سن لجن متناسب است، هر چه غلظت لجن فراتر از یک محدوده خاص بیشتر باشد، اثر حذف فسفر بدتر خواهد بود.

الف در حالی که حفظ سن لجن کافی برای راندمان حذف فسفر، افزایش غلظت لجن در منطقه بی هوازی منجر به غلظت بالاتر باکتری PAC می شود. این مقدار میکروارگانیسم‌های آزادکننده فسفر را افزایش می‌دهد، که به نوبه خود باعث افزایش میزان جذب میکروارگانیسم‌های جذب‌کننده فسفر می‌شود و در نتیجه اثر حذف فسفر کلی سیستم را افزایش می‌دهد.

ب در ناحیه بی‌هوازی، باکتری‌های انباشته‌شده پلی‌فسفات، VFA را جذب کرده و فسفر آزاد می‌کنند. به طور همزمان، در شرایط غلظت لجن بالا، منطقه بی هوازی می تواند به عنوان بخش اسیدی شدن بی هوازی سیستم عمل کند و به صورت بی هوازی مواد آلی با وزن{3}}مولکولی- با وزن بالا و مقاوم در آب را هیدرولیز کند. انرژی آزاد شده در حین آزادسازی فسفر توسط باکتری‌های انباشته شده{6}}پلی فسفات می‌تواند برای جذب فعال اسید استیک، H+ و غیره، تشکیل PHB و ذخیره آن در باکتری استفاده شود. این امر فرآیند اسیدی شدن مواد آلی را ارتقا می دهد، تجزیه پذیری زیستی فاضلاب را بهبود می بخشد و منبع کربن مورد استفاده برای واکنش های نیترات زدایی در فرآیندهای تصفیه بعدی را افزایش می دهد.