Prestazzjoni tat-Tneħħija ta' Inkwinanti ta' Sistema S-MBBR għal Trattament ta' Ilma Mormi b'Proporzjon C/N baxx: Analiżi COD, TN, NH₄⁺-N u TP

Analiżi tal-Prestazzjoni tat-Tneħħija tal-Inkwinanti f'Sistema S-MBBR għat-Trattament tal-Ilma Mormi b'Proporzjon C/N baxx

Introduzzjoni

Bl-aċċelerazzjoni tal-urbanizzazzjoni u l-industrijalizzazzjoni, l-iskariku ta 'proporzjon C/N baxx (proporzjon baxx ta' karbonju-għa-nitroġenu) ilma mormi qed jiżdied, prinċipalment li joriġina minn drenaġġ domestiku, ipproċessar tal-ikel, agrikoltura, u ilma li jkessaħ li jiċċirkola. Biex tiġi indirizzata l-effiċjenza fqira tat-tneħħija tan-nitroġenu totali (TN) f'ilma tad-drenaġġ b'proporzjon C/N baxx, denitrifikazzjoni qasira-nitrifikazzjoni-u nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni simultanja (SND) ġibdu l-attenzjoni f'dawn l-aħħar snin. Relattivament, il-kundizzjonijiet ta 'reazzjoni tal-proċess SND huma aktar faċli biex jiġu kkontrollati, u tista' tikseb kemm it-tneħħija tal-karbonju kif ukoll it-tneħħija tan-nitroġenu simultanjament. Għalhekk, għandu vantaġġ sinifikanti fit-trattament tat-tneħħija tan-nitroġenu għal ilma tad-drenaġġ ta 'proporzjon C/N baxx. Ir-reattur tal-lott tas-sekwenzjar (SBR) jiffaċilita t-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru billi jikkontrolla l-konċentrazzjoni tal-ossiġnu maħlul. Meta flimkien mar-reattur tal-bijofilm tas-sodda li jiċċaqlaq (MBBR) biex jifforma sistema S-MBBR, il-bijofilm fuq it-trasportaturi jipprovdi kundizzjonijiet ta 'tkabbir stratifikati għal batterji nitrifikanti aerobiċi u batterji denitrifikanti anosiċi, u joħolqu mikroambjent SND filwaqt li simultanjament iżidu l-erja tal-wiċċ speċifika u l-istabbiltà mikrobjali tas-sistema. Studji wrew li S-MBBR huwa superjuri għall-proċessi tradizzjonali f'termini ta' effiċjenza tat-tneħħija tan-nitroġenu u fosfru, reżistenza għax-xokk, u stabbiltà tas-sistema.

1 Materjali u Metodi

1.1 Setup sperimentali.Is-setup sperimentali kien jikkonsisti prinċipalment f'tank tal-influwenza, blower tal-arja, apparat li jħawwad, tank tal-effluwent, u r-reattur prinċipali. Il-volum effettiv tar-reattur kien 1.8 L, u l-kapaċità ta 'trattament għal kull ċiklu kienet 1 L. Ir-reattur kien mimli b'tip ġdid ta' trasportatur bijo-affinittiv bi proporzjon ta 'mili ta' madwar 25%. Il-konċentrazzjoni inizjali ta 'solidi sospiżi volatili likur imħallat (MLVSS) fir-reattur kienet 3000 mg/L.

1.2 Materjali sperimentali.Il-mili tal-ġarriera modifikat b'affinità-tħejja permezz ta' taħlit fiżiku u teknoloġija tal-estrużjoni bil-kamin. Il-proċedura speċifika kienet kif ġej: 3% ħadid -valenti żero, HDPE, u materjali awżiljarji (2% zeolite naturali, 2% polyquaternium-10, u 1% trab tat-talc) tħalltu b'mod uniformi. Imbagħad, it-taħlita ddewweb bl-użu ta 'estrużur b'kamin wieħed SJ-20 u estruża fi strixxi granulari (madwar 5 mm fid-dijametru, 5-10 mm fit-tul). Fl-aħħarnett, dawn il-partiċelli solidi ġew estrużi bl-użu ta 'estrużur b'kamin wieħed SJ-30 biex jipproduċi t-trasportatur finali.

