Ottimizzazzjoni tal-Prestazzjoni U Suċċessjoni tal-Komunità Mikrobika fi Proċess Kontinwu ta' -MBBR Anossiku ta' Fluss-AAO Għat-Tneħħija Mtejba tan-Nitroġenu U Fosfru Mid-Drenaġġ Muniċipali

Ottimizzazzjoni tal-Prestazzjoni u Mikrobiċi Suċċessjoni tal-Komunità ta' Proċess AO ta' -Fluss Kontinwu Anossiku MBBR-AAO

F'dawn l-aħħar snin, it-trattament avvanzat tad-drenaġġ urban u r-realizzazzjoni tar-riċiklaġġ tar-riżorsi saru suġġetti jaħarqu fil-qasam tal-ambjent tal-ilma. Madankollu, il-proċessi tradizzjonali tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru adottati b'mod wiesa 'mill-impjanti tat-trattament tal-ilma mormi mhux biss jirriżultaw f'ħela eċċessiva ta' riżorsi iżda jżidu wkoll l-ispejjeż operattivi [1]. Barra minn hekk, it-tnaqqis gradwali fil-proporzjon tal-karbonju-għa-nitroġenu (C/N) tad-drenaġġ urban u d-differenzi fl-ambjenti tal-għajxien ta' komunitajiet mikrobjali funzjonali differenti saru fatturi limitanti importanti għat-teknoloġiji tat-trattament tal-ilma.

Il-proċess tal-ħama -ibridu MBBR tal-film jgħaqqad il-proċess tal-ħama attivat mal-proċess tal-bijofilm trasportatur sospiż biex jinkiseb arrikkiment imsaħħaħ ta 'mikro-organiżmi funzjonali, isolvi l-problemi ta' okkupazzjoni kbira tal-art u tolleranza fqira ta'-temperatura baxxa tal-proċess tradizzjonali tal-ħama attivata [2]. Fl-2008, Wuxi Lucun Wastewater Treatment Plant fil-Provinċja ta 'Jiangsu, bħala l-ewwel impjant tat-trattament tad-drenaġġ fiċ-Ċina biex iwettaq l-aġġornament u r-rikostruzzjoni għall-istandards tal-Klassi IA, tejjeb b'suċċess l-effett tat-trattament billi żied trasportaturi sospiżi mas-sistema tal-ħama [3]; Hu Youbiao et al. [4] investiga l-effett tat-temperatura fuq it-tneħħija tan-nitroġenu tal-ammonja u l-materja organika f'MBBR u ħama attivata, u r-riżultati wrew li t-temperatura kellha impatt iżgħar fuq MBBR iżda impatt akbar fuq il-ħama attivata; Zhang Ming et al. [5] użaw il-proċess A²O-MBBR biex jittrattaw drenaġġ domestiku rurali, u kisbu rati għoljin ta' tneħħija ta' COD, nitroġenu ta' l-ammonja, TP, u TN; Zhou Jiazhong et al. [2] misjuba permezz ta' esperimenti ta'-skala żgħira li DO, it-temperatura kienu korrelatati b'mod pożittiv mas-sistema MBBR ibrida tal-ħama-film, filwaqt li l-proporzjon C/N influwenti kien korrelatat b'mod negattiv.

Il-proċess anoxic MBBR (AM-MBBR) jista 'jwettaq denitrifikazzjoni simultanja u tneħħija tal-fosfru fit-tank anosiku, li huwa wkoll il-proċess tat-tneħħija tal-fosfru denitrifikanti (DPR). Meta mqabbel mal-proċessi tradizzjonali tat-trattament tad-drenaġġ, il-proċess DPR jista 'jiffranka sorsi ta' karbonju organiku u jnaqqas il-konsum tal-ossiġnu. Zhang Yongsheng [6] et al. żviluppaw reattur tal-bijofilm tal-fluss kontinwu-, u r-riżultati wrew li f'temperatura ta '20 grad, konċentrazzjoni DO ta' 5.5 mg/L, tagħbija ta '2.2 kg/(m³·d), u kundizzjoni ta' arjazzjoni intermittenti ta '3 h/6 h aerobika anerobika, il-konċentrazzjonijiet medji ta' COD u fosfru/L kienu 670 mg/l fosfru. mg/L, b'rati ta 'tneħħija ta' 72.9% u 78.5%, rispettivament.

Madankollu, għas-sistema tal-ħama-film ibridu AM-AAO, hemm relazzjoni kumplessa bejn ħama flocculent sospiża u bijofilm imwaħħal. Studji preċedenti ffukaw fuq prattiki ta 'inġinerija bħall-offerti u r-rikostruzzjoni ta' impjanti tat-trattament tal-ilma mormi, iżda hemm ftit studji dwar nitrifikazzjoni sinkronika u DPR biex itejbu t-tneħħija tan-nitroġenu u fosfru f'-ħama tal-fluss kontinwu-film ibridi AM-AAO sistemi, u l-istabbiltà tat-teknoloġija tal-proċess tat-tniġġis huwa wkoll wieħed mill-proċess tat-tneħħija DPR diffiċli.

Dan l-istudju ottimizza l-istrateġiji tal-bidu-u t-tħaddim tal-proċessi tal-fluss-kontinwu (AAO) u tal--ħama tal-fluss kontinwu-film ibridu (AM{-AAO), li jiffoka fuq l-investigazzjoni tal-effetti tar-rata tal-arjazzjoni, id-dożaġġ tal-mili, il-ħin ta’ ritenzjoni idrawlika (HRT), il-proporzjon tat-temperatura tal-influwenza/il-likwidu ta’ influwenza fuq il-proporzjon C/N prestazzjoni fit-tul tat-tneħħija tan-nitroġenu u fosfru tal-proċess AM-MBBR u l-effiċjenza tat-tneħħija tal-fosfru denitrifikanti fit-tank anossiku. Fl-istess ħin, ġew studjati s-suċċessjoni tal-komunitajiet tal-mikrobi u r-regoli tal-bidla tal-komunitajiet tal-mikrobi funzjonali fil-ħama attivata u l-bijofilm.

