Moltes persones que treballen en el tractament d'aigües residuals tenen una intuïció: "Els microorganismes són la força principal, per tant, més fangs significa una capacitat de tractament més forta". Això sembla raonable, però en el funcionament real, això sovint comporta problemes.
Els que han participat en la-comissió en funcionament del lloc probablement hagin estat testimonis d'aquest escenari: efluent fluctuant, nitrogen amoníac ocasional que supera els estàndards i la primera reacció de l'operador és una "concentració insuficient de fangs", que provoca una descàrrega de fangs reduïda o fins i tot nul·la. MLSS augmenta gradualment de 3000 a 4000, 5000 i 6000 mg/L.
Curiosament, tot i que una concentració més alta de llots soluciona el problema, crea nous problemes-els desbordaments de fangs del dipòsit de sedimentació secundari, l'efluent SS supera els estàndards, la freqüència del ventilador ja és al màxim i el DO al tanc aeròbic no es pot augmentar.
Llavors, on és el problema?
La relació entre la concentració de fangs i la capacitat del sistema no és lineal, sinó una paràbola.
Coll d'ampolla de subministrament d'oxigen: la "última milla" de la transferència d'oxigen dissolt
Primer, tingueu en compte l'aireació: per cada augment de 1000 mg/L de concentració de fangs, la taxa de consum d'oxigen al dipòsit augmenta. Mantenir el metabolisme diari d'1 kg de fang activat requereix aproximadament 0,8-1,2 kg d'oxigen. Quan MLSS augmenta de 3000 a 5000, la biomassa total del tanc augmenta gairebé un 70%, la qual cosa comporta un augment de la demanda total d'oxigen.
Una crisi més profunda rau en les limitacions de la transferència d'oxigen a microescala. Quan MLSS supera un cert valor, la mida i la densitat de partícules dels flocs de fang activat augmenten significativament. Això fa que la resistència a la transferència d'oxigen augmenti exponencialment, creant el problema de la "última milla" de la transferència d'oxigen dissolt.
En aquest punt, tot i que el DO al tanc aeròbic pot romandre en 2,0-3,0 mg/L, aproximadament el 60% del volum dins dels flocs pot estar ja en estat de condicions anòxiques. Els bacteris nitrificants són com els residents apretats a una "habitació interior sense finestres", on els bacteris heteròtrofs exteriors consumeixen oxigen abans d'arribar a la seva zona. La taxa d'utilització del DO (carbon orgànic dissolt) disminueix significativament, l'activitat dels bacteris nitrificants es suprimeix i el nitrogen d'amoníac comença a augmentar. Simultàniament, l'entorn anòxic localitzat facilita la proliferació dels bacteris filamentosos, afluixant l'estructura del fang i deteriorant el rendiment de la sedimentació.
Límit de sedimentació: la crisi de "sobrecàrrega" del tanc de sedimentació secundari
Mirant el decantador secundari: com més gran és la concentració de fangs, més matèria sòlida entra al dipòsit secundari de decantació. El valor de disseny de càrrega superficial per a un tanc de decantació secundari típic amb una entrada central i una sortida circumdant és de 0,8 ~ 1,2 m³/m²·h, i la càrrega de sòlids normalment es controla a 4~6 kg/m²·h.
Un augment continu de MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) conduirà directament a un augment significatiu de la càrrega de sòlids del tanc de decantació secundari, superant el seu límit de capacitat de disseny. Un cop sobrecarregat, l'efecte de separació d'aigua-de fangs es debilita, el sobrenedant es torna tèrbol i l'efluent SS supera l'estàndard. De vegades, una capa de fangs fins flota a tota la superfície del dipòsit secundari de decantació i ajustar la relació de flux de retorn és ineficaç. Molts sòlids en suspensió efluents que superen l'estàndard no estan arrelats a la secció de tractament biològic, sinó a la concentració de fangs que supera la capacitat de disseny del dipòsit secundari de decantació.
