Pengendalian proses enapcemar teraktif memerlukan kawalan yang betul ke atas pelbagai parameter, termasuk kawalan MLSS, salah satu penunjuk yang paling kerap digunakan dalam operasi harian sistem air sisa.
1. Definisi MLSS
Kepekatan enap cemar teraktif merujuk kepada kandungan pepejal terampai dalam minuman keras campuran di alur keluar tangki pengudaraan, dilambangkan dengan simbol MLSS, dengan unit mg/L. Ia digunakan untuk mengukur jumlah enap cemar teraktif dalam tangki pengudaraan. Jumlah keseluruhan MLSS merangkumi empat aspek berikut:
Mikroorganisma aktif;
Bahan organik tidak-boleh terbiodegradasi terjerap pada enap cemar diaktifkan;
Sisa daripada pengoksidaan-sendiri mikrob;
Bahan bukan organik.
Semasa operasi, adalah amat penting untuk diperhatikan bahawa MLSS hanya merujuk kepada kepekatan minuman keras campuran dalam tangki pengudaraan, tidak termasuk kepekatan minuman keras campuran dalam tangki pemendapan sekunder. Tambahan pula, apabila memantau kepekatan minuman keras campuran dalam tangki pengudaraan, adalah penting untuk menggunakan kepekatan minuman keras campuran di saluran keluar tangki pengudaraan sebagai piawai untuk mengukur kepekatan enapcemar teraktif di seluruh tangki pengudaraan.
2. Hubungan antara Kepekatan Enapcemar dan Penunjuk Kawalan Lain
1. Hubungan antara Kepekatan Enapcemar Teraktif dan Umur Enapcemar
Umur enapcemar ialah cara operasi untuk mencapai sasaran umur enapcemar dengan mengeluarkan enapcemar diaktifkan. Julat munasabah untuk mengawal kepekatan enap cemar teraktif boleh diberikan melalui umur enap cemar yang munasabah dan nisbah makanan-ke-mikrob. Malah, jika kepekatan enap cemar teraktif meningkat secara berlebihan, umur enap cemar akan menjadi sangat lama, melebihi nilai umur enap cemar yang dikawal biasa, walaupun kepekatan bahan organik yang mempengaruhi tidak tinggi. Ini jelas menunjukkan bahawa kepekatan enapcemar teraktif dikawal terlalu tinggi, yang jauh lebih tepat daripada menilai sama ada kepekatan enapcemar teraktif perlu dikawal berdasarkan nilai mutlaknya.
2. Hubungan antara Kepekatan Enapcemar Teraktif dan Suhu Air
Pertumbuhan, pembiakan, dan metabolisme enap cemar teraktif dalam tangki rawatan biologi berkait rapat dengan suhu air. Bagi setiap penurunan 10 darjah dalam suhu air, aktiviti enap cemar teraktif akan berkurangan separuh; apabila suhu air di bawah 10 darjah, kesan rawatan adalah jelas lemah. Untuk mengatasinya, kepekatan enapcemar teraktif boleh dilaraskan untuk menghadapi perubahan suhu air:
Apabila suhu air rendah, kepekatan enapcemar teraktif boleh ditingkatkan untuk mengimbangi kesan negatif aktiviti enapcemar teraktif yang dikurangkan, seterusnya mencapai peningkatan kecekapan penyingkiran pada suhu air yang rendah.
Apabila suhu air tinggi, aktiviti enap cemar diaktifkan adalah cergas. Kepekatan enapcemar teraktif yang terlalu tinggi memudaratkan pengendapan enapcemar teraktif. Dalam kes ini, mengurangkan kepekatan enapcemar teraktif boleh menghalang pembentukan flok yang tidak mendap dan supernatan keruh.
3. Hubungan Antara Kepekatan Enapcemar Teraktif dan Nisbah Mendap Enapcemar Teraktif
Kepekatan enap cemar teraktif mempengaruhi nisbah pengendapan akhir. Kepekatan enapcemar teraktif yang lebih tinggi menghasilkan nisbah pengendapan akhir yang lebih tinggi, dan sebaliknya. Ini kerana kepekatan enapcemar teraktif yang lebih tinggi membawa kepada kuantiti biologi yang lebih besar, menghasilkan nisbah mendap yang lebih tinggi selepas pemampatan dan pemendapan. Perbezaan utama daripada faktor lain yang boleh meningkatkan nisbah mendap ialah memerhati sama ada enap cemar diaktifkan yang dimampatkan adalah padat dan sama ada warnanya coklat gelap. Dalam kes di mana peningkatan kepekatan enapcemar tidak-diaktifkan membawa kepada nisbah mendap yang lebih tinggi, ia biasanya disebabkan oleh pemadatan yang lemah dan warna yang lebih kusam.
