I. ภาพรวมของระบบบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ
การบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพสมัยใหม่โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน:
- การบำบัดเบื้องต้น (การบำบัดทางกายภาพ): การสกัดกั้นด้วยตะแกรง, ถังตกตะกอนหลัก
- การบำบัดขั้นที่สอง (การบำบัดทางชีวภาพ): ถังเติมอากาศ, ถังตกตะกอนขั้นสุดท้าย
- การบำบัดระดับตติยภูมิ (การบำบัดทางชีวภาพ/เคมีกายภาพ): การกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัส
กากตะกอนจะถูกส่งแยกกันไปยังระบบย่อยกากตะกอน
ตามความต้องการออกซิเจน การบำบัดทางชีวภาพแบ่งออกเป็นการบำบัดแบบใช้ออกซิเจน (กระบวนการแอคติเวตตะกอน บ่อออกซิเดชัน ช่องออกซิเดชัน ตัวกรองแบบหยด คอนแทคเตอร์ทางชีวภาพแบบหมุน ฯลฯ) และการบำบัดแบบไม่ใช้ออกซิเจน (การย่อยตะกอน)
ครั้งที่สอง ชุมชนจุลินทรีย์ในตะกอนเร่ง
กระบวนการตะกอนเร่งอาศัยระบบนิเวศเฮเทอโรโทรฟิคที่ประกอบด้วยจุลินทรีย์ที่รวมตัวกันเป็นกลุ่ม รวมถึงแบคทีเรีย เชื้อรา โปรโตซัว และเมตาโซอา เพื่อบำบัดน้ำเสียให้บริสุทธิ์ แบคทีเรียเฮเทอโรโทรฟิคและเชื้อราเฮเทอโรโทรฟิคที่มีชีวิตอิสระก่อให้เกิดระดับโภชนาการต่ำที่สุด พวกมันถูกสืบพันธุ์ด้วยโปรโตซัวเฮเทอโรโทรฟิค ซึ่งถูกกินต่อไปโดยสัตว์นักล่ารอง เช่น โรติเฟอร์ และไส้เดือนฝอย ซึ่งท้ายที่สุดก็ทำให้เกิดการบำบัดน้ำเสียให้บริสุทธิ์
(I) แบคทีเรีย – พลังหลักในการย่อยสลายสารอินทรีย์
แบคทีเรียเป็นกลุ่มจุลินทรีย์ที่สำคัญที่สุดในตะกอนเร่ง โดยมีหน้าที่หลักสองประการ: การย่อยสลายสารอินทรีย์และการก่อตัวของตะกอน
แบคทีเรียจำพวกที่ย่อยสลายอินทรีย์
ซูโดโมแนส, ฟลาโวแบคทีเรียม, อัลคาลิจีนส์, บาซิลลัส
- ตัวย่อยสลายคาร์โบไฮเดรตที่โดดเด่น:ซูโดโมแนส
- ตัวย่อยสลายโปรตีนที่โดดเด่น:อัลคาลิจีนส์, ฟลาโวแบคทีเรียม, บาซิลลัส
(II) กลไกการเกิดฟล็อค
ตะกอนเร่งจะถูกก่อตัวขึ้นโดยอาศัยผลเสริมฤทธิ์กันขององค์ประกอบ 3 ส่วน:
- แบคทีเรียที่ก่อตัวเป็นก้อน (ซูเกลีย รามิเกรา): รูปทรงแท่ง, แกรมลบ, แคปซูลและไม่มีการสร้างสปอร์ พวกมันกระตุ้นการรวมตัวของแบคทีเรียผ่านโพลีเมอร์นอกเซลล์และสารระหว่างเซลล์
- แบคทีเรียที่มีเส้นใยปานกลาง: จัดให้มีโครงสร้างเส้นใยสำหรับ flocs ช่วยให้สามารถเกาะติดและเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่ก่อตัวเป็น floc โดยส่วนใหญ่ได้แก่:
- แบคทีเรียไนตริไฟริ่ง
- สฟาโรติลัส(แบคทีเรียธาตุเหล็ก)
- เบจเกียตัว(แบคทีเรียออกซิไดซ์ด้วยซัลเฟอร์)
- ไธโอทริกซ์(แบคทีเรียลดซัลเฟอร์)
- Ciliates: หลั่งเมือกโปรตีนและโพลีแซ็กคาไรด์โพลีเมอร์เพื่อสร้างโครงสร้างการเชื่อมและอำนวยความสะดวกในการจับตัวเป็นก้อน
(III) เชื้อรา – ตัวย่อยสลายสารอินทรีย์ทนไฟ
เชื้อราสามารถสลายสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายยากต่อการย่อยสลายทางชีวภาพที่ดื้อรั้นได้ด้วยอัตราการย่อยสลายที่ค่อนข้างต่ำ เส้นใยของเชื้อราในระดับปานกลางทำหน้าที่เป็นแกนหลัก floc และปรับปรุงประสิทธิภาพการตกตะกอนและการตกตะกอน อย่างไรก็ตาม การแพร่กระจายของเชื้อราที่มากเกินไปทำให้เกิดการรวมตัวของตะกอนและคุณสมบัติการตกตะกอนที่ไม่ดี
