Что делать, если биологическое удаление азота зимой не соответствует нормам?
Биологическое удаление азота чувствительно к условиям окружающей среды и легко поддаётся воздействию температурных изменений. Большинство микроорганизмов нормально развиваются при температуре от 20 до 35 °C. Низкие температуры влияют на активность ферментов в микробных клетках. В определённом температурном диапазоне при каждом снижении температуры на 10 °C активность микроорганизмов снижается вдвое, что снижает эффективность очистки сточных вод. После запуска процесса, из-за смены времён года и влияния географического положения, сложно поддерживать необходимую температуру без ручного регулирования. Однако регулирование температуры требует больших затрат энергии.
Что же делать, если биологическое удаление азота зимой не соответствует нормам?
1. Сохранение тепла и отопление
Существующие решения весьма ограничены. В некоторых северных городах Китая обычно применяются следующие меры: (1) применение теплоизоляционных материалов, таких как использование пеноизоляционных плит для стен аэротенков, вторичных отстойников и т. д., возведение снаружи кирпичных ограждений (с заполнением шлаком, вспученным перлитом и т. д.) и установка крышек на верхние поверхности резервуаров.
(2) Установка камеры предварительного нагрева воздуха с одной стороны вентилятора для предварительного нагрева холодного воздуха (температура которого зимой составляет -10～-20℃) до 5～8℃; организация трубных галерей для воздухопроводов для облегчения теплоизоляционной обработки.
(3) Надлежащий нагрев шлама, включая возвратный шлам.
(4) Нагрев сточных вод, поступающих в аэротенк, горячим паром.
Все эти существующие методы приведут к увеличению эксплуатационных расходов на очистку сточных вод.
2. Увеличение времени удерживания шлама (СТО)
Конечным проявлением повышения СТО является увеличение концентрации взвешенных веществ в смешанной жидкости (МЛСС). Зимой размножение микроорганизмов замедляется, а нитрифицирующие бактерии, являясь автотрофными, размножаются ещё медленнее. Повышение СТО способствует поддержанию численности нитрифицирующих бактерий в определённом диапазоне (чтобы нитрифицирующие бактерии оставались доминирующим видом). Кроме того, соответствующее увеличение концентрации ила (МЛСС) позволяет поддерживать общую метаболическую способность ила стабильной, даже если метаболическая способность отдельных бактерий снижается.
3. Биологическая иммобилизация (упаковочный материал)
После иммобилизации повышается стрессоустойчивость микроорганизмов, что позволяет им переносить изменения внешней среды и, таким образом, сохранять высокую активность. Кроме того, после иммобилизации и заливки повышается удерживающая способность микроорганизмов, что, как ожидается, обеспечит быстрый запуск и эффективную, стабильную работу реактора.
Биологическая иммобилизация может снизить влияние температурных изменений на нитрификацию. Чжан Шуан и соавторы изучали эффективность удаления аммиачного азота иммобилизованными нитрифицирующими бактериями при различных температурах. Они использовали метод заливки поливинилового спирта и борной кислоты для иммобилизации нитрифицирующего ила (обогащенного и культивируемого при комнатной температуре, содержащего психротолерантные бактерии) для очистки бытовых сточных вод как при комнатной, так и при низкой температуре. Результаты показали, что иммобилизованные нитрифицирующие бактерии сохраняли высокую эффективность нитрификации (более 80%) даже при низких температурах.
Некоторые учёные также проводили исследования по удалению азота с помощью иммобилизованных денитрифицирующих бактерий. Результаты показали, что иммобилизация улучшает температурную адаптацию денитрифицирующих бактерий, а также повышает их устойчивость к высоким концентрациям ионов аммония и низким температурам.
Иммобилизация — эффективный технический метод. Однако она может несколько снизить микробную активность. Более того, после иммобилизации увеличивается сопротивление массопереносу, причём затруднение массопереноса кислорода особенно очевидно. Преимущества иммобилизации могут быть наиболее выражены в анаэробных условиях. Кроме того, её стоимость требует технической и экономической оценки.
4. Акклиматизация
Акклиматизация — древний метод селекции, который заключается в искусственном выдерживании популяции микроорганизмов в определенных условиях окружающей среды в течение длительного периода с их постоянным переносом и субкультивированием для накопления и отбора подходящих спонтанных мутантов.
Акклиматизация микроорганизмов является важнейшей мерой для применения процессов удаления азота в условиях низких температур. Она позволяет ферментам микроорганизмов и липидному составу их клеточных мембран адаптироваться к условиям низких температур и функционировать в этих условиях.
Многочисленные исследования показали, что при использовании соответствующих стратегий акклиматизации и после определенного периода акклиматизации процессы низкотемпературного удаления азота могут достичь стабильной работы.