Rūpnieciskajiem notekūdeņiem ar vienu komponentu un slāpekļa un fosfora barības vielu trūkumu īpaši svarīga ir savlaicīga un atbilstoša slāpekļa un fosfora barības vielu pievienošana.
Slāpeklis, fosfors un citas barības vielas ir svarīgi faktori mikroorganismu augšanas un vairošanās uzturēšanā. Ja mikroorganismu vajadzības pēc barības vielām (N, P) netiek apmierinātas, mikroorganismi nevar normāli augt un vairoties, un aktīvo dūņu attīrīšanas funkcija notekūdeņiem izzudīs līdz ar mikroorganismu dzīves cikla beigām. Tāpēc rūpnieciskajiem notekūdeņiem ar vienu komponentu un slāpekļa un fosfora barības vielu trūkumu savlaicīga un atbilstoša slāpekļa un fosfora barības vielu pievienošana ir īpaši svarīga.
1. N un P nepieciešamība aktīvajām dūņām
N un P ir svarīgas aktīvo dūņu mikroorganismu pamatstruktūras sastāvdaļas. Tāpēc mikroorganismu uztura vajadzību izpratnes pamatā ir šūnu ķīmiskā sastāva izpratne. Šūnu ķīmiskā analīze rāda, ka mikrobu šūnas satur lielu daudzumu ūdens (apmēram 80%), bet pārējais ir sausna (apmēram 20%), un sausna sastāv no organiskajām vielām (apmēram 90%) un neorganiskajām vielām (apmēram 10%). Starp organiskajām vielām pirmajā vietā ir ogleklis (apmēram 53,1%), bet trešajā vietā ir slāpeklis (apmēram 12,4%); starp neorganiskajām vielām pirmajā vietā ir fosfors (50%), bet pārējās ir sērs, nātrijs utt. Parasti mikrobu šūnas var izteikt kā C60H87O23N12P, kas parāda, ka N un P ir neaizstājami mikroorganismiem.
No otras puses, lielākā daļa notekūdeņu komponentu ir sarežģīti un parasti nodrošina dažādas mikroorganismiem nepieciešamās barības vielas, taču rūpnieciskajos notekūdeņos ar relatīvi vienkāršām sastāvdaļām relatīvais N un P saturs notekūdeņos ir ļoti mazs. Saskaņā ar minimālā faktora likumu – mikrobu augšanu ierobežo barības viela ar zemāko relatīvo saturu, nevis zemāko absolūto saturu – var redzēt, ka, izmantojot bioloģiskās metodes rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai, N un P, visticamāk, kļūs par ierobežojošiem faktoriem. Tāpēc, izmantojot aktīvo dūņu metodi rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai ar vienkāršām sastāvdaļām, ir nepieciešama slāpekļa un fosfora pievienošana.
2. N un P devas ietekme uz aktīvajām dūņām
Barības elementi (N un P) ir ļoti svarīgi aktīvo dūņu kultivēšanas un normālas darbības posmos. Tāpēc slāpekļa un fosfora devas ietekme uz rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanu ar vienu komponentu, izmantojot aktīvo dūņu metodi, ir šāda:
1. Nepietiekama N un P deva
Aktīvo dūņu metodes laikā nepietiekamas slāpekļa un fosfora devas ietekme uz notekūdeņu attīrīšanu galvenokārt izpaužas šādos aspektos:
(1) Slikta aktīvo dūņu flokulācija
Aktivētajām dūņām, sadalot organiskās vielas, ir jāpievieno slāpekļa un fosfora barības vielas noteiktā proporcijā. Ja slāpekļa un fosfora daudzums ir nepietiekams, tās nevar radīt pietiekami daudz mikroorganismu, lai sadalītu organiskās vielas. Barības vielu trūkuma gadījumā aktīvo dūņu sintēzes procesā slāpeklis un fosfors nevar tikt līdzsvaroti pietiekamā daudzumā, un flokulācijas īpašība nekavējoties pasliktinās.
(2) Slikta aktīvo dūņu nosēšanās
Sliktas aktīvo dūņu flokulācijas dēļ pārmērīgs smalko aktīvo dūņu daudzums nevar nodrošināt labu nosēdināšanas veiktspēju. Filamento baktēriju pietūkums ir nepietiekama slāpekļa un fosfora barības elementu izpausme. Līdzīgi, nespējas sintezēt pietiekami daudz mikroorganismu, lai tiktu galā ar relatīvi augsto organisko vielu koncentrāciju ieplūdē, dēļ aktīvās dūņas atrodas lielā noslodzē. Lielas dūņu slodzes apstākļos slikta aktīvo dūņu nosēdināšana ir neizbēgama. Aktivētās dūņas sadalīsies vai slikti flokulēs, kā rezultātā uz šķidruma virsmas veidosies nosēdumi un putas.
