Давайте сначала уточним, что такое активный ил для одновременной нитрификации-денитрификации (SND)? Проще говоря, микроорганизмы в обычном активном иле могут выполнять как задачи «нитрификации» (преобразование аммонийного азота в нитратный азот), так и задачи «денитрификации» (преобразование нитратного азота в газообразный азот и его выход), без необходимости отдельных резервуаров, как в традиционных процессах, что экономит воду, электроэнергию и пространство. Они действительно «эффективны и универсальны» при очистке сточных вод. Но эта «универсальность» не падает с неба. Нам нужно постепенно «выращивать» ее шаг за шагом. Сегодня, от подготовительных работ до ежедневного обслуживания, мы все вам подробно объясним. Даже если вы новичок в отрасли, следуя этим инструкциям, вы сможете избежать ненужных ошибок.
1、 Во-первых, создайте основные условия для «выращивания ила», чтобы микроорганизмы не голодали и жили комфортно
Чтобы микроорганизмы в иле обладали активностью SND, первым шагом является создание для них комфортного «дома», а также достаточного количества пищи. Это похоже на то, как нам нужно подготовить цветочные горшки и удобрения, прежде чем выращивать цветы. Давайте поговорим об этом с двух сторон: «оборудование» (устройства) и «программное обеспечение» (качество воды, питание):
1. Оборудование: Не нужно делать его слишком сложным, но ключевые моменты нельзя упускать
Нам не нужно начинать с крупномасштабного реактора, который стоит сотни тысяч юаней. Новички могут начать с «мини-версии» лабораторных испытаний, например, с цилиндрического реактора объемом 10 или 20 литров, изготовленного из стекла или нержавеющей стали. Главное — соответствовать следующим требованиям:
- Возможность контроля кислорода: Суть SND заключается в «локальной гипоксии и общей аэрации», что означает, что вода не может быть полностью лишена кислорода, но и кислорода не должно быть слишком много. Вода должна иметь зоны с высоким и низким содержанием кислорода, чтобы микроорганизмы могли одновременно нитрифицировать и денитрифицировать. Поэтому реактор должен быть оснащен аэратором (желательно использовать микропористую аэрацию с мелкими пузырьками и равномерным распределением кислорода), а затем оснащен датчиком растворенного кислорода для мониторинга в реальном времени, что позволяет в любой момент регулировать размер аэрации. Обычно растворенный кислород (DO) следует контролировать в пределах 0,5-2 мг/л, ни слишком много, ни слишком мало.
- Должен быть способен перемешивать: Если аэрации недостаточно, также необходим смеситель, иначе ил легко опустится на дно, неравномерно перемешается с водой и питательными веществами, и микроорганизмы не смогут питаться. Скорость перемешивания не должна быть слишком высокой, пока она позволяет илу «плавать» в воде (т. е. поддерживать взвешенное состояние). Если она слишком высокая, она может фактически «выбить» микроорганизмы и повлиять на их активность.
- Должен быть способен контролировать температуру и pH: Микроорганизмы, как и люди, чувствительны к холоду, жаре, кислоте и щелочи. Наиболее подходящая температура для работы микроорганизмов SND составляет 25-30 ℃. Если она слишком низкая, они станут ленивыми, и их активность снизится; Если она слишком высокая, это может напрямую вызвать «тепловую смерть». Поэтому лучше всего обернуть реактор термостатической нагревательной рубашкой или поместить его в водяную баню с постоянной температурой. Значение pH также необходимо тщательно контролировать. Нитрифицирующие бактерии предпочитают слабощелочную среду (7,5-8,5), в то время как денитрифицирующие бактерии слабо устойчивы к кислотам, но в целом оно должно быть в пределах 7-8. Если pH низкий, добавьте немного карбоната натрия, а если высокий, добавьте немного разбавленной соляной кислоты, чтобы предотвратить «отклонение» значения.