1.3 Kundizzjonijiet operattivi.Ġew stabbiliti żewġ reatturi: wieħed bi trasportaturi (S-MBBR, indikat bħala R1) u wieħed mingħajr trasportaturi (SBR, indikat bħala R2). Il-kundizzjonijiet l-oħra kollha nżammu l-istess. L-ewwel stadju kien il-bidu tat-twaħħil tal-bijofilm-, operat f'mod SBR bi proporzjon ta' 3:3:2. Iċ-ċiklu ta 'tħaddim kien jinkludi stadji ta' influwent, statiku, arjazzjoni, taħwid anossiku, settlement u effluwent (3 sigħat anerobiċi, 3 sigħat arjazzjoni, 2 sigħat ta 'taħwid/issetiljar/influwent/effluwent). NaHCO₃ intuża biex jaġġusta l-pH influwenti għal madwar 8. Wara t-twaħħil tal-bijofilm b'suċċess, il-konċentrazzjoni tan-nitroġenu tal-ammonja nbidlet biex tnaqqas il-proporzjon C/N u l-esperiment beda, kif iddettaljat f'Tabella 1.

1.4 Ilma sperimentali u ħama mlaqqma.Il-COD, NH₄⁺-N, u l-fosfru totali (TP) fl-ilma sintetiku tad-drenaġġ użat għall-bidu tal-bijofilm-ew ipprovduti minn C₆H₁₂O₆, NH₄Cl, u KH₂PO₄, rispettivament. Oligoelementi kienu magħmulin minn EDTA-2Na (18.76 g/L), CoCl₂·6H₂O (0.3 g/L), CuSO₄·5H₂O (0.32 g/L), NiCl₂·6H₂O (0.24 g/L), H₃BO₄ (0.018g/L), 0.018 g/L. ZnSO₄·7H₂O (0.54 g/L), MnCl₂·4H₂O (1.24 g/L), NaMoO₄·2H₂O (0.28 g/L), u NaWO₄·2H₂O (0.1 g/L). Il-kompożizzjoni tal-ilma sintetiku tad-drenaġġ kienet: C₆H₁₂O₆ (0.47 g/L), NH₄Cl (0.095 g/L), KH₂PO₄ (0.022 g/L), NaCl (0.1 g/L), NaHCO₃ (0.15 g/L₄), MgHSO₄₄·7. g/L), CaCl₂ (0.05 g/L), FeSO₄·7H₂O (0.02 g/L), u oligoelementi (1 mL/L). Il-ħama ttieħdet mit-tank tas-sedimentazzjoni sekondarju ta 'impjant tat-trattament tal-ilma mormi f'Dalian.

1.5 Metodi analitiċi.L-indikaturi ta 'rutina ġew imkejla skont il-metodi standard speċifikati fil-"Metodi Standard għall-Eżami tal-Ilma u l-Ilma Mormi" (4 edizzjoni) u standards nazzjonali, inkluż analiżi tal-kapaċità tat-tneħħija ta' sustanzi li jniġġsu, analiżi tal-fouling tal-membrana u analiżi tal-produzzjoni tal-gass. Speċifikament: NH₄⁺-N tkejjel bil-metodu spettrofotometriku tar-reaġent saliċiliku; TP bil-metodu spettrofotometriku tal-molibdat tal-ammonju; NO₃⁻-N bil-metodu spettrofotometriku tar-reaġent tal-aċidu sulfuriku konċentrat-saliċiliku; NO₂⁻-N bil-metodu spettrofotometriku N-(1-naphthyl)ethylenediamine; TN kienet is-somma tal-konċentrazzjonijiet tal-forom kollha tan-nitroġenu; COD tkejjel bil-metodu ta 'diġestjoni rapida; u l-konċentrazzjoni tal-ħama (inklużi MLSS u MLVSS) kienet imkejla bil-metodu gravimetriku.

2 Riżultati u Analiżi

2.1 Prestazzjoni tat-Tneħħija tal-COD

Materjal organiku li daħlet fir-reattur tneħħiet permezz ta 'stadji inklużi anerobiċi, aerobiċi (arjazzjoni), tħawwad anossiku, issetiljar, u effluwent.Figura 1juri l-prestazzjoni tat-tneħħija tas-COD tar-reatturi fi stadji operattivi differenti. L-Istadju I kien l-istadju tat-twaħħil tal-bijofilm, u l-Istadji II, III, u IV kienu l-istadji fejn il-proporzjon C/N/P tnaqqas għal 100:8:1, 64:8:1, u 32:6:1, rispettivament. Ir-rati medji ta 'tneħħija għal R1 f'kull stadju kienu 95.57%, 96.25%, 92.70%, u 94.18%, rispettivament; ir-rati medji ta 'tneħħija għal R2 f'kull stadju kienu 94.71%, 96.19%, 92.54%, u 94.68%, rispettivament. Wieħed jista 'jara li dan il-proċess għandu prestazzjoni tajba ta' tneħħija ta 'materja organika, u taħt kundizzjonijiet ta' effluwent relattivament stabbli, issodisfa r-rekwiżiti tal-istandard GB 18918-2002 (konċentrazzjoni COD < 50 mg/L). Peress li s-sistema kienet operata bi proporzjon C/N baxx, is-sors tal-karbonju sar is-sottostrat li jillimita li jmexxi metaboliżmu effiċjenti. Ma kien hemm l-ebda differenza sinifikanti fit-tneħħija tas-COD bejn R1 u R2, li juri li t-trasportatur modifikat kellu ftit effett fuq it-tneħħija tas-COD.

