Il ruolo dei fanghi attivi nel trattamento delle acque reflue è rappresentato da un sistema dinamico di ecosistemi microbici complessi e processi fisici e chimici,e il suo meccanismo di base può essere analizzato in profondità dal micro metabolismo al livello del processo macro
1, Il meccanismo metabolico collaborativo delle comunità microbiche
Divisione gerarchica delle comunità microbiche funzionali
- Comunità batterica vantaggiosa: composta principalmente da batteri eterotrofi (come Pseudomonas e Zygomycetes), responsabili della degradazione primaria della materia organica,secrezione di enzimi extracellulari per idrolizzare le grandi molecole organiche in piccole molecole assorbibili (come i polisaccaridi → glucosio, proteine → aminoacidi).
- Microbiota funzionale:
-batteri nitrificanti (batteri nitritici, batteri nitratici): in condizioni aerobiche, ossidare NH-N a NO2− e NO-
-batteri denitrificanti (come Pseudomonas): in condizioni anaerobiche, utilizzano materia organica come donatore di elettroni per ridurre NO − a N 2.
- batteri che accumulano polifosfato (come 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).
Allocazione di energia nel metabolismo microbico
- Metabolismo di decomposizione: la materia organica si ossida e rilascia energia (circa il 40% convertito in ATP, il 60% perso come energia termica).
- Anabolismo: l' energia viene utilizzata per la proliferazione delle cellule microbiche (produzione di fango) e l' energia rimanente viene consumata attraverso la respirazione endogena.
2, L'effetto di rafforzamento dei processi fisici e chimici
L'effetto di legame dell'assorbimento, della precipitazione da flocculazione
- Stadio di assorbimento:I microrganismi catturano rapidamente la materia organica attraverso la rete viscosa di EPS (sostanze polimeriche extracellulari) (il tasso di adsorbimento può raggiungere più di 10 volte il tasso di degradazione).
- Meccanismo di flocculazione:
- Flocculazione biologica: i polisaccaridi e le proteine contenute nell'EPS secrete dai microrganismi agiscono come flocculanti biologici per favorire la formazione dei flocchi.
- Neutralizzazione delle cariche: utilizzando ioni Ca2+ e Mg2+ per ridurre la carica negativa sulla superficie colloidale e diminuire la repulsione.
- Efficienza di precipitazione: i buoni fiocchi (SVI=100~150 ml/g) raggiungono la separazione dell'acqua di fanghi nel serbatoio di sedimentazione secondario, e la concentrazione di fanghi restituiti può raggiungere i 3000~5000 mg/l.
Controllo del trasferimento di massa e della diffusione
- gradiente dell'ossigeno disciolto: la distribuzione irregolare dell'ossigeno disciolto nel serbatoio di aerazione forma un microambiente (interfaccia anoxica aerobica), che favorisce la nitrificazione e la denitrificazione sincrone.
- diffusione sul substrato: la velocità di trasferimento della materia organica dalla fase acquosa alla superficie delle cellule microbiche influenza l'efficienza di degradazione,che può essere ottimizzato aumentando l'intensità di agitazione.
3, Logica di controllo dei parametri di processo
Parametri chiave di controllo
- Età dello fango (SRT): determina la struttura della popolazione microbica (ad esempio, la SRT lunga favorisce la crescita di batteri nitrificanti, la SRT breve inibisce i batteri filamentosi).
- carico di fanghi (F/M): carico elevato (0,3~0,6 kgBOD/kgMLSS · d) accelera la degradazione della materia organica ma può facilmente causare gonfiore del fanghi; basso carico (<0,15 kgBOD/kgMLSS · d) è utile per la nitrificazione.
- rapporto di reflusso (R): influisce sulla concentrazione di fanghi e sull'efficienza di trattamento del serbatoio di aerazione (di solito dal 20% al 100%).
Direzione di ottimizzazione dei processi tipici
- Processo A/O: l'eliminazione del fosforo è ottenuta attraverso l'alternanza anaerobica aerobica e l'ORP nella zona anaerobica deve essere controllata a -150~-250 mV.
- un processo 2/O: aumentare lo stadio anossico per migliorare la denitrificazione, che richiede un'allocazione equilibrata della fonte di carbonio (denitrificazione prioritaria, seguita dalla rimozione del fosforo).
- Processo SBR: integrazione multifunzionale ottenuta attraverso il controllo delle serie temporali, che richiede l'ottimizzazione dell'intensità di aerazione e del tempo di sedimentazione.
4, Sfide e strategie di gestione durante l'esercizio
Analisi comune dei problemi
- gonfiore del fango: l' eccessiva proliferazione di batteri filamentosi porta a SVI> 200 ml/ g, che può essere inibita con l' aggiunta di Fe 3+ o la regolazione della F/ M.
- Invecchiamento del fango: il funzionamento a lungo termine a basso carico porta alla floculazione, che richiede lo scarico del fango o un aumento del carico per attivare il metabolismo.
- L'efficienza della denitrificazione è limitata: quando la fonte di carbonio è insufficiente, si può integrare metanolo/acetato di sodio, oppure si può utilizzare il processo MBR per estendere la SRT.
Tecnologia di controllo intelligente
- Monitoraggio online: feedback in tempo reale dello stato del processo attraverso sensori DO, pH, ORP.
- Previsione del modello: applicare il modello ASM (modello di fanghi attivati) per simulare i processi metabolici e ottimizzare le strategie di aerazione e reflusso.
5, Innovazione tecnologica e direzioni all'avanguardia
Sviluppo di nuovi processi
- denitrificazione per nitrificazione a breve raggio: ossidazione di NH − N a NO 2− e denitrificazione diretta, risparmiando il 25% di aria e il 40% di fonte di carbonio.
- Tecnologia dei fanghi granulari: mediante l'auto-agglomerazione per formare particelle di dimensioni millimetriche, migliora la capacità di resistenza ai carichi di impatto.
utilizzo delle risorse
- Digestione anaerobica dei fanghi: trasformazione della materia organica in biogas (contenente 60%~70% CH4) per ottenere il recupero energetico.
-Ricupero del fosforo: estrazione di fertilizzanti a rilascio lento dal fango attraverso l'escremento di uccelli (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O) con tecnologia di cristallizzazione.
riassumere
Il sistema di fanghi attivati consente un controllo completo della catena dalla mineralizzazione organica al ciclo dei nutrienti attraverso l'accoppiamento del metabolismo microbico e dei processi fisico-chimici.La tendenza di sviluppo futura si concentrerà sui processi a basse emissioni di carbonio e a risparmio energetico, la regolamentazione intelligente e il recupero delle risorse per soddisfare la domanda di miglioramento del trattamento delle acque reflue nell'ambito dell'obiettivo di neutralità del carbonio. 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.
