Az úgynevezett " aktív iszap " eljárás biológiai tisztítást alkalmaz a szennyvíz tisztításakor . Szabad tenyészetek általi tisztítási módszer. A víztisztítási ágazatban ( azaz az adott állomás különböző tisztítási fázisaiban) az aktív iszapfolyamat a másodlagos kezelések része.
Ez a folyamat Arden és Lockett manchesteri tanulmányából származik . Először egyetlen medencében fejlesztik ki a technikát, majd további medencék és szakaszok hozzáadásával fejlesztik.
Azóta a kutatók az aktív iszap tisztítóberendezéseinek fejlesztésén dolgoznak, különösen a kezelés során bekövetkező reakciók modelljeinek létrehozásával. Munkájuk (nemzetközi szinten) különösen lehetővé tette az aktív iszapkezelő üzemek működési modelljeinek használati útmutatójának kiadását, valamint új innovációk kidolgozását.
Az alapelv a szerves anyagok lebontása (szuszpenzióban vagy szennyvízben oldva) elsősorban baktériumok (ideértve a fonalas baktériumokat is ) által, amelyeket maguk is megesznek a mikroorganizmusok ( protozoonok , főleg ciliákok , részben felelősek a pelyhesítésért és a fokozatos víztisztítás forrása).
A tápközeg állandó keverése lehetővé teszi a baktériumok jobb hozzáférését a részecskékhez, és jelentős aerálást tesz szükségessé a biodegradációs rendszer fenntarthatóságához (csak a biológiailag lebomló szennyezés kezelhető így). Ezután ülepítés következik, amelyből a baktériumokban gazdag iszap visszakerül a levegőztető medencébe.
„A rostos baktériumok összekapcsolják a pelyheket és növelik a felület / térfogat arányt, ami elősegíti a flotációt. A pelyhek ülepedési kapacitása ezért alacsonyabb. Ez a "tömegesnek" nevezett jelenség barna habokat is okoz. " . Ha ezek a habok kevesebb számban vannak jelen vagy hiányoznak, akkor a baktérium pelyhek kisebbek és a zavarosság nagyobb.
Az aktív iszapfolyamatnak négy célja van:
Az aktív iszap technika alkalmas a mintegy 400 egyenértékű lakosú agglomerációk háztartási szennyvizeire, a legnagyobb városokig. Létezik azonban egyes telepítéseknél, bár a folyamat nincs megfelelően tesztelve. Az ipari vagy az agrár-élelmiszeripari szennyvizek nagyon változatosak, és az esettől függően kezelhetők ezzel a eljárással, gyakran jellegükhöz és jellemzőikhez igazodva.
A szerves anyagok (szénszennyezés, néha nitrogén és / vagy foszfátok) kiküszöbölésére szolgáló aktíviszap-eljárás a következő elemeket tartalmazza:
Az első medencében keletkező iszap természetes úton ülepedik le, és többnyire a levegőztető medencébe kerül vissza (recirkuláció), míg a felesleges részt dehidrációs körbe vagy egy meghatározott tárolóba irányítják.
Az aktivált iszap lényegében heterotróf mikroorganizmusokból áll, amelyek lebontották a szerves anyagokat, és a bomlástermékek, beleértve a nitrogénes anyagokat is, nitrátokká bomlottak. Az oxigén levegőztetéssel történő bevezetése ezért elengedhetetlen a működésükhöz. A mikroorganizmusokat a kezelendő vízzel intim keverékben tartják, és így folyamatosan érintkeznek a szennyvíz szerves szennyeződéseivel.
A nitrát esetleges bomlását ( dinitrogénné ), amit denitrifikációnak nevezünk , okozhatja az iszap anoxikus körülményekbe (nitrát jelenléte, oxigén hiánya) való elhelyezése, vagy a levegőztető medencében lévő fázis (ez megszakad) akár egy szellőztetetlen medencében. , anoxia-medencének hívják. Ezt a lebontást specifikus baktériumok végzik.
A mikroorganizmusok szaporodása kedvező körülmények között zajlik, amikor növekedésük fontos, és a baktériumok osztódni kezdenek. Az általuk kiválasztott exopolimerek lehetővé teszik számukra, hogy agglomerálódjanak a lepedék leülepedésében (ez flokkuláció ). A választott működési feltételek elősegítik e pelyhek leülepedését. Az elegendő bakteriális biomassza fenntartása érdekében az iszapot a másodlagos ülepítőtartályba pumpálva újrahasznosítják (a kivont iszapot visszavezetik az aerob tisztítótartályba ). Az aktív iszaprendszer kezelési és méretezési munkájának része e biomassza kezelése. Ezt elégtelenné teheti a túl kevés recirkuláció, a baktériumok mérgezése hatalmas szennyezéssel, a túl sok vízbevitel (öblítési jelenség), vagy akár üzembe helyezéskor vagy újbóli üzembe helyezéskor, amely magában foglalja a progresszív töltést.
A szennyvíz levegőztetése az aktív iszapot tartalmazó tavakban történik, amelyek a levegőztető rendszertől, a víz bevezetési módjától és az aktív iszaptól függően megfelelő alakúak. Ezeket a medencéket, levegőztető tartályokat , aktív iszap tartályokat vagy medencéket oxidációnak nevezzük . A levegőztetést a felszínen lassú típusú levegőztető turbinákkal, vagy alul légbuborék-elosztó rámpa módszerekkel biztosíthatják, amelyeket egy emlékeztető vagy egy légkompresszor szolgáltat . Az elosztó rámpák töltik befúvó ismert nagy buborékok vagy finom buborékok, attól függően, hogy a kívánt hatékonyságot . A vízben a légátadás hatékonysága javítható a vízmagasság növelésével (csak elosztó rámpáknál).
