Erkunden Sie den „Einflusscode“ der Schlammkonzentration auf die Stickstoff- und Phosphorentfernung.

Die Schlammkonzentration bezeichnet den Gehalt an Schwebstoffen und organischen Stoffen im Abwasser während der Abwasserbehandlung. Bei der Stickstoffentfernung werden die Stickstoffverbindungen im Abwasser durch spezielle Verfahren in Stickstoffgas umgewandelt, um den Ausstoß von Stickstoffschadstoffen zu reduzieren. Bietet eine höhere Schlammkonzentration größere Vorteile für die Stickstoffentfernung? Dieser Artikel befasst sich eingehend mit dieser Frage.

(I) Einfluss auf die Denitrifikationsreaktion

Während der aeroben Nitrifikation führt eine höhere Schlammkonzentration zu einer relativ höheren Konzentration nitrifizierender Bakterien. Daher ist die Geschwindigkeit der aeroben Nitrifikationsreaktion bei hoher Schlammkonzentration relativ höher. Ein gewisses Schlammalter ist eine notwendige Voraussetzung für die Existenz nitrifizierender Bakterien im biologischen Schlamm. Gleichzeitig kann die Schaffung günstiger Lebensbedingungen für nitrifizierende Bakterien deren Anteil an der mikrobiellen Flora weiter erhöhen und so die Konzentration nitrifizierender Bakterien steigern. Darüber hinaus wird bei hoher Schlammkonzentration in der anaeroben Phase mehr BSB (biochemischer Sauerstoffbedarf) verbraucht, und das BSB/TKN-Verhältnis ist beim Eintritt in die aerobe Phase relativ niedriger. Studien haben gezeigt, dass der Anteil nitrifizierender Bakterien in Belebtschlamm ist umgekehrt proportional zu BSB/TKN. Da nitrifizierende Bakterien autotrophe Bakterien sind, ist die Konzentration organischer Substrate kein limitierender Faktor für ihr Wachstum. Ist die Konzentration organischer Substrate jedoch zu hoch, vermehren sich heterotrophe Bakterien mit einer höheren Wachstumsrate schnell und konkurrieren um gelösten Sauerstoff. Infolgedessen verlangsamt sich das Wachstum autotropher Bakterien, und aerobe nitrifizierende Bakterien können sich keinen Vorteil verschaffen, was letztendlich zu einer Verringerung der Nitrifikationsrate führt.

(II) Einfluss auf die Denitrifikationsreaktion

Während der Denitrifikationsreaktion ist die Abwesenheit von molekularem Sauerstoff erforderlich, damit denitrifizierende Bakterien organische Stoffe unter Nutzung des ionischen Sauerstoffs in Nitraten und Nitriten zersetzen können. In einem biologischen System mit hoher Schlammkonzentration kann der gelöste Sauerstoffwert während des Nitrifikationsprozesses angemessen reduziert werden, während der Nitrifikationseffekt erhalten bleibt. Auf diese Weise kann der gelöste Sauerstoff am Ende der Nitrifikation verringert werden, wodurch der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Nitratrücklauf effektiv reduziert und der Einfluss von molekularem Sauerstoff auf den Denitrifikationsprozess im System minimiert wird. Anoxische Zoneund verbessert die Denitrifikationsfähigkeit denitrifizierender Bakterien zur Nutzung von Kohlenstoffquellen. Zudem geht bei einer hohen Schlammkonzentration ein relativ höherer endogener metabolischer Sauerstoffbedarf einher, wodurch der gelöste Sauerstoff im Rücklauf und im anoxischen Abschnitt weiter verbraucht werden kann. Darüber hinaus verändert eine sehr hohe Schlammkonzentration die Viskosität der Mischflüssigkeit und erhöht den Diffusionswiderstand, wodurch der im Rücklauf transportierte gelöste Sauerstoff reduziert wird. In einigen Behandlungsprozessen, bei denen offene Kanäle als Rücklaufkanäle verwendet werden, kann dies auch die Sauerstoffanreicherung durch den fallenden Rücklauf reduzieren. Alles in allem spielt eine hohe Schlammkonzentration eine bedeutende Rolle bei der Reduzierung des DO-Werts (gelöster Sauerstoff) in der Denitrifikationsstufe während des eigentlichen Prozesses.

