INTRODUZZJONI
L-aċċelerazzjoni tal-urbanizzazzjoni għamlet il-problemi tat-tniġġis dejjem aktar prominenti, fosthom id-drenaġġ urban sar kwistjoni ewlenija. L-ilma mormi ġġenerat mill-produzzjoni industrijali u l-ħajja ta’ kuljum mhux biss iħammeġ serjament ix-xmajjar u s-sorsi tal-ilma iżda joħloq ukoll theddida kbira għas-saħħa tal-bniedem u l-ambjent ekoloġiku. Għalhekk, it-titjib tal-kwalità tat-trattament tad-drenaġġ urban biex jiġi żgurat l-iżvilupp b'saħħtu tal-bliet sar problema urġenti li għandha tiġi solvuta.
Metodi tradizzjonali ta 'trattament kimiku, jekk jitħaddmu ħażin, jistgħu faċilment jikkawżaw tniġġis sekondarju u jibdlu l-istruttura naturali ta' korpi ta 'ilma mhux imniġġsa. B'kuntrast, it-teknoloġija tal-bijoawmentazzjoni bbażata fuq il-bijofilm, bħala mezz emerġenti ta 'trattament tad-drenaġġ urban, turi vantaġġi uniċi. Din it-teknoloġija tista 'mhux biss tevita tniġġis sekondarju iżda għandha wkoll il-karatteristiċi ta' tħaddim sempliċi u trattament ta'-ħin reali. Aktar importanti minn hekk, it-teknoloġija tal-bijoawmentazzjoni hija inqas affettwata mill-konċentrazzjoni u s-salinità tal-inkwinanti, iżżomm attività għolja anke taħt kundizzjonijiet ħżiena, u ma tikkawżax trasferiment ta 'tniġġis meta tittratta drenaġġ tossiku.
Madankollu, l-effett attwali tat-trattament tal-bijofilm huwa influwenzat minn ħafna fatturi, fosthom it-tip ta 'trasportatur huwa wieħed mill-fatturi ewlenin. Trasportaturi differenti għandhom effetti differenti fuq it-tkabbir u l-prestazzjoni tal-bijofilm. Għalhekk, l-għażla ta 'trasportaturi xierqa hija kruċjali għat-titjib tal-effettività tat-teknoloġija tal-bijoawmentazzjoni fit-trattament tat-tniġġis tal-ilma. Għal dan il-għan, dan id-dokument iwettaq-analiżi u riċerka fil-fond dwar il-metodu tat-trattament tal-bijoawmentazzjoni għat-tniġġis tal-ilma urban fl-inġinerija tal-protezzjoni ambjentali permezz ta 'esperimenti, bil-għan li jinstab l-aħjar tip ta' trasportatur u kundizzjonijiet operattivi, u biex jipprovdi appoġġ tekniku aktar effettiv għat-trattament tat-tniġġis tal-ilma urban.
1 MATERJALI U METODI SPERIMENTALI
1.1 Setup Sperimentali
L-esperiment uża reattur tal-bijofilm tal-plexiglass b'dimensjonijiet ta '20 ċm x 50 ċm u volum effettiv ta' 6.85 L. L-apparat ta 'arjazzjoni kien pompa li żżid l-ossiġnu-, li l-funzjoni ewlenija tagħha kienet li tipprovdi ossiġnu lill-mikro-organiżmi u tiżgura sospensjoni suffiċjenti tal-ġarriera sospiża. Matul il-perjodu ta' arjazzjoni intermittenti ta' 3 sigħat, intuża ħawwad biex jitħallat bis-sħiħ il-likwidu solidu-(trasportaturi mikrobiċi u drenaġġ). It-temperatura tar-reazzjoni kienet ikkontrollata fi 28 ± 1 grad bl-użu ta 'apparat ta' kontroll tat-temperatura. Is-setup sperimentali ġenerali jidher fil-Figura 1.
