หลายคนที่ทำงานด้านการบำบัดน้ำเสียมีสัญชาตญาณ: "จุลินทรีย์เป็นกำลังหลัก ดังนั้นตะกอนที่มากขึ้นหมายถึงความสามารถในการบำบัดที่แข็งแกร่งขึ้น" สิ่งนี้ดูสมเหตุสมผล แต่ในการใช้งานจริง มักจะนำไปสู่ปัญหา
ผู้ที่เกี่ยวข้องกับ-การทดสอบการใช้งานที่ไซต์งานน่าจะได้เห็นสถานการณ์นี้: น้ำทิ้งที่ผันผวน แอมโมเนียไนโตรเจนเกินมาตรฐานเป็นครั้งคราว และปฏิกิริยาแรกของผู้ปฏิบัติงานคือ "ความเข้มข้นของตะกอนไม่เพียงพอ" ส่งผลให้ตะกอนลดลงหรือไม่มีเลย MLSS ค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 3000 เป็น 4000, 5000 และ 6000 มก./ลิตร
น่าแปลกที่แม้ว่าความเข้มข้นของตะกอนที่สูงขึ้นจะช่วยแก้ปัญหาได้ แต่ก็สร้างปัญหาใหม่-ตะกอนล้นล้นจากถังตกตะกอนรอง SS ของเสียที่ปล่อยออกมาเกินมาตรฐาน ความถี่ของโบลเวอร์อยู่ที่สูงสุดอยู่แล้ว และ DO ในถังแอโรบิกไม่สามารถเพิ่มได้
แล้วปัญหาอยู่ที่ไหนล่ะ?
ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของตะกอนและความจุของระบบไม่ใช่ความสัมพันธ์เชิงเส้น แต่เป็นพาราโบลา
คอขวดในการจ่ายออกซิเจน: "ไมล์สุดท้าย" ของการถ่ายโอนออกซิเจนที่ละลายน้ำ
ขั้นแรก ให้พิจารณาการเติมอากาศ: สำหรับความเข้มข้นของตะกอนที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 1,000 มก./ลิตร อัตราการใช้ออกซิเจนในถังจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การรักษาระดับการเผาผลาญรายวันของตะกอนเร่ง 1 กิโลกรัมต้องใช้ออกซิเจนประมาณ 0.8-1.2 กิโลกรัม เมื่อ MLSS เพิ่มขึ้นจาก 3,000 เป็น 5,000 ชีวมวลทั้งหมดในถังจะเพิ่มขึ้นเกือบ 70% ส่งผลให้ความต้องการออกซิเจนโดยรวมเพิ่มขึ้น
วิกฤตที่ลึกลงไปนั้นขึ้นอยู่กับข้อจำกัดของการถ่ายโอนออกซิเจนในระดับจุลภาค เมื่อ MLSS เกินค่าที่กำหนด ขนาดอนุภาคและความหนาแน่นของตะกอนเร่งจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งทำให้ความต้านทานการถ่ายโอนออกซิเจนเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ทำให้เกิดปัญหา "ไมล์สุดท้าย" ของการถ่ายโอนออกซิเจนละลายน้ำ
ณ จุดนี้ แม้ว่า DO ในถังแอโรบิกอาจยังคงอยู่ที่ 2.0-3.0 มก./ลิตร แต่ประมาณ 60% ของปริมาตรภายใน flocs อาจอยู่ในสภาวะที่ไม่เป็นพิษอยู่แล้ว แบคทีเรียไนตริไฟนิ่งเปรียบเสมือนผู้อยู่อาศัยที่ถูกบีบลงใน "ห้องในร่มที่ไม่มีหน้าต่าง" ซึ่งแบคทีเรียเฮเทอโรโทรฟิกชั้นนอกจะใช้ออกซิเจนก่อนที่จะไปถึงพื้นที่ของพวกเขา อัตราการใช้ DO (คาร์บอนอินทรีย์ที่ละลายน้ำ) ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ กิจกรรมของแบคทีเรียไนตริไฟดิ้งถูกระงับ และแอมโมเนียไนโตรเจนเริ่มเพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน สภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษเฉพาะที่ทำให้แบคทีเรียที่เป็นเส้นใยขยายตัวได้ง่ายขึ้น ทำให้โครงสร้างของตะกอนคลายตัว และประสิทธิภาพในการตกตะกอนลดลง
ขีดจำกัดการชำระ: วิกฤต "โอเวอร์โหลด" ของถังชำระรอง
เมื่อดูที่ถังตกตะกอนรอง: ยิ่งความเข้มข้นของตะกอนสูงเท่าไร สสารที่เป็นของแข็งก็จะเข้าสู่ถังตกตะกอนรองมากขึ้นเท่านั้น ค่าการออกแบบการโหลดพื้นผิวสำหรับถังตกตะกอนรองทั่วไปที่มีทางเข้าส่วนกลางและทางออกโดยรอบคือ 0.8~1.2 ลบ.ม./ตร.ม.·ชม. และโดยปกติปริมาณของแข็งจะถูกควบคุมที่ 4~6 กก./ตร.ม.·ชม.
การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของ MLSS (สารแขวนลอยสุราผสม) จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการบรรทุกของแข็งของถังตกตะกอนรอง ซึ่งเกินขีดจำกัดความสามารถในการออกแบบ เมื่อบรรทุกมากเกินไป ผลของการแยกตัวของตะกอน-น้ำจะลดลง ส่วนเหนือตะกอนจะขุ่น และ SS ของเสียจะเกินมาตรฐาน บางครั้ง ชั้นของตะกอนละเอียดจะลอยอยู่บนพื้นผิวทั้งหมดของถังตกตะกอนรอง และการปรับอัตราส่วนการไหลกลับไม่ได้ผล ของแข็งแขวนลอยของเสียจำนวนมากที่เกินมาตรฐานไม่ได้ถูกฝังอยู่ในส่วนการบำบัดทางชีวภาพ แต่จะอยู่ในความเข้มข้นของตะกอนที่เกินความสามารถในการออกแบบของถังตกตะกอนรอง
อายุตะกอนที่ไม่สมดุล: กับดัก "ความชรา" ที่อยู่เบื้องหลังความเข้มข้น
ปัจจัยอีกประการหนึ่งที่มองข้ามได้ง่ายคืออายุของตะกอน ด้วยปริมาณการปล่อยตะกอนที่สม่ำเสมอ การเพิ่ม MLSS จะทำให้อายุของตะกอนยาวนานขึ้น
อายุตะกอนที่มากเกินไปนำไปสู่การแก่ของตะกอน: จุลินทรีย์เข้าสู่ขั้นตอนการหายใจภายในร่างกาย ทำให้มีการใช้ออกซิเจนเพิ่มขึ้น แต่กิจกรรมที่มีประสิทธิภาพในการย่อยสลายสารมลพิษจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ตะกอนตะกอนที่แก่ชราจะละเอียดและกระจัดกระจาย ตกตะกอนได้ช้ากว่าและสูญหายไปกับน้ำทิ้งได้ง่ายยิ่งขึ้น
การค้นหา "จุดสมดุล": การควบคุมแบบไดนามิกคือกุญแจสำคัญ
ในทางปฏิบัติ "ความเข้มข้นที่เหมาะสม" มีความสำคัญมากกว่า "ความเข้มข้นสูง" เสมอ ไม่มีความเข้มข้นของตะกอนที่เหมาะสมที่สุดเพียงตัวเดียวที่สามารถนำไปใช้ในระดับสากลได้ จำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์การทำงานแบบไดนามิกตามเงื่อนไขการทำงานเฉพาะ:
โหลดที่มีอิทธิพล: ภายใต้สภาวะโหลดอินทรีย์ที่สูง การเพิ่มความเข้มข้นของตะกอนในระดับปานกลางสามารถบัฟเฟอร์การเปลี่ยนแปลงของคุณภาพน้ำได้ ภายใต้ภาระที่มีอิทธิพลต่ำในระยะยาว- ความเข้มข้นของตะกอนที่มากเกินไปจะเพิ่มการใช้พลังงานของพัดลมและเพิ่มแรงกดดันในการบำรุงรักษาการปล่อยตะกอน
สภาวะของอุณหภูมิของน้ำ: ในฤดูหนาว อุณหภูมิต่ำจะลดกิจกรรมการเผาผลาญของจุลินทรีย์ ส่งผลให้มวลชีวภาพของ MLSS (Multi{0}}Sludge Solids) เพิ่มขึ้นปานกลางเพื่อให้แน่ใจว่าเกิดไนตริฟิเคชัน ในฤดูร้อน อุณหภูมิของน้ำที่สูงขึ้นและกิจกรรมของจุลินทรีย์ที่สูงขึ้นจะช่วยลดความเข้มข้นของตะกอน ประหยัดพลังงานในการเติมอากาศ และลดความเสี่ยงของการรวมตัวของตะกอน