Da denitrifizierende Bakterien heterotrophe fakultative Bakterien sind und in großen Mengen in Abwässern vorkommenWasseraufbereitungssystemeDurch Erhöhen der Schlammkonzentration im System kann die Konzentration denitrifizierender Bakterien effektiv erhöht werden. Die Denitrifikationsreaktionsrate ist grundsätzlich unabhängig von der Nitrat- und Nitritkonzentration, steht jedoch in einer Reaktionsbeziehung erster Ordnung zur Konzentration denitrifizierender Bakterien. Daher kann im tatsächlichen Prozessbetrieb eine hohe Schlammkonzentration die Denitrifikationszeit verkürzen und das effektive Volumen des anoxischen Bereichs verringern. Unter der Voraussetzung, dass das effektive Volumen des anoxischen Bereichs konstant bleibt, kann die Denitrifikationsreaktion mit hoher Schlammkonzentration die relativ widerstandsfähige organische Substanz in der organischen Matrix besser als Kohlenstoffquelle für die Denitrifikationsreaktion nutzen. Dies ist besonders wichtig für Prozesse zur Stickstoff- und Phosphorentfernung, vor allem bei einem Mangel an Kohlenstoffquellen. Außerdem ist bei hoher Schlammkonzentration der Durchmesser der mikrobiellen Flocken relativ groß. Während der Nitrifikationsreaktion ist der Sauerstoffdruckgradient aufgrund des geringen gelösten Sauerstoffs gering und es bildet sich leicht eine anoxische Umgebung im Inneren der Flocke, was zur Denitrifikationsreaktion führt. Das heißt, eine hohe Schlammkonzentration kann die gleichzeitige Denitrifikation fördern.

(III) Auswirkungen auf die biologische Phosphorentfernung

Der Schlüssel zur biologischen Phosphorentfernung liegt in der Erhöhung des Anteils phosphorakkumulierender Organismen (PAOs) im Belebtschlammsystem. In der anaeroben Zone wirkt sich eine hohe Schlammkonzentration positiv auf die PAOs aus. Da PAOs in einer anaeroben Umgebung Phosphor freisetzen können, führt eine hohe Schlammkonzentration zu einer relativ größeren Anzahl von PAOs, wodurch genügend „Kraft“ für den anschließenden Phosphoraufnahmeprozess vorhanden ist.

Die Effizienz der biologischen Phosphorentfernung variiert je nach Schlammalter und Schlammkonzentration. Bei geringem Schlammalter und mittlerer Schlammkonzentration behalten PAOs ihre hohe Aktivität und dominieren das System. Sie können in aerober Umgebung große Mengen Phosphor aufnehmen und erreichen so eine relativ hohe Phosphorentfernungseffizienz. Ist der Schlamm jedoch zu lang, kann dies zu Schlammalterung führen, was die Aktivität der PAOs beeinträchtigt. Selbst bei hoher Schlammkonzentration kann die Phosphorentfernungseffizienz sinken. Ist die Schlammkonzentration hingegen zu niedrig, ist die Anzahl der PAOs begrenzt. Selbst unter geeigneten Bedingungen wie dem Schlammalter ist es schwierig, die gewünschte Phosphorentfernungswirkung zu erzielen. Daher ist eine sinnvolle Kontrolle von Parametern wie Schlammkonzentration und Schlammalter entscheidend für die Verbesserung der Effizienz der biologischen Phosphorentfernung. Um sicherzustellen, dass die Phosphorentfernungskapazität des gesamten Abwasserbehandlungssystems ein gutes Niveau erreicht, ist eine kontinuierliche Optimierung und Anpassung an die tatsächliche Abwasserbehandlungssituation erforderlich.

Insgesamt fungiert die Schlammkonzentration als „Dirigent hinter den Kulissen“ der Abwasserbehandlungsanlage und beeinflusst wichtige Prozesse wie Nitrifikation, Denitrifikation und biologische Phosphorentfernung. Ihre Rolle ist nicht zu unterschätzen, von der Regulierung der Bakterienkonzentration in der Nitrifikationsreaktion über die Optimierung der Nutzung gelöster Sauerstoff- und Kohlenstoffquellen in der Denitrifikationsreaktion bis hin zur Stimulierung der Vitalität phosphoranreichernder Organismen bei der biologischen Phosphorentfernung. Im tatsächlichen Betrieb von Abwasserbehandlungsanlagen kann nur durch eine genaue Erfassung der Schlammkonzentration und deren flexible Anpassung an Faktoren wie die Zusammensetzung des Abwassers und die Behandlungsprozesse eine hocheffiziente und stabile Stickstoff- und Phosphorentfernung erreicht werden. Dadurch kann das Abwasser gereinigt und wiederaufbereitet werden, was eine solide Grundlage für die nachhaltige Entwicklung der ökologischen Umwelt schafft und ein neues Kapitel in der Wiederverwertung und Nutzung von Wasserressourcen aufschlägt.