(3) Aktīvo dūņu attīrīšanas efektivitātes samazināšanās
Attīrīšanas efektivitātes samazināšanos izraisa arī barības vielu trūkums baktēriju ķermeņu sintezēšanas laikā, kurus nevar efektīvi un pietiekami sintezēt. Vienlaikus aktīvo dūņu irdenā struktūra un zudumi sliktas nosēšanās veiktspējas dēļ ir vēl viens aktīvo dūņu attīrīšanas zemās efektivitātes iemesls.
(4) Notekūdeņi no sekundārās sedimentācijas tvertnes ir brūngani dzelteni.
Ir daudz iemeslu, kāpēc notekūdeņi no sekundārās sedimentācijas tvertnes ir brūngani dzelteni. To vidū ir aktīvajām dūņām nepietiekams slāpekļa un fosfora barības vielu daudzums, kas noved pie aktīvo dūņu sintēzes un metabolisma traucējumiem, kā rezultātā aktīvās dūņas sadalās. Kad sadalījušās aktīvās dūņas izšķīst ūdenstilpnē, tiek konstatētas notekūdeņu no sekundārās sedimentācijas tvertnes anomālijas.
(5) Ir grūti palielināt aktīvo dūņu koncentrāciju
Aktīvo dūņu attīrīšanas sākumposmā notekūdeņiem, ja kultivēšanas un aklimatizācijas posmā netiek pievienots pietiekami daudz slāpekļa un fosfora barības vielu, tas nopietni ietekmēs aktīvo dūņu koncentrācijas palielināšanos. Tas izpaužas kā zema aktīvo dūņu koncentrācija, un pēc ilga laika bioplēves veidošanās neizdodas. Aktīvo dūņu kultivēšanas posmā barības vielu (N, P) pievienošanas prasības ir tādas pašas kā parastai kultivēšanai, un tās ir stingri jākontrolē. Tomēr, salīdzinot ar normālas darbības laikā pievienoto barības vielu daudzumu, tam jābūt nedaudz lielākam, būtībā aptuveni par 15% lielākam par normālo vērtību. Mērķis ir nodrošināt nepieciešamos perifēros apstākļus veiksmīgai un ātrai aktīvo dūņu kultivēšanas uzsākšanai, kā arī nodrošināt nepieciešamo garantiju aktīvo dūņu koncentrācijas straujai pieaugumam aktīvo dūņu kultivēšanas procesā.
2. Pārmērīga N un P pievienošana
Pārmērīga slāpekļa un fosfora barības vielu pievienošana arī kaitē aktīvo dūņu sedimentācijai. To negatīvā ietekme uz sistēmu notekūdeņu attīrīšanas procesā, izmantojot aktīvo dūņu metodi, galvenokārt izpaužas šādos aspektos:
(1) Sūnu vai aļģu augšana sekundārajā sedimentācijas tvertnē
Tāpat kā aļģes, arī sūnas vairojas fotosintēzes ceļā un kā nepieciešamie elementi tām nepieciešamas barības vielas (N, P). Ja barības vielu pievieno pārmērīgi, sūnas var viegli augt sekundārās sedimentācijas tvertnes izplūdes atverē. Aļģu pēdas var atrast arī tad, ja ūdens kvalitāte ir labi attīrīta. Iemesls ir tāds, ka pārmērīga slāpekļa un fosfora ieplūdes dēļ bioķīmiskajā sistēmā aktīvās dūņas nevar pilnībā izmantot, un notiks relatīva eitrofikācija. Tas arī samazinās bioloģiskā filtra attīrīšanas efektivitāti, parasti samazinot attīrīšanas efektivitāti par 10%. Iemesls ir tāds, ka augošajām aļģēm nav spējas noārdīt notekūdeņos esošās organiskās vielas, un tām augšanai un vairošanai nepieciešamas tikai barības vielas un saules gaisma kā enerģija.
(2) Sekundārajā sedimentācijas tvertnē parādās peldošas dūņas
Dūņu peldēšanai sekundārajā sedimentācijas tvertnē ir daudz iemeslu, taču aktīvo dūņu peldēšana, ko izraisa pārmērīga slāpekļa un fosfora barības vielu pievienošana, galvenokārt ir saistīta ar pārmērīgu slāpekļa daudzumu aktīvajās dūņās, kas anaerobos apstākļos izraisa aktīvo dūņu denitrifikāciju. Denitrifikācijas procesā radītā gāze nes aktīvo dūņu pārslas peldēšanai, un to peldošais stāvoklis bieži ir sniegpārslu formā.