Kif muri fil-Figura 1, ir-reatturi (a) u (b) ġew imlaqqma b'sediment, bi trasportaturi jkunu trasportaturi sospiżi u trasportaturi elastiċi, rispettivament; reatturi (c) u (d) ġew imlaqqma b'ħama attivata, b'trasportaturi jkunu trasportaturi sospiżi u trasportaturi elastiċi, rispettivament. Il-parametri operattivi ta 'l-erba' reatturi (a) ~ (d) kienu bażikament l-istess. Il-mod ta 'tħaddim kien arjazzjoni intermittenti ta' 3 h + 3 h b'intensità ta 'arjazzjoni li tiżdied gradwalment u skariku ta' ħama intermittenti. Ir-rata ta 'arjazzjoni kienet ta' 3 L/min għal jiem 1-2, 2 L/min għal jiem 3-9, u 3 L/min wara jum 9. Il-metodu ta 'twaħħil tal-bijofilm kien skariku komplut wara 2 ijiem ta' tħaddim intermittenti.
1.2 Materjali Sperimentali
1.2.1 Konfigurazzjoni ta' Trasportaturi Mikrobiċi
Konfigurazzjoni ta 'trasportatur elastiku: L-esperiment uża korrużjoni ta' dijametru ta '4 mm-ħabel ċentrali reżistenti串联 madwar 600 sustanza filamentoża magħmula minn polietilene ta' densità għolja- bħala l-ġarrier elastiku, li kien iffissat fil-quċċata tar-reattur tal-bijofilm u mdendel b'mod naturali. L-għoli tal-mili ta 'dan it-trasportatur kien 26 mm, dijametru tal-filament 10 mm, massa 0.978 g/cm³, erja tal-wiċċ speċifika 500 m²/cm⁻³, porożità akbar minn 95%, u proporzjon tal-mili 60%.
Konfigurazzjoni tal-ġarriera sospiża: It-trasportaturi sospiżi kienu sustanzi granulari magħmula minn polyvinyl chloride, madwar 260 partiċelli, li kienu fi stat fluwidizzat waqt l-arjazzjoni. Id-dijametru tal-ġarr kien 150 mm, dijametru tal-partiċelli 0.5 mm, massa 100 g/cm³, erja tal-wiċċ speċifika 311 m²/cm⁻³, porożità akbar minn 99%, u proporzjon tal-mili 60%.
1.2.2 Preparazzjoni ta 'Ilma Sperimentali
L-ilma sperimentali kien ippreparat ibbażat fuq il-kwalità tal-ilma tax-Xmara Mihe fil-Belt ta 'Weifang, Provinċja ta' Shandong. Inkwinanti komuni fl-ilma tax-Xmara Mihe, bħal KNO₃, NH₄Cl, C₆H₁₂O₆, u NaNO₂, ġew miżjuda. It-temperatura ta 'l-ilma kienet ikkontrollata f'7.8 gradi –31.8 gradi, pH f'7.01–8.66, DO f'6.46–11.35 mg/L, NH₄⁺-N f'0.35–6.51 mg/L, u COD f'102–273 mg/L. Oligoelementi bħal Cu²⁺, Mg²⁺, u Mn²⁺ ġew miżjuda wkoll biex jipprovdu ambjent ta 'għajxien tajjeb għall-mikro-organiżmi. Wara ż-żieda, il-konċentrazzjonijiet kienu: CuSO₄·5H₂O 9.68 ug/L, MgSO₄ 15.2 ug/L, MnCl₂·4H₂O 211 ug/L, FeCl₃ 5.88 ug/L, ZnSO₄·7H,₂9 ug/L, 4H₂O 211 ug/L, CoCl₂·6H₂O 3.85 ug/L.
1.2.3 Ħama Inokulata Sperimentali
Is-sediment imlaqqam ittieħed mit-tajn tax-Xmara Mihe fil-Belt ta 'Weifang, Provinċja ta' Shandong, u l-ħama attivata mlaqqma ttieħdet mit-tank tal-arjazzjoni ta 'impjant tat-trattament tal-ilma mormi fil-Belt ta' Weifang. Is-sediment inokulat ġie maħsul b'ilma distillat u ffiltrat minn għarbiel ta 'l-istainless steel ta' 0.45 mm. Is-sediment u l-ħama attivata tpoġġew rispettivament fil-qiegħ tar-reattur tal-bijofilm fi proporzjon ta '1:10.
