Разумевање активног муља (ИИ) – Како одржати микроорганизме 'репродуктивним'!

Предговор: Претходни документ је разматрао порекло и структуру микробне заједнице активног муља. Овај документ се фокусира на „како одржати репродукцију микроорганизама“. Сви знамо да када је окружење погодно за репродукцију, организми (биљке, животиње и микроорганизми) природно улазе у репродуктивно стање; када се животна средина погорша, организми престају да се размножавају. Ако користимо људску „репродуктивну жељу“ као аналогију, млади се данас суочавају са три велика изазова: образовање, здравствена заштита и становање. Ова три аспекта значајно утичу на њихову спремност да имају децу. Наравно, микроорганизми немају толико захтева, нити им требају аутомобили или куће. Све док водена средина испуњава услове за температуру, растворени кисеоник, пХ и хранљиве материје, они могу брзо да расту!

Микроорганизми имају своју криву раста, а њихов процес раста се мења са доступношћу хранљивих материја. У дефинисаној средини, на коју не утичу спољни фактори, крива раста микроорганизама је у складу са дијаграмом испод. Процес раста обухвата четири фазе: адаптацију (фаза прилагођавања), логаритамску фазу раста, фазу успоравања раста и ендогено дисање. Када микроорганизми уђу у нову средину, долази до периода адаптације током којег њихов број остаје релативно стабилан.

Крива раста муља (тј. крива раста микроба)

Концентрација микроорганизама има почетну вредност, која представља количину муља додатог приликом почетног пуштања у рад резервоара за биолошки третман. Временом се концентрација муља постепено повећава. Генерално, концентрација муља у резервоару за аеробни биолошки третман може се одржавати између 3000-5000 мг/Л. Концентрација муља зависи од БПК концентрације инфлуента; што је већа концентрација БПК, то је већа концентрација муља која се може одржавати.

У стварном раду резервоара за биолошки третман, концентрација муља се одржава између фазе успоравања раста и фазе ендогеног дисања. Може се видети да концентрација муља варира у зависности од режима рада резервоара за биолошки третман.

У обичној аерацији, такође познатој као аерација протока чепа, загађивачи се постепено смањују током процеса погона, а раст муља се контролише током фазе раста успоравања. Неки ће се можда питати, како се то контролише? Ово се постиже рециркулацијом муља и мерама уклањања муља!

Потпуно мешање значи да сви делови резервоара за биолошки третман раде под истим условима (нпр. концентрација загађивача, пХ, растворени кисеоник, итд.). Процеси биолошког третмана са прекидима (као што је раније поменути СБР процес) генерално могу постићи ово добро, а стање муља се контролише током фазе успоравања раста.

Продужена аерација (СРТ) користи веома ниску запреминску стопу оптерећења у дизајну, што резултира релативно ниском концентрацијом муља у резервоару за биолошки третман. Овај процес функционише у фази ендогеног дисања криве раста, захтевајући ниску стопу органског оптерећења и дуго време аерације, типично 20-30 дана за СРТ и 24 сата за ХСТ. Овај процес углавном не користи примарни таложник.

Крива концентрације раствореног кисеоника

Без спољашњег додавања раствореног кисеоника, растворени кисеоник у води постепено се смањује као што је приказано на слици. Наравно, растворени кисеоник мора бити допуњен у резервоар за биолошки третман да би се одржала релативно константна вредност.

Крива концентрације загађивача

БПК може, у одређеној мери, да изрази концентрацију загађујућих материја у води (као што је раније поменуто, вредности ЦОД се најбоље користе у дизајну запремине резервоара). Временом се концентрација загађивача смањује на ниво који се може испразнити.

Под одговарајућом температуром, довољном количином раствореног кисеоника и хранљивих материја и одсуством инхибиторних супстанци, одлучујући фактор који контролише раст активног муља је однос Ф/М између количине хране (органске материје у отпадној води, познате и као супстрат) и количине микроорганизама (активног муља), на коју такође утичу фактори као што су брзина деградације, брзина субстратизације и степена деградације органског муља. адсорпциона својства активног муља.

Фаза прилагођавања (Фаза прилагођавања): Назива се и фаза прилагођавања, ово је почетна фаза култивације активног муља. Микроорганизми се не размножавају, али почињу да се јављају квалитативне промене. Ова фаза одговара почетном хоризонталном делу криве раста на дијаграму и углавном је кратког трајања. У каснијим фазама фазе адаптације, микробни ензимски систем се постепено прилагођава новом окружењу, индивидуални развој је достигао одређени ниво, ћелије почињу да се деле, а микроорганизми почињу да се размножавају.

