Introduktion: Lad os i dag lære om hovedpersonen i biologisk behandling - aktiveret slam (bæreren af forskellige mikroorganismer). Det spiller en afgørende rolle i biologiske behandlingsprocesser, idet det fjerner forurenende stoffer som COD, ammoniak-nitrogen, total-nitrogen og total-fosfor fra spildevandet gennem de forskellige mikroorganismer i slammet. De, der har besøgt spildevandsrensningsanlæg, kan lugte en svag mudret lugt; det er lugten af aktivt slam!
01 Oprindelsen af aktiveret slam
Aktiveret slam blev først opdaget i 1912 af Clark og Gage i Storbritannien, som stammer fra et lille eksperiment. I forsøget producerede langvarig beluftning af spildevand slam, og vandkvaliteten blev væsentligt forbedret. Arden og Lockgtt undersøgte efterfølgende dette fænomen.
Beluftningsforsøgene blev udført i flasker. Ved afslutningen af hver dags eksperiment blev flaskerne tømt, og processen begyndte igen næste dag. De opdagede ved et uheld, at fordi flaskerne ikke var grundigt rengjorte, var behandlingseffekten faktisk bedre, når slam klæbte til flaskevæggene. I erkendelse af vigtigheden af det slam, der er tilbage på flaskevæggene, kaldte de det aktiveret slam.
Efterfølgende, inden afslutningen af hver dags eksperiment, lod de det beluftede spildevand bundfælde sig, idet de kun kasserede det øverste lag af renset vand og efterlod slammet i bunden til brug næste dag. Dette forkortede spildevandsbehandlingstiden markant.
I 1916 blev det første spildevandsrensningsanlæg for aktiveret slam bygget ved hjælp af denne eksperimentelle proces.
02 Aktivt slams strukturelle sammensætning og fysiske egenskaber
Aktivt slam er et flokkulerende stof dannet af en blanding af mikrobielle samfund som bakterier, svampe, protozoer og metazoer med suspenderede og kolloide stoffer i spildevand. Det har en stærk evne til at adsorbere og nedbryde organisk materiale og gode bundfældningsegenskaber, og det besidder biokemisk aktivitet.
Flokker og trådbakterier er vigtige komponenter i aktiveret slam.
Flokker dannes ved aggregering af bakterier med slim eller kapsler. De adsorberer urenheder og frie mikroorganismer i spildevand, hvilket giver aktiveret slam fremragende bundfældningsegenskaber og beskytter mikroorganismer i spildevandet mod at blive indtaget eller forgiftet.
Filamentøse bakterier danner skelettet af aktiveret slam. De vokser og forlænges under vedhæftning af flokke, hvilket får flokkene til at danne større partikler, samtidig med at det aktiverede slams løshed bevares.
I udseende er aktiveret slam generelt gult eller brunligt-gult. Den bliver sort, når ilttilførslen er utilstrækkelig eller anaerob, og grålig-hvid, når ilttilførslen er for høj, og næringsstofferne er utilstrækkelige. Aktivt slam har et højt vandindhold, generelt over 99%, og dets massefylde svarer til vand, typisk 1.002-1.003 kg/L.
03 Mikrobiel sammensætning af aktiveret slam
I aktiverede slammikroorganismer lever protozoer af bakterier, mens metazoer lever af både protozoer og bakterier og danner en fødekæde og et afbalanceret biologisk samfund. Aktiverede slambakterier findes ofte i form af flokke, hvor færre findes i fri tilstand. Dette giver bakterierne evnen til at modstå ugunstige eksterne faktorer. Frie bakterier er ikke let bundfældte, men kan forgribes af protozoer, hvilket gør spildevandet fra sedimentationstanken klarere.
1. Bakterier
Bakterier er encellede-organismer. De er forskellige, talrige og små i størrelse i aktiveret slam, og de har en stærk evne til at adsorbere og nedbryde organisk materiale, hvilket spiller en afgørende rolle i spildevandsrensning.
I de tidlige stadier af aktivslamdyrkning er bakterier stort set frie i spildevandet. Efterhånden som slammet gradvist dannes, samler det sig gradvist i større grupper.