1 Materjali u Metodi

1.1 Apparat Sperimentali u Parametri Operattivi

F'dan l-istudju ntuża apparat ta' reazzjoni AAO ta' fluss-kontinwu (Figura 1). Kien magħmul minn ħġieġ organiku, b'total ta '7 kompartimenti, kull wieħed b'daqs ta' 10 cm × 10 cm × 40 cm; il-volum tax-xogħol kien 21 L, u l-proporzjon tal-volum ta 'kull tank ta' reazzjoni kien anerobiku: anossiku: aerobiku=2:2:3. It-taħwid mekkaniku ġie adottat fit-tankijiet anerobiċi u anossiċi; it-tank aerobiku uża irjus tar-ramel tal-arjazzjoni bħala arjaturi mikro-porużi u forza esterna għat-taħlit tal-ħama-ilma, u r-rata tal-arjazzjoni kienet ikkontrollata minn miter tal-fluss tal-gass. Il-konċentrazzjoni DO fit-tank aerobiku tar-reattur kienet ikkontrollata f'2 ~ 3 mg/L; it-tank tas-sedimentazzjoni sekondarju kien ċilindru b'volum ta 'ħidma ta' madwar 40 L; il-ħin taż-żamma tal-ħama (SRT) kien 40 d, u l-proporzjon ta 'rifluss tal-ħama kien 50%. Ir-reattur ħadem għal total ta' 263 d (diviż f'6 stadji ta' tħaddim), u fillers tal-polyethylene ġew miżjuda mat-tank anosiku li jibda mill-159 jum biex jaħdem fil-mod AM-AAO. Il-kundizzjonijiet operattivi speċifiċi huma murija fit-Tabella 1.

(Figura 1 Dijagramma skematika tat-tagħmir tal-proċess AM-AAO: Iċ-ċifra tinkludi barmil tad-dħul tal-ilma, pompa peristaltika, tank anerobiku, tank anosiku, tank aerobiku, tank tas-sedimentazzjoni, barmil tal-ħruġ tal-ilma, kif ukoll rifluss intern, pajpijiet ta’ rifluss tal-ħama, u valvi tad-drenaġġ)

Tabella 1 Tip ta' sistema ta' proċess u parametri operattivi

1.2 Ħama Imlaqqma u Kwalità tal-Ilma Influwenti

Il-ħama mlaqqma f'dan l-esperiment ittieħdet mill-ħama żejda mormija mit-tank tas-sedimentazzjoni sekondarju ta 'impjant tat-trattament tal-ilma mormi. Wara t-tilqim, il-konċentrazzjoni tal-ħama (MLSS) fir-reattur kienet 2.3 g/L, u s-solidi volatili tal-ħama (MLVSS) kienet 2.1 g/L.

L-influwent tar-reattur kien drenaġġ domestiku attwali mir-ristoranti, li ġie miżjud mar-reattur wara li ffiltra l-impuritajiet permezz ta 'skrin tal-filtru. Is-sustanzi li jniġġsu tiegħu kienu jinkludu NH₄⁺-N (35.0456.54 mg/L), NO₂⁻-N (00.42 mg/L), NO₃⁻-N (00.05 mg/L), COD (362.1605.1 mg/L), u PO₄³⁻-P (1~5.08 mg/L).

1.3 Oġġetti ta 'Sejbien u Metodi ta' Analiżi

1.3.1 Metodi ta' Sejbien ta' Rutina

Inġabru kampjuni ta' -ilma ta' ħama mill-influwent, tank anerobiku, tank anosiku, tank aerobiku, tank tas-sedimentazzjoni, u effluwent, u ffiltrati b'karta tal-filtru ta' 0.45 μm. NH₄⁺-N ġie determinat mill-ispettrofotometru ta' Nessler; NO₂⁻-N ġie ddeterminat permezz ta' fotometrija ta' N{-(1-naphthyl) ethylenediamine; NO₃⁻-N ġie determinat permezz ta' spettrofotometrija ultravjola; COD ġie determinat minn Lianhua 5B-3A COD ditekter rapidu b'ħafna parametri; Il-pH/DO u t-temperatura ġew determinati permezz tad-ditekter WTW Multi3620; MLSS kien determinat bil-metodu gravimetriku; L-MLVSS kien iddeterminat bil-metodu ta 'telf ta' piż tal-kombustjoni tal-muffle furnace [7].

1.3.2 Estrazzjoni u Sejbien ta' Sustanzi Polimeriċi Extraċellulari

Sustanzi polimeriċi extraċellulari (EPS) huma kkunsidrati li huma komposti minn polisakkaridi (PS), proteini (PN), u aċidi umiċi (HA). Tliet tipi ta' EPS, jiġifieri sustanzi polimeriċi extraċellulari solubbli (S-EPS), sustanzi polimeriċi extraċellulari magħqudin b'mod laxk (LB-EPS), u sustanzi polimeriċi extraċellulari magħqudin sewwa (TB-EPS), ġew separati u estratti. Il-metodu ta' determinazzjoni ta' PS kien il-metodu ta' l-aċidu sulfuriku-anthrone, u l-metodi ta' determinazzjoni ta' PN u HA ġew modifikati Folin-metodu Lowry [7].

1.3.3 Metodu ta' Kalkolu tar-Rata ta' Tneħħija ta' Pollutanti

Ir-rata tat-tneħħija tas-sustanzi li jniġġsu (SRE) intużat biex tikkaratterizza t-tneħħija ġenerali tas-sustanzi li jniġġsu tas-sistema tal-proċess AM{{0}AAO. Fosthom, Sinf u Seff huma l-konċentrazzjonijiet ta’ inkwinanti ta’ l-influwent u effluwent, rispettivament, li jistgħu jirrappreżentaw il-konċentrazzjonijiet tal-massa ta’ sustanzi li jniġġsu bħal NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD, u PO₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD, u PO₄⁺-P mg/L.