Sudah tentu, kepekatan enapcemar teraktif yang terlalu rendah juga memberi kesan ketara kepada nisbah mendap. Walau bagaimanapun, ini selalunya bukan disebabkan oleh pengendali dengan sengaja menurunkan kepekatan enap cemar teraktif, tetapi sebaliknya oleh kepekatan bahan organik berpengaruh yang terlalu rendah. Dalam kes sedemikian, pengendali, merasakan kepekatan enapcemar diaktifkan terlalu rendah, cuba meningkatkannya, mengakibatkan penuaan enapcemar diaktifkan. Pemerhatian nisbah mendap terakhir akan mendedahkan tanda-tanda tipikal penuaan enap cemar teraktif: kebolehmampatan tinggi, warna gelap, dan supernatan jernih yang mengandungi flok halus.
Jika nisbah enapcemar yang rendah berlaku disebabkan oleh pelepasan enap cemar yang tidak normal, pemerhatian juga akan mendedahkan bahawa enap cemar diaktifkan yang termendap berwarna pucat, mempunyai kebolehmampatan yang lemah, dan jarang.
3. Kesan Kepekatan Enapcemar Terhadap Nitrifikasi dan Denitrifikasi
1. Kesan Kepekatan Enapcemar Terhadap Nitrifikasi
Banyak faktor persekitaran mempengaruhi nitrifikasi, termasuk pH, suhu, SRT, DO, BOD/TKN, kepekatan enapcemar dan bahan toksik. Dalam loji rawatan air sisa sebenar, hanya parameter seperti SRT, DO, BOD/TKN, dan kepekatan enapcemar boleh dikawal semasa operasi proses.
a. Dalam nitrifikasi aerobik, kepekatan enap cemar yang lebih tinggi menghasilkan kepekatan bakteria nitrifikasi yang agak tinggi, dengan itu membawa kepada kadar nitrifikasi aerobik yang lebih tinggi di bawah keadaan kepekatan enap cemar yang tinggi.
b. Umur enap cemar tertentu diperlukan untuk memastikan kehadiran bakteria nitrifikasi dalam enap cemar biologi. Mewujudkan keadaan hidup yang menggalakkan untuk bakteria nitrifikasi meningkatkan lagi bahagiannya dalam komuniti mikrob, dengan itu meningkatkan kepekatannya. Pada kepekatan enap cemar yang tinggi, lebih banyak BOD digunakan dalam peringkat anaerobik, menghasilkan nisbah BOD/TKN yang agak rendah dalam peringkat aerobik.
Beberapa kajian telah menunjukkan hubungan songsang antara bahagian bakteria nitrifikasi dalam enapcemar teraktif dan BOD/TKN. Oleh kerana bakteria nitrifikasi adalah autotrof, kepekatan substrat organik bukanlah faktor pengehad untuk pertumbuhannya. Walau bagaimanapun, jika kepekatan substrat organik terlalu tinggi, ia akan menyebabkan-pertumbuhan-kadar bakteria heterotropik yang tinggi membiak dengan cepat, bersaing untuk oksigen terlarut. Ini melambatkan pertumbuhan bakteria autotrof dan menghalang bakteria nitrifikasi aerobik daripada mendapat kelebihan, menyebabkan kadar nitrifikasi berkurangan.
c. Dissolved oxygen (DO) is generally an important indicator in the nitrification stage of wastewater treatment plants, typically above 2 mg/L. In most oxidation ditch processes, the average DO value within the ditch is difficult to reach 2 mg/L, generally remaining at 1 mg/L or lower. However, the nitrification effect is still good. The reason for this is that the relatively high sludge concentration unique to oxidation ditches, although resulting in a lower DO value, enhances other factors conducive to nitrification.