(3) Izmaiņas bioloģiskajā fāzē aktīvo dūņu sistēmā
Pārmērīga slāpekļa un fosfora barības vielu pievienošana izraisīs arī izmaiņas aktīvo dūņu sistēmas bioloģiskajā fāzē. Šīs izmaiņas var apstiprināt, novērojot protozoju sugas, kas galvenokārt izpaužas kā rāpuļu ciliātu skaita izmaiņas, piemēram: dominējošā ciliātu suga zvanveida tārpu vietā un citas izmaiņas aktīvo dūņu protozojos. No šī aspekta var secināt, ka pārmērīga slāpekļa un fosfora barības vielu pievienošana noteiktā laika periodā maz ietekmēs mikroorganismus aktīvajās dūņās, bet ilgstoša pārmērīga pievienošana mainīs mikrobu populāciju un relatīvi nopietni ietekmēs attīrīšanas efektu.
(4) Pārmērīgs slāpekļa un fosfora saturs notekūdeņos
Aktīvajās dūņās esošo mikroorganismu daudzums ir noteikts, un arī mikrobu augšanai nepieciešamais barības vielu (N, P) daudzums ir noteikts. Ja pievienoto barības vielu (N, P) daudzums ir pārāk liels, daļa no N un P netiks izmantota. Tie tiks izvadīti no sekundārās sedimentācijas tvertnes kopā ar attīrītajiem notekūdeņiem, kā rezultātā sekundārās sedimentācijas notekūdeņos būs pārmērīgi augsts N un P saturs, kas pasliktinās notekūdeņu attīrīšanas efektu un zināmā mērā saasinās ūdenstilpes eitrofikāciju.
III. N un P devas aprēķināšana
Pievienojamo slāpekļa un fosfora barības vielu daudzuma noteikšana ir priekšnoteikums saprātīgai barības vielu pievienošanai. Apstiprinot aerobā procesa laikā pievienojamo slāpekļa un fosfora barības vielu daudzumu, aprēķinam parasti izmanto šādu empīrisku attiecību, proti, organiskā viela:slāpeklis:fosfors = 100:5:1. Attiecības formulā organisko vielu var attēlot ar C, slāpekli var attēlot ar N un fosforu var attēlot ar P. Izteiksmi var pārveidot šādi: C:N:P=100:5:1. Šo attiecību var saprast kā 5 g slāpekļa un 1 g fosfora uz katriem 100 g sadalītās organiskās vielas, lai nodrošinātu, ka barības vielu pieprasījums, aktīvajām dūņām sadaloties organiskajām vielām, ir līdzsvarots.
Praktiskos inženiertehniskos pielietojumos bieži tiek konstatēts, ka teorētiski aprēķinātais pievienotā N un P daudzums bieži vien ir lielāks nekā faktiskais pieprasījums. Galvenais iemesls tam ir tas, ka ieplūstošajos notekūdeņos un notekūdeņos joprojām ir vairāk vai mazāk barības vielu. Ja šo barības vielu saturs tiek ignorēts un pievienots atbilstoši teorētiskajam daudzumam, slāpekļa un fosfora daudzums novadītajā ūdenī pārsniegs standartu. Tāpēc ir jāpievērš pietiekama uzmanība slāpekļa un fosfora vērtībām ieplūstošajos notekūdeņos un notekūdeņos, jāaprēķina šīs daļas slāpekļa un fosfora saturs un jāatņem tas no teorētiskās aprēķina vērtības, lai pievienotā slāpekļa un fosfora saturs nebūtu pārmērīgs.
1. Slāpekļa avota pievienošanas aprēķina metode
Pašlaik par N ir relatīvi maz strīdu, un to parasti atzīst par TKN. Izņemot specifiskus rūpnieciskos notekūdeņus, faktiskajā ieplūdē ir ļoti maz organiskā slāpekļa, tāpēc pievienošana galvenokārt tiek aprēķināta, pamatojoties uz amonjaka slāpekļa pievienošanu. Pievienotā N avota daudzums ir: N=V*G/Y.
Kur:
N—N avota pievienošana
V - ūdens tilpums baseinā
G — N starpība, kas jāpapildina
Y—N daudzums, kas konvertēts no N avota
(1) Urīnviela kā pievienots N avots (CH4N2O molekulmasa: 60,06 g/mol)
Urīnviela satur 46,7 % N. Ja jāpievieno 1 g N avota, jāpievieno urīnviela Y = 1/0,467 = 2,14 g. (2) Amonija sulfāts kā slāpekļa avots ((NH4)2·SO4 molekulmasa: 132,14)
Amonija sulfāts satur 21,2 % slāpekļa. Ja nepieciešams 1 g slāpekļa avota, tad jāpievieno amonija sulfāts Y = 1/0,212 = 4,72 g.
