Regeneration of activated sludge and methods of its control
Abstract
The analysis of the problem of regeneration of activated sludge during aerobic biological wastewater treatment is carried out, it is noted that the process of natural and artificial sludge regeneration becomes one of the key stages of wasterwater treatment plants in conditions of increasing anthropogenic impact on the aquatic environment. New tasks are assigned to the active sludge for removal not only biogenic elements but also pollutions of wastewater with ballast, inhibitory and toxic substances, their oxidation and detoxification. This is facilitated by the property of sludge to accumulate in large quantities non-degradable, difficult to decompose and toxic organic and inorganic pollutants. his leads to swelling, a decrease in the metabolic and physiological activity of sludge, worsens the quality of wastewater treatment, creates problems for the disposal of excess sludge contaminated with hazardous substances, and also requires mandatory regeneration of sludge when it is returned to treatment plants. The existing system for monitoring the regeneration of activated sludge is based on an characterizing the oxidative capacity of sludge according to the indicators of BODf, and does not allow for operational monitoring of its condition during wastewater treatment and sludge regeneration. The purpose of the work is to analyze the process of regeneration of activated sludge and the choice of effective methods of its control. It is proposed a system of methods for monitoring sludge condition, including analysis of sedimentation, adsorption properties; reductase activity, as well as surface tension strength, the index of toxicity of the filler fluid during sludge regeneration. The study showed that the most sensitive indicators of the degree of regeneration of activated sludge are its adsorption capacity and cell reductase activity. The duration and complexity of the analysis of sludge by the optical-reductase method is an order of magnitude lower than that of the sorption method, which allows it to be used for operational monitoring of the state of sludge during wastewater treatment and its regeneration. The discovered effect of solubilization of non-oxidizable sludge pollutants and their discharge into the aquatic environment in micellar form expands the understanding of the mechanism of regeneration of activated sludge. It is shown that it includes 2 stages: additional oxidation of hard-to-destroy substances with oxygen in the air under conditions of silt starvation, as well as synthesis and isolation of biosurfactants that clean the surface of sludge from non-destructible compounds. The two-stage nature of the change in the toxicity index of the filler fluid during sludge regeneration makes it possible to determine the proportion of oxidizable and non-oxidizable pollutants associated with activated sludge.
References
Кузнецов А. Е. (2010). Прикладная экобиотехнология: в 2-х т. М.: БИНОМ: Лаборатория знаний.
Голубовская Э. К. (1978). Биологические основы очистки воды. М.: Высшая школа.
Гудков А. Г. (2002). Биологическая очистка городских сточных вод. Вологда: ВоГТУ.
Жмур Н. С. (2003). Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: АКВАРОС.
Воронов Ю. В., Яковлев С. В. (2006). Водоотведение и очистка сточных вод. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов
Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э.. (2009). Очистка сточных вод. М.: Мир. 480 с.
Environmental US EPA (2009). State of Maine Department of Environmental Protection. Notes on Activated Sludge Process Control.
Калиниченко К. В., Никовская Г. Н., Ульберг З. Р. (2017). Биоминеральные удобрения на основе илов муниципальных сточных вод. М.: LAP Lambert Academic Publishing.
Игнатенко, А. В. (2015). Биосорбционно-биокоагуляционная детоксикация сточных вод микроорганизмами активного ила. Труды БГТУ. № 4 (177). С. 262–266.
Иванкин А. Н., Неклюдов А. Д., Тарасов С. М., Жилин Ю. Н. (2016). Инженерная экология. Переработка органических отходов. Учебное пособие. М.: ГОУ ВО МГУЛ.
Сидорова Л. П., Снигирева А. Н. (2017). Очистка сточных вод. Ч.2. Биохимическая очистка. Активный ил. Оборудование. Екатеринбург. https://study.urfu.ru/ Aid/Publication/13594/1/Sidorova_Snigireva.pdf. (дата обращения 22.02.2023)
Игнатенко А. В. (2022). Анализ биологической очистки сточных вод и детоксикации активного ила очистных сооружений. Химическая безопасность, 6,(1), С. 21–46. https://doi.org/10.25514/CHS.2022.1.21002.
ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 (2004). Методика выполнения измерений биохимической потребности кислорода после п-дней инкубации (БПКПШШ) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. М.: ФБУ ФЦАО. https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293832/4293832514.pdf. (дата обращения 22.02.2023)
ПНД Ф 14.1;2;4.154-99. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений перманганатной окисляемости в пробах питьевых, природных и сточных вод. М.: ФБУ ФЦАО.
