Skilningur á virkjaðri seyru (II) – Hvernig á að halda örverum „æxlun“!

Formáli: Fyrra skjalið fjallaði um uppruna og uppbyggingu örverusamfélags virkrar seyru. Þetta skjal fjallar um "hvernig á að halda örverum æxlun." Við vitum öll að þegar umhverfið hentar til æxlunar fara lífverur (plöntur, dýr og örverur) náttúrulega í æxlunarástand; þegar umhverfið versnar hætta lífverur að fjölga sér. Ef við notum mannlega „æxlunarþrá“ sem líkingu, stendur ungt fólk í dag frammi fyrir þremur stórum áskorunum: menntun, heilsugæslu og húsnæði. Þessir þrír þættir hafa veruleg áhrif á vilja þeirra til að eignast börn. Örverur hafa auðvitað ekki svo miklar kröfur, né þurfa þær bíla eða hús. Svo lengi sem vatnsumhverfið uppfyllir kröfur um hitastig, uppleyst súrefni, pH og næringarefni geta þau vaxið hratt!

Örverur hafa sína eigin vaxtarferil og vaxtarferli þeirra breytist eftir því sem næringarefni eru aðgengileg. Í skilgreindu umhverfi, án áhrifa utanaðkomandi þátta, er vaxtarferill örvera í samræmi við skýringarmyndina hér að neðan. Vaxtarferlið inniheldur fjögur stig: aðlögun (aðlögunarstig), logaritmískt vaxtarstig, hraðaminnkun vaxtarstig og innræn öndun. Þegar örverur koma inn í nýtt umhverfi er aðlögunartímabil þar sem fjöldi þeirra helst tiltölulega stöðugur.

Seyruvaxtarferill (þ.e. örveruvaxtarferill)

Styrkur örvera hefur upphafsgildi, sem táknar magn seyru sem bætt er við við fyrstu gangsetningu líffræðilega meðhöndlunartanksins. Með tímanum eykst styrkur seyru smám saman. Almennt er hægt að halda seyrustyrknum í loftháðum líffræðilegum meðhöndlunartanki á bilinu 3000-5000 mg/L. Styrkur seyru fer eftir BOD styrk innrennslis; því hærra sem BOD styrkur er, því hærri er seyrustyrkur sem hægt er að viðhalda.

Við raunverulegan líffræðilegan meðhöndlunargeymi er styrkur seyru haldið milli hraðaminnkunarvaxtarfasa og innrænna öndunarfasa. Sjá má að styrkur seyru er breytilegur eftir notkunarmáti lífrænna hreinsitanksins.

Í venjulegri loftun, einnig þekkt sem tappaflæðisloftun, minnka mengunarefnin smám saman meðan á knúningsferlinu stendur og seyruvöxtur er stjórnaður á meðan á hraðaminnkuninni stendur. Sumir kunna að spyrja, hvernig er þessu stjórnað? Þetta er náð með endurrás seyru og aðgerðum til að fjarlægja seyru!

Algjör blöndun þýðir að allir hlutar líffræðilega meðhöndlunartanksins starfa við sömu aðstæður (td styrkur mengunarefna, pH, uppleyst súrefni osfrv.). Líffræðileg meðhöndlunarferli sem eru í gangi með hléum (eins og SBR-ferlið sem nefnt var áður) getur almennt náð þessu vel og seyruástandinu er stjórnað á meðan á hraðaminnkuninni stendur.

Lengd loftun (SRT) notar mjög lágan rúmmálshleðsluhraða í hönnuninni, sem leiðir til tiltölulega lágs seyrustyrks í líffræðilega meðhöndlunartankinum. Þetta ferli starfar í innrænum öndunarfasa vaxtarferilsins, sem krefst lágs lífræns hleðsluhraða og langan loftunartíma, venjulega 20-30 dagar fyrir SRT og 24 klukkustundir fyrir hormónauppbótarmeðferð. Þetta ferli notar almennt ekki aðal botnfallstank.

