Temperatura
Temperatura odgrywa kluczową rolę w procesie uprawy biologicznej. Obecnie, chociaż w ramach tego projektu oczyszczania ścieków nie osiągnięto jeszcze precyzyjnej kontroli temperatury w systemie biologicznym, pomiary i analiza temperatury w każdym systemie reakcji biologicznych i na każdym etapie operacyjnym nadal dostarczają wskazówek dotyczących procesu aklimatyzacji i uprawy osadów biologicznych. Zapewnia podstawę do wyjaśnienia różnych zjawisk zachodzących podczas procesu uprawy biologicznej oraz pomaga kierownictwu i operatorom w dokonywaniu prawidłowych i terminowych ocen dotyczących działania systemu i zarządzania.
Temperatura w istotny sposób wpływa na poziom aktywności mikroorganizmów w osadzie czynnym (w tym na procesy beztlenowe, fakultatywne i tlenowe), a także wpływa na takie czynniki, jak rozpuszczony tlen i szybkość napowietrzania, a także szybkość reakcji biologicznych.
Różne typy mikroorganizmów rosną w różnych zakresach temperatur, od około 5 do 80 stopni. W tym zakresie temperatur można je podzielić na minimalną temperaturę wzrostu, maksymalną temperaturę wzrostu i optymalną temperaturę wzrostu. W zależności od zakresu temperatur, do których przystosowują się mikroorganizmy, można je podzielić na trzy kategorie: mezofilne, termofilne i chirfilne.
Mikroorganizmy mezofilne rosną w temperaturach od 20 do 45 stopni, mikroorganizmy psychrofilne rosną poniżej 20 stopni, a mikroorganizmy termofilne rosną powyżej 45 stopni. W tlenowym biologicznym oczyszczaniu ścieków dominują bakterie mezofilne, których optymalna temperatura wzrostu i rozmnażania wynosi od 20 do 37 stopni. Gdy temperatura przekracza maksymalną temperaturę wzrostu, białka mikroorganizmów ulegają szybkiej denaturacji, a ich układy enzymatyczne ulegają zniszczeniu, co powoduje utratę aktywności; w ciężkich przypadkach mikroorganizmy mogą umrzeć. Niskie temperatury ograniczają aktywność metaboliczną mikroorganizmów, doprowadzając do stanu zaprzestania wzrostu i rozmnażania, choć zachowują one swoją żywotność.
W beztlenowym oczyszczaniu biologicznym optymalny zakres temperatur dla mezofilnych metanogenów wynosi od 20 do 40 stopni, natomiast dla bakterii termofilnych od 50 do 60 stopni. W beztlenowym leczeniu biologicznym powszechnie stosuje się temperatury od 33 do 38 stopni i od 50 do 57 stopni.
Wartość pH
Różne mikroorganizmy mają różne zakresy tolerancji pH. Na przykład bakterie, promieniowce, glony i pierwotniaki mają zakres tolerancji pH od 4 do 10. Większość bakterii rozwija się w środowiskach obojętnych do lekko zasadowych (pH 6,5–7,5); bakterie-utleniające siarkę preferują środowiska kwaśne, o optymalnym pH 3, ale mogą też żyć w środowiskach o pH 1,5; drożdże i pleśnie wymagają środowiska kwaśnego lub lekko kwaśnego, o optymalnym pH 3,0–6,0 i mogą dostosować się do zakresu pH 1,5–10. Utrzymanie optymalnego zakresu pH ma kluczowe znaczenie w biologicznych procesach oczyszczania ścieków.
Na przykład, w przypadku stosowania procesu osadu czynnego do oczyszczania ścieków, jeśli pH zmieszanej cieczy w zbiorniku napowietrzającym osiągnie 9,0, pierwotniaki zmienią swój stan z aktywnego na powolny, lepkie substancje w kłaczkach bakteryjnych ulegną rozkładowi, struktura osadu czynnego zostanie uszkodzona, a skuteczność oczyszczania znacznie spadnie. Jeśli pH na dopływie nagle spadnie, zmieszany płyn w zbiorniku napowietrzającym stanie się kwaśny, zmieni się także struktura osadu czynnego, a w osadniku wtórnym pojawi się duża ilość osadu pływającego. Dobrze-wyhodowane i dojrzałe systemy biologiczne charakteryzują się dużą odpornością na obciążenia udarowe. Jednakże znaczne wahania pH mogą wpływać na wydajność reaktora, a nawet powodować toksyczność mikrobiologiczną, prowadząc do awarii reaktora. Dzieje się tak, ponieważ zmiany pH mogą zmieniać ładunek komórkowy, wpływając na wchłanianie składników odżywczych i aktywność enzymów w metabolizmie drobnoustrojów.
Dlatego w oczyszczaniu ścieków z wykorzystaniem systemów biologicznych istotne jest zapewnienie mikroorganizmom optymalnego zakresu pH, zapewniającego optymalną pracę.
Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (COD)
Testowanie ChZT jest ściśle zgodne z krajowymi normami dotyczącymi analizy jakości ścieków. ChZT to ilość tlenu zużytego, gdy utleniacze chemiczne utleniają zanieczyszczenia organiczne w wodzie, wyrażona w mg/l. Wyższy ChZT wskazuje na wyższy poziom zanieczyszczeń organicznych w wodzie. Powszechnie stosowane utleniacze obejmują dwuchromian potasu i nadmanganian potasu. Gdy jako utleniacz stosuje się nadmanganian potasu, zmierzona wartość nazywana jest CODMn lub po prostu OC. Gdy jako utleniacz stosuje się dwuchromian potasu, zmierzona wartość nazywana jest CODCr lub po prostu ChZT. Jeżeli skład materii organicznej w ściekach jest względnie stabilny, istnieje pewna proporcjonalna zależność pomiędzy chemicznym zapotrzebowaniem tlenu (ChZT) a biochemicznym zapotrzebowaniem tlenu (BZT). Ogólnie rzecz biorąc, różnicę między ChZT dwuchromianu potasu a BZT-pierwszego etapu można z grubsza przedstawić jako materię organiczną, która nie może zostać rozłożona przez mikroorganizmy tlenowe.
Testowanie i analiza ChZT jest ważną częścią rozruchu i eksploatacji oczyszczalni ścieków. Z jednej strony pomaga zrozumieć warunki dopływu i odpływu każdej jednostki oczyszczania w przebiegu procesu, zapewniając stabilny dopływ i zapobiegając dużym wahaniom i wpływom systemu. Z drugiej strony obserwacja zmian ChZT na dopływie i wypływie przed i po każdej jednostce oczyszczania pomaga zrozumieć efekt oczyszczania i wydajność jednostki. Jego ważne funkcje można podsumować w trzech następujących punktach:
1. Zapewnienie szczegółowych stężeń dopływów i odpływów, umożliwiające kadrze zarządzającej odpowiednie dostosowanie warunków pracy w oparciu o zmiany stężeń, zapewniające normalną i stabilną pracę systemu oczyszczania ścieków;
2. Jako ważny wskaźnik techniczny odzwierciedlający stan operacyjny i skuteczność oczyszczania każdej jednostki oczyszczania;
3. Zapewnienie podstaw do analizy, oceny i rozsądnego wyjaśnienia różnych zjawisk i nieprawidłowości występujących w całym systemie.