1.3.4 Metodu ta' Sekwenzar ta' -Throughput Għoli

Intuża l-metodu ta' sekwenzar ta' rendiment għoli-Illumina. Kampjuni ta’ ħama mit-tank anerobiku, tank anosiku, u tank aerobiku fil-jiem 1, 110, 194, u 237 inġabru u ssemmiet bħala grupp D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), grupp D110 (D110_A1, D110_A2, D110_A2, D10_A2, D110_A2, grupp D110_A2, D110_A2, D110_A2, D110_A2, D110_A2, D110_A2 D194_A2, D194_O), u grupp D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O), rispettivament; Inġabru kampjuni tal-ħama tal-bijofilm fil-jiem 194 u 237 u ġew imsemmija bħala M194 u M237, rispettivament. Total ta '14-il kampjun ta' ħama ġew analizzati għal bidliet fil-komunitajiet tal-mikrobi. Id-DNA ġie estratt bl-użu ta 'kit Fast DNA SPIN (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, USA). Ir-reġjun V3-V4 tal-ġene batterjali 16S rRNA ġie amplifikat bi primers 338F/806R. L-amplicons purifikati ġew sekwenzati fuq il-pjattaforma Illumina MiSeq PE300 (Illumina, USA) minn Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Shanghai, iċ-Ċina) [7].

2 Riżultati u Diskussjoni

2.1 Regoli ta'-Tneħħija ta' Pollutanti fit-Tul fil-Proċessi AAO u AM-AAO

It-tneħħija tal--inkwinanti fit-tul waqt it-tħaddim tal-proċess AAO ta'-fluss kontinwu (Stadji 13) u l-proċess AM-AAO b'mili tal-polyethylene sospiżi miżjuda (Stadji 46) huwa muri fil-Figura 2.

Fl-Istadju 1 (1 ~ 45 d), l-ammont ta 'rilaxx ta' PO₄³⁻-P (PRA) fit-tank anerobiku, l-ammont ta 'assorbiment ta' PO₄³⁻{-P fit-tank anosiku (PUAA), u l-ammont ta 'assorbiment ta' PO₄³⁻{{-P fit-tank aerobiku, 6 mg, 12 206 mg, PUA. 87.81 mg, rispettivament, u l-proċess ta 'assorbiment tal-fosfru inkiseb prinċipalment fit-tank aerobiku. Ir-rati ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u nitroġenu inorganiku totali (TIN) kienu 92.85% u 86.37%, rispettivament, li jiżguraw l-effett tad-denitrifikazzjoni. Wara -irfinar tal-arjazzjoni (DO{=2~3 mg/L), l-effett tat-tneħħija ta 'NH₄⁺{{-N żdied għal 98.68%, u l-konċentrazzjoni u r-rata ta' tneħħija tal-effluwent TIN kienu 1.75 mg/L u 95.75%, rispettivament, li jindikaw li nitrifikazzjoni ta 'proċessar ta' deifikazzjoni xierqa u konduttivi l-effett tat-tneħħija tal-COD fit-tank anerobiku ddgħajjef (91.60%). Barra minn hekk, l-irfinar-ta' DO ma kellu l-ebda effett fuq l-effluwent PO₄³⁻-P, b'medja ta' 0.47 mg/L, li hija konsistenti mal-konklużjoni ta' Yang Sijing et al. [8].

Fl-Istadju 2 (46 ~ 120 d), wara l-aġġustament HRT=8 h, il-prestazzjoni tat-tneħħija tas-COD varjat ftit; il-valuri massimi ta 'PRA, PUAA, u PUAO laħqu 148.01 mg, 81.95 mg, u 114.15 mg, li jindikaw li ż-żieda fil-fluss influwenti ma affettwatx it-tneħħija tal-fosfru, u żammew prestazzjoni għolja ta' tneħħija ta 'NH₄⁺-N u TIN. F'jum 72, il-proporzjon ta 'rifluss tal-likwidu tan-nitrifikazzjoni żdied għal 300% u 400%. Iż-żieda fil-proporzjon ta 'rifluss naqset l-effett tat-tneħħija TIN, b'rati ta' tneħħija ta '80.37% (300%) u 68.68% (400%), rispettivament. Mill-jum 108 sa 120, il-proporzjon ta 'rifluss tal-likwidu tan-nitrifikazzjoni ġie determinat li jkun 250%. L-ammont tat-tneħħija COD fit-tank anerobiku bi proporzjon ta 'rifluss tal-likwidu ta' nitrifikazzjoni ta '250% (127.1 mg/L) kien ogħla jew ugwali għal dak ta' oħrajn (86.2 mg/L, 124.7 mg/L, u 128.0 mg/L għal 200%, 300%, u 40% rispettivament); il-konċentrazzjonijiet tal-fosfru effluwent li jikkorrispondu għal proporzjonijiet ta 'rifluss differenti kienu 0.52 mg/L, 0.35 mg/L, u 0.06 mg/L, li jindikaw li ż-żieda tal-proporzjon ta' rifluss tal-likwidu ta 'nitrifikazzjoni f'ċerta firxa tista' tippromwovi t-tneħħija tal-fosfru. Barra minn hekk, il-proporzjon ta 'rifluss ta' 250% kellu prestazzjoni tajba ta 'denitrifikazzjoni, b'rata ta' tneħħija ta 'TIN ta' 86.86%.