2. Качество воды и питание: Подготовьте пищу для микроорганизмов, не кормите вслепую
Микроорганизмам в иле необходимы «основные продукты питания» (источники углерода и азота) и «витамины» (микроэлементы) для работы, все они поступают из притока. Если питательных веществ недостаточно или пропорция неправильная, микроорганизмы либо будут «голодными и худыми», либо «недоедающими» и вообще не смогут производить активность SND.
- Источник азота: Используйте наиболее распространенный аммонийный азот: Мы выращиваем ил SND в основном для обработки аммонийного азота, поэтому приток должен содержать достаточное количество аммонийного азота. Не усложняйте, просто смешайте сульфат аммония или хлорид аммония напрямую. Концентрацию следует контролировать на уровне 50-100 мг/л, что более подходит. Если она слишком низкая, микроорганизмы не смогут выжить, а если слишком высокая, она их «отравит». Новички должны начинать с этого диапазона концентраций.
- Источник углерода: Выбирайте «легко усваиваемый», не выбирайте слишком «жесткий»: Денитрифицирующим бактериям нужен источник углерода в качестве «энергии» для их работы. Если источника углерода недостаточно, нитратный азот не может быть преобразован в газообразный азот. Начинающим лучше всего выбирать легко разлагаемые источники углерода, такие как глюкоза и ацетат натрия, так как эти микроорганизмы «быстро едят» и легко быстро культивируют активность. Соотношение углерода к азоту (т. е. соотношение C/N) имеет решающее значение, обычно оно контролируется на уровне 5-10:1. Например, если концентрация аммонийного азота составляет 50 мг/л, источник углерода следует добавлять в количестве 250-500 мг/л. Если соотношение неправильное, либо денитрификация не будет завершена, либо источники углерода будут потрачены впустую, и вода станет пахнуть.
- Микроэлементы: Не игнорируйте их, этого недостаточно. Многие люди легко забывают добавлять микроэлементы, но на самом деле микроорганизмам нужны «мелочи», такие как железо, марганец и цинк, для активации ферментной активности. Без них, даже если углерода и азота достаточно, активность не может быть увеличена. Вам не нужно покупать дорогие реагенты. Просто добавьте немного водопроводной воды (которая содержит природные микроэлементы) или отфильтруйте небольшую ложку воды, настоянной на садовой почве, при подготовке воды. Количество не должно быть слишком большим, так как слишком большое количество может привести к токсичности тяжелых металлов.
- Не приносите «яд» при поступлении воды: Если в воде содержатся тяжелые металлы (например, хром, свинец), антибиотики или высокие концентрации солей, микроорганизмы немедленно «прекратят готовить». Поэтому при подготовке воды необходимо использовать дистиллированную или деионизированную воду. Не используйте промышленную сточную воду или загрязненную речную воду без разбора. Новички должны сначала культивировать «чистую» воду, а затем медленно пытаться обрабатывать фактическую сточную воду.
2、 Инокуляция ила — это короткий путь, не начинайте с нуля
Ошибка, которую совершают многие новички, заключается в том, что они начинают с «пустого бассейна» и ждут, пока ил вырастет естественным путем, что занимает несколько месяцев и не обязательно приводит к активности SND. Разумный подход — это «инокуляция», что означает поиск готового активного ила в качестве «семян» и прямое помещение его в реактор, что эквивалентно «стоянию на плечах другого человека», что может сэкономить более половины времени.
Где я могу найти «хорошие семена»? Отдайте предпочтение этим двум местам
- Возвратный ил с городских очистных сооружений: Это самые простые «семена» для получения, особенно для очистных сооружений, которые обрабатывают бытовые сточные воды. Ил внутри уже содержит нитрифицирующие и денитрифицирующие бактерии, но активность может быть недостаточно сильной. Давайте вернем его и немного «одомашним». Когда вы пойдете, принесите чистое ведро и наполните его 5-10 л (в зависимости от размера реактора, обычно ил составляет 10%-20% от объема реактора). Не оставляйте его надолго, заберите его и используйте в тот же день. Если оставить его надолго, илу «не будет хватать кислорода», и его активность снизится.
