I. Overzicht van biologische afvalwaterzuiveringssystemen
Moderne biologische afvalwaterzuivering is over het algemeen verdeeld in drie fasen:
- Primaire behandeling (fysieke behandeling): onderschepping van staafschermen, primaire sedimentatietank
- Secundaire behandeling (biologische behandeling): beluchtingstank, laatste sedimentatietank
- Tertiaire behandeling (biologische/fysisch-chemische behandeling): verwijdering van stikstof en fosfor
Slib wordt separaat aangeleverd aan de slibgisting.
Op basis van het zuurstofverbruik wordt de biologische zuivering onderverdeeld in aerobe behandeling (actiefslibproces, oxidatievijver, oxidatiekanaal, druppelfilter, roterende biologische contactor, etc.) en anaerobe behandeling (slibvergisting).
II. Microbiële gemeenschap in actief slib
Het actiefslibproces is afhankelijk van heterotrofe ecosystemen die zijn samengesteld uit geclusterde micro-organismen, waaronder bacteriën, schimmels, protozoa en metazoa, om afvalwater te zuiveren. Heterotrofe bacteriën en vrijlevende heterotrofe schimmels vormen het laagste trofische niveau. Ze worden voorafgegaan door heterotrofe protozoa, die verder worden geconsumeerd door secundaire roofdieren zoals raderdiertjes en nematoden, waardoor uiteindelijk afvalwaterzuivering wordt gerealiseerd.
(I) Bacteriën – de voornaamste oorzaak van de afbraak van organische stof
Bacteriën zijn de meest kritische microbiële groep in actief slib en vervullen twee kernfuncties: afbraak van organisch materiaal en vlokvorming.
Organisch afbrekende bacteriesoorten
Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus
- Dominante koolhydraatafbrekers:Pseudomona's
- Dominante eiwitafbrekers:Alcaligenes, Flavobacterium, Bacillus
(II) Mechanisme van vlokvorming
Actiefslibvlokken worden gevormd via het synergetische effect van drie componenten:
- Vlokvormende bacteriën (Zooglea ramigera): Staafvormig, Gram-negatief, ingekapseld en niet-sporulerend. Ze induceren bacteriële aggregatie via extracellulaire polymeren en intercellulaire stoffen.
- Matige filamenteuze bacteriën: zorgen voor filamenteuze raamwerken voor vlokken, waardoor de hechting en groei van vlokvormende bacteriën mogelijk wordt, waaronder voornamelijk:
- Nitrificerende bacteriën
- Sphaerotilus(ijzerbacteriën)
- Beggiatoa(zwaveloxiderende bacteriën)
- Thiothrix(zwavelreducerende bacteriën)
- Ciliaten: scheiden mucoproteïnen en polysacharidepolymeren af om brugstructuren te vormen en uitvlokking te vergemakkelijken.
(III) Schimmels – Afbrekers van vuurvaste organische stoffen
Schimmels kunnen recalcitrante, moeilijk biologisch afbreekbare organische stoffen met een relatief lage afbraaksnelheid afbreken. Matige schimmelfilamenten dienen als vlokkernen en verbeteren de uitvlokkings- en sedimentatieprestaties. Overmatige schimmelproliferatie leidt echter tot ophoping van slib en slechte bezinkingseigenschappen.
Oorzaken van abnormale massale schimmelgroei:
- Temperatuurdaling
- Lage pH-waarde
- Hoge C/N-verhouding van afvalwater
- Overmatige organische belasting
- Aanwezigheid van sulfiden
(IV) Protozoa – Indicatororganismen voor waterkwaliteit
Veel voorkomende protozoa in actief slib:
- Amoeboïde protozoa
- Flagellaten (fytoflagellaten en zoöflagellaten)
- Ciliaten: vrijzwemmende ciliaten en gesteelde ciliaten
Betekenis van de indicator: De aanwezigheid van ciliaten is een belangrijke indicator voor een efficiënte biologische behandeling. Flagellaten hebben een zwak concurrentievermogen op het gebied van voedsel en overleven alleen in afvalwater met een hoge concentratie.
(V) Metazoa – Secundaire roofdieren
Metazoa voeden zich met bacteriën en kleine protozoa als secundaire roofdieren. Ze verlengen de voedselketen en verminderen de slibopbrengst aanzienlijk. Representatieve soorten zijn onder meer raderdiertjes en nematoden.
III. Drie stadia van slibvorming
Het organische stofverwijderingsproces van actief slib valt samen met de slibvorming, die uit drie opeenvolgende stappen bestaat:
Stap 1: Massaoverdracht – Adsorptie en opname
Retourslib absorbeert onmiddellijk fysisch colloïdale stoffen en onoplosbare BZV uit afvalwater, gevolgd door geleidelijke opname van oplosbare organische stoffen in microbiële cellen voor metabolische afbraak.
Stap 2: Metabolische transformatie – Biologische afbraak
Organische stoffen ondergaan metabolische omzettingen, waaronder hydrolyse, glycolyse (koolhydraten), decarboxylering, deaminatie (eiwitten) en β-oxidatie (lipiden). De afgebroken substraten komen vervolgens in de TCA-cyclus en elektronentransportketen terecht om energie op te wekken, met koolstofdioxide en water als uiteindelijke metabolische bijproducten.
Stap 3: Flocculatie – Generatie van goed bezinkende vlokken
Naarmate de organische concentratie afneemt, komen micro-organismen in de endogene vervalfase terecht. Polysacharidepolymeren worden rond celoppervlakken uitgescheiden om de cohesie te verbeteren, waardoor dichte, bezinkbare vlokken worden gevormd die een scheiding van vaste stof en vloeistof in de uiteindelijke sedimentatietank bewerkstelligen.
IV. Omgevingsomstandigheden voor de afbraak van organisch materiaal
- Temperatuur: 20–30°C, reguleert de microbiële enzymatische activiteit
- Voedingsstoffen: BZV : N : P = 100 : 5 : 1; sporenelementen K, Ca, Fe, Mg zijn bovendien vereist
- Opgeloste zuurstof (DO): 0,5–1 mg/l bij tankinlaat, 2–3 mg/l bij uitlaat; De stofwisselingssnelheid daalt scherp wanneer de DO lager is dan 0,5 mg/l
- pH-waarde: 6,5–7,5, optimaal bij licht alkalisch 7,2–7,4; micro-organismen kunnen niet overleven bij pH < 4 of pH > 10
- Giftige stoffen: Toxiciteitsclassificatie van zware metalen: Ag > Hg > Sn > Cu > Cd > Cr