Kúrfa uppleysts súrefnisstyrks

Án utanaðkomandi uppleysts súrefnisuppbótar minnkar uppleyst súrefni í vatninu smám saman eins og sýnt er á myndinni. Auðvitað þarf að bæta uppleyst súrefni í líffræðilega meðferðartankinn til að halda tiltölulega stöðugu gildi.

Styrkur mengunarefna

BOD getur að einhverju leyti tjáð styrk mengunarefna í vatni (eins og fyrr segir eru COD gildi best notuð við hönnun tanka). Með tímanum lækkar styrkur mengunarefna niður í losunarhæft magn.

Við hæfilegt hitastig, nægilegt uppleyst súrefni og næringarefni, og skortur á hamlandi efnum, er ráðandi þáttur sem stýrir vexti virkra seyru hlutfallið F/M milli magns fæðu (lífrænt efni í frárennslisvatni, einnig þekkt sem hvarfefni) og magns örvera (virkjað seyru), sem einnig er undir áhrifum af þáttum eins og hraða súrefnisnýtingar og hvarfefnis niðurbrots og niðurbrotshraði líffæra, aðsogseiginleikar virkra seyru.

Aðlögunarstig (aðlögunarstig): Einnig kallað aðlögunarstig, þetta er upphafsstig ræktunar virkra seyru. Örverur fjölga sér ekki, en eigindlegar breytingar byrja að eiga sér stað. Þetta stig samsvarar upphaflega lárétta hluta vaxtarferilsins á skýringarmyndinni og er yfirleitt stutt að lengd. Á síðari stigum aðlögunarstigsins hefur örveruensímkerfið smám saman aðlagast nýju umhverfi, einstaklingsþroski hefur náð ákveðnu stigi, frumur byrja að skipta sér og örverur byrja að fjölga sér.

Logaritmískt vaxtarstig: Vaxtarhraði virks seyru eykst, F/M hlutfallið er tiltölulega stórt, lífrænt hvarfefni er nóg og virkni virkja seyru er mikil. Örverur gleypa samtímis lífrænt hvarfefni á hæsta hraða og búa til frumur á hæsta hraða og ná fram fjölgun. Á þessu stigi hefur virkjaða eðjan mikla getu til að fjarlægja lífræn efni og vöxtur seyru takmarkast ekki af næringarskilyrðum heldur eingöngu af styrk örvera. Hins vegar hefur seyran lélega flokkunareiginleika, er erfitt að setjast og hefur lélega meðferðarskilvirkni.

Hækkað vaxtarstig: Vaxtarhraði virkjaðar seyru minnkar, F/M hlutfallið heldur áfram að lækka og vaxtarhraðinn takmarkast af lífrænum næringarefnum. Þetta er dæmigert rekstrarstig virkjaðrar seyruferlisins. Á þessu stigi er hægt að fjarlægja lífræn efni í frárennslisvatninu að mestu leyti og eðjan hefur góða flokkunar- og þéttingareiginleika.

Innræn umbrotsstig: Næringarefni eru að mestu tæmd. Ekki er hægt að fá nægjanleg næringarefni, virkja seyrjan byrjar að nýta innri geymslu sína, þ.e. hún er á sjálfs-oxunarstigi. Á þessu stigi er eðjan með mikla ólífrænni og góða þéttingareiginleika, en lélega flokkun og eðjan minnkar smám saman. Hins vegar, þar sem leifar innrænnar öndunar er að mestu erfitt- að-brjóta niður frumuveggi og umfrymi, getur virkjaða seyran ekki horfið alveg.

Margir þættir geta haft áhrif á vöxt örvera, þar á meðal næringarefni, hitastig, pH, uppleyst súrefni og eitruð efni. Auðvitað hafa mismunandi gerðir örvera mismunandi þolmörk fyrir þessum þáttum. Algengar tegundir örvera í virkjaðri seyru eru loftháðar bakteríur (breiður flokkur, sem nær yfir marga undirflokka eins og nítrandi bakteríur), vatnsrofsbakteríur, gerjunarbakteríur, vetnisbakteríur, ediksýrubakteríur, metanógen, súlfat-afoxandi bakteríur og loftfirrtar frumdýrabakteríur. Þess vegna, svo lengi sem þessum þáttum er haldið innan eðlilegra marka, er hægt að ná hröðum örveruvexti.