1.3 Metodi ta 'Analiżi
1.3.1 Metodi ta 'Analiżi ta' Indikatur tal-Kwalità tal-Ilma
Il-metodi kollha tal-analiżi tal-indikatur tal-kwalità tal-ilma fl-esperiment segwew metodi standard nazzjonali. Il-valur finali ta 'kull indikatur kien il-medja ta' tliet esperimenti. Il-proċeduri speċifiċi tal-kejl huma kif ġej:
pH, DO, T:Imkejjel bl-użu ta' arloġġ tal-ossiġnu maħlul Mettler-Toledo. Il-passi speċifiċi kienu: jiżguraw li l-miter ikun f'kondizzjoni tajba tax-xogħol; kejjel il-pH; kejjel l-ossiġnu maħlul (DO); kejjel it-temperatura (T).
NH₄⁺-N:Imkejjel bil-metodu kolorimetriku tar-reaġent ta' Nessler. Il-passi kienu: żid ammont xieraq ta 'soluzzjoni ta' idrossidu tas-sodju mal-kampjun tal-ilma biex tikkonverti NH₄⁺ għal NH₃. Tipikament, 0.2 g NaOH huwa miżjud għal kull 10 mL ta 'kampjun ta' ilma. Żid ir-reaġent ta' Nessler qatra mal-kampjun tal-ilma trattat biex jirreaġixxi mal-NH₃ ġġenerat biex jifforma preċipitat isfar. Stenna 15-30 minuta għall-formazzjoni sħiħa tal-preċipitat. Aktar ma jkun għoli l-kontenut ta' NH₄⁺-N, iktar ikun skur il-kulur tas-soluzzjoni. Ikkalkula l-konċentrazzjoni NH₄⁺-N ibbażata fuq ir-riżultati kolorimetriċi jew il-qari tal-assorbiment.
COD:Imkejjel b'metodu ta 'diġestjoni rapida. Il-passi kienu: żid ammont xieraq tal-kampjun ta 'l-ilma ma' flask tad-diġestjoni, u żid ammont xieraq ta 'aċidu perkloriku u aċidu sulfuriku biex tinkiseb diġestjoni aċiduża tal-kampjun. Kun żgur li l-pH tal-kampjun ikun taħt 2. Diġestjoni tas-sħana: poġġi l-flask tad-diġestjoni f'banju ta' l-ilma b'temperatura kostanti jew heater ta 'shaker, saħħan sa jagħli u żomm għal perjodu (ġeneralment sagħtejn). Kessaħ il-garafina tad-diġestjoni għat-temperatura tal-kamra. Żid indikatur: żid ammont żgħir ta 'sulfid tal-fidda bħala indikatur biex tassorbi l-aċidu kloriku li jifdal. Titrazzjoni: uża Rhodamine B għat-titrazzjoni. Żid Rhodamine B qatra mal-kampjun sakemm il-kulur jinbidel minn roża għal isfar-aħdar. Ikkalkula l-konċentrazzjoni COD.
1.3.2 Metodu ta 'Analiżi Karatteristika tal-Bijofilm
L-ammont tal-bijofilm ġie ddeterminat bil-metodu tal-mili. Il-kontenut ta' polysaccharide u l-kontenut ta' proteina ġew determinati bil-metodu ta' distillazzjoni tal-aċidu nitriku-u l-metodu Coomassie Brilliant Blue bl-użu tal-albumina tas-serum bovin bħala l-istandard, rispettivament. Is-somma tat-tnejn kienet il-kontenut EPS. Il-kontenut tal-EPS intuża bħala indikatur għall-analiżi tal-karatteristiċi tal-bijofilm. L-esperiment analizzat prinċipalment ir-rwol tal-EPS fl-aggregazzjoni taċ-ċelluli mikrobjali. Il-kampjuni tal-bijofilm qabel u wara t-tneħħija tal-EPS ġew miżuna, u ġiet miżjuda soluzzjoni ta '0.9% NaCl biex tipprepara sospensjoni. Il-valur OD₆₀₀ tas-sospensjoni ġie aġġustat għal 0.6 fuq spettrofotometru. Ammont xieraq ta 'sospensjoni tpoġġa f'tubu ċentrifugu ta' 5 mL, u ttieħdu 3 mL tas-supernatant kull siegħa biex titkejjel OD₆₀₀. Il-perċentwal tal-aggregazzjoni taċ-ċelluli mikrobjali fil-ħin t ġie kkalkulat skont il-formula.