สาเหตุของการเจริญเติบโตของเชื้อราขนาดใหญ่ผิดปกติ:
- อุณหภูมิลดลง
- ค่าพีเอชต่ำ
- อัตราส่วน C/N ของน้ำเสียสูง
- โหลดแบบออร์แกนิกมากเกินไป
- การปรากฏตัวของซัลไฟด์
(IV) โปรโตซัว – สิ่งมีชีวิตบ่งชี้คุณภาพน้ำ
โปรโตซัวทั่วไปในตะกอนเร่ง:
- อะมีบอย โปรโตซัว
- แฟลเจลเลต (ไฟโตแฟลเจลเลตและซูแฟลเจลเลต)
- Ciliates: ciliates ว่ายน้ำฟรีและ ciliates สะกดรอยตาม
ความสำคัญของตัวบ่งชี้: การมีอยู่ของ ciliates เป็นตัวบ่งชี้สำคัญของการรักษาทางชีวภาพที่มีประสิทธิภาพ แฟลเจลเลตมีความสามารถในการแข่งขันด้านอาหารต่ำ และจะอยู่ได้เฉพาะในน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูงเท่านั้น
(V) Metazoa – ผู้ล่ารอง
Metazoa กินแบคทีเรียและโปรโตซัวขนาดเล็กเป็นสัตว์นักล่ารอง พวกมันขยายห่วงโซ่อาหารและลดปริมาณตะกอนได้อย่างมาก สายพันธุ์ที่เป็นตัวแทน ได้แก่ โรติเฟอร์และไส้เดือนฝอย
III. การก่อตัวของตะกอนสามขั้นตอน
กระบวนการกำจัดอินทรียวัตถุของตะกอนเร่งเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของตะกอนซึ่งประกอบด้วยสามขั้นตอนตามลำดับ:
ขั้นตอนที่ 1: การถ่ายโอนมวล - การดูดซับและการดูดซึม
Return Sludge จะดูดซับสารคอลลอยด์และ BOD ที่ไม่ละลายน้ำจากน้ำเสียทางกายภาพทันที ตามด้วยการดูดซึมสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้เข้าไปในเซลล์จุลินทรีย์อย่างค่อยเป็นค่อยไปเพื่อการย่อยสลายทางเมตาบอลิซึม
ขั้นตอนที่ 2: การเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึม - การย่อยสลายทางชีวภาพ
สารอินทรีย์ได้รับการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมรวมถึงการไฮโดรไลซิส ไกลโคไลซิส (คาร์โบไฮเดรต) ดีคาร์บอกซิเลชัน การปนเปื้อน (โปรตีน) และเบต้า-ออกซิเดชัน (ลิพิด) จากนั้นซับสเตรตที่สลายตัวจะเข้าสู่วงจร TCA และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเพื่อสร้างพลังงาน โดยมีคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญขั้นสุดท้าย
ขั้นตอนที่ 3: การตกตะกอน - การสร้าง Flocs ที่ตกตะกอนอย่างดี
เมื่อความเข้มข้นของสารอินทรีย์ลดลง จุลินทรีย์จะเข้าสู่ระยะการสลายตัวภายในร่างกาย โพลีแซ็กคาไรด์โพลีเมอร์ถูกหลั่งออกมารอบๆ พื้นผิวเซลล์เพื่อเพิ่มการทำงานร่วมกัน ก่อตัวเป็นก้อนหนาแน่นและตกตะกอนได้ ซึ่งทำให้เกิดการแยกของแข็งและของเหลวในถังตกตะกอนขั้นสุดท้าย
IV. สภาวะแวดล้อมสำหรับการย่อยสลายสารอินทรีย์
- อุณหภูมิ: 20–30°C ควบคุมการทำงานของเอนไซม์ของจุลินทรีย์
- สารอาหาร: BOD : N : P = 100 : 5 : 1; จำเป็นต้องมีองค์ประกอบการติดตาม K, Ca, Fe, Mg เพิ่มเติม
- ออกซิเจนที่ละลายน้ำ (DO): 0.5–1 มก./ลิตร ที่ทางเข้าถัง, 2–3 มก./ลิตร ที่ทางออก; อัตราการเผาผลาญลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อ DO ต่ำกว่า 0.5 มก./ลิตร
- ค่า pH: 6.5–7.5 เหมาะสมที่สุดที่อ