Edat del fang desequilibrada: la trampa "envelliment" darrere de la concentració
Un altre factor fàcil de passar per alt és l'edat dels fangs. Amb un volum de descàrrega de fangs constant, augmentar el MLSS allargarà l'edat dels fangs.
L'excés d'envelliment dels fangs condueix a l'envelliment dels fangs: els microorganismes entren en la fase de respiració endògena, augmentant el seu propi consum d'oxigen, però la seva activitat efectiva en la degradació dels contaminants disminueix significativament. Els flocs de llots d'envelliment es tornen fins i fragmentats, sedimentant-se més lentament i perdent-se fàcilment amb l'efluent.
Trobar el "punt d'equilibri": el control dinàmic és clau
A la pràctica, la "concentració adequada" sempre és més important que la "concentració alta". No hi ha una concentració òptima de fangs única i universalment aplicable; Els paràmetres de funcionament s'han d'ajustar dinàmicament en funció de les condicions de funcionament específiques:
Càrrega d'influència: en condicions de càrrega orgànica elevada, augmentar moderadament la concentració de fangs pot amortir els xocs de qualitat de l'aigua; sota càrregues d'afluència baixa-a llarg termini, una concentració excessiva de fangs només augmentarà el consum d'energia del ventilador i augmentarà la pressió sobre el manteniment de la descàrrega de fangs.
Condicions de temperatura de l'aigua: a l'hivern, les baixes temperatures redueixen l'activitat metabòlica microbiana, la qual cosa permet un augment moderat de la biomassa MLSS (sòlids de fangs multi-de capes) per garantir la nitrificació. A l'estiu, les temperatures més altes de l'aigua i una major activitat microbiana redueixen la concentració de fangs, estalviant energia d'aireació i reduint el risc d'acumulació de fangs.
Punt de referència bàsic: centrar-se en F/M (proporció d'alimentació-a-microorganisme)
El punt de referència més fiable per jutjar si la concentració de fangs és raonable és la relació F/M (proporció alimentació-a-microorganisme), en lloc de centrar-se rígidament en un únic valor MLSS.
Per als sistemes d'aigües residuals municipals convencionals, el rang F/M adequat sol ser de 0,1 ~ 0,2 kg DBO₅/kg MLSS·d (alguns processos poden relaxar-ho fins a 0,2 ~ 0,4).
Una relació F/M inferior a 0,05 indica una manca-a llarg termini de substrat microbià; la fam contínua conduirà ràpidament a l'envelliment dels fangs.
Una relació F/M superior a 0,4 indica reserves de biomassa efectives insuficients, cosa que fa que l'efluent sigui molt susceptible a superar els estàndards durant els xocs de qualitat de l'aigua.
Els ajustos diaris de la velocitat de descàrrega de fangs per estabilitzar la proporció d'alimentació-a-microorganisme són molt més científics que l'adherència rígida a una concentració fixa de fangs. Moltes-plantes de tractament d'aigües residuals ben establertes ajusten dinàmicament les seves concentracions de llots en funció de les condicions reals: augmenten moderadament la concentració a l'hivern per mantenir l'eficiència del tractament i la redueixen a l'estiu per estalviar energia i controlar l'acumulació dels fangs. Aquestes són experiències pràctiques resumides pel personal de primera línia després d'innombrables proves i errors.
En definitiva, la concentració de fangs és només un mitjà per ajustar el procés, mai l'objectiu final de l'operació. El que realment pretenem aconseguir és l'estabilitat del sistema-a llarg termini, els efluents que compleixen constantment i els costos operatius controlables.
Tant els nivells de MLSS excessivament alts com els baixos són perjudicials per al funcionament estable del sistema. La concentració òptima de fangs és aquella que manté el cabal (F/M) dins d'un rang raonable, garanteix l'oxigen dissolt (DO) estable i controlable, evita l'escorriment dels fangs de la sedimentació secundària i compleix constantment els estàndards de qualitat de l'aigua. Aquest valor pot ser superior o inferior al valor de referència del disseny, però més alt no sempre és millor.