(3) Amonija nitrāts kā slāpekļa avots (NH4NO3 molekulmasa 80 g/mol)
Amonija nitrāts satur 35 % slāpekļa. Ja nepieciešams 1 g slāpekļa avota, tad jāpievieno amonija nitrāts Y = 1/0,35 = 2,86 g.
2. Fosfātu pievienošanas aprēķins
Vispārējo dūņu kultūru parasti aprēķina, pamatojoties uz CNP attiecību 100:5:1. Pašlaik nav strīda par TP, kas parasti tiek atzīts par fosfātu. Izņemot specifiskus organiskā fosfora un hipofosfora rūpnieciskos notekūdeņus, faktiskais piedevas daudzums tiek aprēķināts, pamatojoties uz fosfātu. Pievienotā P avota daudzums ir: P=V*G/Z.
Formulā:
P — P avota deva
V - ūdens tilpums baseinā
G — N starpība, kas jāpapildina
Z — no P avota pārveidotā fosfāta daudzums
(1) Kā pievienotais P avots tiek izmantots nātrija dihidrogēnfosfāts (Na2HPO4.7H2O, molekulmasa 268,07 g/mol). Nātrija dihidrogēnfosfāta P saturs ir 11,57%. Ja jāpievieno 1 g P avota, jāpievieno nātrija dihidrogēnfosfāts Z=1/ 0,1157=8,64 g.
(2) Kā pievienoto P avotu izmanto kālija dihidrogēnfosfātu (K2HPO4-3H2O, molekulmasa 228,22 g/mol). Kālija dihidrogēnfosfāta P saturs ir 13,6 %. Ja jāpievieno 1 g P avota, jāpievieno kālija dihidrogēnfosfāts Z=1/0,136 =7,35 g.
(3) Kā P avots tiek izmantots fosfātu mēslojuma superfosfāts. Efektīvais fosfors fosfātu mēslošanas līdzeklī ir šķīstošais fosfora pentoksīds (P2O5, molekulmasa 141,94 g/mol). Efektīvais fosfora saturs fosfātu mēslošanas līdzeklī ir 12%, un P saturs P2O5 ir 43,66%. Ja nepieciešams 1g P avota, jāpievieno fosfātu mēslojums Z=1/(0,12×0,4366)=19,09 g.
Iepriekš minētais ir notekūdeņu attīrīšanas process. Mūsdienu notekūdeņu attīrīšanā notekūdeņu testēšana arī veido lielu daļu. Lai uzraudzītu ūdens attīrīšanas efektu un procesu, ūdens kvalitātes testēšanas instrumenti ir neaizstājami. Lianhua Technology ir ražotājs ar 42 gadu pieredzi ūdens kvalitātes testēšanas instrumentu ražošanā. 1982. gadā tas izstrādāja ĶSP ātrās fermentācijas spektrofotometrijas metodi, kas var noteikt ĶSP vērtību notekūdeņos 15 minūšu laikā. Vēlāk tas pakāpeniski izstrādāja amonjaka slāpekļa ātro testeri, kopējā fosfora ātro testeri,kopējā slāpekļa ātrais testerisun BOD testeris. Lianhua uzskata, ka tas var nodrošināt drošu, uzticamu un inteliģentu testēšanas aprīkojumu vides testēšanas nozarei.
Lianhua Technology kopējā fosfora noteikšanas instruments izmanto molibdēna un antimona antispektrofotometrisko metodi. Paraugam pievieno kālija persulfātu, 30 minūtes to karsē 120° temperatūrā un pēc tam pievieno krāsas attīstītāju kolorimetrijai. Lianhua Technology kopējā fosfora noteikšanas instruments ir izveidojis līkni. Pēc parauga ievietošanas instruments var automātiski aprēķināt rezultātu un izdrukāt rezultātu. Izmērītā vērtība ir precīza.
Lianhua Technology kopējā slāpekļa noteikšanas instruments izmanto ultravioleto spektrofotometriju. Paraugam pievieno sārmainu kālija persulfātu, 40 minūtes to apstrādā 122° temperatūrā, pēc tam izņem un pievieno atšķaidītu sālsskābi. Ultravioletajā režīmā kolorimetrijai izmanto kvarca kiveti. Instruments automātiski aprēķina un izdrukā rezultātus. Viegli lietojams.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 22. novembris