Логаритамска фаза раста: Брзина раста активног муља се повећава, однос Ф/М је релативно велик, органски супстрат је у изобиљу, а активност активног муља је висока. Микроорганизми истовремено апсорбују органски супстрат највећом брзином и синтетишу ћелије највећом брзином, постижући пролиферацију. У овој фази, активни муљ има висок капацитет за уклањање органске материје, а раст муља није ограничен хранљивим условима већ само концентрацијом микроба. Међутим, муљ има слаба својства флокулације, тешко се таложи и има слабу ефикасност третмана.

Фаза успореног раста: Стопа раста активног муља се смањује, Ф/М однос наставља да опада, а стопа раста је ограничена органским хранљивим материјама. Ово је типична радна фаза процеса активног муља. У овој фази, органска материја из отпадне воде може се у великој мери уклонити, а муљ има добра својства флокулације и таложења.

Фаза ендогеног метаболизма: Хранљиве материје су у великој мери исцрпљене. Пошто није у могућности да добије довољно хранљивих материја, активни муљ почиње да користи своје унутрашње складиште, тј. налази се у фази самооксидације. У овој фази муљ има висок степен неорганизованости и добра својства таложења, али лошу флокулацију, па се муљ постепено смањује. Међутим, пошто је остатке ендогеног дисања углавном тешко--разградити ћелијске зидове и цитоплазму, активни муљ не може потпуно нестати.

Многи фактори могу утицати на раст микроба, укључујући хранљиве материје, температуру, пХ, растворени кисеоник и токсичне супстанце. Наравно, различите врсте микроорганизама имају различите опсеге толеранције за ове факторе. Уобичајени типови микроорганизама у активном муљу укључују аеробне бактерије (широку категорију, која обухвата многе поткатегорије као што су нитрификационе бактерије), хидролитичке бактерије, бактерије ферментације, водоничне бактерије, бактерије сирћетне киселине, метаногене, сулфат{2}}смањујуће бактерије и анаеробне протозое. Стога, све док се ови фактори држе у границама нормале, може се постићи брз раст микроба.

Нутриентс
Током животних активности микроорганизама, они морају континуирано да апсорбују есенцијалне хранљиве материје из околног водног тела, укључујући: изворе угљеника, изворе азота, неорганске соли и одређене факторе раста. Отпадна вода која се третира мора да садржи довољне количине ових супстанци.

Угљеник је важна структурна компонента микробних ћелија. Микроорганизми укључени у третман активног муља имају релативно високе захтеве за извор угљеника, углавном не мање од 100 мг/Л (израчунато као БПК5).

Азот је важан елемент у саставу протеина и нуклеинских киселина унутар микробних ћелија. Извори азота могу да потичу из неорганских једињења азота као што су Н2, НХ3 и НО3, као и једињења која садрже органски азот- као што су протеини и аминокиселине.

Фосфор је есенцијални елемент за синтезу нуклеопротеина, лецитина и других једињења фосфора, играјући кључну улогу у микробном метаболизму и трансформацији материјала. Коензим И, коензим ИИ и аденозин монофосфат (АТП) садрже фосфор. Микроорганизми првенствено добијају фосфор из неорганских фосфорних једињења. Недовољни извори фосфора ће утицати на активност ензима и на тај начин утицати на физиолошке функције микроорганизама.

Генерално, однос три главна хранљива састојка (угљеник, азот и фосфор) је БОД:Н:П=100:5:1. Поред тога, елементи у траговима као што су сумпор, натријум, калијум, калцијум, магнезијум и гвожђе такође играју важну улогу у процесу раста микроорганизама.

Растворен кисеоник

Микробне врсте укључене у третман отпадних вода деле се на аеробне и анаеробне врсте, а оперативни резервоари укључују аеробне резервоаре, аноксичне резервоаре, резервоаре за хидролизу и анаеробне резервоаре. На основу радног искуства, концентрацију раствореног кисеоника у аеробном резервоару треба одржавати између 2-4 мг/Л. У резервоарима за хидролизу и аноксику, који су факултативно анаеробне средине, дозвољена је одређена концентрација раствореног кисеоника, углавном између 0,2-0,5 мг/Л. Анаеробни резервоар је стриктно анаеробно окружење; да би се осигурали процеси хидролизе и ферментације, присуство раствореног кисеоника није дозвољено.