Fl-Istadju 3 (121 ~ 158 d), il-proporzjon ta 'rifluss tal-likwidu tan-nitrifikazzjoni ġie ffissat għal 250%. Fil-jum 131, il-fluss tal-influwenti żdied għal 5 L/h, l-effetti tat-tneħħija tal-COD u tal-fosfru naqsu, u l-konċentrazzjonijiet tal-effluwent kienu 73.3 mg/L u 3.92 mg/L, rispettivament, li jindikaw li ż-żieda fil-fluss tal-influwenti rriżultat f'aktar COD li jintrema mingħajr trattament. Barra minn hekk, ir-rati massimi ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u TIN kienu 93.82% u 79.12%, rispettivament, fosthom NO₃⁻-N sar is-sustanza li tniġġes prinċipali fl-effluwent (4.70 mg/L). F'jum 139, il-fluss tal-influwenti tnaqqas għal 4 L/h, il-COD tal-effluwent u r-rata ta 'tneħħija kienu 55.7 mg/L u 85.97%, rispettivament, li kien ogħla mill-prestazzjoni tat-tneħħija tal-karbonju f'HRT=5.6 h, li jindika li t-tnaqqis tal-HRT jista' jwassal għal tnaqqis fl-effett tat-tneħħija tal-COD. Barra minn hekk, ir-rati massimi ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u TIN kienu 100% u 97.41%, li jindika li l-aġġustament ta 'HRT ippromwova nitrifikazzjoni u denitrifikazzjoni, iżda HRT eċċessivament qasir jista' jwassal għal tnaqqis fl-effett ta 'denitrifikazzjoni. Għalhekk, meta HRT=7 h, huwa biżżejjed li r-reazzjonijiet f'kull tank jipproċedu bis-sħiħ, u żieda sinifikanti fl-HRT għandha ftit effett ta 'promozzjoni fuq l-effett tad-denitrifikazzjoni.

Fil-jum 159, 20% mili tal-polyethylene sospiżi ġew miżjuda mat-tank anosiku tal-proċess AAO. Fl-Istadju 4 (159~209 d), il-prestazzjonijiet tat-tneħħija COD u PO₄³⁻-P ġew imtejba. Minn jum 172, il-konċentrazzjoni influwenti NH₄⁺-N żdiedet għal 64.17 mg/L (C/N=8.59), il-COD effluwent u r-rata ta 'tneħħija kienu 77.7 mg/L u 86.06%, rispettivament. Ir-raġuni tista 'tkun li l-bijofilm kiber bil-mod, u l-ħama attivata għamlet il-kontribut ewlieni għat-tneħħija tal-biċċa l-kbira tas-COD; il-mili sospiżi żiedu r-rata ta' tneħħija ta' PO₄³⁻-P b'1.18%. Madankollu, iż-żieda fl-influwenti NH₄⁺-N fit-tank anossiku wasslet għall-ħtieġa għal aktar sorsi ta 'karbonju għall-proċess ta' denitrifikazzjoni ta 'NO₃⁻-N, li ma kienx iwassal għar-rilaxx tal-fosfru u l-assorbiment ta' PAOs; fl-istess ħin, din l-operazzjoni ma naqqsitx kompletament NO₃⁻-N, u l-konċentrazzjoni minima tal-effluwent kienet 7.30 mg/L. Fil-jum 185, meta tbiddel l-HRT għal 5.6 sigħat, instab li l-effett tat-tneħħija tal-COD varja ftit, b'rata ta 'tneħħija ta' 86.05%; il-konċentrazzjoni tal-effluwent PO₄³⁻-P żdiedet b'0.05 mg/L, akkumpanjata minn żieda fil-PUAA (minn 13.02 mg sa 18.90 mg), li tindika li l-ħama u l-bijofilm sinerġikament eżerċitaw ċerta effiċjenza tat-tneħħija tal-fosfru. Barra minn hekk, il-konċentrazzjonijiet tal-effluwent NH₄⁺-N, NO₃⁻{-N, u TIN kienu 10.23 mg/L, 6.52 mg/L, u 16.82 mg/L, rispettivament, u jindikaw li t-tnaqqis tal-HRT iwassal għal tnaqqis fit-tneħħija ta' NH⁺{3}⁺{3}⁺{⁺{⁺{3}}N. TIN. Fil-jum 195, HRT ġie aġġustat lura għal 7 sigħat, u f'dan iż-żmien, il-kontenut ta 'tniġġis fl-effluwent naqas, u t-tneħħija tan-nitroġenu u fosfru u l-prestazzjonijiet tat-tneħħija tal-materja organika tas-sistema rkupraw gradwalment.

Fl-Istadju 5 (210 ~ 240 d), il-konċentrazzjoni NH₄⁺-N influwenti żdiedet għal 84.06 mg/L (C/N=6.28), u l-ħama attivata għadha għamlet il-kontribut ewlieni għat-tneħħija tal-materja organika. Iż-żieda fl-NH₄⁺-N kellha ftit effett fuq it-tneħħija tal-COD. Il-proporzjon ta 'COD assorbit fit-tank anerobiku kien 68.02%, u l-biċċa l-kbira tal-materja organika ġiet assorbita minn PAOs fit-tank anerobiku u sintetizzata f'sorsi interni tal-karbonju (PHAs), u r-rilaxx anerobiku tal-fosfru tlesta għal kollox [9]. Il-PRA massimu kien 72.75 mg, u PUAA u PUAO kienu 35.82 mg/L u 48.20 mg/L, rispettivament, iżda l-kontribut ewlieni għall-assorbiment tal-fosfru xorta ġie mit-tank aerobiku. Fil-jum 221, il-proporzjon tal-mili żdied għal 30%, u l-konċentrazzjonijiet tal-effluwent NH₄⁺-N u TIN tnaqqsu b'4.49 mg/L u 5.16 mg/L, rispettivament; fosthom, NH₄⁺-N u NO₃⁻-N ammontaw għal 70.11% u 28.75% tal-effluwent TIN, rispettivament. Fil-jum 231, il-konċentrazzjoni NH₄⁺-N influwenti ġiet aġġustata għal 66.34 mg/L, u l-prestazzjoni tat-tneħħija tas-sustanza li tniġġes tas-sistema kienet bażikament stabbli.

