Uvod: Danes spoznajmo protagonista biološkega čiščenja – aktivno blato (prenašalec različnih mikroorganizmov). Ima ključno vlogo v postopkih biološkega čiščenja, pri čemer odstranjuje onesnaževala, kot so KPK, amonijakov dušik, skupni dušik in skupni fosfor iz odpadne vode prek različnih mikroorganizmov v blatu. Tisti, ki so obiskali čistilne naprave, lahko zavohajo rahel blatni vonj; to je vonj po aktivnem blatu!
01 Izvor aktivnega blata
Aktivno blato sta leta 1912 prvič odkrila Clark in Gage v Združenem kraljestvu, izhajajoč iz majhnega poskusa. V poskusu je dolgotrajno prezračevanje odpadne vode povzročilo blato in kakovost vode se je bistveno izboljšala. Arden in Lockgtt sta pozneje preučevala ta pojav.
Poskusi prezračevanja so bili izvedeni v steklenicah. Na koncu vsakega dnevnega poskusa so bile steklenice izpraznjene in postopek se je naslednji dan začel znova. Po naključju so odkrili, da je bil učinek obdelave dejansko boljši, ker plastenke niso bile temeljito očiščene, ko se je na stene plastenk oprijela mulja. Ker so se zavedali pomena blata, ki je ostalo na stenah plastenk, so ga poimenovali aktivno blato.
Nato so pred koncem vsakodnevnega poskusa pustili, da se prezračevana odpadna voda usede, pri čemer so zavrgli le zgornjo plast prečiščene vode in pustili blato na dnu za uporabo naslednji dan. S tem se je bistveno skrajšal čas čiščenja odpadne vode.
Leta 1916 je bila s tem poskusnim postopkom zgrajena prva čistilna naprava z aktivnim blatom.
02 Strukturna sestava in fizikalne lastnosti aktivnega blata
Aktivno blato je kosmičasta snov, ki jo tvori mešanica mikrobnih skupnosti, kot so bakterije, glive, praživali in metazoe, s suspendiranimi in koloidnimi snovmi v odpadni vodi. Ima močno sposobnost adsorpcije in razgradnje organskih snovi ter dobre lastnosti usedanja in ima biokemično aktivnost.
Kosmiči in nitaste bakterije so pomembne sestavine aktivnega blata.
Flokule nastanejo zaradi združevanja bakterij s sluzi ali kapsulami. Adsorbirajo nečistoče in proste mikroorganizme v odpadni vodi, kar daje aktivnemu blatu odlične lastnosti usedanja in ščiti mikroorganizme v odpadni vodi pred zaužitjem ali zastrupitvijo.
Nitaste bakterije tvorijo skelet aktivnega blata. Rastejo in se podaljšajo pod pritrditvijo kosmičev, kar povzroči, da kosmiči tvorijo večje delce, hkrati pa ohranjajo ohlapnost aktivnega blata.
Aktivno blato je na splošno rumeno ali rjavkasto-rumeno. Ko je oskrba s kisikom nezadostna ali anaerobna, postane črna, in sivo-bela, ko je oskrba s kisikom prekomerna in hranilnih snovi ni dovolj. Aktivno blato ima visoko vsebnost vode, običajno nad 99 %, njegova gostota pa je podobna vodi, običajno 1,002–1,003 kg/L.
03 Mikrobna sestava aktivnega blata
V mikroorganizmih z aktivnim blatom se praživali hranijo z bakterijami, medtem ko se metazoje prehranjujejo s protozoji in bakterijami ter tvorijo prehranjevalno verigo in uravnoteženo biološko skupnost. Bakterije iz aktivnega blata pogosto obstajajo v obliki kosmičev, manj jih je v prostem stanju. To daje bakterijam sposobnost, da se uprejo škodljivim zunanjim dejavnikom. Proste bakterije se ne naselijo enostavno, lahko pa jih plenijo praživali, zaradi česar je iztok iz usedalnika čistejši.
1. Bakterije
Bakterije so eno{0}}celični organizmi. V aktivnem blatu so raznoliki, številni in majhni po velikosti ter imajo močno sposobnost adsorpcije in razgradnje organskih snovi ter igrajo ključno vlogo pri čiščenju odpadne vode.
V zgodnjih fazah gojenja aktivnega blata so bakterije v odpadni vodi večinoma proste. Ko blato postopoma nastaja, se postopoma združujejo v večje skupine.