(1) Flokker: Disse er små, synlige partikler sammensat af bakterier og deres udskilte gelatinøse stoffer. De fleste bakterier i aktiveret slam er indkapslet i gelatinøse stoffer, der findes i form af flokke. Flokker er det strukturelle og funktionelle center for aktiveret slam, som har egenskaber som adsorption, oxidativ nedbrydning og koagulationssedimentering.
(2) Filamentøse bakterier: Disse er en type bakterier, hvis celler, med eller uden kapsider, er bundet sammen for at danne filamenter. Trådformede bakterier hæfter sig ofte til og fletter sig sammen med bakterieflokkene og danner skelettet af begroningsslammet. Men når de formerer sig i stort antal, kan de forværre flokkulerings- og bundfældningsegenskaberne for aktiveret slam og i alvorlige tilfælde forårsage slambulning.
(3) Nitrificerende bakterier Nitrificerende bakterier er en type autotrofe bakterier, der kan nedbryde ammoniak og nitrit. De omfatter to fysiologiske undergrupper: *Nitrificerende bakterier* og *Nitrificerende bakterier*, som tilhører en uafhængig familie-Nitrificerende bakteriefamilie. Nitrificerende bakterier får energi til at opfylde deres metaboliske behov ved at oxidere uorganiske forbindelser gennem nitrifikation, ved at bruge CO2 som deres eneste kulstofkilde. De er typiske kemoautotrofe bakterier. Nitrificerende bakterier besidder nitrifikation, hvilket refererer til den proces, hvorved nitrificerende bakterier oxiderer NH3 til NO2- under aerobe forhold og oxiderer det yderligere til NO3-, hvorved der opnås den energi, der er nødvendig for vækst. Det første trin, oxidationen af NH3 til NO2-, kaldes nitrifikation eller ammoniakoxidation og afsluttes af nitrificerende bakterier; det andet trin, oxidationen af NO2- til NO3-, kaldes nitrifikation og afsluttes af nitrificerende bakterier. Derfor omfatter den almindeligt omtalte nitrifikation faktisk to stadier: nitrifikation af nitritoxiderende bakterier og nitrifikation af nitrificerende bakterier.
(4) Denitrificerende bakterier: Denitrificerende bakterier er kemoheterotrofe bakterier. Under iltfattige forhold- reducerer de nitrater til nitritter og reducerer nitritter yderligere til nitrogengas, hvorved de opnår energi. Dette er i bund og grund det modsatte af nitrificerende bakteriers funktion (naturen er interessant på denne måde; to forskellige typer bakterier opnår nitrogenkredsløbet). Denitrificerende bakterier er vidt udbredt i jord og spildevand og spiller en stor rolle i landskabsvandbehandling, byforvaltning af floder og akvakulturbehandling.
(5) Hydrolytisk forsurende bakterier: Disse er bakterier, der kan udnytte store, komplekse organiske molekyler til livsaktiviteter i anaerobe miljøer. Hydrolyse er den proces, hvorved komplekse, uopløselige polymerer omdannes til simple opløselige monomerer eller dimerer. På grund af deres store relative molekylvægt kan høj-molekylær-vægt organisk stof ikke passere gennem cellemembraner og kan derfor ikke direkte udnyttes af bakterier. De omdannes først til mindre molekyler ved den hydrolytiske virkning af bakterielle ekstracellulære enzymer. Det mest typiske kendetegn ved denne fase er, at den biologiske reaktion sker ekstracellulært. Bakterier fuldfører biokatalytiske oxidationsreaktioner ved at frigive ekstracellulære frie enzymer eller immobiliserede enzymer knyttet til cellevæggen.
Og så videre... der er mange typer bakterier, så jeg stopper her for nu. Detaljerede introduktioner af enkelte bakteriearter kan gives senere.
