Избыточный общий фосфор в сточных водах является одной из наиболее неприятных проблем в системах ААО. При устранении неполадок люди обычно думают: достаточно ли источника углерода? Осадок в хорошем состоянии? Следует ли добавлять химикаты для удаления фосфора?
Все эти указания верны, но есть одна причина, которую легко упустить из виду:-длительная-чрезмерная аэрация.
В отрасли распространено мнение: чем сильнее аэрация и чем выше содержание растворенного кислорода (РК), тем активнее аэробное поглощение фосфора и тем стабильнее система удаления фосфора. На самом деле это не так.-чрезмерная аэрация может незаметно ослабить эффективность биологического удаления фосфора, превратив его в «невидимого убийцу». Это не приведет к немедленному разрушению системы, но постепенно ослабит «жизнеспособность» полифосфат-накапливающих бактерий, что в конечном итоге приведет к особенно запутанному явлению: анаэробная секция в норме, но общий фосфор в сточных водах продолжает превышать норму.
I. Что такое биологическое удаление фосфора?
В процессе ААО используются бактерии, называемые полифосфатами,-аккумулирующие бактерии для удаления фосфора. Они выполняют два чередующихся процесса в анаэробной и аэробной среде:
Анаэробная стадия: полифосфат-накапливающие бактерии (PAB) сначала разлагают полифосфаты внутри своих клеток, выделяя фосфаты в воду и получая энергию. Затем они используют эту энергию для поглощения короткоцепочечных жирных кислот (таких как уксусная кислота) из сточных вод, превращая их в ПГБ для хранения.
Аэробная стадия: PPB разлагают PHB внутри своих клеток для получения энергии. Затем они используют эту энергию для поглощения большого количества фосфатов из воды, синтезируя полифосфаты и снова сохраняя их в своих клетках.
Наконец, удаление фосфора достигается за счет удаления осадка: богатые фосфором-ППБ выводятся из системы посредством сброса избыточного ила, тем самым удаляя фосфор из воды.
Ключевой момент всего процесса очевиден: количество ПГБ, синтезируемого на анаэробной стадии, напрямую определяет количество фосфора, которое может быть поглощено на аэробной стадии. Достаточные запасы ПГБ приводят к достаточному поглощению фосфора; недостаточные запасы ПГБ снижают способность поглощения фосфора.
II. Что разрушает чрезмерная аэрация?
При нормальных условиях аэрации растворенный кислород в аэробном резервуаре поддерживается в разумных пределах. ПББ будут потреблять ПОБ по мере необходимости, отдавая приоритет его использованию для поглощения фосфора, что приведет к стабильному удалению фосфора.
Однако проблемы возникают, когда аэрация чрезмерна и содержание растворенного кислорода в аэробной зоне остается высоким: когда растворенный кислород слишком высок, полифосфатные-бактерии, накапливающие полифосфаты (ПАБ), не только используют ПОБ для поглощения фосфора, но также потребляют большое количество ПОБ для «поддержания собственного основного метаболизма». Это самое загадочное явление, наблюдаемое на-объекте: выделение фосфора в анаэробной зоне совершенно нормальное, но общее содержание фосфора в стоках при этом не снижается.
Причина на самом деле несложная: процесс «запасания пищи» в анаэробной зоне не затрагивается, но в аэробной зоне ПГБ или ПФК чрезмерно расходуются, оставляя недостаточно энергии для крупномасштабного поглощения фосфора. Неспособные поглощать фосфор из воды, некоторые PPA даже выделяют фосфор в обратном процессе, что в конечном итоге приводит к чрезмерному уровню фосфатов в сточных водах.
III. Реальный случай: неконтролируемая аэрация, резкое падение эффективности удаления фосфора
Набор данных измерений на-объекте ясно иллюстрирует проблему: на станции очистки сточных вод уровень растворенного кислорода в передней части аэробного резервуара контролировался на уровне около 2 мг/л (в разумных пределах), но специального контроля в конце не было, а чрезмерная аэрация привела к резкому повышению уровня растворенного кислорода в конце до более чем 5 мг/л.
В результате способность системы удалять фосфор быстро ухудшилась: уровень фосфатов в сточных водах вырос с нормальных 0,37 мг/л до 5,7 мг/л; Скорость биологического удаления фосфора резко упала и почти полностью прекратилась.
Позже обслуживающий персонал стабилизировал уровень растворенного кислорода (РК) во всем аэробном резервуаре на уровне 2–3 мг/л, и система медленно восстановилась. Примерно через две недели стабильной работы уровень фосфора в сточных водах снизился до 0,89 мг/л, а эффективность удаления фосфора вернулась к проектному значению.
Ухудшение удаления фосфора, вызванное чрезмерной аэрацией, не может быть устранено сразу после корректировки параметров.