Peningkatan kepekatan enap cemar meningkatkan isipadu berkesan tangki rawatan biologi sambil mengurangkan beban. Dari perspektif lain, peningkatan kepekatan enapcemar juga meningkatkan kapasiti aerobik mikroorganisma. Di bawah keadaan pengudaraan yang sama, bacaan meter oksigen terlarut juga harus lebih rendah. Perkara di atas menjelaskan bahawa meningkatkan kepekatan enap cemar dengan sewajarnya boleh mengurangkan nilai oksigen terlarut (DO) dalam tangki rawatan biologi sambil mengekalkan tahap nitrifikasi yang baik.
d. Untuk memastikan pertumbuhan normal dan pembiakan bakteria nitrifikasi dalam enap cemar teraktif, umur enap cemar secara amnya harus dikawal lebih daripada 8 hari. Walau bagaimanapun, untuk memastikan kelebihan daya saing yang agak seimbang untuk bakteria nitrifikasi terhadap bakteria heterotropik yang lain, umur enap cemar perlu ditingkatkan tanpa menyebabkan penuaan teruk enap cemar, yang seterusnya meningkatkan kepekatan enap cemar dalam sistem biologi.
2. Kesan Kepekatan Enapcemar Terhadap Denitrifikasi
Denitrifikasi biologi ialah proses di mana bakteria denitrifikasi menggunakan oksigen ionik dalam nitrat untuk mengurai bahan organik di bawah keadaan anoksik. Nitrat dikurangkan kepada N2, melengkapkan proses denitrifikasi. Bakteria denitrifikasi ialah bakteria fakultatif heterotropik yang banyak terdapat dalam sistem rawatan air sisa. Di bawah keadaan aerobik, mereka menggunakan oksigen untuk pernafasan dan penguraian oksidatif bahan organik.
Dalam keadaan tanpa oksigen molekul, apabila ion nitrat dan nitrit hadir secara serentak, mereka boleh menggunakan oksigen dalam ion ini untuk pernafasan, pengoksidaan dan penguraian bahan organik. Bakteria denitrifikasi boleh menggunakan pelbagai jenis substrat organik sebagai penderma elektron dalam proses denitrifikasi, termasuk karbohidrat, asid organik, alkohol, dan juga sebatian seperti alkana, benzoat, dan derivatif benzena lain, yang selalunya merupakan komponen utama air sisa. Banyak faktor mempengaruhi kadar denitrifikasi, termasuk pH, suhu, oksigen terlarut (DO), karbon-ke-nisbah nitrogen (nisbah C/N) dan kepekatan enap cemar. Dalam loji rawatan air sisa sebenar, hanya parameter seperti DO dan kepekatan enapcemar boleh dikawal semasa operasi proses. Walaupun nisbah C/N adalah faktor pengaruh yang paling penting dalam tindak balas denitrifikasi, ia sangat bergantung kepada kualiti air yang mempengaruhi dan secara amnya sukar dikawal dalam amalan.
a. Denitrifikasi memerlukan ketiadaan oksigen molekul untuk membolehkan bakteria denitrifikasi menggunakan oksigen ionik dalam nitrat dan nitrit untuk mengurai bahan organik. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, sistem biologi dengan kepekatan enapcemar yang tinggi boleh mengurangkan oksigen terlarut (DO) dengan sewajarnya semasa nitrifikasi sambil mengekalkan kecekapan nitrifikasi. Oleh itu, menurunkan DO pada penghujung nitrifikasi secara berkesan mengurangkan kandungan DO yang dibawa dalam cecair balik nitrat, mengurangkan kesan oksigen molekul ke atas proses penyahtindahan dalam zon anoksik dan meningkatkan keupayaan bakteria denitrifikasi untuk menggunakan sumber karbon.
Pada masa yang sama, kepekatan enapcemar yang tinggi juga mengakibatkan kapasiti aerobik metabolik endogen yang agak kuat, seterusnya memakan oksigen terlarut dalam zon balik dan anoksik. Tambahan pula, kepekatan enap cemar yang sangat tinggi mengubah kelikatan minuman keras campuran, meningkatkan rintangan resapan dan dengan itu mengurangkan DO yang dibawa dalam cecair balik. Dalam sesetengah proses rawatan menggunakan saluran terbuka sebagai saluran balik, ini boleh mengurangkan pengoksigenan yang diperlukan untuk aliran balik. Secara ringkasnya, kepekatan enap cemar yang tinggi memainkan peranan penting dalam mengurangkan DO semasa peringkat penyahtelan dalam operasi proses sebenar.
b. Memandangkan bakteria denitrifikasi adalah bakteria fakultatif heterotropik dan banyak terdapat dalam sistem rawatan air sisa, meningkatkan kepekatan enapcemar dalam sistem dengan berkesan boleh meningkatkan kepekatan bakteria denitrifikasi. Kadar denitrifikasi sebahagian besarnya bebas daripada kepekatan nitrat dan nitrit, tetapi mempamerkan-tindak balas tertib pertama dengan kepekatan bakteria denitrifikasi.
