【Перепост】Почему уровень растворенного кислорода в сточных водах не должен быть слишком высоким? 

Принцип действия аэробных систем очистки заключается в использовании метаболизма аэробных микроорганизмов для преобразования органических загрязнителей в сточных водах в безвредный углекислый газ и воду, одновременно генерируя энергию для собственного выживания. Кислород необходим для поддержания нормальной жизнедеятельности этих микроорганизмов. Означает ли это, что более высокий уровень растворенного кислорода обязательно дает лучшие результаты очистки в аэробных системах?
Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо понять концепцию соотношения микроорганизмов и пищи в аэробных системах. На примере широко используемой системы активного ила соотношение микроорганизмов и пищи определяется как отношение общего количества БПК, поступающего в аэрационный резервуар ежедневно, к общему объему активного ила в этом резервуаре (где поступающий БПК можно рассматривать как пищу, предоставляемую микроорганизмам).

Формула расчета соотношения «пища/микроорганизмы» выглядит следующим образом:
F/M = Q × BOD₅ / (MLVSS × Va)
F: Пища – количество пищи, поступающей в систему (BOD)
M: Микроорганизмы – количество активного вещества (объем осадка)
Q: Объем воды
BOD₅: Значение BOD₅ на входе
MLVSS: Концентрация взвешенных твердых частиц в смешанной жидкости
Va: Объем аэрационной емкости

Соответствующий диапазон соотношения «пища/микробы» обычно составляет от 0,1 до 0,25 кг БПК₅/кг MLSS·d. Чрезмерно высокое соотношение «пища/микробы» указывает на избыточное поступление питательных веществ для микробов, что означает, что аэрационный резервуар работает в условиях высокой нагрузки. И наоборот, чрезмерно низкое соотношение указывает на то, что аэрационный резервуар работает в условиях низкой нагрузки.

Последствия чрезмерно высокого или низкого соотношения питательных веществ и микроорганизмов
1. Когда аэрационный резервуар работает в пределах соответствующего диапазона соотношения питательных веществ и микроорганизмов, хлопья активного ила демонстрируют прочную структуру и отличные осаждающиеся свойства, обеспечивая прозрачность и чистоту сточных вод.
2. Когда аэрационный резервуар работает при высоком соотношении питательных веществ к микроорганизмам или даже в условиях перегрузки, избыток питательных веществ ухудшает осаждающиеся свойства активного ила. Это приводит к помутнению сточных вод и неполному разложению БПК в сточных водах.
3. Когда аэрационный резервуар работает при низком соотношении питательных веществ к микроорганизмам, недостаток питательных веществ может привести к преждевременному старению активного ила. Длительная работа при низком соотношении питательных веществ к микроорганизмам может привести к распаду ила и даже вызвать образование нитчатого ила. Когда происходит старение ила и начинается его распад, структура хлопьев становится рыхлой, в результате чего в сточных водах появляется множество мелких фрагментов ила. Это снижает прозрачность сточных вод и ухудшает качество воды.

Влияние растворенного кислорода на эффективность очистки
1. Когда аэрационный резервуар работает при высоком соотношении пищи и микроорганизмов, поддержание относительно высокого уровня растворенного кислорода является полезным, так как ускоряет скорость разложения органических веществ в сточных водах.
2. Когда аэрационный резервуар работает при низком соотношении пищи к микроорганизмам, постоянно высокий уровень растворенного кислорода может ускорить эндогенный метаболизм в активном иле из-за недостатка питательных веществ. В конечном итоге это приводит к распаду флокулов в активном иле, что обычно называется переаэрацией. Высокий уровень растворенного кислорода ускоряет метаболизм микроорганизмов. Чтобы наглядно проиллюстрировать эту концепцию, можно сравнить ее с принуждением человека к интенсивной работе в состоянии недоедания, что может только ускорить его физическое истощение до полного изнеможения.

