Увод: Данас ћемо се упознати са протагонистом биолошког третмана – активном муљом (носиоцем разних микроорганизама). Он игра кључну улогу у процесима биолошког третмана, уклањајући загађиваче као што су ЦОД, амонијачни азот, укупни азот и укупни фосфор из отпадних вода кроз различите микроорганизме унутар муља. Они који су посетили постројења за пречишћавање отпадних вода могу осетити слаб мирис блата; то је мирис активног муља!
01 Порекло активног муља
Активни муљ су први открили 1912. Цларк и Гаге у Великој Британији, на основу малог експеримента. У експерименту је продужена аерација отпадних вода произвела муљ, а квалитет воде је значајно побољшан. Арден и Лоцкгтт су касније проучавали овај феномен.
Експерименти аерације су спроведени у боцама. На крају сваког дана експеримента, боце су се испразниле, а процес је поново почео следећег дана. Случајно су открили да је ефекат третмана био бољи када се муљ залепи за зидове боца, пошто боце нису биле темељно очишћене. Препознајући важност муља који остаје на зидовима боца, назвали су га активни муљ.
Након тога, пре краја сваког дана експеримента, дозволили су да се газирана отпадна вода слегне, одбацујући само горњи слој пречишћене воде и остављајући муљ на дну за употребу следећег дана. Ово је значајно скратило време третмана отпадних вода.
1916. године изграђено је прво постројење за пречишћавање отпадних вода активног муља коришћењем овог експерименталног процеса.
02 Структурни састав и физичка својства активног муља
Активни муљ је флокулантна супстанца формирана мешавином микробних заједница као што су бактерије, гљиве, протозое и метазое са суспендованим и колоидним супстанцама у отпадној води. Има снажну способност адсорбовања и разлагања органске материје и добра својства таложења, а поседује и биохемијску активност.
Флоцс и филаментозне бактерије су важне компоненте активног муља.
Флокови се формирају агрегацијом бактерија са слузи или капсулама. Они адсорбују нечистоће и слободне микроорганизме у отпадној води, дајући активном муљу одлична својства таложења и штитећи микроорганизме у отпадној води од гутања или тровања.
Филаментне бактерије чине скелет активног муља. Они расту и издужују се под причвршћивањем флокула, узрокујући да флокуле формирају веће честице док одржавају лабавост активног муља.
По изгледу, активни муљ је углавном жут или браонкасто-жут. Постаје црн када је снабдевање кисеоником недовољно или анаеробно, а сивкасто-бело када је снабдевање кисеоником прекомерно, а хранљиви састојци недовољни. Активни муљ има висок садржај воде, углавном изнад 99%, а његова густина је слична води, типично 1,002–1,003 кг/Л.
03 Микробни састав активног муља
У микроорганизмима активног муља, протозое се хране бактеријама, док се метазое хране и протозоама и бактеријама, формирајући ланац исхране и уравнотежену биолошку заједницу. Бактерије активног муља често постоје у облику флокула, а мање их је у слободном стању. Ово даје бактеријама способност да се одупру негативним спољним факторима. Слободне бактерије се не насељавају лако, али их протозое могу уловити, чинећи ефлуент из таложника бистријим.
1. Бактерије
Бактерије су једноћелијски-организми. Они су разноврсни, бројни и мале величине унутар активног муља, поседују снажну способност да адсорбују и разграђују органску материју, играјући кључну улогу у третману отпадних вода.
У раним фазама узгоја активног муља, бактерије су углавном слободне у отпадној води. Како се муљ постепено формира, они се постепено агрегирају у веће групе.
(1) Флоцс: То су ситне, видљиве честице састављене од бактерија и желатинастих супстанци које излучују. Већина бактерија у активном муљу је обложена желатинозним супстанцама које постоје у облику флокула. Флокови су структурни и функционални центар активног муља, који поседују својства као што су адсорпција, оксидативна декомпозиција и коагулациона седиментација.
(2) Филаментозне бактерије: Ово су врсте бактерија чије су ћелије, са или без капсида, повезане заједно да формирају филаменте. Филаментне бактерије се често везују за бактеријске флокуле и преплићу се са њима, формирајући скелет загађујућег муља. Међутим, када се размножавају у великом броју, могу погоршати својства флокулације и таложења активног муља, ау тешким случајевима изазвати накупљање муља.
(3) Нитрификујуће бактерије Нитрификујуће бактерије су врста аутотрофних бактерија које могу да разграђују амонијак и нитрит. Укључују две физиолошке подгрупе: *Нитрификујуће бактерије* и *Нитрификујуће бактерије*, које припадају независној породици-Породици нитрификујућих бактерија. Бактерије које нитрификују добијају енергију да задовоље своје метаболичке потребе оксидацијом неорганских једињења нитрификацијом, користећи ЦО2 као једини извор угљеника. То су типичне хемоаутотрофне бактерије. Нитрификујуће бактерије поседују нитрификацију, што се односи на процес у коме нитрификујуће бактерије оксидују НХ3 у НО2- у аеробним условима и даље га оксидују у НО3-, чиме добијају енергију потребну за раст. Прва фаза, оксидација НХ3 у НО2-, назива се нитрификација или оксидација амонијака, а завршава се нитрификујућим бактеријама; друга фаза, оксидација НО2- у НО3-, назива се нитрификација, а завршава се нитрификујућим бактеријама. Према томе, нитрификација о којој се обично говори заправо укључује две фазе: нитрификацију бактеријама које оксидирају нитрит и нитрификацију нитрификујућим бактеријама.
