Die Rolle von Aktivschlamm bei der Abwasserbehandlung ist ein dynamisches System komplexer mikrobieller Ökosysteme und physikalischer und chemischer Prozesse.und sein Kernmechanismus kann tiefgehend vom Mikrometabolismus bis zur Makroprozessstufe analysiert werden
1, Der kollaborative Stoffwechselmechanismus von mikrobiellen Gemeinschaften
Hierarchische Aufteilung der funktionellen mikrobiellen Gemeinschaften
- Vorteilhafte Bakteriengemeinschaft: hauptsächlich aus heterotrophen Bakterien (wie Pseudomonas und Zygomycetes) bestehend, die für den primären Abbau organischer Stoffe verantwortlich sind,die Sekretion von extrazellulären Enzymen zur Hydrolyse großer organischer Moleküle in absorbierbare kleine Moleküle (z. B. Polysaccharide → Glukose), Proteine → Aminosäuren).
- Funktionale Mikrobiota:
- Nitrifizierende Bakterien (Nitritbakterien, Nitratbakterien): unter aeroben Bedingungen oxidieren NH − N zu NO 2− und NO −.
- Denitrifizierende Bakterien (z. B. Pseudomonas): Unter anaeroben Bedingungen verwenden sie organische Substanzen als Elektronenspender, um NO − auf N 2 zu reduzieren.
-Polyphosphat ansammelnde Bakterien (z. B. 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).
Energiezuteilung im mikrobiellen Stoffwechsel
-Zersetzungsstoffwechsel: Organische Substanzen oxidieren und geben Energie ab (etwa 40% werden in ATP umgewandelt, 60% als Wärmeenergie verloren gehen).
- Anabolismus: Energie wird für die Zellvermehrung von Mikroben (Schlammproduktion) verwendet, und die verbleibende Energie wird durch endogene Atmung verbraucht.
2Die Stärkungseffekte physikalischer und chemischer Prozesse
Die Verbindungseffekte von Adsorptions- und Flockulationsausfälle
- Adsorptionsstadium:Mikroorganismen fangen organische Stoffe durch das viskose Netzwerk von EPS (extrazellulären Polymeren) schnell auf (Adsorptionsgeschwindigkeit kann mehr als das Zehnfache der Abbaustrate erreichen).
-Flockulationsmechanismus:
- Biologische Flockenbildung: Die von Mikroorganismen ausgeschiedenen Polysaccharide und Proteine in EPS wirken als biologische Flockenmittel, um die Flockenbildung zu fördern.
- Ladungsneutralisierung: Durch Verwendung von Ca2+ und Mg2+-Ionen wird die negative Ladung auf der kolloidalen Oberfläche reduziert und die Abstoßung verringert.
- Niederschlagseffizienz: Gute Flocken (SVI=100~150 mL/g) erreichen in dem Sekundärsedimentationsbehälter eine Schlammwassertrennung und die Rückschlammkonzentration kann 3000~5000 mg/l erreichen.
Massenübertragung und Diffusionskontrolle
- gelöster Sauerstoffgradient: Eine ungleichmäßige Verteilung des gelösten Sauerstoffs im Belüftungstank bildet eine Mikroumgebung (aerobes anoxisches Interface), die eine synchrone Nitrifizierung und Denitrifizierung fördert.
- Substratdiffusion: Die Übertragung von organischer Substanz von der wässrigen Phase auf die Oberfläche der mikrobiellen Zellen beeinflusst die Abbaueffizienz,die durch Erhöhung der Rührintensität optimiert werden kann.
3, Steuerlogik der Prozessparameter
Schlüsselsteuerungsparameter
- Schlammalter (SRT): bestimmt die Struktur der mikrobiellen Population (z. B. fördert eine lange SRT das Wachstum nitrifizierender Bakterien, eine kurze SRT hemmt filamentöse Bakterien).
-Schlammbelastung (F/M): Eine hohe Belastung (0,3 bis 0,6 kgBOD/kgMLSS · d) beschleunigt den Abbau organischer Stoffe, kann aber leicht zu Schlammschwellungen führen; eine geringe Belastung (< 0,15 kgBOD/kgMLSS · d) ist für die Nitrifizierung vorteilhaft.
-Refluxquote (R): beeinflusst die Schlammkonzentration und die Behandlungseffizienz des Belüftungstanks (in der Regel 20% bis 100%).
Optimierungsrichtung typischer Prozesse
-A/O-Prozess: Phosphorabbau wird durch anaerobe aerobe Abwechslung erreicht, und die ORP in der anaeroben Zone muss bei -150~-250 mV gesteuert werden.
- Ein 2/O-Verfahren: Erhöhen Sie die anoxische Stufe, um die Denitrifizierung zu verstärken, was eine ausgewogene Kohlenstoffquelle erfordert (vorrangige Denitrifizierung, gefolgt von Phosphorabbau).
-SBR-Prozess: Mehrfunktionsintegration durch Zeitreihensteuerung, die eine Optimierung der Belüftungsintensität und der Sedimentationszeit erfordert.
4, Herausforderungen und Bewältigungsstrategien während des Betriebs
Gemeinsame Problemanalyse
-Schlammschwellung: Eine übermäßige Proliferation von filamentösen Bakterien führt zu SVI> 200 ml/g, die durch Hinzufügen von Fe 3+ oder Anpassung der F/M gehemmt werden kann.
- Schlammalterung: Langfristiger Betrieb mit geringer Belastung führt zu Flockulation, die eine Schlammentladung oder eine erhöhte Belastung zur Aktivierung des Stoffwechsels erfordert.
- Die Denitrifizierungseffizienz ist begrenzt: Wenn die Kohlenstoffquelle unzureichend ist, kann Methanol/Natriumacetat ergänzt werden oder das MBR-Verfahren zur Verlängerung der SRT verwendet werden.
Intelligente Steuerungstechnik
- Online-Überwachung: Echtzeit-Feedback des Prozessstatus durch DO-, pH- und ORP-Sensoren.
- Modellvorhersage: Anwendung von ASM (Activated sludge model) zur Simulation von Stoffwechselprozessen und Optimierung von Belüftungs- und Rückflussstrategien.
5, Technologische Innovation und Spitzenrichtungen
Neue Prozessentwicklung
- Kurzstrecken-Nitrifizierung - Denitrifizierung: Oxidieren von NH − - N zu NO 2− und direkt denitrifizieren, wodurch 25% der Belüftung und 40% der Kohlenstoffquelle eingespart werden.
-Granulare Schlammtechnik: Durch die Selbstagglomeration zur Bildung von Millimeterpartikeln erhöht sie die Belastungsfähigkeit.
Ressourcennutzung
- Anaerobe Verdauung von Schlamm: Umwandlung organischer Stoffe in Biogas (mit 60% bis 70% CH4) zur Energiewiederherstellung.
- Phosphorrückgewinnung: Gewinnung von langsam freisetzenden Düngemitteln aus Schlamm durch Vogelkot (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O) durch Kristallisierungstechnik.
Zusammenfassung
Das Aktivierungsschlammsystem ermöglicht die vollständige Kontrolle der Kette von der organischen Mineralisierung bis zum Nährstoffkreislauf durch die Verbindung von mikrobiellem Stoffwechsel und physikalisch-chemischen Prozessen.Der zukünftige Entwicklungstrend wird sich auf kohlenstoffarme und energieeinsparende Verfahren konzentrieren, intelligente Regulierung und Ressourcenrückgewinnung, um der Nachfrage nach einer Verbesserung der Abwasserbehandlung im Rahmen des Ziels der Kohlenstoffneutralität gerecht zu werden. 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.