(1) Kosmiči: To so drobni, vidni delci, sestavljeni iz bakterij in njihovih izločenih želatinastih snovi. Večina bakterij v aktivnem blatu je obdanih z želatinastimi snovmi, ki obstajajo v obliki kosmičev. Kosmiči so strukturno in funkcionalno središče aktivnega blata, ki ima lastnosti, kot so adsorpcija, oksidativna razgradnja in koagulacijska sedimentacija.
(2) Nitaste bakterije: To so vrste bakterij, katerih celice, s kapsidami ali brez njih, so med seboj povezane v filamente. Nitaste bakterije se pogosto pritrdijo na bakterijske kosmiče in se z njimi prepletajo ter tvorijo okostje obraščajočega blata. Ko pa se razmnožijo v velikem številu, lahko poslabšajo lastnosti flokulacije in usedanja aktivnega blata ter v hujših primerih povzročijo kopičenje blata.
(3) Nitrifikacijske bakterije Nitrifikacijske bakterije so vrsta avtotrofnih bakterij, ki lahko razgradijo amoniak in nitrit. Vključujejo dve fiziološki podskupini: *Nitrificirajoče bakterije* in *Nitrificirajoče bakterije*, ki spadata v neodvisno družino-Družina nitrificirajočih bakterij. Nitrifikacijske bakterije pridobivajo energijo za zadovoljevanje svojih presnovnih potreb z oksidacijo anorganskih spojin z nitrifikacijo, pri čemer uporabljajo CO2 kot edini vir ogljika. So tipične kemoavtotrofne bakterije. Nitrifikacijske bakterije imajo nitrifikacijo, ki se nanaša na proces, pri katerem nitrifikacijske bakterije oksidirajo NH3 v NO2- v aerobnih pogojih in ga nadalje oksidirajo v NO3-, s čimer pridobijo energijo, potrebno za rast. Prva stopnja, oksidacija NH3 v NO2-, se imenuje nitrifikacija ali oksidacija amoniaka in jo zaključijo nitrifikacijske bakterije; druga stopnja, oksidacija NO2- v NO3-, se imenuje nitrifikacija in jo zaključijo nitrifikacijske bakterije. Zato nitrifikacija, o kateri se pogosto razpravlja, dejansko vključuje dve stopnji: nitrifikacijo z bakterijami, ki oksidirajo nitrit, in nitrifikacijo z bakterijami, ki nitrifikirajo.
(4) Denitrifikacijske bakterije: Denitrifikacijske bakterije so kemoheterotrofne bakterije. V pogojih pomanjkanja-kisika reducirajo nitrate v nitrite in nadalje reducirajo nitrite v plinast dušik, s čimer pridobivajo energijo. To je v bistvu nasprotno od funkcije nitrificirajočih bakterij (narava je na ta način zanimiva; dve različni vrsti bakterij dosežeta dušikov cikel). Denitrifikacijske bakterije so zelo razširjene v tleh in odpadni vodi ter igrajo pomembno vlogo pri čiščenju krajinske vode, upravljanju mestnih rek in čiščenju ribogojstva.
(5) Bakterije za hidrolitično zakisljevanje: To so bakterije, ki lahko uporabljajo velike, kompleksne organske molekule za življenjske aktivnosti v anaerobnem okolju. Hidroliza je proces, pri katerem se kompleksni, netopni polimeri pretvorijo v enostavne topne monomere ali dimere. Organske snovi z visoko-molekularno-mato zaradi velike relativne molekulske mase ne morejo preiti skozi celične membrane in jih zato bakterije ne morejo neposredno uporabiti. Najprej se pretvorijo v manjše molekule s hidrolitičnim delovanjem bakterijskih zunajceličnih encimov. Najbolj tipična značilnost te stopnje je, da biološka reakcija poteka zunajcelično. Bakterije zaključijo biokatalitične oksidacijske reakcije s sproščanjem zunajceličnih prostih encimov ali imobiliziranih encimov, pritrjenih na celično steno.
In tako naprej ... obstaja veliko vrst bakterij, zato se bom zdaj ustavil tukaj. Podrobne predstavitve posameznih bakterijskih vrst lahko zagotovite pozneje.