Fl-Istadju 6 (241 ~ 263 d), it-temperatura tar-reattur ġiet irregolata biex tesplora l-effett tagħha fuq it-tneħħija tas-sustanzi li jniġġsu. Fil-jum 241, it-temperatura tnaqqset għal 18-il grad, ir-rata tat-tneħħija tal-COD naqset għal 84.37%, iżda r-regola tal-bidla COD ma nbidlitx minħabba t-tnaqqis fit-temperatura. Il-proporzjon tat-tneħħija fit-tank anerobiku kien l-ogħla, 62.02%, il-proċess tat-tneħħija tal-fosfru denitrifikanti fit-tank anosiku kkunsmat 26.72% ta 'COD, il-konċentrazzjoni NO₃⁻-N fl-effluwent tat-tank aerobiku kien 10.44 mg/L ta' 50 mg/L ta '. NH₄⁺-N baqa; barra minn hekk, PRA kien inqas affettwat mit-temperatura, iżda l-prestazzjoni tal-assorbiment tal-fosfru tat-tank anosiku naqset, b'PUAA biss 19.77 mg, u l-fosfru tneħħa bi 3.94 mg/L fit-tank aerobiku. Il-biċċa l-kbira tal-PAOs psikrofiliċi wettqu proċess ta 'assorbiment tal-fosfru aerobiku [10]. Meta t-temperatura tnaqqset aktar għal 13-il grad , ir-rati ta 'tneħħija ta' NH₄⁺-N u TIN naqsu b'6.38% u 6.25%, rispettivament; fl-istess ħin, PUAA u PUAO naqsu b'7.77 mg u 15.00 mg, rispettivament, li jistgħu jkunu relatati mat-tnaqqis fl-attività mikrobjali u l-kapaċità tat-tkabbir u l-metaboliżmu kkawżat mit-tnaqqis fit-temperatura. Jin Yu [11] sab li meta t-temperatura tkun inqas minn 14-il grad, huwa diffiċli li tiggarantixxi l-konċentrazzjoni ta 'tniġġis effluwenti tas-sistema.

(Figura 2 Tneħħija ta' sustanzi li jniġġsu fil-proċessi AAO u AM-AAO matul tħaddim fit-tul: Inkluż (c) Kurvi ta' konċentrazzjoni ta' NH₄⁺-N u r-rata ta' tneħħija li jinbidlu mal-ġranet ta' tħaddim, (d) Kurvi ta 'NOₓ⁻-N b'rata ta' operazzjoni ta' tibdil ta' ġranet, ({4}}N jinbidlu b'rata ta' operazzjoni ta' konċentrazzjoni). L-assi orizzontali huwa l-ġranet ta 'operazzjoni (0 ~ 260 d), u l-assi vertikali huma ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹), u r-rata ta' tneħħija/%, rispettivament, immarkati kull operazzjoni.

2.2 Regoli ta' Bidla ta' Pollutanti f'Ċikli Tipiċi ta' Proċessi AAO u AM-AAO

Biex tesplora aktar il-mekkaniżmu tat-tneħħija tas-sustanzi li jniġġsu tal-proċessi AAO u AM-AAO, ġew analizzati l-bidliet fil-konċentrazzjoni tat-tniġġis f'ċikli tipiċi ta' stadji differenti ta' tħaddim, kif muri fil-Figura 3.

Fit-42 jum (Stadju 1), il-proċess AAO kellu prestazzjoni tajba ta 'denitrifikazzjoni u tneħħija tal-fosfru. Madankollu, il-COD ta 'influwenza għolja ma tejbitx il-prestazzjoni tar-rilaxx tal-fosfru, u l-PRA kienet 9.13 mg/L f'dan iż-żmien. Barra minn hekk, NH₄⁺-N kien ikkunsmat minn qabel meta daħal fit-tank anosiku; imbagħad, it-tank anosiku naqqas l-NO₃⁻-N iġġenerat għal N₂; madankollu, it-tank aerobiku neħħa biss 3.52 mg/L ta 'NH₄⁺-N, li jista' jkun minħabba l-HRT twil fl-Istadju 1 li jwassal għal żieda fid-DO lura fit-tank anosiku, u l-biċċa l-kbira tal-NH₄⁺-N kien lesta nitrifikazzjoni fit-tank anoxiku, li jirriżulta f'tank ta 'konċentrazzjoni aerobika baxxa.

Fil-jum 118 (Stadju 2), bit-tnaqqis tas-COD influwenti, ir-rilaxx tal-fosfru u l-prestazzjonijiet tad-denitrifikazzjoni ddeterjoraw. Il-konċentrazzjoni tar-rilaxx tal-fosfru fit-tank anerobiku kienet 5.91 mg/L, u l-konċentrazzjoni NO₃⁻-N fl-effluwent tat-tank aerobiku kienet 8.20 mg/L. Il-konċentrazzjoni PO₄³⁻-P fit-tank anosiku naqset għal 2.78 mg/L, li jindika li PO₄³⁻-P tneħħa fit-tank anosiku. Barra minn hekk, il-proporzjon ta 'rifluss tal-likwidu tan-nitrifikazzjoni kien iffissat għal 250% f'dan iż-żmien. Meta mqabbel mal-proporzjonijiet ta 'rifluss ta' 300% u 400%, it-tneħħija tan-nitroġenu u fosfru u l-prestazzjonijiet tat-tneħħija tal-materja organika tal-proċess ġew imtejba, li jindika li ż-żieda tar-rifluss likwidu ta 'nitrifikazzjoni f'ċerta firxa tista' ttejjeb l-effett tat-tneħħija tal-inkwinant.