A napi oxigén követelmények a napi szerves terhelés és annak módja lebomlását, valamint a mennyiségét nitrogén kell nitrifikált . Noha a szénszennyezés lebomlása a Krebs-ciklus alatt leáll, ennek a ciklusnak a hidrogén-transzportmolekuláit légzés útján újra kell oxidálni (ez az út e molekulák reoxidálásával fogja el az elektronját). A légzéshez azonban elektron akceptorra van szükség, azaz oxidált lélegző szubsztrátumra, például oxigénre. Végül a szállított oxigént a légzési útvonalon használják fel energia előállítására, amely út feltölti a Krebs-ciklust, ezáltal lehetővé téve a szerves anyagok folyamatos lebontását. A denitrifikálás során a nitrátokból származó oxigént használják. Így az oxigénigényt a bakteriális légzőszervi láncok és a nitrifikáció követelményei alapján számítják ki. Az ellátandó oxigén mennyisége ekkor megfelel ezeknek az igényeknek, levonva a nitrátok légzése során elért megtakarításokat. Az oxigénigény tehát eltér a szállítandó mennyiségtől.
A légzéshez két típus létezik:
a és b együtthatók, amelyek a tömegterhelés függvényei.
Így a légzés oxigénigénye a következő: a BOD 5 áramlása + b × a biomassza mennyisége.
A levegőztető rendszer megválasztása azért fontos, mert ez a tétel a szennyvíztisztító telep energiafogyasztásának 60-80% -át teszi ki. A szellőzőrendszereket két fő osztályra lehet osztani. Vannak rendszerek, amelyek levegőztetnek a felszínen, és rendszerek, amelyek buborékoltatással levegőztetik a vizet, ezért a vízszint alá vannak telepítve. A felszíni rendszerekben vannak lassú mechanikus rendszerek és gyors mechanikus rendszerek. A gyors mechanikus rendszereket ritkán használják az önkormányzati állomásokon, mert energiahatékonyságuk szempontjából nem túl hatékonyak. A lassú rendszerek közé tartoznak a függőleges tengelyű aerátorok (más néven lassú turbinák) és a vízszintes tengelyű aerátorok (ún. Nagyon kicsi medencéknél ezeknek a keféknek az az előnye, hogy jól mozgatják a vizet, másrészt hatékonyságuk +/- 10% -kal alacsonyabb, mint a lassan nagy átmérőjű turbináké.
Az összes felszíni levegőztető rendszer közül a lassú függőleges tengelyű aerátorokat használják a legjobban, mert ezek rendelkeznek a legjobb oxigén-hatékonysággal, a legnagyobb egységenkénti oxigén-kapacitással és a legjobb keverési képességgel a nagy tavaknál.
A merülő rendszerek sok rendszert tartalmaznak, de a leggyakrabban használt finom buborékok. Érdekes megjegyezni, hogy az új légdiffúziós rendszerek (szemben a hagyományos buborékoltatással) kiváló energiahozamot ígérnek.
A leggyakrabban használt rendszerek, nevezetesen a lassú és finom buborék turbinák összehasonlításakor a lassú függőleges tengelyű felületi aerátorok (lassú turbinák) több előnnyel járnak. Karbantartásuk elenyésző, miközben a finom buborékos aerátorokat meg kell tisztítani. A lassú turbinák élettartama sokkal hosszabb, megbízhatóságuk pedig sokkal nagyobb. Másrészt az EN 12255-15 szabvány szerint mért teljesítményük jobb eredményeket ad a finom buborékok esetén. Ez a szabvány lehetővé teszi a rendszerek hatékonyságának mérését és összehasonlítását standard körülmények között, tehát 20 ° C-on, 1013 mbar nyomáson és tiszta (ivó) vízzel. Ahhoz, hogy jó képet kapjon az energiaszámláról, integrálnia kell az alfa-faktort. Ez a tényező a szennyvíz Kla (oxigénátadási tényező) és a tiszta víz Kla aránya. Ez a vízfüggő alfa-faktor nagyon különbözik, ha a felszínen vagy a víz alatt levegőztetünk. Nyilvánvalóan kedvező a felszíni aerátorok számára (0,9 nagyságrendű a felszíni aerátorok esetében), míg a finom buborékos rendszereknél csak ± 0,6 (a városi szennyvíz értéke). Ezenkívül a felszíni levegőztetők általában nem igényelnek keverőt, míg a levegőztető rendszer energiahatékonyságának tartalmaznia kell a levegőztetéshez használt összes tartozékot. Adott működési periódusok alatt látható, hogy a lassú (nagy átmérőjű) felszíni aerátorok energiafogyasztása hasonló a finom buborékokhoz, minden más dolog egyenlő. Ez különösen Hollandiában bizonyult, ahol a két rendszert szisztematikusan telepítik az energiamérőkre. Más szempontokat is fontos figyelembe venni, mint például a zaj, az aeroszolok és a szellőzőrendszer alapvető tartozékai. A lassú felületi aerátorok teljesen letakarhatók a kellemetlenségek kiküszöbölése érdekében. Finom buborékok esetén a csillapítót le kell takarni, és esetleg légszűrővel ellátott épületbe kell helyezni. A felszíni szellőzés kevesebb épületet és lényegesen kevesebb munkát igényel a helyszínen, ami korlátozza a megtestesült energiát . Azt is meg kell jegyezni, hogy a vállalatok napenergia-aerátorokat forgalmaznak az elektromos hálózathoz való csatlakozás és akkumulátor nélkül. Ezeket a gépeket a lagúnáknak szánják, és ezután a lagúna az energia rövid távú tárolásaként működik oldott oxigén formájában.
3. Az aktív iszap kinetikája (Y. Heymann, 2010)