2.2 Prestazzjoni tat-Tneħħija ta' NH₄⁺-N u TN

Il-proċess tat-tneħħija tat-TN jinkludi żewġ passi ewlenin: nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni. In-nitrifikazzjoni, bħala proċess aerobiku, tiddependi fuq mikro-organiżmi aerobiċi biżżejjed biex jikkonvertu n-nitroġenu tal-ammonja f'nitrat.Figuri 2 u 3uri l-prestazzjoni tat-tneħħija NH₄⁺-N u TN tar-reatturi, rispettivament. NH₄⁺-N u TN tneħħew prinċipalment matul l-arjazzjoni aerobika u l-istadji statiċi anossiċi. L-Istadju I kien l-istadju tat-twaħħil tal-bijofilm, u l-Istadji II, III, u IV kienu l-istadji fejn il-proporzjon C/N/P tnaqqas għal 100:8:1, 64:8:1, u 32:6:1, rispettivament. Ir-rati medji ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N għal R1 kienu 92.53%, 95.83%, 99.70%, u 98.31%, rispettivament; ir-rati medji ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N għal R2 kienu 84.34%, 91.82%, 99.70%, u 97.52%, rispettivament. Ir-rati medji ta 'tneħħija TN għal R1 kienu 89.53%, 87.21%, 82.44%, u 83.20%, rispettivament; ir-rati medji ta 'tneħħija TN għal R2 kienu 78.3%, 78.89%, 73.26%, u 76.66%, rispettivament. Meta mqabbla ma 'R2, ir-rati medji ta' tneħħija ta 'NH₄⁺-N għal R1 żdiedu b'9.7%, 4.36%, 0%, u 0.82%, rispettivament; ir-rati medji ta 'tneħħija TN żdiedu b'14.35%, 10.55%, 12.54%, u 8.3%, rispettivament. Wieħed jista 'jara li s-sistema R1 qabżet R2 fit-tneħħija tan-nitroġenu fl-istadji kollha, speċjalment fl-istadji bikrija tat-tħaddim tas-sistema, bid-differenza tistabbilizza gradwalment fi stadji aktar tard.