Основа контроля и оптимизация растворенного кислорода
Основные факторы контроля включают качество сырой воды (органические вещества, азот, фосфор), концентрацию активного ила, коэффициент осаждаемости ила, pH, температуру и соотношение пищи и микроорганизмов (F/M). Конечно, теоретические значения, приведенные в литературе, таковы: в типичных аэробных условиях концентрация растворенного кислорода должна быть ≥2,0 мг/л; в анаэробных условиях — ≤0,2 мг/л; в аноксических условиях — 0,2–0,5 мг/л. Необходимо производить конкретные корректировки в соответствии с фактическими обстоятельствами.
1. Качество сырой воды
Как правило, более высокое содержание органических веществ в сырой воде увеличивает потребление кислорода в результате микробиологического разложения и метаболизма, а также в результате таких процессов, как нитрификация. Поэтому при контроле растворенного кислорода необходимо обращать внимание на колебания расхода поступающей воды и органической нагрузки.
2. Концентрация активного ила
При достижении удаления загрязняющих веществ и соблюдении стандартов сброса следует стремиться к минимизации концентрации активного ила. Это значительно снижает потребности в аэрации и потребление электроэнергии. Однако при низких концентрациях ила следует избегать чрезмерной аэрации, чтобы предотвратить разбухание ила и помутнение сточных вод. И наоборот, высокие концентрации ила требуют повышенных уровней растворенного кислорода, в противном случае могут возникнуть аноксические условия, снижающие эффективность очистки.
3. Индекс осаждения осадка

Чрезмерная аэрация приводит к прилипанию мелких пузырьков к хлопьям в активном иле, в результате чего осадок всплывает на поверхность и ухудшаются его осаждающие свойства. Эта проблема требует внимания во время эксплуатации, особенно при разбухании нитчатого ила, поскольку она способствует прилипанию мелких пузырьков аэрации к хлопьям, что впоследствии приводит к значительному образованию пены на поверхности.
4. pH
pH косвенно влияет на уровень растворенного кислорода через свое воздействие на концентрацию активного ила и микробиологическую активность. Поэтому для контроля очистки сточных вод необходимо не только глубокое понимание функции уравнительного резервуара, но и взаимодействие с предприятиями, сбрасывающими сточные воды, для определения качества стоков, что позволяет добавлять соответствующие реагенты для нейтрализации аномального pH.
5. Температура
Концентрация растворенного кислорода в сточных водах зависит от температуры, что влияет на концентрацию активного ила и микробиологическую активность. Как низкие, так и высокие температуры ухудшают уровень растворенного кислорода и микробиологическую активность, снижая эффективность очистки. В северных регионах с низкими температурами обычно используются подземные, полуподземные или крытые очистные сооружения. При высоких температурах уравнительные резервуары регулируют температуру бассейна для повышения эффективности очистки.
6. Соотношение пищи и микроорганизмов (F/M)
Более высокое или более низкое соотношение F/M коррелирует с увеличением потребности в кислороде. Следовательно, оптимизация соотношения F/M при очистке воды служит целям энергосбережения. Это влечет за собой максимизацию соотношения F/M при обеспечении эффективности очистки, тем самым сводя к минимуму ненужное потребление аэрации.

Поэтому при эксплуатации аэробных систем контроль концентрации растворенного кислорода должен быть тесно связан с контролем соотношения питательных веществ и микроорганизмов. Высокое соотношение питательных веществ и микроорганизмов позволяет поддерживать более высокую концентрацию растворенного кислорода, способствуя эффективному разложению органических загрязнителей. И наоборот, когда соотношение питания и микроорганизмов недостаточно, следует поддерживать относительно более низкую концентрацию растворенного кислорода. Это снижает скорость эндогенного метаболизма, тем самым предотвращая старение и дефлокуляцию осадка. Это также снижает потребление электроэнергии и сокращает эксплуатационные расходы. На практике уровень растворенного кислорода в аэробном резервуаре можно контролировать путем регулирования частоты и времени работы нагнетателя или путем регулирования размера вентиляционного клапана.