Daudziem cilvēkiem, kas strādā notekūdeņu attīrīšanā, ir intuīcija: "Mikroorganismi ir galvenais spēks, tāpēc vairāk dūņu nozīmē spēcīgāku attīrīšanas jaudu." Tas šķiet saprātīgi, taču reālajā darbībā tas bieži rada problēmas.
Tie, kas ir bijuši iesaistīti -uz vietas nodošanā ekspluatācijā, visticamāk, ir bijuši aculiecinieki šādam scenārijam: mainīgs notekūdeņu daudzums, reizēm amonjaka slāpeklis, kas pārsniedz standartus, un operatora pirmā reakcija ir "nepietiekama dūņu koncentrācija", kas samazina dūņu izplūdi vai pat tās nav. MLSS pakāpeniski palielinās no 3000 līdz 4000, 5000 un 6000 mg/l.
Savādi, lai gan lielāka dūņu koncentrācija atrisina problēmu, tā rada jaunas problēmas-dūņu pārplūde no sekundārās sedimentācijas tvertnes, notekūdeņu SS pārsniedz standartus, pūtēja frekvence jau ir maksimālā, un DO aerobajā tvertnē nevar palielināt.
Tātad, kur ir problēma?
Attiecība starp dūņu koncentrāciju un sistēmas jaudu nav lineāra, bet gan parabola.
Skābekļa piegādes šaurums: izšķīdušā skābekļa pārneses "pēdējā jūdze"
Pirmkārt, apsveriet aerāciju: par katru 1000 mg/l dūņu koncentrācijas pieaugumu skābekļa patēriņa līmenis tvertnē palielinās. 1 kg aktīvo dūņu ikdienas metabolisma uzturēšanai nepieciešami aptuveni 0,8-1,2 kg skābekļa. Kad MLSS palielinās no 3000 līdz 5000, kopējā biomasa tvertnē palielinās par gandrīz 70%, kā rezultātā palielinās kopējais skābekļa patēriņš.
Dziļāka krīze slēpjas skābekļa pārnešanas ierobežojumos mikro mērogā. Ja MLSS pārsniedz noteiktu vērtību, aktīvo dūņu floku daļiņu izmērs un blīvums ievērojami palielinās. Tas izraisa skābekļa pārneses pretestības pieaugumu eksponenciāli, radot "pēdējās jūdzes" problēmu ar izšķīdušā skābekļa pārnešanu.
Lai gan šajā brīdī DO aerobajā tvertnē var palikt 2,0–3,0 mg/l, aptuveni 60% no tilpuma floku iekšienē jau var būt anoksiskā stāvoklī. Nitrificējošās baktērijas ir kā iedzīvotāji, kas iespiesti "bezlogu iekštelpās", kur ārējās heterotrofās baktērijas patērē skābekli, pirms tās sasniedz savu teritoriju. DO (izšķīdinātā organiskā oglekļa) izmantošanas līmenis ievērojami samazinās, nitrificējošo baktēriju darbība tiek nomākta, un amonjaka slāpeklis sāk palielināties. Vienlaikus lokalizētā bezskābekļa vide atvieglo pavedienu baktēriju vairošanos, atslābinot dūņu struktūru un pasliktinot nosēdināšanas veiktspēju.
Norēķinu limits: sekundārās nosēdināšanas tvertnes "pārslodzes" krīze
Skatoties uz sekundāro nostādināšanas tvertni: jo lielāka ir dūņu koncentrācija, jo vairāk cieto vielu nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē. Virsmas slodzes projektētā vērtība tipiskai sekundārai nostādināšanas tvertnei ar centrālo ieplūdi un apkārtējo izvadu ir 0,8–1,2 m³/m²·h, un cieto vielu slodze parasti tiek kontrolēta pie 4–6 kg/m²·h.
Nepārtraukta MLSS (mixed Liquor Suspended Solids) palielināšanās tieši izraisīs ievērojamu sekundārās nostādināšanas tvertnes cieto vielu iekraušanas pieaugumu, pārsniedzot tās projektētās jaudas robežu. Pārslogojot, dūņu-ūdens atdalīšanas efekts vājinās, virsējais slānis kļūst duļķains, un izplūdes SS pārsniedz standartu. Dažreiz smalku dūņu slānis peld pa visu sekundārās nostādināšanas tvertnes virsmu, un atgaitas plūsmas attiecības regulēšana ir neefektīva. Daudzas notekūdeņu suspendētās vielas, kas pārsniedz standartu, sakņojas nevis bioloģiskās attīrīšanas sekcijā, bet gan dūņu koncentrācijā, kas pārsniedz sekundārās nostādināšanas tvertnes projektēto jaudu.