Matul l-Istadju I, il-konċentrazzjoni influwenti NH₄⁺-N kienet baxxa, u s-sors tal-karbonju kien relattivament biżżejjed biex bażikament jissodisfa r-rekwiżiti tad-denitrifikazzjoni, għalhekk il-konċentrazzjoni TN tal-effluwent kienet baxxa. Il-mikro-organiżmi mlaqqma kienu għadhom fl-istadju ta 'adattament, u l-komunità mikrobjali funzjonali fi ħdan is-sistema ma kinitx stabbilita għal kollox, li rriżultat f'tneħħija instabbli ta' NH₄⁺-N, iżda stabbilizzat gradwalment aktar tard. Ma ġiet osservata l-ebda differenza sinifikanti bejn iż-żewġ reatturi (R1 u R2) matul dan l-istadju. Id-dħul fl-Istadju II, il-konċentrazzjoni influwenti NH₄⁺-N żdiedet f'daqqa, iżda l-kundizzjonijiet ta 'arjazzjoni ma ġewx aġġustati simultanjament, u kkawżaw varjazzjonijiet sinifikanti fis-sistema, speċjalment fit-tneħħija ta' NH₄⁺-N u TN. Wara madwar 6 ijiem ta 'tħaddim, iż-żewġ reatturi gradwalment irkupraw l-istabbiltà. Huwa spekulat li t-tagħbija għolja tan-nitroġenu ta 'l-ammonja ppromwoviet il-proliferazzjoni rapida ta' batterji nitrifikanti, u b'hekk ittejjeb l-effiċjenza tal-proċess ta 'nitrifikazzjoni. Hekk kif kompliet it-tħaddim tas-sistema, is-sistema ta' nitrifikazzjoni-denitrifikazzjoni fi ħdan ir-reatturi stabbilita u stabbilizzata gradwalment, u l-varjazzjoni tal-konċentrazzjoni TN naqset. Minħabba l-preżenza tat-trasportatur modifikat, is-sistema R1 kisbet TN residwu aktar baxx, bit-trasportatur itejjeb ir-rata ta 'tneħħija ta' TN tar-reattur u jtejjeb ukoll l-adattabilità tas-sistema għal tagħbijiet ta 'xokk. Fid-49 jum, biex tittejjeb it-tneħħija tal-PO₄, l-intensità tal-arjazzjoni żdiedet, u tippromwovi proċess ta 'nitrifikazzjoni aktar komplut. Madankollu, iż-żieda fin-nitrat prodott min-nitrifikazzjoni wasslet għal domanda ogħla għal sorsi tal-karbonju għad-denitrifikazzjoni, filwaqt li s-sors tal-karbonju influwenti kien relattivament insuffiċjenti f'dan l-istadju, li jirriżulta f'ċertu grad ta 'żieda fl-effluwent TN. Fl-Istadju III, il-COD tnaqqas aktar, u għamel is-sors tal-karbonju disponibbli għad-denitrifikazzjoni fi ħdan ir-reattur saħansitra aktar skars, illimita aktar it-tneħħija tat-TN, u l-livell ġenerali tal-konċentrazzjoni tal-effluwent TN żdied. Madankollu, is-sistema R1 xorta żammet prestazzjoni aħjar tat-tneħħija tat-TN minn R2, u turi l-effett tat-titjib tat-trasportatur. Fl-Istadju IV, il-konċentrazzjoni tan-nitroġenu tal-ammonja żdiedet aktar. Ibbażat fuq l-esperjenza mill-istadju preċedenti, l-arjazzjoni żdiedet kemmxejn u l-ħin tal-arjazzjoni ġie estiż għal 4 sigħat, li jippromwovi l-attività tal-batterji nitrifikanti, jagħmel il-proċess ta 'nitrifikazzjoni aktar komplut, u jkompli jtejjeb l-effiċjenza tat-tneħħija ta' NH₄⁺-N. Madankollu, quddiem l-isfida tad-defiċjenza tas-sors tal-karbonju, il-proċess ta 'denitrifikazzjoni kien limitat, u l-konċentrazzjoni TN żdiedet ftit fl-istadju aktar tard. B'mod ġenerali, ir-reattur R1 kien għadu superjuri għal R2, u wera kapaċità ta 'tneħħija ta' TN aktar b'saħħitha, li jindika li wara tħaddim fit-tul-, l-istruttura tal-bijofilm stabbli u l-ambjent aerobiku sinerġiku-anossiku iffurmat f'R1 ipprovdew spazju u kundizzjonijiet tajbin għall-proċess simultanju ta 'nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni (SND). Zhang Kefang et al. uża proċess SBR biex jittratta ilma tad-drenaġġ b'proporzjon C/N baxx, u kiseb ossidazzjoni tal-materja organika, nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni f'reattur wieħed, b'rata ta 'tneħħija TN li taqbeż it-80%. Dawn ir-riżultati juru b'mod effettiv li d-denitrifikazzjoni bijoloġika ta'-stadju wieħed hija kompletament fattibbli.

2.3 Prestazzjoni tat-Tneħħija tat-TP

Fit-trattament tal-ilma mormi, it-tneħħija tal-fosfru tiddependi prinċipalment fuq mikro-organiżmi speċifiċi, bħal organiżmi li jakkumulaw-fosfru (PAOs), li jassorbu fosfru solubbli taħt kundizzjonijiet aerobiċi u jirrilaxxaw fosfru taħt kundizzjonijiet anerobiċi.Figura 4juri l-prestazzjoni tat-tneħħija tat-TP tar-reatturi. TP tneħħa matul l-istadju ta 'arjazzjoni aerobika. Il-konċentrazzjoni TP fl-Istadji I, II, u III baqgħet ma nbidlitx, b'konċentrazzjoni medja ta' influwenti ta' 5.01 mg/L. Fl-Istadju IV, il-konċentrazzjoni medja ta' TP influwenti kienet 10.30 mg/L. Il-konċentrazzjonijiet medji ta 'effluwent għal R1 f'kull stadju kienu 0.27 mg/L, 0.16 mg/L, 0.13 mg/L, u 1.92 mg/L, rispettivament, b'rati medji ta' tneħħija ta '94.73%, 96.78%, 97.54%, u 81.35%, rispettivament. Il-konċentrazzjonijiet medji ta 'effluwent għal R2 kienu 0.39 mg/L, 0.35 mg/L, 0.33 mg/L, u 0.33 mg/L, rispettivament, b'rati medji ta' tneħħija ta '92.19%, 93.01%, 93.61%, u 68.79%, rispettivament. Meta mqabbla ma 'R2, ir-rati medji ta' tneħħija ta 'TP għal R1 żdiedu b'2.75%, 4.05%, 4.20%, u 18.26% f'kull stadju, rispettivament.