- Готовый обычный активный ил в лаборатории: Если у вас есть друзья, которые проводят эксперименты по очистке сточных вод вокруг вас, вы можете одолжить немного обычного активного ила, который они вырастили. Хотя он может не обладать активностью SND, основное микробное сообщество здорово и может быть быстро одомашнено. Никогда не используйте черный или вонючий ил, так как в большинстве из них содержатся мертвые бактерии, которые нельзя использовать в качестве семян.
2. Не «разрушайтесь» во время вакцинации, позвольте илу «адаптироваться к новому дому»
После получения инокулированного ила не выливайте его прямо в реактор. Сначала «промойте ил», чтобы удалить примеси и остаточные питательные вещества из ила. Метод прост: вылейте ил в центрифужную пробирку, добавьте дистиллированную воду, центрифугируйте в течение 5 минут (со скоростью 3000 об/мин), выбросьте прозрачную жидкость сверху, добавьте немного дистиллированной воды и хорошо перемешайте. Повторите 2-3 раза, пока прозрачная жидкость не станет прозрачной.
После очистки вылейте ил в реактор и медленно добавьте подготовленную воду (не добавляйте слишком быстро, иначе ил «не адаптируется»). После добавления сначала не включайте аэрацию. Включите смеситель и перемешивайте в течение 10 минут, чтобы полностью перемешать ил и воду. Затем включите аэрацию и отрегулируйте растворенный кислород до уровня около 1 мг/л. Дайте илу сначала «подышать» и адаптироваться к новой среде. Этот шаг называется «периодом адаптации перед образованием пленки», не пропускайте его.
3、 Домашняя работа — это ключ: шаг за шагом «заставляйте» микроорганизмы развивать активность SND
После инокуляции ила следующим ключевым шагом является «одомашнивание» — проще говоря, корректировка условий окружающей среды (например, DO, соотношение C/N, гидравлическое время удерживания), чтобы позволить нитрифицирующим и денитрифицирующим бактериям в иле «работать вместе» и постепенно развивать привычку работать синхронно. Этот процесс не следует форсировать, обычно он занимает 15-30 дней. Он требует терпения, ежедневного наблюдения, регистрации и постепенной корректировки.
1. Фаза 1: Позвольте нитрифицирующим бактериям «выжить» и уменьшить аммонийный азот (первые 7-10 дней)
В начале одомашнивания не спешите заставлять денитрифицирующие бактерии работать. Сначала «накормите» нитрифицирующие бактерии и позвольте им доминировать в иле. На этом этапе нам нужно сделать следующее:
- Слегка увеличьте аэрацию: контролируйте растворенный кислород (DO) на уровне 1,5-2 мг/л, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода в воде, что облегчает преобразование аммонийного азота в нитратный азот нитрифицирующими бактериями.
- Немного снизьте соотношение C/N: Нет необходимости добавлять слишком много источника углерода, а соотношение C/N следует контролировать на уровне 3-5:1, в основном для того, чтобы позволить микроорганизмам «есть азот», уделяя основное внимание наблюдению за скоростью удаления аммонийного азота.
- Гидравлическое время удерживания (HRT) должно быть больше: HRT — это время пребывания воды в реакторе, первоначально установленное на 8-12 часов, чтобы предотвратить слишком быстрое течение воды и дать достаточно времени для работы нитрифицирующих бактерий.
Ежедневно отбирайте пробы для измерения концентрации аммонийного азота во входящем и выходящем потоках. Если концентрацию аммонийного азота в выходящем потоке можно стабильно снизить до уровня ниже 10 мг/л, это указывает на то, что нитрифицирующие бактерии «ожили» и первый этап соответствует стандарту.
