Biyokimyasal Sistemin Başarısı MLSS'ye (Karışık Kireç Çamuru Konsantrasyonu) Bağlıdır

Aktif çamur prosesinin işletilmesi, atık su sistemlerinin günlük işletiminde en sık kullanılan göstergelerden biri olan MLSS'nin kontrolü de dahil olmak üzere çok sayıda parametrenin uygun şekilde kontrol edilmesini gerektirir.

Aktif çamur konsantrasyonu, havalandırma tankı çıkışındaki karışık sıvıdaki askıda katı madde içeriğini, mg/L birimleriyle MLSS sembolüyle gösterilir. Havalandırma tankındaki aktif çamur miktarını ölçmek için kullanılır. Toplam MLSS miktarı aşağıdaki dört hususu içerir:

Aktif mikroorganizmalar;
Aktif çamur üzerinde adsorbe edilen{0}biyolojik olarak parçalanamayan organik madde;
Mikrobiyal öz{0}}oksidasyondan kalan kalıntı;
İnorganik madde.

İşletim sırasında, MLSS'nin, ikincil çökeltme tankındaki karışık sıvının konsantrasyonu hariç, yalnızca havalandırma tankındaki karışık sıvının konsantrasyonunu ifade ettiğinin dikkate alınması özellikle önemlidir. Ayrıca, havalandırma tankındaki karışık likör konsantrasyonunu izlerken, havalandırma tankının çıkışındaki karışık likör konsantrasyonunu, tüm havalandırma tankı boyunca aktif çamur konsantrasyonunu ölçmek için standart olarak kullanmak çok önemlidir.

1. Aktif Çamur Konsantrasyonu ile Çamur Yaşı Arasındaki İlişki

Çamur yaşı, aktif çamurun uzaklaştırılması yoluyla çamur yaşı hedefine ulaşmanın operasyonel bir yoludur. Aktif çamur konsantrasyonunu kontrol etmek için makul bir aralık, makul çamur yaşı ve gıda-/mikrop oranı aracılığıyla verilebilir. Aslında, eğer aktif çamur konsantrasyonu aşırı derecede arttırılırsa, çamur yaşı özellikle uzun olacak ve girişteki organik madde konsantrasyonu yüksek olmasa bile normal olarak kontrol edilen çamur yaşı değerini aşacaktır. Bu, aktif çamur konsantrasyonunun çok yüksek kontrol edildiğini açıkça gösterir; bu, aktif çamur konsantrasyonunun mutlak değerine göre kontrol edilmesi gerekip gerekmediğine karar vermekten çok daha doğrudur.

2. Aktif Çamur Konsantrasyonu ile Su Sıcaklığı Arasındaki İlişki

Biyolojik arıtma tankındaki aktif çamurun büyümesi, çoğalması ve metabolizması su sıcaklığı ile yakından ilişkilidir. Su sıcaklığındaki her 10 derecelik düşüşte aktif çamurun aktivitesi yarı yarıya azalacak; Su sıcaklığı 10 derecenin altında olduğunda, arıtma etkisi açıkça zayıftır. Bu sorunu çözmek için aktif çamur konsantrasyonu, su sıcaklığı değişikliklerine uyum sağlayacak şekilde ayarlanabilir:

Su sıcaklığı düşük olduğunda, aktif çamur aktivitesinin azalmasının olumsuz etkisini dengelemek için aktif çamur konsantrasyonu artırılabilir, böylece düşük su sıcaklıklarında daha yüksek giderim verimliliği elde edilebilir.

Su sıcaklığı yüksek olduğunda aktif çamur aktivitesi kuvvetlidir. Aşırı yüksek aktif çamur konsantrasyonu, aktif çamurun çökelmesine zarar verir. Bu durumda aktif çamur konsantrasyonunun azaltılması, çökmeyen flokların ve bulanık süpernatantın oluşumunu önleyebilir.

3. Aktif Çamur Konsantrasyonu ile Aktif Çamur Çökeltme Oranı Arasındaki İlişki

Aktif çamur konsantrasyonu nihai çökeltme oranını etkiler. Daha yüksek bir aktif çamur konsantrasyonu, daha yüksek bir nihai çökelme oranıyla sonuçlanır ve bunun tersi de geçerlidir. Bunun nedeni, daha yüksek bir aktif çamur konsantrasyonunun daha büyük bir biyolojik miktara yol açması ve sıkıştırma ve çökeltme sonrasında daha yüksek bir çökelme oranına yol açmasıdır. Çökelme oranını arttırabilecek diğer faktörlerden en önemli fark, sıkıştırılmış aktif çamurun yoğun olup olmadığının ve renginin koyu kahverengi olup olmadığının gözlemlenmesidir. Artan aktif olmayan çamur konsantrasyonunun daha yüksek bir çökelme oranına yol açtığı durumlarda, bunun nedeni genellikle zayıf sıkıştırma ve daha donuk renktir.