Fis-sistema R1, it-trasportatur jipprovdi wiċċ għat-twaħħil tal-mikrobi, jippromwovi t-tkabbir u l-metaboliżmu ta 'PAOs, jgħin biex jifforma bijofilm stabbli, itejjeb l-attività tal-komunità mikrobjali, u b'hekk itejjeb il-kapaċità tat-tneħħija tal-fosfru tar-reattur u jagħmel il-proċess bijoloġiku tat-tneħħija tal-fosfru aktar effiċjenti. Fl-Istadju II, billi tinbidel il-konċentrazzjoni NH₄⁺-N biex tippromwovi n-nitrifikazzjoni, il-konsum tal-ossiġnu tas-sistema żdied. Għalhekk, fid-49 jum, l-arjazzjoni żdiedet biex titħaffef it-tneħħija tal-fosfru. Fl-Istadju III, it-tnaqqis fil-COD wassal għal defiċjenza tas-sors tal-karbonju, li mhux biss ixekkel il-proċess ta 'denitrifikazzjoni iżda affettwa wkoll l-attività metabolika tal-PAOs. Fl-Istadju IV, is-sistema waqgħet minħabba li l-proporzjon C/N fir-reattur niżel minn 8 għal 5.3. Il-kompetizzjoni intensifikata għas-sorsi tal-karbonju naqqset is-sors tal-karbonju disponibbli għall-PAOs fl-istadju anerobiku, li wassal għal tnaqqis fis-sinteżi tal-PHA, li min-naħa tagħha affettwaw l-idroliżi tal-polifosfat u l-ossidazzjoni tal-PHA taħt kundizzjonijiet aerobiċi, fl-aħħar ixekklu t-tkabbir tal-PAO u l-kapaċità tal-assorbiment tal-fosfru, u rriżultat fi tnaqqis fl-effiċjenza tat-tneħħija tal-fosfru. Madankollu, il-fosfru residwu f'R1 kien għadu aktar baxx minn dak f'R2, li jindika li l-effett ta 'promozzjoni tat-trasportatur għadu jeżisti.

3 Konklużjoni

Sar esperiment komparattiv bejn is-sistema S-MBBR mibnija u s-sistema SBR biex jevalwaw b'mod sistematiku l-prestazzjoni tagħhom tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru taħt kundizzjonijiet ta' ilma mormi b'proporzjon C/N baxx. Ir-riżultati wrew li s-sistema S-MBBR qabżet is-sistema SBR konvenzjonali fit-tneħħija ta 'COD, NH₄⁺-N, TN, u TP. Speċjalment taħt kundizzjonijiet defiċjenti ta' sors tal-karbonju-, iż-żidiet massimi fir-rati ta' tneħħija għal TN u NH₄⁺-N laħqu 14.35% u 8.19%, rispettivament. Barra minn hekk, is-sistema S-MBBR uriet reżistenza qawwija għal xokkijiet tat-tagħbija u stabbiltà tal-effluwent fi stadji operattivi differenti. L-introduzzjoni ta 'trasportaturi sospiżi ottimizzat b'mod effettiv l-istruttura mikroambjentali tas-sistema, ippromwoviet l-okkorrenza ta' nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni simultanja (SND), tejbet id-diversità tal-mikrobi u l-attività metabolika, u tejbet il-kapaċità ġenerali tat-trattament tas-sistema. Ir-riżultati tar-riċerka jindikaw li t-teknoloġija S-MBBR għandha prospetti tajbin ta' applikazzjoni għat-trattament tal-ilma tad-drenaġġ b'proporzjon C/N baxx u tista' tipprovdi appoġġ tekniku għall-ottimizzazzjoni u l-aġġornament tal-proċessi eżistenti tat-trattament tal-ilma mormi.