2. Фаза 2: Медленно «уменьшайте кислород и увеличивайте углерод», чтобы активировать денитрифицирующие бактерии (10-15 дней между ними)
После стабилизации нитрифицирующих бактерий пришло время «пробудить» денитрифицирующие бактерии. Ключом является создание среды «локальной гипоксии» и обеспечение достаточного количества источников углерода для денитрифицирующих бактерий. На этом этапе необходимо постепенно корректировать условия и не менять слишком много сразу, иначе микроорганизмы будут «подвержены стрессу»:
- Постепенно уменьшайте DO: Каждый день снижайте DO на 0,2-0,3 мг/л, постепенно снижая его с 2 мг/л до 0,5-1 мг/л и стабилизируя его после достижения этого диапазона. При снижении важно наблюдать за цветом ила. Если ил меняет цвет с желто-коричневого на черный или сточные воды становятся мутными, это указывает на то, что растворенного кислорода (DO) слишком мало. Быстро отрегулируйте его обратно, чтобы предотвратить гибель ила от нехватки кислорода.
- Постепенно увеличивайте соотношение C/N: В то же время увеличивайте количество источника углерода и постепенно увеличивайте соотношение C/N с 3-5:1 до 5-8:1. Добавляйте немного каждый день, не добавляйте слишком много сразу, иначе в воде будет избыток источника углерода, который будет размножать различные бактерии и вызывать запах ила.
- Слегка сократите HRT: Медленно уменьшайте HRT с 12 часов до 6-8 часов, чтобы позволить микроорганизмам работать более компактно и повысить их активность.
На этом этапе необходимо ежедневно измерять два показателя: аммонийный азот (чтобы увидеть, есть ли какие-либо проблемы с нитрификацией) и общий азот (чтобы увидеть, эффективна ли денитрификация). Если скорость удаления общего азота может оставаться стабильной на уровне более 50%, это указывает на то, что денитрифицирующие бактерии начали работать и активность SND предварительно проявилась.
3. Фаза 3: Стабильные условия для «закрепления» активности SND (последние 7 дней или около того)
Когда скорость удаления общего азота стабилизируется на уровне более 50%, больше не корректируйте условия значительно. Поддерживайте DO на уровне 0,5-1 мг/л, соотношение C/N на уровне 5-8:1 и HRT на уровне 6-8 часов, чтобы позволить микроорганизмам «жить и работать» в этой среде, постепенно увеличивая активность SND.
На этом этапе необходимо наблюдать за характеристиками ила: хороший ил SND должен быть желто-коричневого цвета, с относительно большими хлопьями (видимыми в кластерах под микроскопом), хорошими свойствами осаждения (после отстаивания в течение 30 минут ил может осесть, а прозрачная жидкость сверху очень прозрачна) и отсутствием почернения или запаха. Измеряйте скорость удаления общего азота один раз в день. Если она может оставаться стабильной на уровне 70% или даже достигать 80%, поздравляем! Активный ил для одновременной нитрификации-денитрификации успешно культивирован!
4、 Ежедневное обслуживание: Не позволяйте «с трудом заработанному илу» иметь проблемы
Выращивание ила SND — это не конец, а начало. Если ежедневное обслуживание не проводится должным образом, ил склонен к «снижению активности» или даже «гибели», и предыдущие усилия будут напрасными. Эти моменты необходимо тщательно контролировать:
1. Необходимо делать ежедневно: измерять показатели, наблюдать за чертами
- Измеряйте три ключевых показателя: растворенный кислород (DO), значение pH и скорость удаления общего азота, не менее двух раз в день (утром и днем). Как только будет обнаружено, что DO ниже 0,5 мг/л, увеличьте аэрацию, а выше 2 мг/л, уменьшите аэрацию; Добавьте карбонат натрия, если pH ниже 7, и разбавленную соляную кислоту, если он выше 8,5; Если скорость удаления общего азота снижается более чем на 10%, проверьте, достаточно ли добавлено источника углерода и нет ли примесей в притоке.
- Наблюдение за характеристиками ила: Ежедневно наблюдайте за цветом ила (обычно желто-коричневый), есть ли какой-либо запах (обычно нет запаха, запах возникает из-за нехватки кислорода) и ситуацией с осаждением (коэффициент осаждения лучше всего составляет 20%-30% в течение 30 минут, если он слишком высокий, это означает, что ила слишком много, а если он слишком низкий, это означает, что есть потеря ила).