Elbette aşırı düşük aktif çamur konsantrasyonu da çökelme oranını önemli ölçüde etkiler. Ancak bu genellikle operatörlerin aktif çamur konsantrasyonunu kasıtlı olarak düşürmesinden değil, girişteki organik madde konsantrasyonunun aşırı derecede düşük olmasından kaynaklanmaktadır. Bu gibi durumlarda operatörler aktif çamur konsantrasyonunun çok düşük olduğunu hissederek bunu artırmaya çalışırlar ve bu da aktif çamurun yaşlanmasına neden olur. Nihai çökelme oranı gözlemi, aktif çamur yaşlanmasının tipik belirtilerini ortaya çıkaracaktır: yüksek sıkıştırılabilirlik, koyu renk ve ince floklar içeren berrak bir süpernatan.

Anormal çamur deşarjı nedeniyle düşük bir çökelme oranı meydana gelirse, gözlem ayrıca çöken aktif çamurun renginin soluk olduğunu, sıkıştırılabilirliğinin zayıf olduğunu ve seyrek olduğunu da ortaya çıkaracaktır.

1. Çamur Konsantrasyonunun Nitrifikasyona Etkisi

pH, sıcaklık, SRT, DO, BOD/TKN, çamur konsantrasyonu ve toksik maddeler dahil olmak üzere pek çok çevresel faktör nitrifikasyonu etkiler. Gerçek atık su arıtma tesislerinde proses işletimi sırasında yalnızca SRT, DO, BOD/TKN ve çamur konsantrasyonu gibi parametreler kontrol edilebilir.

A. Aerobik nitrifikasyonda, daha yüksek çamur konsantrasyonları nitrifikasyon bakterilerinin nispeten daha yüksek konsantrasyonuyla sonuçlanır, dolayısıyla yüksek çamur konsantrasyonu koşulları altında daha yüksek oranda aerobik nitrifikasyona yol açar.

B. Biyolojik çamurda nitrifikasyon bakterilerinin varlığının sağlanması için belirli bir çamur yaşı gereklidir. Nitrifikasyon bakterileri için uygun yaşam koşulları yaratmak, mikrobiyal topluluktaki oranlarını daha da arttırır, böylece konsantrasyonlarını arttırır. Yüksek çamur konsantrasyonlarında, anaerobik aşamada daha fazla BOD tüketilir, bu da aerobik aşamada nispeten daha düşük BOD/TKN oranına neden olur.

Bazı çalışmalar aktif çamurdaki nitrifikasyon bakterilerinin oranı ile BOD/TKN arasında ters bir ilişki olduğunu göstermiştir. Nitrifikasyon bakterileri ototrofik olduğundan, organik substrat konsantrasyonu onların büyümesi için sınırlayıcı bir faktör değildir. Bununla birlikte, organik substrat konsantrasyonu çok yüksekse, yüksek-büyüme-hızlı heterotrofik bakterilerin hızla çoğalmasına ve çözünmüş oksijen için rekabet etmesine neden olur. Bu, ototrofik bakterilerin büyümesini yavaşlatır ve aerobik nitrifikasyon bakterilerinin avantaj kazanmasını önleyerek nitrifikasyon oranının düşmesine neden olur.

C. Çözünmüş oksijen (DO), genellikle atık su arıtma tesislerinin nitrifikasyon aşamasında, tipik olarak 2 mg/L'nin üzerinde önemli bir göstergedir. Çoğu oksidasyon hendeği prosesinde, hendek içindeki ortalama DO değerinin 2 mg/L'ye ulaşması zordur, genellikle 1 mg/L veya altında kalır. Ancak nitrifikasyon etkisi hala iyidir. Bunun nedeni, oksidasyon hendeklerine özgü nispeten yüksek çamur konsantrasyonunun, daha düşük bir DO değeri ile sonuçlanmasına rağmen, nitrifikasyona yardımcı olan diğer faktörleri arttırmasıdır.

Artan çamur konsantrasyonu, yükü azaltırken biyolojik arıtma tankının etkin hacmini artırır. Başka bir açıdan bakıldığında çamur konsantrasyonunun artması mikroorganizmaların aerobik kapasitesini de arttırmaktadır. Aynı havalandırma koşulları altında çözünmüş oksijen ölçer okumasının da daha düşük olması gerekir. Yukarıdaki noktalar, çamur konsantrasyonunun arttırılmasının, iyi bir nitrifikasyon seviyesini korurken biyolojik arıtma tankındaki çözünmüş oksijen (DO) değerini uygun şekilde azaltabileceğini açıklamaktadır.