Fil-jum 207 (Stadju 4), wara li aġġusta l-influwent NH₄⁺-N u HRT fil-proċess AM-AAO, ir-rata tat-tneħħija tas-COD kienet 86.15%; it-tank aerobiku neħħa 13.34 mg/L ta 'NH₄⁺-N, il-konċentrazzjoni ta' TIN li kien fadal kienet 7.51 mg/L, u 4.39 mg/L ta 'NO₃⁻-N ġew prodotti, u NO₃⁻{-N sar il-pollutant dominanti fl-inkwinant. Ma kien hemm l-ebda differenza sinifikanti fil-kontribuzzjoni tat-tneħħija tal-fosfru bejn it-tank anosiku u t-tank aerobiku. Barra minn hekk, iż-żieda fl-influwent NH₄⁺-N ma affettwax in-nitrifikazzjoni, iżda ż-żieda fil-konċentrazzjoni TIN influwenti naqqset il-prestazzjoni tad-denitrifikazzjoni tal-proċess AM-AAO, u b'hekk affettwat it-tneħħija tat-TIN.

F'jum 262 (Stadju 6), it-temperatura tar-reattur kienet 13-il grad, u r-rata tat-tneħħija tal-COD kienet 83.67% f'dan il-ħin. Fl-istess ħin, 6.95 mg/L ta 'fosfru ġie rilaxxat fit-tank anerobiku; 20.22 mg/L ta 'NH₄⁺-N ġie kkunsmat mit-tank anosiku u twettqet denitrifikazzjoni, u l-konċentrazzjoni NO₃⁻-N fl-effluwent tat-tank anosiku kienet 5.07 mg/L; it-tank aerobiku kellu telf ta 'TIN ta' 1.32 mg/L; ir-rata ta 'tneħħija ta' TIN kienet 77.00%, u l-effluwent TIN kien fih 11.24 mg / L ta 'NH₄⁺{-N, li jindika li t-temperatura baxxa naqqset l-attività ta' batterji nitrifikanti u batterji denitrifikanti, li jirriżulta fit-tneħħija mhux kompluta ta 'inkwinanti fid-drenaġġ. Barra minn hekk, il-PRA naqas għal 6.95 mg/L, u l-prestazzjonijiet tal-assorbiment tal-fosfru tat-tank anossiku u t-tank aerobiku naqsu għal 2.41 mg/L u 3.61 mg/L, rispettivament, u jindikaw li t-tnaqqis fit-temperatura tar-reattur inibixxi l-prestazzjoni tat-tneħħija tal-fosfru tal-PAOs, li wassal għat-tnaqqis ta 'PRA u konċentrazzjoni għolja ta' phosphluerobic tank.

(Figura 3 Bidliet kontaminanti f'ċikli tipiċi: Inkluż (a) Jum 42 tal-proċess AAO, (b) Jum 118 tal-proċess AAO, (c) Jum 207 tal-proċess AM-AAO, (d) Kurvi tal-bidla fil-konċentrazzjoni tal-inkwinant fil-jum 262 tal-proċess AM-AAO. ta' kull tniġġis (COD, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻{-P))

2.3 Bidliet fil-Kompożizzjoni u l-Kontenut ta' Sustanzi Polimeriċi Extraċellulari (EPS) fil-Proċessi AAO u AM-AAO

Matul l-esperiment, il-bidliet fil-kompożizzjoni u l-kontenut tal-EPS fil-jum 101 (proċess AAO) u l-jum 255 (proċess AM-AAO) ġew determinati u analizzati, kif muri fil-Figura 4. B'mod ġenerali, il-kontenut EPS totali fil-jiem 101 u 255 jista 'jiġi attribwit għaż-żieda fil-kontenut TB{-EPS, u l-parti prinċipali tal-EPS TB{-EPS kontenut, u l-parti prinċipali tal-EPS} fil-jum 101, il-kontenut totali tal-EPS fit-tank anerobiku, tank anosiku u tank aerobiku wera xejra dejjem tiżdied (0.12 mg/gVSS, 0.29 mg/gVSS, u 0.37 mg/gVSS, rispettivament); fosthom, il-kontenut tal-EPS żdied b'mod sinifikanti matul l-istadju ta' nitrifikazzjoni, li jista' jkun dovut għall-metaboliżmu attiv ta' mikro-organiżmi interni meta s-sistema kienet operata taħt kundizzjonijiet ta' proporzjon għoli ta' karbonju-għa-nitroġenu (C/N=5.9) [12]. Madankollu, it-TB-EPS kellu rwol pożittiv fil-formazzjoni ta' sludge flocs, filwaqt li S{-EPS u LB-EPS kellhom effetti negattivi [8]; f'dan l-esperiment, il-kontenut ta' S-EPS u LB-EPS kienu relattivament baxxi, li ħoloq kundizzjonijiet għat-tkabbir tal-ħama; fis-sistema ibrida tal--ħama tal-fluss kontinwu-film, ir-rwol tal-ħama flocculent huwa insostitwibbli [2].

Barra minn hekk, ir-regoli tal-bidla ta 'PN/PS f'saffi differenti ta' ħama f'kull tank ta 'reazzjoni kienu differenti. Il-PN f'kull tank ta' reazzjoni kien dejjem ogħla minn PS. Fil-jum 101, il-proporzjonijiet PN/PS f'S-EPS, LB-EPS, u TB-EPS tal-ħama kienu 0.06, 1.62, u 2.67, rispettivament, filwaqt li fil-jum 255, kienu 0.03, 1.30, u jindikaw it-tendenza tal-PN/3 li qed jiżdiedu. saff ta 'barra għas-saff ta' ġewwa taċ-ċelloli tal-ħama. Madankollu, meta t-temperatura tar-reattur tnaqqset għal 13-il grad, il-kontenut totali tal-EPS fit-tliet tankijiet wera xejra dejjem tiżdied (0.28 mg/gVSS, 0.41 mg/gVSS, u 0.63 mg/gVSS, rispettivament). Ir-raġuni tista 'tkun li mikro-organiżmi li ma jistgħux jadattaw għal temperatura baxxa mietu jew awtolizzati, u dawn il-mikro-organiżmi mejta rilaxxati EPS, li wasslu għal żieda fil-kontenut ta' EPS tal-ħama, jew temperatura baxxa indotta xi mikro-organiżmi psikrofiliċi biex inixxu aktar EPS biex jadattaw għat-tnaqqis fit-temperatura fir-reattur [13].