2. Еженедельные обязательные задачи: сброс ила и удаление примесей
- Регулярный сброс ила: Ил будет продолжать размножаться, и слишком много его осядет на дне реактора, влияя на перемешивание и аэрацию. Сколько избыточного ила следует сбрасывать раз в неделю? Проверьте коэффициент осаждения. Если коэффициент осаждения превышает 30%, сбросьте 5%-10% от объема реактора ила и поддерживайте коэффициент осаждения между 20%-30%.
- Очистка от примесей: Даже если вода тщательно отфильтрована, небольшое количество примесей все равно осядет на дне со временем. Каждую неделю, во время сброса ила, очищайте примеси на дне реактора, чтобы они не влияли на перемешивание ила и воды.
3. Не паникуйте при возникновении проблем: распространенные методы решения проблем
- Черный и вонючий ил: Весьма вероятно, что растворенного кислорода (DO) слишком мало и наблюдается дефицит кислорода. Быстро увеличьте аэрацию и измерьте pH. Если pH также низкий, добавьте немного карбоната натрия, и обычно требуется 1-2 дня для восстановления.
- Внезапное снижение скорости удаления общего азота: Сначала проверьте источник углерода, чтобы увидеть, не было ли его добавлено слишком мало. Если источника углерода достаточно, то проверьте, не слишком ли высок растворенный кислород (DO) (слишком высокий может ингибировать денитрифицирующие бактерии). Отрегулируйте DO до 0,5-1 мг/л и наблюдайте в течение 1-2 дней. Обычно он может вернуться.
- Серьезная потеря ила (коэффициент осаждения ниже 10%): Это может быть связано со слишком быстрой скоростью перемешивания, которая разрушает ил, или со слишком быстрым потоком входящей воды (HRT слишком короткое), который вымывает ил. Сначала снизьте скорость перемешивания, затем увеличьте HRT на 1-2 часа и в то же время добавьте немного инокулированного ила и постепенно восстанавливайте.
5、 Распространенные заблуждения для начинающих: Не наступайте на эти «ямы»
Наконец, поговорим с новичками о распространенных заблуждениях и не позволяйте им встать на неверный путь:
- Не стремитесь к «быстрым результатам»: Многие надеются получить активность SND в течение 3 дней после инокуляции ила, что просто невозможно. Микробное одомашнивание требует времени, и 15-30 дней — это нормальный цикл. Спешка бесполезна, но медленный темп может оказаться быстрее.
- Не добавляйте реагенты случайным образом: Некоторые люди думают, что «добавление большего количества питательных веществ — это лучше». Добавление слишком большого количества источников углерода и азота может привести к избытку питательных веществ в воде, росту бактерий и запаху ила; Некоторые люди думают, что «добавление микроэлементов — это хорошо», добавление слишком большого количества реагентов тяжелых металлов сразу может напрямую отравить микроорганизмы, а добавление их в пропорции достаточно.
- Не прекращайте аэрацию и перемешивание на долгое время: Иногда, когда вам нужно уйти, вы выключаете аэрацию и перемешивание, а когда возвращаетесь, обнаруживаете, что ил полностью опустился на дно и почернел. Это связано с длительным недостатком кислорода, и большое количество микроорганизмов погибло. Поэтому, даже если вы уходите, вам нужно найти кого-то, кто будет за этим присматривать, по крайней мере, чтобы гарантировать, что аэрация и перемешивание не прекратятся на слишком долгое время (не более 4 часов максимум).
Короче говоря, суть культивирования активного ила для одновременной нитрификации-денитрификации заключается в том, чтобы «создать хорошую среду, выбрать правильные семена, постепенно одомашнить и тщательно поддерживать». Это не так уж загадочно. Новичкам нужно только следовать инструкциям, больше наблюдать и записывать и делать меньше ошибок низкого уровня, и они определенно смогут культивировать ил с хорошей активностью. Вначале вы можете столкнуться с некоторыми проблемами, но если вы не паникуете и медленно корректируете, вы сможете быстро начать работу. Когда вы увидите, что скорость удаления общего азота стабилизируется на уровне более 70%, это чувство достижения сильнее всего остального!