Næringarefni
Meðan á lífverum örvera stendur þurfa þær stöðugt að gleypa nauðsynleg næringarefni úr nærliggjandi vatnshloti, þar á meðal: kolefnisgjafa, köfnunarefnisgjafa, ólífræn sölt og ákveðna vaxtarþætti. Afrennslisvatnið sem á að hreinsa þarf að innihalda nægilegt magn af þessum efnum.

Kolefni er mikilvægur byggingarþáttur örverufrumna. Örverur sem taka þátt í meðhöndlun virkjaðrar seyru hafa tiltölulega mikla þörf fyrir kolefnisgjafa, yfirleitt ekki minna en 100 mg/L (reiknað sem BOD5).

Köfnunarefni er mikilvægur þáttur í samsetningu próteina og kjarnsýra innan örverufrumna. Niturgjafar geta komið frá ólífrænum köfnunarefnissamböndum eins og N2, NH3 og NO3, auk lífrænna köfnunarefnis-samböndum eins og próteinum og amínósýrum.

Fosfór er ómissandi þáttur í myndun kjarnpróteina, lesitíns og annarra fosfórefnasambanda, sem gegnir mikilvægu hlutverki í umbrotum örvera og umbreytingu efnis. Kóensím I, kóensím II og adenósín mónófosfat (ATP) innihalda öll fosfór. Örverur fá fyrst og fremst fosfór úr ólífrænum fosfórsamböndum. Ófullnægjandi fosfórgjafar hafa áhrif á virkni ensíma og hafa þar með áhrif á lífeðlisfræðilega starfsemi örvera.

Almennt er hlutfall þriggja helstu næringarefnanna (kolefnis, köfnunarefnis og fosfórs) BOD:N:P=100:5:1. Að auki gegna snefilefni eins og brennisteini, natríum, kalíum, kalsíum, magnesíum og járn einnig mikilvægu hlutverki í vaxtarferli örvera.

Uppleyst súrefni

Örverutegundunum sem taka þátt í meðhöndlun skólps er skipt í loftháðar og loftfirrtar tegundir, og í rekstrartankunum eru loftháðir tankar, súrefnislausir tankar, vatnsrofstankar og loftfirnir tankar. Byggt á rekstrarreynslu ætti styrkur uppleysts súrefnis í loftháða tankinum að vera á bilinu 2-4 mg/L. Í vatnsrofs- og súrefnisgeymunum, sem eru loftfirrt umhverfi, er ákveðinn styrkur uppleysts súrefnis leyfilegur, yfirleitt á bilinu 0,2-0,5 mg/L. Loftfirrti tankurinn er stranglega loftfirrt umhverfi; til að tryggja vatnsrofs- og gerjunarferli er nærvera uppleysts súrefnis ekki leyfð.

Uppleyst súrefni skiptir sköpum fyrir rekstur skólphreinsistöðva. Ef uppleyst súrefni í loftháða tankinum er of lágt mun vöxtur nítrandi baktería og annarra loftháðra baktería hindrast á meðan þráðbakteríum fjölgar hratt, sem leiðir til seyrufyllingar.

pH gildi: Lífeðlisfræðileg virkni örvera er nátengd pH umhverfisins. Örverur geta aðeins stundað eðlilega lífeðlisfræðilega starfsemi við viðeigandi pH-skilyrði. Ákjósanlegt pH-svið fyrir örverur sem taka þátt í líffræðilegri skólphreinsun er yfirleitt á milli 6,5 og 8,5. Mismunandi bakteríuhópar hafa mismunandi þolmörk; vatnsrofssýrandi bakteríur hafa pH á bilinu 5,5 til 7,5, en loftháðar bakteríur hafa pH á bilinu 6,5 til 8,5.