2. Praživali
Praživali so majhne, preproste enocelične-nizkocelične živali. V aktivnem blatu iz čiščenja odpadne vode obstaja veliko število protozojev. Z zaužitjem organskih delcev sodelujejo pri čiščenju odpadne vode. Nadalje, ker so protozoji občutljivi na okoljske razmere, se njihova sestava in količina spreminjata z okoljskimi spremembami; zato se pogosto uporabljajo kot indikatorski organizmi. Pogosti primeri vključujejo vrtince, amebe, flagelate in plavajoče migetalce. Ti mikroorganizmi predstavljajo več kot 80% vseh. Če število osebkov presega 1000/ml, je treba obravnavati kot aktivno blato z visoko učinkovitostjo čiščenja.
3. Mikrometazoa
Glavni mikrometazoji v aktivnem blatu so kolobarji in nematode. Na splošno je število mikroskopskih metazojev v aktivnem blatu relativno majhno. Vendar lahko v aktivnem blatu z nizko{2}}obremenitvijo, zlasti v aktivnem blatu s podaljšanim prezračevanjem, včasih postanejo prevladujoče vrste kolobarji in oligohete.
04 Kazalniki učinkovitosti aktivnega blata Skupnost mikrobov vključuje predvsem bakterije, praživali in metazoe, pri čemer sta dve glavni kategoriji bakterije in praživali. Kazalniki učinkovitosti aktivnega blata vključujejo: suspendirane trdne snovi mešane tekočine (MLSS), razmerje usedanja blata (SV), indeks prostornine blata (SVI) in indeks gostote blata (SDI).
Suspendirane trdne snovi mešane tekočine (MLSS) predstavljajo skupno težo trdnih snovi aktivnega blata, ki jih vsebuje prostorninska enota mešane tekočine v prezračevalni posodi, tj.
MLSS=Ma + Jaz + Mi + Mii
Ma – presnovno aktivna mikrobna skupnost;
Me – ostanki endogenega metabolizma in samo{0}}oksidacije mikroorganizmov (predvsem bakterij);
Mi – Inertna organska snov, ki jo bakterije težko razgradijo, prenaša surova odpadna voda;
Mii – Anorganske snovi, ki jih prenaša odpadna voda.
Enota je mg/L ali kg/m³.
Hlapne suspendirane trdne snovi mešane tekočine (MLVSS) predstavljajo koncentracijo organskih trdnih snovi v aktivnem blatu mešane tekočine, tj.
MLVSS=Ma + Jaz + Mi
Razmerje med MLVSS in MLSS je izraženo kot f. V normalnih okoliščinah je vrednost f razmeroma fiksna, okoli 0,75 za gospodinjske odpadne vode.
Tako MLVSS kot MLSS se lahko uporabita za prikaz koncentracije blata v rezervoarjih za biološko obdelavo. Dnevne primerjave podatkov lahko razkrijejo rast aktivnega blata. Vendar MLVSS izključuje anorganske snovi, zaradi česar je njegova vrednost bližja dejanskemu številu mikroorganizmov.
Hitrost usedanja blata (SV), znana tudi kot 30-minutna stopnja usedanja, je odstotek prostornine izločenega blata, ki nastane po tem, ko se je mešana tekočina 30 minut usedala v merilnem valju, izražena kot odstotek (%).
V zgodnjih fazah gojenja aktivnega blata se lahko hitrost usedanja uporabi za začetno opazovanje rasti blata. Na splošno je normalno, stabilno aktivno blato SV med 20-35 %. Nižji SV kaže na nezadostno koncentracijo blata, medtem ko višji SV kaže na prehitro rast blata (prekomerne hranilne snovi, verjetno zaradi previsokega vira ogljika).
Indeks volumna blata (SVI), znan tudi kot indeks blata, je volumen usedlega blata (v mL) na gram suhega blata po 30 minutah usedanja v mešanici tekočine na izhodu iz posode za prezračevanje. Formula za izračun indeksa prostornine blata je:
SVI=SV/MLSS
SVI se uporablja za oceno zmogljivosti usedanja blata, njegovo normalno območje pa je običajno med 70 in 150 ml/g. Nizka vrednost SVI pomeni nizko aktivnost blata in visoko vsebnost anorganskih snovi; visoka vrednost SVI kaže na potencialno zbiranje blata in slabo zmogljivost usedanja.
Indeks gostote blata (SDI), običajno imenovan gostota, je recipročna vrednost SVI.