D. Aktif çamurdaki nitrifikasyon bakterilerinin normal büyümesini ve çoğalmasını sağlamak için çamur yaşının genellikle 8 günden fazla kontrol edilmesi gerekir. Bununla birlikte, nitrifikasyon bakterilerinin diğer heterotrofik bakterilere karşı nispeten dengeli bir rekabet avantajı sağlamak için, çamurun ciddi şekilde yaşlanmasına neden olmadan çamur yaşının arttırılması gerekir; bu da biyolojik sistemdeki çamur konsantrasyonunu buna uygun olarak artırır.

2. Çamur Konsantrasyonunun Denitrifikasyona Etkisi

Biyolojik denitrifikasyon, denitrifikasyon bakterilerinin, anoksik koşullar altında organik maddeyi ayrıştırmak için nitratlardaki iyonik oksijeni kullandığı süreçtir. Nitrat N2'ye indirgenerek denitrifikasyon işlemi tamamlanır. Denitrifikasyon bakterileri, atık su arıtma sistemlerinde bol miktarda bulunan heterotrofik fakültatif bakterilerdir. Aerobik koşullar altında, solunum ve organik maddenin oksidatif ayrışması için oksijeni kullanırlar.

Moleküler oksijenin bulunmadığı koşullar altında, nitrat ve nitrit iyonları aynı anda mevcut olduğunda, bu iyonlardaki oksijeni solunum, organik maddenin oksitlenmesi ve ayrıştırılması için kullanabilirler. Denitrifikasyon bakterileri, karbonhidratlar, organik asitler, alkoller ve hatta genellikle atık suyun ana bileşenleri olan alkanlar, benzoatlar ve diğer benzen türevleri gibi bileşikler dahil olmak üzere, denitrifikasyon prosesinde elektron donörleri olarak çok çeşitli organik substratları kullanabilir. pH, sıcaklık, çözünmüş oksijen (DO), karbon-/-nitrojen oranı (C/N oranı) ve çamur konsantrasyonu dahil olmak üzere birçok faktör denitrifikasyon oranını etkiler. Gerçek atık su arıtma tesislerinde proses işletimi sırasında yalnızca DO ve çamur konsantrasyonu gibi parametreler kontrol edilebilir. C/N oranı, denitrifikasyon reaksiyonunda en önemli etkileyici faktör olmasına rağmen, giriş suyunun kalitesine oldukça bağlıdır ve pratikte kontrol edilmesi genellikle zordur.

A. Denitrifikasyon, denitrifikasyon bakterilerinin organik maddeyi ayrıştırmak için nitrat ve nitritlerdeki iyonik oksijeni kullanmasına izin vermek için moleküler oksijenin yokluğunu gerektirir. Daha önce de belirtildiği gibi, yüksek çamur konsantrasyonlarına sahip biyolojik sistemler, nitrifikasyon verimliliğini korurken nitrifikasyon sırasında çözünmüş oksijeni (DO) uygun şekilde azaltabilir. Bu nedenle, nitrifikasyonun sonunda DO'nun düşürülmesi, nitrat dönüş sıvısında taşınan DO içeriğini etkili bir şekilde azaltır, moleküler oksijenin anoksik bölgedeki denitrifikasyon süreci üzerindeki etkisini azaltır ve nitrifikasyonu gideren bakterilerin karbon kaynaklarını kullanma yeteneğini geliştirir.

Eş zamanlı olarak, yüksek çamur konsantrasyonları aynı zamanda nispeten güçlü endojen metabolik aerobik kapasiteyle sonuçlanır ve dönüş ve anoksik bölgelerde çözünmüş oksijenin daha fazla tüketilmesine neden olur. Ayrıca, çok yüksek çamur konsantrasyonları karışık sıvının viskozitesini değiştirerek difüzyon direncini arttırır ve böylece geri dönüş sıvısında taşınan DO'yu azaltır. Açık kanalların dönüş kanalları olarak kullanıldığı bazı arıtma proseslerinde bu, geri dönüş akışı için gereken oksijenlenmeyi azaltabilir. Özetle, yüksek çamur konsantrasyonları, gerçek proses işletiminde denitrifikasyon aşaması sırasında ÇO'nun azaltılmasında önemli bir rol oynamaktadır.