Oleh itu, dalam operasi proses sebenar, kepekatan enapcemar yang tinggi boleh memendekkan masa denitrifikasi dan mengurangkan isipadu berkesan zon anoksik. Memandangkan volum berkesan tetap dalam zon anoksik, kepekatan enap cemar yang tinggi membolehkan penggunaan yang lebih baik bagi-}untuk-menguraikan bahan organik dalam matriks organik sebagai sumber karbon yang agak sukar. Ini amat penting untuk proses penyingkiran nitrogen dan fosforus, terutamanya apabila sumber karbon tidak mencukupi.
c. Kepekatan enap cemar yang tinggi menghasilkan diameter floc mikrob yang agak besar. Semasa nitrifikasi, paras oksigen terlarut yang rendah membawa kepada kecerunan tekanan oksigen yang lebih kecil, menjadikannya lebih mudah untuk persekitaran anoksik terbentuk dalam flok, sekali gus menggalakkan denitrifikasi. Oleh itu, kepekatan enapcemar yang tinggi boleh menggalakkan denitrifikasi serentak.
4. Kesan Kepekatan Enapcemar Terhadap Penyingkiran Fosfor Biologi
Kunci kepada penyingkiran fosforus biologi ialah meningkatkan perkadaran bakteria terkumpul-polifosfat dalam sistem enapcemar teraktif, pada masa yang sama menggalakkan pertumbuhan pesat dan pembiakan semasa operasi sistem, mengekalkan kandungan fosforus yang tinggi dalam bakteria terkumpul polifosfat-semasa dilepaskan.
Untuk meningkatkan bahagian bakteria polifosfat-terkumpul (PAC) dalam enap cemar teraktif sistem, adalah perlu untuk mewujudkan persekitaran dan keadaan hidraulik yang lebih baik untuk pertumbuhan dan pembiakannya. Ini bermakna mempunyai persekitaran anaerobik dan aerobik yang baik dalam aliran proses. Mengawal faktor persekitaran dalam zon anaerobik amat penting untuk pertumbuhan dan pembiakan bakteria PAC dan pencapaian penyingkiran fosforus. Kepekatan enapcemar yang tinggi dalam zon anaerobik adalah lebih bermanfaat kepada bakteria PAC.
Kecekapan penyingkiran fosforus biologi berkait rapat dengan umur enapcemar. Hanya dengan umur enapcemar tertentu (sekitar 3 hari) boleh lebihan fosforus dikeluarkan dengan berkesan, mencapai fungsi penyingkiran fosforus. Memandangkan pepejal terampai influen tetap (SS), memandangkan kepekatan enap cemar adalah berkadar terus dengan umur enap cemar, semakin tinggi kepekatan enap cemar melebihi julat tertentu, semakin teruk kesan penyingkiran fosforus.
a. Semasa mengekalkan umur enapcemar yang mencukupi untuk kecekapan penyingkiran fosforus, meningkatkan kepekatan enapcemar dalam zon anaerobik menghasilkan kepekatan bakteria PAC yang lebih tinggi. Ini meningkatkan jumlah mikroorganisma yang melepaskan fosforus-, yang seterusnya meningkatkan jumlah mikroorganisma penyerap fosforus aerobik-seterusnya, sekali gus meningkatkan kesan penyingkiran fosforus keseluruhan sistem.
b. Dalam zon anaerobik, bakteria terkumpul-polifosfat menyerap VFA dan membebaskan fosforus. Pada masa yang sama, di bawah keadaan kepekatan enap cemar yang tinggi, zon anaerobik boleh berfungsi sebagai bahagian pengasidan anaerobik sistem, secara anaerobik menghidrolisis-molekul-berat tinggi, bahan organik yang sukar di dalam air. Tenaga yang dibebaskan semasa pembebasan fosforus oleh bakteria terkumpul polifosfat-boleh digunakan untuk menyerap asid asetik, H+, dsb. secara aktif, membentuk PHB dan menyimpannya dalam bakteria. Ini menggalakkan proses pengasidan bahan organik, meningkatkan kebolehbiodegradan air sisa, dan meningkatkan sumber karbon yang digunakan untuk tindak balas denitrifikasi dalam proses rawatan seterusnya.