Peran lumpur aktif dalam pengolahan air limbah adalah sistem dinamis ekosistem mikroba yang kompleks dan proses fisik dan kimia,dan mekanisme inti dapat dianalisis secara mendalam dari metabolisme mikro ke tingkat proses makro
1, Mekanisme metabolisme kolaboratif dari komunitas mikroba
Pembagian hirarkis komunitas mikroba fungsional
- Komunitas bakteri yang menguntungkan: Terutama terdiri dari bakteri heterotrofik (seperti Pseudomonas dan Zygomycetes), yang bertanggung jawab untuk degradasi primer materi organik,mengeluarkan enzim ekstraseluler untuk hidrolisis molekul organik besar menjadi molekul kecil yang dapat diserap (seperti polisakarida → glukosa, protein → asam amino).
- Mikrobiota fungsional:
- Bakteri nitrifying (bakteri nitrit, bakteri nitrat): dalam kondisi aerobik, mengoksidasi NH - N menjadi NO 2 - dan NO -.
- Bakteri denitrifying (seperti Pseudomonas): Dalam kondisi anaerob, mereka menggunakan zat organik sebagai donor elektron untuk mengurangi NO − ke N 2.
- Bakteri akumulasi polifosfat (seperti 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).
Alokasi energi dalam metabolisme mikroba
Metabolisme dekomposisi: Bahan organik mengoksidasi dan melepaskan energi (sekitar 40% diubah menjadi ATP, 60% hilang sebagai energi panas).
- Anabolisme: Energi digunakan untuk proliferasi sel mikroba (produksi lumpur), dan energi yang tersisa dikonsumsi melalui pernapasan endogen.
2, Efek penguatan proses fisik dan kimia
Efek ikatan dari adsorpsi flocculation precipitation
- Tahap penyerapan:Mikroorganisme dengan cepat menangkap zat organik melalui jaringan viskos EPS (bahan polimer ekstraseluler) (tingkat adsorpsi dapat mencapai lebih dari 10 kali tingkat degradasi).
-Mekanisme flokulasi:
-Flokulasi biologis: Polysaccharides dan protein dalam EPS yang disekresikan oleh mikroorganisme bertindak sebagai flocculant biologis untuk mempromosikan pembentukan floc.
- Neutralisasi muatan: Dengan menggunakan Ca 2 + dan Mg 2 + ion untuk mengurangi muatan negatif pada permukaan koloid dan mengurangi penolakan.
-Efisiensi curah hujan: Serpihan yang baik (SVI = 100 ~ 150 mL / g) mencapai pemisahan air lumpur di tangki sedimentasi sekunder, dan konsentrasi lumpur yang dikembalikan dapat mencapai 3000 ~ 5000 mg / l.
Pengendalian transfer massa dan difusi
- gradien oksigen terlarut: distribusi oksigen terlarut yang tidak merata di tangki aerasi membentuk lingkungan mikro (interface anoksik aerobik), mempromosikan nitrifikasi sinkron dan denitrifikasi.
- Diffusi substrat: Kecepatan transfer materi organik dari fase berair ke permukaan sel mikroba mempengaruhi efisiensi degradasi,yang dapat dioptimalkan dengan meningkatkan intensitas aduk.
3, Kontrol logika dari proses parameter
Parameter kontrol utama
Usia lumpur (SRT): menentukan struktur populasi mikroba (misalnya, SRT panjang mempromosikan pertumbuhan bakteri nitrifying, SRT pendek menghambat bakteri filamen).
- beban lumpur (F / M): beban tinggi (0,3 ~ 0,6 kgBOD / kgMLSS · d) mempercepat degradasi bahan organik tetapi dapat dengan mudah menyebabkan pembengkakan lumpur; beban rendah (< 0,15 kgBOD / kgMLSS · d) bermanfaat untuk nitrifikasi.
Rasio refluks (R): mempengaruhi konsentrasi lumpur dan efisiensi perawatan tangki aerasi (biasanya 20% ~ 100%).
Arah optimasi proses khas
Proses A/O: Penghapusan fosfor dicapai melalui alterasi aerobik anaerobik, dan ORP di zona anaerobik perlu dikontrol pada -150 ~ 250 mV.
- Proses 2/O: Meningkatkan tahap anoksida untuk meningkatkan denitrifikasi, membutuhkan alokasi sumber karbon yang seimbang (denitrifikasi prioritas, diikuti dengan penghapusan fosfor).
Proses SBR: Integrasi multifungsi yang dicapai melalui kontrol seri waktu, yang membutuhkan optimalisasi intensitas aerasi dan waktu sedimentasi.
4, Tantangan dan strategi mengatasi selama operasi
Analisis Masalah Umum
- Pembengkakan lendir: Proliferasi bakteri filamen yang berlebihan menyebabkan SVI> 200 mL/ g, yang dapat dihambat dengan menambahkan Fe 3 + atau menyesuaikan F/ M.
Penuaan lumpur: Operasi jangka panjang dengan beban rendah menyebabkan flocculation, yang membutuhkan pelepasan lumpur atau beban yang meningkat untuk mengaktifkan metabolisme.
-Efisiensi denitrifikasi terbatas: ketika sumber karbon tidak cukup, metanol/natrium asetat dapat ditambah, atau proses MBR dapat digunakan untuk memperpanjang SRT.
Teknologi kontrol cerdas
- Pemantauan online: umpan balik waktu nyata dari status proses melalui sensor DO, pH, ORP.
-Prediksi model: Menggunakan ASM (model lumpur aktif) untuk mensimulasikan proses metabolisme dan mengoptimalkan strategi aerasi dan refluks.
5, Inovasi teknologi dan arah mutakhir
Pengembangan proses baru
- Denitrifikasi nitrifikasi jarak pendek: mengoksidasi NH − - N menjadi NO 2− dan langsung denitrifikasi, menghemat 25% aerasi dan sumber karbon 40%.
-Teknologi lumpur granular: Dengan aglomerasi diri untuk membentuk partikel berukuran milimeter, meningkatkan kemampuan untuk menahan beban dampak.
penggunaan sumber daya
- Digestion anaerob dari lumpur: mengubah bahan organik menjadi biogas (mengandung 60% ~ 70% CH4) untuk mencapai pemulihan energi.
- Pemulihan fosfor: Ekstraksi pupuk pelepasan lambat dari lumpur melalui kotoran burung (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O) teknologi kristalisasi.
Ringkasan
Sistem lumpur aktif mencapai kontrol rantai penuh dari mineralisasi organik ke siklus nutrisi melalui penggabungan metabolisme mikroba dan proses fisik-kimia.Tren pengembangan di masa depan akan berfokus pada proses rendah karbon dan hemat energi, regulasi cerdas, dan pemulihan sumber daya untuk memenuhi permintaan untuk meningkatkan pengolahan air limbah di bawah tujuan netralitas karbon. 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.
