Le rôle des boues activées dans le traitement des eaux usées est un système dynamique d'écosystèmes microbiens complexes et de processus physiques et chimiques,et son mécanisme de base peut être analysé en profondeur du micro métabolisme au niveau du processus macro
1Le mécanisme métabolique collaboratif des communautés microbiennes
Division hiérarchique des communautés microbiennes fonctionnelles
- communauté bactérienne avantageuse: principalement composée de bactéries hétérotrophes (telles que Pseudomonas et Zygomycetes), responsables de la dégradation primaire de la matière organique,sécrétant des enzymes extracellulaires pour hydrolyser de grandes molécules organiques en petites molécules absorbables (comme les polysaccharides → glucose), protéines → acides aminés).
- Le microbiote fonctionnel:
- Bactéries nitrifiantes (bactéries nitrites, bactéries nitratées): dans des conditions aérobes, oxyder le NH-N à NO2− et NO-N.
- Bactéries dénitrifiantes (telles que Pseudomonas): dans des conditions anaérobies, elles utilisent la matière organique comme donneur d'électrons pour réduire le NO − à N 2.
- Bactéries accumulant des polyphosphate (comme Acinetobacter): Excessive uptake of phosphorus in anaerobic aerobic alternating environments (releasing energy to absorb phosphorus during aerobic conditions and releasing phosphorus to obtain carbon sources during anaerobic conditions).
Allocation d'énergie dans le métabolisme microbien
- métabolisme de décomposition: la matière organique s'oxyde et libère de l'énergie (environ 40% convertie en ATP, 60% perdue sous forme d'énergie thermique).
- Anabolisme: l'énergie est utilisée pour la prolifération des cellules microbiennes (production de boues), et l'énergie restante est consommée par respiration endogène.
2, L'effet renforçant des processus physiques et chimiques
L'effet de liaison de la précipitation par adsorption par floculation
- Le stade d'adsorption:Les micro-organismes captent rapidement la matière organique à travers le réseau visqueux des EPS (substances polymères extracellulaires) (le taux d'adsorption peut atteindre plus de 10 fois le taux de dégradation).
- Mécanisme de floculation:
- Floculation biologique: les polysaccharides et les protéines des EPS sécrétés par les micro-organismes agissent comme floculants biologiques pour favoriser la formation de flocons.
- Neutralisation des charges: en utilisant des ions Ca2+ et Mg2+ pour réduire la charge négative sur la surface colloïdale et diminuer la répulsion.
- Efficacité des précipitations: de bons flocons (SVI=100 à 150 ml/g) permettent la séparation de l'eau de boue dans le réservoir de sédimentation secondaire, et la concentration de boue renvoyée peut atteindre 3000 à 5000 mg/l.
Contrôle du transfert de masse et de la diffusion
- gradient d'oxygène dissous: une répartition inégale de l'oxygène dissous dans le réservoir d'aération forme un microenvironnement (interface anoxique aérobie), favorisant la nitrification et la dénitrification synchrones.
- diffusion du substrat: le taux de transfert de la matière organique de la phase aqueuse à la surface des cellules microbiennes affecte l'efficacité de la dégradation,qui peut être optimisé en augmentant l'intensité de remuage.
3, logique de contrôle des paramètres de processus
Paramètres de commande clés
-Âge de la boue (SRT): détermine la structure de la population microbienne (par exemple, une longue SRT favorise la croissance des bactéries nitrifiantes, une courte SRT inhibe les bactéries filamenteuses).
-Tarde de boue (F/M): une charge élevée (0,3 à 0,6 kgBOD/kgMLSS · d) accélère la dégradation de la matière organique mais peut facilement provoquer un gonflement de la boue; une faible charge (< 0,15 kgBOD/kgMLSS · d) est bénéfique pour la nitrification.
- ratio de reflux (R): affecte la concentration de boues et l'efficacité du traitement du réservoir d'aération (généralement 20% à 100%).
Direction de l'optimisation des processus typiques
- procédé A/O: l'élimination du phosphore est réalisée par alternance anaérobie aérobie, et l'ORP dans la zone anaérobie doit être contrôlée à -150~-250 mV.
- un procédé 2/O: augmenter l'étape anoxique pour améliorer la dénitrification, nécessitant une allocation équilibrée de la source de carbone (denitrification prioritaire, suivie de l'élimination du phosphore).
- procédé SBR: intégration multifonctionnelle réalisée par contrôle de séries chronologiques, nécessitant une optimisation de l'intensité d'aération et du temps de sédimentation.
4, Défis et stratégies d'adaptation au cours de l'exploitation
Analyse commune des problèmes
- gonflement des boues: la prolifération excessive de bactéries filamenteuses conduit à une SVI> 200 ml/ g, qui peut être inhibée par l' addition de Fe 3+ ou l' ajustement de la F/ M.
- vieillissement des boues: le fonctionnement à faible charge à long terme entraîne une floculation, nécessitant une décharge des boues ou une charge accrue pour activer le métabolisme.
- L'efficacité de la dénitrification est limitée: lorsque la source de carbone est insuffisante, le méthanol/acétate de sodium peut être complété ou le procédé MBR peut être utilisé pour prolonger la SRT.
Technologie de commande intelligente
- Surveillance en ligne: rétroaction en temps réel de l'état du processus par le biais de capteurs DO, pH, ORP.
- Prédiction du modèle: appliquer l'ASM (modèle de boues activées) pour simuler les processus métaboliques et optimiser les stratégies d'aération et de reflux.
5, L'innovation technologique et les orientations de pointe
Développement de nouveaux procédés
- dénitrification par nitrification à courte portée: oxydation du NH − N en NO 2− et dénitrification directe, économie de 25% d'aération et de 40% de carbone.
- Technologie des boues granulaires: par auto-agglomération pour former des particules de taille millimétrique, elle améliore la capacité de résistance aux charges d'impact.
utilisation des ressources
- Digestion anaérobie des boues: conversion de la matière organique en biogaz (contenant 60% à 70% de CH4) pour obtenir une récupération d'énergie.
- Récupération du phosphore: extraction d'engrais à libération lente à partir de boues par la technologie de cristallisation des excréments d'oiseaux (MgNH 4 PO 4 · 6H 2 O).
résumer
Le système de boues activées permet un contrôle complet de la chaîne, de la minéralisation organique au cycle des nutriments, par le couplage du métabolisme microbien et des processus physico-chimiques.La tendance de développement future sera axée sur les procédés à faible émission de carbone et à économie d'énergieLa mise en place d'une réglementation intelligente et de la valorisation des ressources pour répondre à la demande d'amélioration du traitement des eaux usées dans le cadre de l'objectif de neutralité carbone. it is necessary to flexibly adjust process parameters based on water quality characteristics (such as toxic substances in industrial wastewater and metabolic inhibition in low-temperature environments) to ensure stable and efficient operation of the system.