B. Denitrifikasyon bakterileri heterotrofik fakültatif bakteriler olduğundan ve atık su arıtma sistemlerinde bol miktarda bulunduğundan, sistemdeki çamur konsantrasyonunun arttırılması, denitrifikasyon bakterilerinin konsantrasyonunu etkili bir şekilde artırabilir. Denitrifikasyon hızı, nitrat ve nitrit konsantrasyonlarından büyük ölçüde bağımsızdır, ancak denitrifikasyon yapan bakterilerin konsantrasyonuyla birinci dereceden-bir reaksiyon sergiler.

Bu nedenle, gerçek proses işletiminde yüksek çamur konsantrasyonları, denitrifikasyon süresini kısaltabilir ve anoksik bölgenin etkin hacmini azaltabilir. Anoksik bölgede sabit bir etkin hacim göz önüne alındığında, yüksek çamur konsantrasyonları, organik matristeki-bozunması-görece zor olan organik maddenin bir karbon kaynağı olarak daha iyi kullanılmasına olanak tanır. Bu, özellikle karbon kaynaklarının yetersiz olduğu durumlarda nitrojen ve fosfor giderme prosesleri için önemlidir.

C. Yüksek çamur konsantrasyonları nispeten daha büyük mikrobiyal flok çaplarına neden olur. Nitrifikasyon sırasında, düşük çözünmüş oksijen seviyesi daha küçük bir oksijen basıncı gradyanına yol açarak floklar içinde anoksik ortamların oluşmasını kolaylaştırır ve böylece denitrifikasyonu destekler. Bu nedenle, yüksek çamur konsantrasyonları eş zamanlı denitrifikasyonu destekleyebilir.

Biyolojik fosfor gideriminin anahtarı, aktif çamur sisteminde polifosfat-biriktiren bakterilerin oranını arttırırken aynı zamanda sistem çalışması sırasında hızlı büyümelerini ve üremelerini teşvik ederek, deşarj sırasında polifosfat-biriktiren bakteriler içinde yüksek fosfor içeriğini korumaktır.

Sistemin aktif çamurunda polifosfat{0}}biriken (PAC) bakterilerin oranını artırmak için, bunların büyümesi ve üremesi için daha uygun bir ortam ve hidrolik koşullar yaratmak gerekir. Bu, proses akışında iyi bir anaerobik ve aerobik ortamın olması anlamına gelir. Anaerobik bölgedeki çevresel faktörlerin kontrol edilmesi, PAC bakterilerinin büyümesi ve çoğalması ve fosfor gideriminin sağlanması açısından özellikle önemlidir. Anaerobik bölgedeki yüksek çamur konsantrasyonu PAC bakterileri için daha faydalıdır.

Biyolojik fosfor gideriminin etkinliği çamur yaşıyla yakından ilişkilidir. Yalnızca belirli bir çamur yaşı (yaklaşık 3 gün) ile fazla fosfor etkili bir şekilde giderilebilir ve fosfor giderme işlevi gerçekleştirilebilir. Sabit bir giriş suyu askıda katı madde (SS) göz önüne alındığında, çamur konsantrasyonu çamur yaşıyla doğru orantılı olduğundan, çamur konsantrasyonu belirli bir aralığın ötesinde ne kadar yüksek olursa, fosfor giderme etkisi o kadar kötü olur.

A. Fosfor giderimi verimliliği için yeterli bir çamur yaşı korunurken, anaerobik bölgedeki çamur konsantrasyonunun arttırılması, buna karşılık olarak daha yüksek PAC bakteri konsantrasyonuyla sonuçlanır. Bu, fosfor-salgılayan mikroorganizmaların miktarını artırır, bu da daha sonra aerobik fosfor-emici mikroorganizmaların miktarını artırır, böylece sistemin genel fosfor giderim etkisi artar.

B. Anaerobik bölgede polifosfat-biriktiren bakteriler VFA'yı emer ve fosfor salgılar. Aynı zamanda, yüksek çamur konsantrasyonu koşulları altında, anaerobik bölge, sudaki yüksek-moleküler-ağırlıklı, dirençli organik maddeyi anaerobik olarak hidrolize ederek sistemin anaerobik asitleştirme bölümü olarak görev yapabilir. Polifosfat-biriktiren bakteriler tarafından fosfor salınımı sırasında açığa çıkan enerji, asetik asit, H+ vb.'nin aktif olarak emilmesi, PHB'nin oluşturulması ve bakterilerin içinde depolanması için kullanılabilir. Bu, organik maddenin asitleşme sürecini destekler, atık suyun biyolojik olarak parçalanabilirliğini artırır ve sonraki arıtma süreçlerinde denitrifikasyon reaksiyonları için kullanılan karbon kaynağını arttırır.