СНиП 2.04.03-85 (2006). Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: ФГУП ЦПП,
ПНД Ф 14.1:2:4.50-96 (2011). Методика измерений массовой концентрации общего железа в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. М.: ФБУ ФЦАО.
ГОСТ 26713-85 (2019). Удобрения органические. Метод определения влаги и сухого остатка. М.: Изд-во стандартов. .
Романовский С. И. (1988). Физическая седиментология. Л.: Недра
Шалепина, М. В. Игнатенко В.Н. Игнатенко А.В. (2020). Фотоседиментационный метод анализа дисперсных систем. Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2 (235). С. 82–86.
Фролов Ю.Г. (2004). Курс коллоидной химии. М.: Альянс.
Ельцов С. В., Водолазская Н. А. (2005). Физическая коллоидная химия. Ч. 2. Харьков: ХГУ.
Игнатенко А. В. (2021). Анализ токсичности и детоксикации сточных вод в процессе их биологической очистки. Химическая безопасность, 5(1), С. 64–80. DOI: 10.25514/CHS. 2021.1.19000.
Игнатенко, А. В. (2018). Биотестирование токсичности водных сред методом редуктазной пробы. Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология., 2 (211). С. 155–160.
Игнатенко А. В. (2018). Пробоподготовка и биотестирование химической безопасности иловых осадков сточных вод. Химическая безопасность, 2(2). С. 251–271. DOI:10.25514/ CHS.2018.2.14120.
Волков В. А. (2015). Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы. СПб.: Изд-во «Лань».
Шершавина, А.А., Крисько, Л.Я. Эмелло, Г.Г., Шичкова, Т. А. Клындюк, А.И. (2005). Поверхностные явления и дисперсные системы: лабораторный практикум. Минск: БГТУ.
Игнатенко А. В. (2017). Биотестирование химической безопасности осадков сточных вод. Труды БГТУ. Серия 2, Химические технологии, биотехнология, геоэкология. 2 (199). С. 10–14.
Игнатенко А. В. (2020). Экспресс- метод пробоподготовки иловых осадков сточных вод и биотестирования их токсичности. Химическая безопасность, 4(1). С. 80–96.
Игнатенко А.В., Масехнович А.А. (2021). Биосорбционно–биокоагуляционные свойства активного ила и изменение токсичности сточных вод в процессе их биологической очистки. Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 1(241). С. 63–68. https://doi.org/10.52065/2520-2669-2021-241-1-63-68
Флюрик Е.А., Маркевич. Р.М., Гребенчикова И.А., Рымовская М.В., Дзюба И.П. (2009). Активный ил: база данных (1,3 Гб). Рег. свидетельство № 1750900641 от 01.06.2009.
Bitton. G. (2005). Wastewater microbiology. Third edition. Canada. Wiley & Sons Publication. https://doi.org/10.1002/0471717967
Wanner J. (1997). Microbial population dynamics in biological waste water treatment plants. In:
Microbial Community analysis. Eds.: Т.Е. Cloete, N.O. Muyima. P. 35–39.
Жмур Н. С. (1997). Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России. М: МДС.
Жмур Н.С. (1997). Управление процессом и контроль результата очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: Луч.
ПНД Ф СБ 14.1.77-96. Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками. М.: ФБУ ФЦАО.
Комплект методик по гидрохимическому контролю активного ила: определение массовой концентрации активного ила, илового индекса, зольности сырого осадка, активного ила, прозрачности надиловой воды. М: АКВАРОС. 2008. 33 с.
Демков А. И. Седиментационный анализ очистки воды. https://l.120-bal.ru/literatura/ 7553/index.html. (дата обращения 22.02.2023)
Шифрин С. М. (1956). Современные способы механической очистки сточных вод. Л.-М.: Изд-во Госстройиздат.
Лопатин B. H., Апонасенко А. Д., Щур Л. А. (2000). Биофизические основы оценки состояния водных экосистем (теория, аппаратура, методы, исследования). Новосибирск: Наука. Сиб. отделение.
Lenhard G. (1965). Dehydrogenase activity as criterion on the determination of toxic effects on biological purification systems. Hydrobioligie. 25 (1). 1–8. https://doi.org/10.1007/BF00189852
Copyright (c) 2023 Arkadiy V. Ignatenko

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.