O papel das lamas activadas no tratamento de águas residuais é um sistema dinâmico de ecossistemas microbianos complexos e processos físicos e químicos,e o seu mecanismo central pode ser profundamente analisado a partir do micro metabolismo para o nível do processo macro
1, O mecanismo metabólico colaborativo das comunidades microbianas
Divisão hierárquica das comunidades microbianas funcionais
- Comunidade bacteriana vantajosa: composta principalmente por bactérias heterotróficas (como Pseudomonas e Zygomycetes), responsáveis pela degradação primária da matéria orgânica,secreção de enzimas extracelulares para hidrolizar grandes moléculas orgânicas em pequenas moléculas absorvíveis (como polissacarídeos → glicose, proteínas → aminoácidos).
- Microbiota funcional:
- Bactérias nitrificantes (bactérias de nitritos, bactérias de nitratos): em condições aeróbicas, oxidar NH-N para NO2− e NO-
- Bactérias desnitrificantes (como Pseudomonas): sob condições anaeróbias, utilizam matéria orgânica como doador de elétrons para reduzir NO − para N 2.
- Bactérias que acumulam polifosfato (como 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).
Alocação de energia no metabolismo microbiano
- Metabolismo da decomposição: a matéria orgânica oxida e libera energia (cerca de 40% convertida em ATP, 60% perdida como energia térmica).
- Anabolismo: A energia é utilizada para a proliferação celular microbiana (produção de lodo), e a energia restante é consumida através da respiração endógena.
2, O efeito reforçador dos processos físicos e químicos
Efeito de ligação da precipitação de floculação de adsorção
- Estágio de absorção:Os microorganismos captam rapidamente matéria orgânica através da rede viscosa de EPS (substâncias poliméricas extracelulares) (a taxa de adsorção pode atingir mais de 10 vezes a taxa de degradação).
- Mecanismo de floculação:
- Floculação biológica: os polissacarídeos e proteínas do EPS secretados pelos microorganismos atuam como floculantes biológicos para promover a formação de flocos.
- Neutralização da carga: Utilizando íons Ca2+ e Mg2+ para reduzir a carga negativa na superfície coloidal e diminuir a repulsão.
- Eficiência da precipitação: Os flocos de qualidade (SVI=100~150 mL/g) conseguem a separação da água de lodo no reservatório de sedimentação secundária, e a concentração da lama devolvida pode atingir 3000~5000 mg/l.
Controle da transferência de massa e da difusão
- gradiente de oxigénio dissolvido: a distribuição desigual do oxigénio dissolvido no tanque de aeração forma um microambiente (interface anoxínica aeróbica), promovendo a nitrificação e desnitrificação síncronas.
- Difusão no substrato: a taxa de transferência de matéria orgânica da fase aquosa para a superfície das células microbianas afecta a eficiência de degradação,que pode ser otimizado aumentando a intensidade de agitação.
3, Lógica de controlo dos parâmetros do processo
Parâmetros essenciais de controlo
- Idade da lama (SRT): determina a estrutura da população microbiana (por exemplo, a SRT longa promove o crescimento de bactérias nitrificantes, a SRT curta inibe bactérias filamentosas).
- Carga de lama (F/M): Alta carga (0,3~0,6 kgBOD/kgMLSS · d) acelera a degradação da matéria orgânica, mas pode facilmente causar inchaço da lama; baixa carga (<0,15 kgBOD/kgMLSS · d) é benéfica para a nitrificação.
- Relação de refluxo (R): afecta a concentração de lama e a eficiência de tratamento do reservatório de aeração (normalmente 20% a 100%).
Direcção de otimização dos processos típicos
Processo A/O: A remoção do fósforo é obtida através de alternância aeróbica anaeróbica, e o ORP na zona anaeróbica precisa ser controlado a -150~-250 mV.
- Processo 2/O: Aumentar o estágio anóxico para melhorar a desnitrificação, exigindo uma alocação equilibrada da fonte de carbono (desnitrificação prioritária, seguida da remoção de fósforo).
- Processo SBR: integração multifuncional obtida através do controlo de séries temporais, exigindo a otimização da intensidade de aeração e do tempo de sedimentação.
4, Desafios e estratégias de enfrentamento durante a operação
Análise comum dos problemas
- Inchaço da lama: a proliferação excessiva de bactérias filamentosas leva a SVI> 200 mL/ g, que pode ser inibida pela adição de Fe 3+ ou ajustando a F/ M.
-Envelhecimento da lama: a operação a longo prazo com baixa carga leva a floculação, exigindo descarga de lama ou aumento da carga para ativar o metabolismo.
- A eficiência da desnitrificação é limitada: quando a fonte de carbono é insuficiente, pode ser suplementado metanol/acetato de sódio, ou o processo MBR pode ser utilizado para estender a SRT.
Tecnologia de controlo inteligente
- Monitorização online: feedback em tempo real do estado do processo através de sensores DO, pH e ORP.
-Predicção do modelo: aplicar o ASM (modelo de lama ativada) para simular processos metabólicos e otimizar estratégias de aeração e refluxo.
5, Inovação tecnológica e direcções de ponta
Desenvolvimento de novos processos
- Denitrificação por nitrificação de curto alcance: oxidação do NH-N em NO 2− e denitrificação directa, poupando 25% de aeração e 40% de fonte de carbono.
- Tecnologia de lodo granular: através da autoaglomeração para formar partículas de tamanho milimétrico, aumenta a capacidade de resistência às cargas de impacto.
Utilização dos recursos
- Digestão anaeróbica das lamas: transformação de matéria orgânica em biogás (contendo 60% a 70% de CH4) para obter a recuperação de energia.
- Recuperação de fósforo: extracção de fertilizantes de liberação lenta a partir de lamas através de excrementos de aves (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O) através da tecnologia de cristalização.
resumir
O sistema de lamas activadas permite controlar completamente a cadeia, desde a mineralização orgânica até ao ciclo dos nutrientes, através do acoplamento do metabolismo microbiano e dos processos físico-químicos.A tendência de desenvolvimento futura concentrar-se-á em processos de baixo carbono e poupança de energia, regulação inteligente e recuperação de recursos para satisfazer a procura de melhoria do tratamento de águas residuais no âmbito do objectivo de neutralidade de carbono. 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.