(4) Денитрификујућа бактерија: Денитрификујућа бактерија су хемохетеротрофне бактерије. У условима недостатка кисеоника-, они редукују нитрате у нитрите и даље редукују нитрите у гас азота, чиме добијају енергију. Ово је у суштини супротно функцији нитрификујућих бактерија (занимљива је природа на овај начин; две различите врсте бактерија постижу циклус азота). Денитрификујућа бактерија је широко распрострањена у земљишту и отпадним водама, играјући главну улогу у третману пејзажних вода, управљању урбаним рекама и третману аквакултуре.
(5) Бактерије хидролитичког закисељавања: То су бактерије које могу да користе велике, сложене органске молекуле за животне активности у анаеробном окружењу. Хидролиза је процес којим се сложени, нерастворљиви полимери претварају у једноставне растворљиве мономере или димере. Због велике релативне молекулске тежине, органске материје велике{3}}молекуларне-тежине не могу да прођу кроз ћелијске мембране и стога их бактерије не могу директно да искористе. Они се прво претварају у мање молекуле хидролитичким деловањем бактеријских екстрацелуларних ензима. Најтипичнија карактеристика ове фазе је да се биолошка реакција одвија екстрацелуларно. Бактерије завршавају реакције биокаталитичке оксидације ослобађањем екстрацелуларних слободних ензима или имобилизованих ензима везаних за ћелијски зид.
И тако даље... има много врста бактерија, па ћу се за сада зауставити. Детаљно представљање појединачних врста бактерија може се дати касније.
2. Протозоа
Протозое су мале, једноставне једноћелијске животиње ниског{0}}ниског нивоа-. Велики број протозоа постоји у активном муљу из третмана отпадних вода. Учествују у пречишћавању отпадних вода гутањем органских честица. Штавише, пошто су протозое осетљиве на услове околине, њихов састав и количина се мењају са варијацијама животне средине; стога се често користе као индикаторски организми. Уобичајени примери укључују вортичелу, амебе, флагелате и пливајуће цилијате. Ови микроорганизми чине више од 80% укупног броја. Ако број појединаца прелази 1000/мЛ, треба га сматрати активним муљем са високом ефикасношћу пречишћавања.
3. Мицрометазоа
Главне микрометазое у активном муљу су ротифери и нематоде. Генерално, број микроскопских метазоана у активном муљу је релативно мали. Међутим, код ниског{2}}активног муља, посебно у активном муљу са продуженом аерацијом, ротифери и олигохете понекад могу постати доминантне врсте.
04 Индикатори учинка активног муља Микробна заједница углавном укључује бактерије, протозое и метазое, при чему су бактерије и протозое две главне категорије. Индикатори учинка активног муља укључују: мешане суспендоване чврсте супстанце (МЛСС), однос таложења муља (СВ), индекс запремине муља (СВИ) и индекс густине муља (СДИ).
Суспендоване чврсте материје (МЛСС) представљају укупну тежину чврстог активног муља садржане у јединици запремине мешавине течности у резервоару за аерацију, тј:
МЛСС=Ма + Ја + Ми + Мии
Ма – Метаболички активна микробна заједница;
Ме – Остаци ендогеног метаболизма и само{0}}оксидације микроорганизама (углавном бактерија);
Ми – Инертна органска материја коју бактерије тешко разграђују, а преноси је сирова отпадна вода;
Мии – Неорганска материја коју носи отпадна вода.
Јединица је мг/Л или кг/м³.
Мешане испарљиве суспендоване чврсте супстанце (МЛВСС) представља концентрацију органских чврстих материја у активном муљу мешане течности, односно:
МЛВСС=Ма + Ја + Ми
Однос МЛВСС према МЛСС изражава се као ф. У нормалним околностима, ф вредност је релативно фиксна, око 0,75 за кућну отпадну воду.
И МЛВСС и МЛСС се могу користити да одражавају концентрацију муља у резервоарима за биолошки третман. Дневна поређења података могу открити раст активног муља. Међутим, МЛВСС искључује неорганску материју, чинећи њену вредност ближом стварном броју микроорганизама.
Брзина таложења муља (СВ), такође позната као 30-минутна брзина таложења, је проценат запремине исталоженог муља насталог након што се мешана течност таложи у градуираном цилиндру током 30 минута, изражен као проценат (%).
У раним фазама култивације активног муља, брзина таложења се може користити за почетно посматрање раста муља. Генерално, нормалан, стабилан активни муљ СВ је између 20-35%. Нижи СВ указује на недовољну концентрацију муља, док већи СВ указује на претерано брз раст муља (превише хранљивих материја, вероватно због превеликог извора угљеника).
Индекс запремине муља (СВИ), такође познат као индекс муља, је запремина исталоженог муља (у мЛ) по граму сувог муља након 30 минута таложења у мешаној течности на излазу резервоара за аерацију. Формула за израчунавање индекса запремине муља је:
СВИ=СВ/МЛСС
СВИ се користи за процену учинка таложења муља, а његов нормални опсег је типично између 70 и 150 мЛ/г. Ниска вредност СВИ указује на ниску активност муља и висок садржај неорганске материје; висока вредност СВИ указује на потенцијално накупљање муља и слаб учинак таложења.
Индекс густине муља (СДИ), који се обично назива густина, је реципрочан СВИ.