(Figura 4 Bidliet fil-kontenut u l-kompożizzjoni tal-EPS f'Jum 101 (proċess AAO) u Jum 255 (proċess AM-AAO): In-naħa tax-xellug hija l-proċess AAO, u n-naħa tal-lemin hija l-proċess AM-AAO. L-assi orizzontali huwa t-tank tar-reazzjoni (tarf anerobiku, tmiem anosiku, tmiem ta 'aerobiku, L EPSB kontenut vertikali, TB xellug). (mg·gVSS⁻¹), u l-assi vertikali tal-lemin huwa l-proporzjon PN/PS Dan jinkludi istogrammi ta 'PN, PS, u kontenut EPS totali u tabella tal-linji tal-proporzjon PN/PS)

2.4 Regoli ta' Suċċessjoni tal-Komunità Dinamika tad-Diversità Mikrobika u tal-Popolazzjoni

Ir-riżultati ta 'sekwenzjar ta' produzzjoni għolja-urew li n-numru ta 'sekwenzi tal-14-il kampjun ta' ħama kien 1,027,419, u n-numru ta 'sekwenzi OTU ta' kull kampjun huwa muri fit-Tabella 2. Il-Kopertura tal-kampjuni kienet 'il fuq minn 0.995, li jindika li r-riżultati tas-sekwenzjar kellhom preċiżjoni għolja. Grupp D01 iddeskriva l-istruttura inizjali tal-komunità mikrobjali, b'indiċi Ace għoli, li jindika li l-ħama kellha rikkezza għolja ta 'speċi mikrobjali fil-bidu-tas-sistema. Bit-trasformazzjoni tas-sistema minn proċess AAO għal AM-AAO, l-indiċi Ace naqas, u r-rikkezza tal-komunità mikrobjali fis-sistema AM-AAO naqset. Barra minn hekk, l-indiċi Simpson naqas, li jindika li d-diversità tal-komunità mikrobjali naqset. Skont il-bidla tal-indiċi Ace, in-numru totali ta 'speċi fil-komunità mikrobjali tal-bijofilm tat-tank anosiku wera xejra ta' tnaqqis; it-tnaqqis tal-indiċi Shannon wera li d-diversità tal-komunità mikrobjali fil-bijofilm naqset.

Tabella 2 Varjazzjoni tal-indiċi tad-diversità tal-mikrobi

The main phyla with relative abundance >Ġew analizzati 10% fl-14-il kampjun (Figura 5a). Il-phyla dominanti fil-grupp D01 kienu Actinobacteriota (25.76%32.90%), Proteobatterji (21.98%)27.16%), Bacteroidota (15.50%18.36%), u Firmicutes (10.37%13.77%); madankollu, l-abbundenzi relattivi ta 'Actinobacteriota (16.89%19.16%) u Firmicutes (3.83%6.52%) fil-grupp D110 naqas, u l-abbundanza relattiva ta 'Proteobacteria żdiedet (32.96% ~ 40.75%). Fis-sistema tal-proċess AM-AAO, Actinobacteriota naqset malajr, anke għal inqas minn 3% fil-grupp D237, filwaqt li Proteobacteria (33.72%43.54%), Bacteroidota (17.40%24.19%), and Chloroflexi (12.46%~12.77%) have become the phyla with relatively high abundances. In addition, in sample M194, the phyla with relative abundance >10% kienu Proteobacteria (35.26%) u Bacteroidota (30.61%), li jindikaw li l-istruttura tal-komunità mikrobjali tal-bijofilm kienet simili għal dik tal-ħama attivata. Fil-kampjun M237, l-abbundanza relattiva ta 'Firmicutes naqset għal inqas minn 2%, u l-abbundanza ta' Acidobacteriota (5.33%) żdiedet.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Instab li l-ġeneri dominanti fil-grupp D01 kienu Candidatus_Microthrix (11.32%20.65%), norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3.97%6.36%), Trichococcus (6.99%9.95%), u Ornithinibacter (3.99%6.41%); wara li s-sistema tħaddmet fil-proċess AM-AAO, l-abbundanza relattiva ta' Candidatus_Microthrix niżlet drastikament għal 0.02% (grupp D237); filwaqt li norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 wera tendenza li l-ewwel jiżdied u mbagħad jonqos (grupp D237, 1.91%2.91%). Meta l-proċess kien operat b'mod stabbli, Azospira sar wieħed mill-ġeneri relattivament dominanti (grupp D237, 7.37%18.41%). Barra minn hekk, il-ġeneri tal-bijofilm kienu bażikament simili għall-ħama, u l-abbundenzi relattivi ta 'norank_f__norank_o__Run-SP154 f'M194 u M237 kienu 6.61% ~ 7.66% u 7.43%, rispettivament.

Total ta' 12-il ġeneru u familja waħda ta' ammonja-batterji ossidanti (AOB), nitrite-batterji ossidanti (NOB), glycogen-organiżmi li jakkumulaw (GAOs), u fosfru-organiżmi li jakkumulaw (PAOs) fis-sistema ġew magħżula għall-analiżi (Tabella 3). Instab li fil-grupp D01, Nitrosomonas (0.02%0.03%), Ellin6067 (0.01%0.02%), u Nitrospira (0.04%0.07%) jista 'jiżgura l-prestazzjoni ta' ossidazzjoni ta 'NH₄⁺-N. It-tnaqqis ta 'Nitrosomonas u Nitrospira fil-grupp D110 jista' jkun ikkawżat mill-proporzjon għoli ta 'rifluss intern, iżda Ellin6067 (0.01%0.02%) ma kienx disturbat. Fil-grupp D194, is-sistema kienet operata fil-proċess AM-AAO, u t-tnaqqis tal-HRT maħsul NOB u xi AOB. Iż-żieda fin-nitroġenu ta 'l-ammonja influwenti tista' tkun ir-raġuni għaż-żieda fl-abbundenzi relattivi tat-tliet ġeneri ta 'hawn fuq fil-grupp D237 (Figura 5b). Barra minn hekk, AOB (Nitrosomonas u Ellin6067, 0.03%0.07%) u NOB (Nitrospira, 0.01%0.02%) fil-kampjun M237 wera żieda żgħira, li jindika li l-bijofilm għen lis-sistema tal-ħama biex tikseb il-proċess ta 'denitrifikazzjoni.