При чрезмерном потреблении ПОБ полифосфаты,-бактерии, накапливающие полифосфат, переходят в состояние "эндогенного дыхания"-, чтобы выжить, они начинают разлагать собственный клеточный материал, нанося ущерб общей активности бактериального сообщества. Чтобы восстановить-стабильную способность удаления фосфора, системе требуется достаточно времени, чтобы бактерии,-накапливающие полифосфат, размножились и повторно-накопили ПОБ. Обычно этот процесс занимает от нескольких дней до нескольких недель, в зависимости от степени повреждения. Это также основная причина, по которой многие растения не видят результатов после регулировки аэрации.-Дело не в том, что настройки неправильные, а в том, что время выбрано неподходящее.
IV. Эти 3 ситуации, скорее всего, вызовут незамеченную чрезмерную-аэрацию
1. Дождливые дни или низкая-нагрузка притока. Когда идет дождь или количество промышленных сточных вод меньше обычного, концентрация органических веществ в притоке значительно падает. Ил потребляет меньше кислорода, поэтому требуемый уровень кислорода также ниже. Если скорость аэрации останется прежней, кислород не будет использоваться, что приведет к постоянному повышению уровня растворенного кислорода (DO) и истощению PHB бактерий, накапливающих полифосфат.- Если скорость аэрации не корректируется сразу же после уменьшения приточной нагрузки и высокая аэрация поддерживается в течение длительного периода, эффект чрезмерной аэрации «кипящей лягушки» является наиболее коварным. Эффективность удаления фосфора может медленно снижаться в течение нескольких месяцев, пока внезапно не превысит стандарт.
2. Сосредоточение внимания только на передней части, пренебрежение задней частью: многие заводы устанавливают датчики растворенного кислорода только в передней части аэробного резервуара. Они чувствуют себя увереннее, когда DO в передней части кажется нормальным, но в задних отсеках часто возникает чрезмерная-аэрация. В действительности, когда общая скорость аэрации слишком высока, в задней части аэробного резервуара, скорее всего, будет высокий уровень DO, а также там, где PHB «окончательно истощается».
V. Практические предложения
1. Изменить привычку «чем выше аэрация, тем лучше»
Рекомендуемый уровень растворенного кислорода (РК) в аэробном резервуаре составляет 2–3 мг/л; избегайте превышения уровня 4 мг/л в течение длительного времени. Обратите особое внимание на растворенный кислород в конце аэробного резервуара, а не только на верхнем уровне.
2. Заблаговременно снижайте аэрацию в периоды низкой-нагрузки.
В случае дождя или низкой концентрации приточной воды немедленно уменьшите скорость аэрации, чтобы сохранить запас ПГБ для бактерий,-накапливающих полифосфат.
3. Используйте альтернативный подход при исследовании избыточного общего фосфора.
Если выделение фосфора на анаэробной стадии нормальное, но фосфор в сточных водах все еще высокий, проверьте, нет ли чрезмерной аэрации. Также проверьте время удержания вторичного отстойника, содержание растворенного кислорода в рефлюксе, избыток нитратного азота и достаточный сброс осадка. Не добавляйте сразу большое количество химикатов для удаления фосфора-это увеличивает затраты и может замаскировать реальную проблему.
4. Будьте терпеливы после настройки DO.
Убедившись, что чрезмерная аэрация приводит к ухудшению удаления фосфора, уменьшите уровень растворенного кислорода и подождите некоторое время. Частая корректировка параметров может фактически неоднократно шокировать бактериальное сообщество, замедляя его восстановление.
5. Предотвратите «обратный поток кислорода». Если вода с высоким-DO из аэробного резервуара попадает в анаэробный или бескислородный резервуар посредством рециркуляции ила или рециркуляции смешанной жидкости, это нарушит анаэробную среду и напрямую повлияет на синтез ПОБ бактериями, -накапливающими полифосфат. В идеале система рециркуляции должна иметь бескислородную буферную зону или контролировать коэффициент рециркуляции, чтобы уменьшить попадание кислорода.
В конечном счете, ключ к биологическому удалению фосфора из ААО заключается не в резком увеличении аэрации или простом добавлении источников углерода, а в поддержании баланса «энергетического счета» ПГБ для бактерий, накапливающих полифосфат.
Недостаточная аэрация приводит к недостаточному усвоению фосфора; чрезмерная аэрация преждевременно истощает запасы полифосфата,-накапливающего бактерии, что значительно снижает или даже устраняет эффективность биологического удаления фосфора. Для эксплуатации и технического обслуживания контроль растворенного кислорода в аэробном резервуаре имеет первостепенное значение. Когда общий уровень фосфора превышает стандарт, рассмотрение нескольких слоев и проведение дополнительных измерений зачастую более эффективны, чем слепая корректировка параметров или добавление химикатов.
Примечание. PHB — это аббревиатура поли- -гидроксимасляной кислоты, которая является веществом, запасающим энергию в полифосфатных бактериях.