Il-proċess ta' aggregazzjoni segwa ekwazzjoni kinetika tal-ewwel-ordni.
2 RIŻULTATI U DISKUSSJONI
2.1 Analiżi tal-Kwalità tad-Drenaġġ Waqt it-Twaħħil tal-Bijofilm Bidu-ma' Trasportaturi differenti
Skont il-parametri operattivi, ir-reatturi nbdew, u l-konċentrazzjonijiet ta 'NH₄⁺-N u COD fid-drenaġġ ġew ittestjati skont il-proċeduri biex titqabbel il-prestazzjoni tat-tneħħija ta' NH₄⁺{-N u COD b'sorsi ta 'inokulazzjoni differenti u trasportaturi differenti.
Mill-Figura 2(a), wieħed jista 'jara li skont l-effiċjenza tat-tneħħija ta' NH₄⁺-N, il-proċess tal-bidu-up tat-twaħħil tal-bijofilm kien maqsum fi tliet stadji: adattament, tkabbir mgħaġġel u stabbilizzazzjoni. Matul il-proċess tal-bidu-up, l-effiċjenza tat-twaħħil tal-bijofilm ta 'trasportaturi sospiżi u elastiċi mlaqqma b'ħama attivata kienet aħjar minn dik ta' trasportaturi mlaqqma bis-sediment. Fosthom, ir-reattur (b) kiseb it-twaħħil tal-bijofilm b'suċċess fit-12-il jum, filwaqt li r-reattur (a) kien kemxejn aktar bil-mod. Minħabba l-vantaġġi strutturali tiegħu, it-trasportatur elastiku kien jeħtieġ żmien iqsar għat-twaħħil tal-bijofilm, filwaqt li t-trasportatur sospiż, minħabba l-materjal tiegħu, kien aktar suxxettibbli għal distakk tal-bijofilm, u jnaqqas l-effiċjenza tat-twaħħil. Dan jindika li l-mikro-organiżmi attivi abbundanti fil-ħama attivata tejbu l-effiċjenza tal-bidu-ta' twaħħil tal-bijofilm.
Mill-Figura 2(b), wieħed jista 'jara li r-rati tat-tneħħija tas-COD tar-reatturi (a)~(d) l-ewwel żdiedu u mbagħad stabbilizzaw. Fost dawn, ir-reattur (b) laħaq tneħħija ta '80% aktar malajr minn (a), filwaqt li kemm (c) kif ukoll (d) stabbilizzaw 'il fuq minn 80% fil-jum 9. Dan huwa minħabba li l-kapaċità qawwija ta 'assorbiment u l-istruttura tan-netwerk cross-linked tat-trasportatur elastiku żiedu l-erja ta' kuntatt bejn mikro-organiżmi u drenaġġ, u tejbet l-effiċjenza tal-interċettazzjoni tal-materja organika. Barra minn hekk, l-adeżività u r-rikkezza tal-ħama attivata tejbu wkoll it-tneħħija tal-COD.
2.2 Analiżi ta 'l-Influwenza ta' Fatturi Differenti fuq il-Prestazzjoni tal-Bijofilm
Ibbażat fuq ir-riżultati tal-analiżi ta 'hawn fuq, il-bijofilm iffurmat mir-reattur (d) (imlaqqam b'ħama attivata u trasportatur elastiku), li kellu l-aħjar effett ta' tneħħija ta 'tniġġis, intgħażel bħala l-bijofilm għal esperimenti sussegwenti biex tanalizza aktar l-influwenza ta' fatturi differenti fuq il-prestazzjoni tal-bijofilm. Ir-riżultati huma murija fil-Figura 3.
2.2.1 DO
It-temperatura tal-ilma sperimentali kienet issettjata għal 26 grad –28 grad, pH 6.8–7.2, u rata tal-fluss tal-ilma 7.8–8.1 L/min. Ir-rati ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u COD tqabblu hekk kif il-konċentrazzjoni DO żdiedet minn 1.5 mg/L għal 4.5 mg/L, kif muri fil-Figura 3(a).