Kien hemm firxa wiesgħa ta 'PAOs fil-grupp D01, inklużi Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas, u Tetrasphaera. Il-bidliet ta' Candidatus_Microthrix (10.93% ~ 11.88%) u PAOs b'abbundanza relattiva<5% in group D110 may be the reasons for the decrease of PRA in Stage 2. In group D194, the relative abundances of Candidatus_Microthrix and Tetrasphaera decreased to 0.711.14 u 0.31%0.39% [14]. Fil-grupp D237, Candidatus_Microthrix kien kważi eliminat (0.02%), u l-PAOs li ssostitwiwh biex jeżerċitaw il-funzjoni tat-tneħħija tal-fosfru kienu Defluviimonas (0.70%1.07%) u Dechloromonas (0.95%1.06%); barra minn hekk, il-familja Comamonadaceae ġiet ikkonfermata wkoll li għandha prestazzjoni tat-tneħħija tal-fosfru [8], u l-abbundanza relattiva ta 'Comamonadaceae fit-tank anerobiku jew tank anossiku kienet relattivament għolja, madwar id-doppju ta' dik tat-tank aerobiku. Barra minn hekk, Candidatus_Competibacter u Defluviicoccus kienu l-ġeneri dominanti tal-GAOs fil-kampjuni kollha, iżda l-abbundenzi taż-żewġ ġeneri fil-grupp D01 kienu<1%. In the remaining samples, the growth of Defluviicoccus lagged behind that of Candidatus_Competibacter. In group D237, the abundances of the two genera were 2.96%~3.89% and 0.54%~0.57%, respectively. GAOs are considered to compete with PAOs for organic matter, thereby causing the deterioration of biological phosphorus removal performance, but recent studies have found that GAOs can carry out endogenous denitrification to achieve denitrification (the average TIN removal rate was 83.08% when the system was stable) [7].

(Figura 5 Kompożizzjoni tal-komunità mikrobjali: (a) Bar chart ta 'abbundanza relattiva fil-livell tal-phylum. L-assi orizzontali huwa l-kampjun, u l-assi vertikali huwa l-abbundanza relattiva / % Jinkludi phyla maġġuri bħal Actinobacteriota u Proteobacteria; (b) Mappa tas-sħana ta 'abbundanza relattiva fil-livell tal-ġeneru. L-assi orizzontali huwa l-kampjun, il-livell dominanti tal-ġeneru. ta’ abbundanza relattiva)

Tabella 3 Abbundanza ta 'gruppi funzjonali f'14-il kampjun bijoloġiku

3 Konklużjonijiet

Bl-użu tad-drenaġġ attwali bħala l-oġġett tat-trattament, il-kundizzjonijiet operattivi tal-proċess AM-AAO ġew ottimizzati. Instab li meta l-proċess kien operat taħt il-kundizzjonijiet ta 'HRT=7 h, temperatura madwar 25 grad, rifluss intern=250%, SRT=40 d, reflux tal-ħama=50%, u rata ta' mili tat-tank anossiku=30%, l-effett tat-tneħħija ta 'tniġġis kien l-aħjar. Ir-rata massima ta' tneħħija ta' NH₄⁺-N kienet 98.57%; il-konċentrazzjoni NO₃⁻-N tal-effluwent, il-konċentrazzjoni PO₄³⁻-P, ir-rata tat-tneħħija tal-TIN, u r-rata tat-tneħħija tal-COD kienu 6.64 mg/L, 0.42 mg/L, 83.08%, u 86.16%, rispettivament.

It-tank anerobiku wettaq proċessi tajbin ta 'tneħħija ta' materja organika u rilaxx tal-fosfru, b'64.51% ta 'COD imneħħija u 9.77 mg / L ta' fosfru rilaxxat fl-istess ħin; it-tank anossiku wettaq reazzjonijiet tajbin għat-tneħħija tal-fosfru denitrifikanti; it-tank aerobiku wettaq proċessi kompluti ta 'nitrifikazzjoni u assorbiment tal-fosfru, bir-rata ta' tneħħija ta 'NH₄⁺-N u PUAO jkunu 97.85% u 59.12 mg, rispettivament.

Meta l-proċess AM-AAO kien operat b'mod stabbli, iż-żieda ta 'AOB (Ellin6067 u Nitrosomonas, 0.02% ~ 0.04% → 0.04%0.12%) u NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0.04%) żguraw il-progress suffiċjenti ta 'nitrifikazzjoni, u r-rata ta' tneħħija ta 'NH₄⁺-N żdiedet bi 8.35%; GAOs (Candidatus_Competibacter u Defluviicoccus, 1.31%1.61% → 3.49%4.46%) iddominaw il-proċess ta 'denitrifikazzjoni endoġenu; it-tkabbir tal-PAOs (familja Defluviimonas, Dechloromonas, u Comamonadaceae, 3.29%8.67% → 3.79% ~ 9.35%) kienet ir-raġuni għaż-żamma ta 'prestazzjoni tajba tat-tneħħija tal-fosfru; barra minn hekk, l-istruttura tal-komunità mikrobjali tal-bijofilm tat-tank anosiku kienet bażikament simili għal dik tal-ħama attivata, li ggarantiet b'mod konġunt il-prestazzjoni tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru tas-sistema.