Hitastig
Hitastig skiptir sköpum fyrir örveruvöxt. Flestar örverur sem taka þátt í virkjaðri seyrumeðferð eru hitakærar, með ákjósanlegu hitastigi á bilinu 10-45 gráður. Til að tryggja rétta virkni er vatnshitastiginu í líffræðilega meðhöndlunartankinum almennt haldið á milli 15-35 gráður; örveruvöxtur hægir undir 5 gráðum. Ennfremur hafa loftfirrtar bakteríur mun hærra hitaþol en loftháðar bakteríur, þannig að flestir loftfirrðir tankar eru búnir einangrunar- og hitunarbúnaði.

Eitruð efni
„Eitruð efni“ vísa til ákveðinna ólífrænna og lífrænna efna sem hindra lífeðlisfræðilega virkni örvera. Þetta felur aðallega í sér þungmálmajónir (eins og sink, kopar, nikkel, blý, króm, osfrv.) og sum ó-málmsambönd (eins og fenól, aldehýð, sýaníð, súlfíð osfrv.). Eituráhrif eiturefna á örverur eru magnbundin; eiturhrif og hömlun koma fyrst í ljós þegar eiturefnið nær ákveðnum styrk í umhverfinu. Svo lengi sem styrkur ýmissa eiturefna í frárennslisvatni er undir þessu marki hefur lífeðlisfræðileg virkni örvera ekki áhrif.

Fjarlæging örvera og niðurbrot mengunarefna byggir aðallega á tveimur ferlum: aðsog og umbrot (aðlögun og sundrun).

Aðsogsferli: Innan stutts tíma eftir að skólpsvatn kemst í snertingu við og blandast virkjaðri seyru, sýna lífræn mengunarefni í vatninu háan flutningshraða. Þetta upphaflega háhraða fjarlægingarfyrirbæri er afleiðing af samsetningu líkamlegrar og líffræðilegrar aðsogs. Meðan á þessu ferli stendur minnkar lífræna undirlagið í blönduðu vökvanum hratt. Þetta er vegna þess að virkjaða eðjan hefur stórt yfirborð og er auðgað með miklum fjölda örvera á yfirborði hennar, þakið fjölsykru-ríku seigfljótandi lagi. Þegar sviflaus og kvoðukennd lífræn hvarfefni í frárennslisvatninu komast í snertingu við virkjaða seyruflokkana, storkna þau hratt og aðsogast, fyrirbæri sem kallast „upphafsaðsog“.

Upphafsaðsogsferlið gengur mjög hratt fyrir sig, venjulega lokið innan 30 mínútna. Aðsogsfjarlægingarhlutfall afrennslisvatns BOD getur náð 70%, og fyrir skólp sem inniheldur mikið magn af sviflausnum og kvoða lífrænum efnum getur BOD minnkað um 80%–90%. Upphafsaðsogshraði fer fyrst og fremst eftir virkni örveranna og hversu vökvadreifing og vökvavirkni innan kjarnaofnsins er. Hið fyrra ákvarðar aðsog og flokkunarvirkni virku seyruörveranna, en hið síðarnefnda ákvarðar snertingu milli virku seyruflokkanna og lífræna undirlagsins.

Efnaskiptaferli: Lífræn mengunarefni sem aðsogast á yfirborð virkra seyru örverufrumna umbrotna. Uppleyst og lítil -lífræn sameind smýgur beint inn í frumuvegginn inn í frumuna undir áhrifum gegndræpandi ensíma, þar sem það umbrotnar. Kvoða og sviflausn stór- lífrænt efni, eins og sterkja og prótein, er fyrst vatnsrofið í uppleystar litlar sameindir með utanfrumuensímum-hýdrólasa-áður en það fer inn í frumuna. Þegar komið er inn í frumuna eru lífræn mengunarefni smám saman oxuð og brotin niður í stöðugar ólífrænar vörur, svo sem CO2 og H2O, undir hvata ýmissa innanfrumuensíma, sem losar orku til frumumyndunar. Í þessu ferli er lífrænum efnum umbreytt í einföld, stöðug ólífræn efni með lífefnafræðilegum viðbrögðum, sem nær til að fjarlægja mengunarefni.