Mill-Figura 3(a), wieħed jista 'jara li hekk kif il-konċentrazzjoni DO żdiedet, ir-rati ta' tneħħija ta 'NH₄⁺-N u COD żdiedu. Meta DO kien 1.5 mg/L, ir-rati ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u COD kienu madwar 34% u 48%, rispettivament. F'dan iż-żmien, il-korp ta 'l-ilma kien fi stat anosiku, b'trasferiment ta' ossiġnu insuffiċjenti għall-bijofilm, li jagħmilha diffiċli biex jikbru batterji nitrifikanti, li jirriżultaw f'rati baxxi ta 'tneħħija. Imbagħad, hekk kif DO żdied għal 3.5 mg/L, iż-żewġ rati ta 'tneħħija żdiedu b'mod sinifikanti, u minn hemm 'il quddiem il-bidla gradwalment iċċattjata. Jiġifieri, wara li DO qabeż it-3.5 mg/L, DO ma kienx għadu fattur ewlieni li jaffettwa t-tneħħija ta' NH₄⁺-N u COD.
2.2.2 pH
It-temperatura sperimentali tal-ilma ġiet issettjata f'26 grad –28 grad, ir-rata tal-fluss tal-ilma 7.8–8.1 L/min, u HCl u NaHCO₃ intużaw biex jaġġustaw il-pH. Ir-rati ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u COD tqabblu hekk kif il-pH żdied minn 6 għal 9. Wieħed jista 'jara li hekk kif żdied il-pH, ir-rati ta' tneħħija ta 'NH₄⁺{-N u COD l-ewwel żdiedu u mbagħad naqsu, it-tnejn laħqu massimu f'pH 7. pH jaffettwa b'mod sinifikanti l-batterji nitrifikanti. Il-pH ottimali għat-tkabbir tal-batterja nitrifika huwa 7.5-8.0, u l-attività tagħhom hija l-aktar b'saħħitha f'pH 7.0-7.8. Lil hinn minn din il-firxa, l-attività tagħhom tonqos drastikament, li jwassal għal tnaqqis fir-rati ta’ tneħħija ta’ NH₄⁺-N u COD, konsistenti mal-figura.
2.2.3 Veloċità tal-Fluss tal-Ilma
It-temperatura tal-ilma sperimentali ġiet issettjata għal 26 grad –28 grad, pH 6.8–7.2, DO 3.5–4.5 mg/L. Ir-rati ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u COD tqabblu hekk kif il-veloċità tal-fluss tal-ilma żdiedet minn 6.5 L/min għal 9.5 L/min. Wieħed jista 'jara li qabel ma l-veloċità tal-fluss laħqet 8.0 L/min, ir-rati ta' tneħħija żdiedu biż-żieda fil-veloċità tal-fluss, laħqu massimu ta '8.0 L/min, u mbagħad bdew jonqsu. Dan għaliex veloċità xierqa tal-fluss tippromwovi l-moviment tal-ilma, taċċellera t-trasport ta 'sustanzi u ossiġnu fil-bijofilm, iżda veloċità tal-fluss eċċessivament għolja tħalli impatt fuq il-bijofilm, u tikkawża xi telf ta' bijofilm, u b'hekk taffettwa l-effiċjenza tat-trattament.
2.2.4 Tagħbija COD
It-temperatura tal-ilma sperimentali ġiet issettjata għal 26 grad –28 grad, DO 3.5 mg/L, pH 7, veloċità tal-fluss tal-ilma 8 L/min. Ir-rati ta' tneħħija ta' NH₄⁺-N u COD tqabblu hekk kif it-tagħbija COD żdiedet minn 15 g/m²·d għal 30 g/m²·d. Wieħed jista 'jara li meta t-tagħbija COD żdiedet minn 15 g/m²·d għal 30 g/m²·d, ir-rati ta' tneħħija żdiedu malajr u mbagħad stabbilizzaw gradwalment, u laħqu massimu f'tagħbija COD ta '25 g/m²·d. F'dan il-punt, ir-rata tat-tneħħija ta 'NH₄⁺-N kienet qrib id-90%, u r-rata tat-tneħħija tas-COD qabżet id-90%. Meta t-tagħbija COD qabżet il-25 g/m²·d, iż-żieda ulterjuri tat-tagħbija ma bidlitx b'mod sinifikanti r-rati tat-tneħħija. It-tagħbija COD ottimali għall-bijofilm użat fl-esperiment kienet 25 g/m²·d.