เกณฑ์มาตรฐานหลัก: มุ่งเน้นไปที่ F/M (อัตราส่วนฟีด-ถึง-จุลินทรีย์)
เกณฑ์มาตรฐานที่เชื่อถือได้มากที่สุดในการตัดสินว่าความเข้มข้นของตะกอนมีความสมเหตุสมผลหรือไม่คืออัตราส่วน F/M (อัตราส่วนฟีด-ต่อ-จุลินทรีย์) แทนที่จะมุ่งเน้นไปที่ค่า MLSS เดียวอย่างเคร่งครัด
สำหรับระบบน้ำเสียชุมชนแบบทั่วไป ช่วง F/M ที่เหมาะสมโดยทั่วไปคือ 0.1~0.2 กก. BOD₅/กก. MLSS·d (กระบวนการบางอย่างสามารถผ่อนคลายลงเหลือ 0.2~0.4)
อัตราส่วน F/M ต่ำกว่า 0.05 บ่งชี้ถึงการขาดสารตั้งต้นของจุลินทรีย์-ในระยะยาว การอดอาหารอย่างต่อเนื่องจะนำไปสู่การแก่ของตะกอนอย่างรวดเร็ว
อัตราส่วน F/M ที่สูงกว่า 0.4 บ่งชี้ว่ามีปริมาณสำรองชีวมวลที่มีประสิทธิภาพไม่เพียงพอ ซึ่งทำให้น้ำทิ้งมีความเสี่ยงสูงที่จะเกินมาตรฐานในระหว่างการเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำ
การปรับอัตราการปล่อยตะกอนในแต่ละวันเพื่อรักษาเสถียรภาพของฟีด-อัตราส่วน-ของจุลินทรีย์นั้นมีความเป็นวิทยาศาสตร์มากกว่าการยึดมั่นอย่างเหนียวแน่นกับความเข้มข้นของตะกอนคงที่ โรงบำบัดน้ำเสียที่จัดตั้งขึ้นอย่างดี-หลายแห่งปรับความเข้มข้นของตะกอนแบบไดนามิกตามสภาพจริง: เพิ่มความเข้มข้นปานกลางในฤดูหนาวเพื่อรักษาประสิทธิภาพการบำบัด และลดความเข้มข้นในฤดูร้อนเพื่อประหยัดพลังงานและควบคุมการรวมตัวของตะกอน สิ่งเหล่านี้เป็นประสบการณ์เชิงปฏิบัติที่สรุปโดยเจ้าหน้าที่แนวหน้าหลังจากการลองผิดลองถูกนับไม่ถ้วน
ท้ายที่สุดแล้ว ความเข้มข้นของตะกอนเป็นเพียงเครื่องมือในการปรับกระบวนการ ไม่ใช่เป้าหมายสูงสุดของการดำเนินการ สิ่งที่เรามุ่งหวังอย่างแท้จริงเพื่อให้บรรลุคือความเสถียรของระบบ-ในระยะยาว น้ำทิ้งที่ปฏิบัติตามข้อกำหนดอย่างสม่ำเสมอ และต้นทุนการดำเนินงานที่ควบคุมได้
ระดับ MLSS ทั้งสูงและต่ำเกินไปส่งผลเสียต่อการทำงานของระบบที่เสถียร ความเข้มข้นของตะกอนที่เหมาะสมที่สุดคือค่าที่รักษาอัตราการไหล (F/M) ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม ทำให้มั่นใจได้ว่าออกซิเจนละลายน้ำ (DO) มีความเสถียรและควบคุมได้ ป้องกันตะกอนไหลจากการตกตะกอนทุติยภูมิ และเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพน้ำอย่างสม่ำเสมอ ค่านี้อาจสูงหรือต่ำกว่าค่าอ้างอิงการออกแบบ แต่ค่าที่สูงกว่าก็ไม่ได้ดีกว่าเสมอไป