Nelīdzsvarots dūņu laikmets: "Novecošanās" slazds aiz koncentrēšanās
Vēl viens viegli nepamanāms faktors ir dūņu vecums. Ar nemainīgu dūņu izplūdes apjomu, palielinot MLSS, tiks pagarināts dūņu vecums.
Pārmērīgs dūņu vecums izraisa dūņu novecošanos: mikroorganismi nonāk endogēnās elpošanas fāzē, palielinot pašu skābekļa patēriņu, bet to efektīvā aktivitāte piesārņojošo vielu noārdīšanā ievērojami samazinās. Novecojošie dūņu floki kļūst smalki un sadrumstaloti, nosēžas lēnāk un vieglāk tiek zaudēti kopā ar notekūdeņiem.
"Līdzsvara punkta" atrašana: dinamiskā vadība ir galvenais
Praksē "atbilstoša koncentrācija" vienmēr ir svarīgāka par "augstu koncentrāciju". Nav vienotas, universāli piemērojamas optimālas dūņu koncentrācijas; darbības parametri ir dinamiski jāpielāgo, pamatojoties uz konkrētiem darbības apstākļiem:
Ieplūstošā slodze: augstas organiskās slodzes apstākļos mēreni palielinot dūņu koncentrāciju, var buferēt ūdens kvalitātes satricinājumus; ilgtermiņā-zemas pieplūdes slodzēm pārmērīga dūņu koncentrācija tikai palielinās ventilatora enerģijas patēriņu un palielinās spiedienu uz dūņu izplūdes uzturēšanu.
Ūdens temperatūras apstākļi: ziemā zemā temperatūra samazina mikrobu vielmaiņas aktivitāti, ļaujot mēreni palielināt MLSS (Multi{0}}Layer Sludge Solids) biomasu, lai nodrošinātu nitrifikāciju. Vasarā augstāka ūdens temperatūra un augstāka mikrobu aktivitāte samazina dūņu koncentrāciju, ietaupot aerācijas enerģiju un samazinot dūņu uzkrāšanās risku.
Galvenais etalons: koncentrējieties uz F/M (barības{0}}un{1}}mikroorganismu attiecība)
Visuzticamākais etalons, lai novērtētu, vai dūņu koncentrācija ir saprātīga, ir F/M attiecība (barības -pret-mikroorganismu attiecība), nevis stingra koncentrēšanās uz vienu MLSS vērtību.
Parastajām sadzīves notekūdeņu sistēmām piemērotais F/M diapazons parasti ir 0,1–0,2 kg BOD₅/kg MLSS·d (daži procesi to var samazināt līdz 0,2–0,4).
F/M attiecība zem 0,05 norāda uz ilgstošu mikrobu substrāta trūkumu; nepārtraukta badošanās ātri novedīs pie dūņu novecošanās.
F/M attiecība virs 0,4 norāda uz nepietiekamām efektīvām biomasas rezervēm, padarot notekūdeņus ļoti jutīgus pret standartu pārsniegšanu ūdens kvalitātes satricinājumu laikā.
Dūņu izplūdes ātruma ikdienas pielāgošana, lai stabilizētu barības -un-mikroorganismu attiecību, ir daudz zinātniskāka nekā stingra fiksētas dūņu koncentrācijas ievērošana. Daudzas labi izveidotas notekūdeņu attīrīšanas iekārtas dinamiski pielāgo dūņu koncentrāciju, pamatojoties uz faktiskajiem apstākļiem: mēreni palielina koncentrāciju ziemā, lai saglabātu attīrīšanas efektivitāti, un samazina to vasarā, lai taupītu enerģiju un kontrolētu dūņu koncentrāciju. Tā ir praktiskā pieredze, ko pēc neskaitāmiem izmēģinājumiem un kļūdām apkopojuši frontes darbinieki.
Galu galā dūņu koncentrācija ir tikai līdzeklis procesa pielāgošanai, nevis darbības galvenais mērķis. Tas, ko mēs patiesi cenšamies sasniegt, ir sistēmas ilgtermiņa stabilitāte-, konsekventi atbilstošs notekūdeņi un kontrolējamas ekspluatācijas izmaksas.
Gan pārmērīgi augsts, gan zems MLSS līmenis kaitē stabilai sistēmas darbībai. Optimālā dūņu koncentrācija ir tāda, kas uztur plūsmas ātrumu (F/M) saprātīgā diapazonā, nodrošina stabilu un kontrolējamu izšķīdušu skābekli (DO), novērš dūņu noteci no sekundārās sedimentācijas un konsekventi atbilst ūdens kvalitātes standartiem. Šī vērtība var būt lielāka vai zemāka par projektēto atsauces vērtību, bet augstāka noteikti ne vienmēr ir labāka.