2.2.5 Influwent C/N Proporzjon
It-temperatura tal-ilma sperimentali ġiet issettjata għal 26 grad –28 grad, DO 3.5 mg/L, pH 7, veloċità tal-fluss tal-ilma 8 L/min. Ir-rati ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u COD tqabblu f'proporzjonijiet C/N influwenti ta '5.3, 10.2, u 14.6, b'riżultati murija fil-Figura 3(e).
Mill-Figura 3(e), wieħed jista 'jara li meta l-proporzjon C/N influwenti kien 5.3, il-bijofilm kiseb rata tajba ta' tneħħija ta 'NH₄⁺-N ta' 90%, iżda r-rata ta 'tneħħija COD kienet baxxa. Dan minħabba li proporzjon C/N baxx jiffavorixxi t-tkabbir ta 'batterji nitrifikanti awtotrofiċi, li jagħmilhom jikkompetu b'mod aktar qawwi għan-nutrijenti u DO minn batterji nitrifikanti eterotrofiċi, li jwassal għal żbilanċ bejn batterji nitrifikanti eterotrofiċi u awtotrofiċi, li jirriżulta f'tneħħija fqira ta' COD. Meta l-proporzjon C/N influwenti kien 10.2, il-bijofilm kiseb rati ta 'tneħħija relattivament għolja kemm għal NH₄⁺-N u COD, minħabba li taħt din il-kundizzjoni, batterji nitrifikanti eterotrofiċi u awtotrofiċi kibru f'bilanċ, u l-effiċjenza tal-purifikazzjoni tal-bijofilm kienet għolja. Meta l-proporzjon C/N influwenti kien 14.6, ir-rata tat-tneħħija tas-COD kienet għolja, li taqbeż id-90%, iżda r-rata tat-tneħħija ta 'NH₄⁺-N niżlet f'daqqa għal madwar 65% biss. Għalhekk, meta jintgħażel il-proporzjon C/N influwenti, għandhom jiġu kkunsidrati kemm NH₄⁺-N kif ukoll l-effiċjenzi tat-tneħħija tas-COD.
3 KONKLUŻJONI
Biex jittejjeb l-effett tat-trattament tat-tniġġis tal-ilma, ġie propost metodu ta 'trattament tal-bijoawmentazzjoni għat-tniġġis tal-ilma urban ibbażat fuq il-bijofilm. Inbena reattur tal-bijofilm biex iqabbel il-prestazzjoni tal-bidu-up tal-biofilm ma' sorsi ta' inokulazzjoni differenti u trasportaturi differenti, kif ukoll l-effetti ta' DO, pH, veloċità tal-fluss tal-ilma, tagħbija COD, u proporzjon C/N influwenti fuq l-effiċjenza tat-trattament tad-drenaġġ tal-bijofilm. L-analiżi wriet li l-bijofilm trasportatur elastiku inokulat b'ħama attivata kellu rati ogħla ta 'tneħħija għal NH₄⁺-N u COD, u kiseb prestazzjoni aħjar ta' trattament. Barra minn hekk, meta l-konċentrazzjoni DO nżammet fi 3.5 mg/L, pH ikkontrollat fil-medda xierqa ta '7.0 sa 7.8, veloċità tal-fluss tal-ilma stabbilizzata fi 8.0 L/min, tagħbija COD f'25 g/m² · d, u proporzjon C/N influwenti aġġustat għal 10.2, il-bijofilm wera l-aħjar effett ta' tneħħija ta 'tniġġis. Fil-qosor, il-metodu ta 'trattament tal-bijoawmentazzjoni għat-tniġġis tal-ilma urban ibbażat fuq il-bijofilm juri vantaġġi u potenzjal sinifikanti. Il-ġenerazzjoni tal-bijofilm imfassal għall-kundizzjonijiet lokali għat-trattament tat-tniġġis tal-ilma urban jipprovdi ideat għat-titjib tat-tniġġis tal-ilma urban u ż-żamma tal-bilanċ ekoloġiku urban.