Растворени кисеоник је кључан за рад постројења за пречишћавање отпадних вода. Ако је растворени кисеоник у аеробном резервоару пренизак, раст нитрификујућих бактерија и других аеробних бактерија ће бити инхибиран, док ће се филаментне бактерије брзо размножавати, што доводи до нагомилавања муља.

пХ вредност: Физиолошке активности микроорганизама су уско повезане са пХ вредности животне средине. Микроорганизми могу да обављају нормалне физиолошке активности само под одговарајућим пХ условима. Оптимални пХ опсег за микроорганизме укључене у биолошки третман отпадних вода је углавном између 6,5 и 8,5. Различите групе бактерија имају различите опсеге толеранције; хидролитичке закисељајуће бактерије имају пХ распон између 5,5 и 7,5, док аеробне бактерије имају пХ распон између 6,5 и 8,5.

Температура
Температура је кључна за раст микроба. Већина микроорганизама укључених у третман активног муља су термофилни, са оптималним температурним опсегом од 10-45 степени. Да би се обезбедио правилан рад, температура воде у резервоару за биолошки третман се углавном одржава између 15-35 степени; раст микроба успорава испод 5 степени. Штавише, анаеробне бактерије имају много већу температурну толеранцију од аеробних бактерија, тако да је већина анаеробних резервоара опремљена изолацијом и уређајима за грејање.

Токиц Субстанцес
„Токсичне супстанце“ се односе на одређене неорганске и органске супстанце које инхибирају физиолошке активности микроорганизама. Они углавном укључују јоне тешких метала (као што су цинк, бакар, никл, олово, хром, итд.) и нека неметална једињења (као што су феноли, алдехиди, цијаниди, сулфиди, итд.). Токсични ефекти токсичних супстанци на микроорганизме су квантитативни; токсичност и инхибиција постају очигледни тек када токсична супстанца достигне одређену концентрацију у животној средини. Све док је концентрација различитих токсичних материја у отпадним водама испод овог нивоа, физиолошке функције микроорганизама нису погођене.

Микробно уклањање и деградација загађивача углавном се ослања на два процеса: адсорпцију и метаболизам (асимилацију и дисимилацију).

Процес адсорпције: У кратком периоду након што отпадна вода дође у контакт и помеша се са активним муљем, органски загађивачи у води показују високу брзину уклањања. Ова почетна-феномен уклањања велике брзине је резултат комбинације физичке и биолошке адсорпције. Током овог процеса, органски супстрат у мешаној течности се брзо смањује. То је зато што активни муљ има велику површину и обогаћен је великим бројем микроорганизама на својој површини, прекривеним вискозним слојем богатим полисахаридима{4}}. Када суспендовани и колоидни органски супстрати у отпадној води дођу у контакт са флокулама активног муља, они се брзо коагулирају и адсорбују, што је феномен познат као "почетна адсорпција".

Почетни процес адсорпције се одвија веома брзо, углавном се завршава у року од 30 минута. Брзина адсорпционог уклањања БПК отпадних вода може да достигне 70%, а за отпадне воде које садрже велику количину суспендованих и колоидних органских материја, БПК може да се смањи за 80%–90%. Почетна брзина адсорпције првенствено зависи од активности микроорганизама и степена хидрауличке дифузије и хидрауличке динамике унутар реактора. Први одређује ефикасност адсорпције и флокулације микроорганизама активног муља, док други одређује степен контакта између флокула активног муља и органског супстрата.

Метаболички процес: Органски загађивачи адсорбовани на површини микробних ћелија активног муља се метаболишу. Растворена и мало{1}}молекулска органска материја директно продире ћелијски зид у ћелију под дејством пермеабилизирајућих ензима, где се подвргава метаболизму. Колоидне и суспендоване велике-органске материје, као што су скроб и протеини, прво се хидролизују у растворене мале молекуле помоћу екстрацелуларних ензима-хидролазе- пре него што уђу у ћелију. Једном у ћелији, органски загађивачи се постепено оксидују и разлажу у стабилне неорганске производе, као што су ЦО2 и Х2О, под катализом различитих интрацелуларних ензима, ослобађајући енергију за ћелијску синтезу. У овом процесу, органска материја се биохемијским реакцијама трансформише у једноставне, стабилне неорганске супстанце, чиме се постиже уклањање загађивача.