2. Protozoer
Protozoer er små, enkle, lavt-encellede-dyr. Et stort antal protozoer findes i aktivt slam fra spildevandsrensning. De deltager i spildevandsrensning ved at indtage organiske partikler. Desuden, fordi protozoer er følsomme over for miljøforhold, ændres deres sammensætning og mængde med miljømæssige variationer; derfor bruges de ofte som indikatororganismer. Almindelige eksempler omfatter vorticella, amøber, flagellater og svømmende ciliater. Disse mikroorganismer udgør mere end 80% af det samlede antal. Hvis antallet af individer overstiger 1000/mL, bør det betragtes som aktiveret slam med høj rensningseffektivitet.
3. Mikrometazoer
De vigtigste mikrometazoer i aktiveret slam er hjuldyr og nematoder. Generelt er antallet af mikroskopiske metazoer i aktiveret slam relativt lille. Men i aktiveret slam med lav-belastning, især i aktiveret slam med forlænget beluftning, kan hjuldyr og oligochaeter nogle gange blive de dominerende arter.
04 Ydelsesindikatorer for aktiveret slam Det mikrobielle samfund omfatter hovedsageligt bakterier, protozoer og metazoer, hvor bakterier og protozoer er de to hovedkategorier. Ydeevneindikatorer for aktiveret slam inkluderer: blandet væske suspenderede faste stoffer (MLSS), slamudfældningsforhold (SV), slamvolumenindeks (SVI) og slamdensitetsindeks (SDI).
Mixed liquor suspended solids (MLSS) repræsenterer den samlede vægt af aktiverede slam-tørstoffer indeholdt i en enhedsvolumen blandet væske i en beluftningstank, dvs.
MLSS=Ma + Mig + Mi + Mii
Ma – Det metabolisk aktive mikrobielle samfund;
Me – rester fra endogen metabolisme og selv-oxidation af mikroorganismer (hovedsageligt bakterier);
Mi – Inert organisk materiale, der er svært for bakterier at nedbryde, båret ind af det rå spildevand;
Mii – Uorganisk materiale, der føres ind af spildevandet.
Enheden er mg/L eller kg/m³.
Blandede væsker flygtige suspenderede faste stoffer (MLVSS) repræsenterer koncentrationen af organiske faste stoffer i det aktiverede slam af den blandede væske, dvs.
MLVSS=Ma + Mig + Mi
Forholdet mellem MLVSS og MLSS er udtrykt som f. Under normale omstændigheder er f-værdien relativt fast, omkring 0,75 for husspildevand.
Både MLVSS og MLSS kan bruges til at afspejle koncentrationen af slam i biologiske behandlingstanke. Daglige datasammenligninger kan afsløre væksten af aktiveret slam. Men MLVSS udelukker uorganisk materiale, hvilket gør dets værdi tættere på det faktiske antal mikroorganismer.
Slamudfældningshastigheden (SV), også kendt som 30 minutters bundfældningshastighed, er procentdelen af volumenet af udfældet slam, der dannes, efter at den blandede væske har bundfældet sig i en målecylinder i 30 minutter, udtrykt som en procentdel (%).
I de tidlige stadier af dyrkning af aktiveret slam kan bundfældningshastigheden bruges til indledningsvis at observere slamvækst. Generelt er normalt, stabilt aktiveret slam SV mellem 20-35%. En lavere SV indikerer utilstrækkelig slamkoncentration, mens en højere SV indikerer for hurtig slamvækst (overdreven næringsstoffer, muligvis på grund af for stor kulstofkilde).
Slamvolumenindekset (SVI), også kendt som slamindekset, er mængden af bundfældet slam (i ml) pr. gram tørt slam efter 30 minutters bundfældning i den blandede væske ved beluftningstankens udløb. Formlen til beregning af slamvolumenindekset er:
SVI=SV/MLSS
SVI bruges til at vurdere slams bundfældningsevne, og dets normale område er typisk mellem 70 og 150 ml/g. En lav SVI-værdi indikerer lav slamaktivitet og et højt indhold af uorganisk stof; en høj SVI-værdi indikerer potentiel slamfyldning og dårlig bundfældningsevne.
Slamdensitetsindekset (SDI), almindeligvis omtalt som densitet, er det gensidige af SVI.