Past C/N nisbati oqava suvlarni tozalash uchun S-MBBR tizimida ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash samaradorligi tahlili
Kirish
Urbanizatsiya va sanoatlashtirishning jadallashishi bilan, asosan, maishiy kanalizatsiya, oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash, qishloq xo'jaligi va aylanma sovutish suvidan kelib chiqadigan past C/N nisbati (past uglerod-azot nisbati) oqava suvlarining chiqishi ortib bormoqda. Past C/N nisbatidagi oqava suvlarda umumiy azotni (TN) kambag'al olib tashlash samaradorligini bartaraf etish uchun so'nggi yillarda qisqa -nitrifikatsiya-denitrifikatsiya va bir vaqtda nitrifikatsiya va denitrifikatsiya (SND) e'tiborni tortdi. Nisbatan aytganda, SND jarayonining reaktsiya sharoitlarini nazorat qilish osonroq va u bir vaqtning o'zida uglerodni ham, azotni ham olib tashlashga erisha oladi. Shuning uchun u past C / N nisbati oqava suvlar uchun azotni tozalashda muhim afzalliklarga ega. Sekvensiyali partiya reaktori (SBR) erigan kislorod kontsentratsiyasini nazorat qilish orqali azot va fosforni olib tashlashni osonlashtiradi. S-MBBR tizimini hosil qilish uchun harakatlanuvchi to'shak biofilm reaktori (MBBR) bilan birlashganda, tashuvchilardagi biofilm aerob nitrifikator bakteriyalar va anoksik denitrifikator bakteriyalar uchun qatlamli o'sish sharoitlarini ta'minlaydi, SND mikro muhitini yaratadi, shu bilan birga tizimning o'ziga xos yuzasi va mikrobial barqarorligini oshiradi. Tadqiqotlar shuni koʻrsatdiki, S-MBBR azot va fosforni yoʻqotish samaradorligi, zarbaga chidamliligi va tizim barqarorligi jihatidan anʼanaviy jarayonlardan ustundir.
1 Materiallar va usullar
1.1 Eksperimental sozlash.Tajriba qurilmasi, asosan, suv quyish tanki, havo puflagich, aralashtirish moslamasi, oqava suv idishi va asosiy reaktordan iborat edi. Reaktorning samarali hajmi 1,8 L, bir siklda tozalash quvvati esa 1 L edi. Reaktor taxminan 25% to'ldirish nisbatida yangi turdagi bio{4}}affinitiv tashuvchi bilan to'ldirilgan. Reaktordagi dastlabki aralash suyuqlik uchuvchan to'xtatilgan qattiq moddalar (MLVSS) kontsentratsiyasi 3000 mg / L edi.
1.2 Eksperimental materiallar.Affinligi{0}}o'zgartirilgan tashuvchi plomba fizik aralashtirish va vintli ekstruziya texnologiyasi orqali tayyorlangan. Maxsus protsedura quyidagicha edi: 3% nol-valentli temir, HDPE va yordamchi materiallar (2% tabiiy zeolit, 2% poliquaternium-10 va 1% talk kukuni) bir xilda aralashtiriladi. Keyin aralashma SJ-20 bitta vintli ekstruder yordamida eritildi va donador chiziqlarga (diametri taxminan 5 mm, uzunligi 5-10 mm) ekstrudirovka qilindi. Nihoyat, bu qattiq zarralar oxirgi tashuvchini ishlab chiqarish uchun SJ-30 bitta vintli ekstruder yordamida ekstrudirovka qilingan.
1.3 Ishlash shartlari.Ikkita reaktor oʻrnatildi: biri tashuvchisi (S-MBBR, R1 deb belgilangan) va ikkinchisi tashuvchisiz (SBR, R2 sifatida belgilangan). Boshqa barcha shartlar bir xil bo'lib qoldi. Birinchi bosqich 3:3:2 nisbatda SBR rejimida ishlaydigan biofilm biriktirilishi-bo‘ldi. Operatsion tsiklga kirish, statik, aeratsiya reaktsiyasi, anoksik aralashtirish, cho'kish va oqava suv bosqichlari (3 soat anaerob, 3 soat shamollatish, 2 soat aralashtirish/cho'kish/oqim / oqova) kiradi. NaHCO₃ suv oqimining pH qiymatini 8 ga moslashtirish uchun ishlatilgan. Muvaffaqiyatli biofilm biriktirilgandan so'ng, ammiak azot konsentratsiyasi C/N nisbatini kamaytirish uchun o'zgartirildi va batafsil tavsiflanganidek, tajriba boshlandi.1-jadval.
| 1-jadval Reaktorning ishlash shartlari | ||||
| Parametr | I bosqich | II bosqich | III bosqich | IV bosqich |
| Anaerob faza (h) |
3 | 3 | 3 | 2 |
| Shamollatish faza (h) |
3 | 3 | 3 | 4 |
| Anaerob aralashtirish faza (h) |
1.17 | 1.17 | 1.17 | 1.17 |
| Oʻrnatish faza (h) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| Jami HRT (soat) | 8 | 8 | 8 | 8 |
| COD (mg/L) | taxminan. 500 | taxminan. 500 | taxminan. 320 | taxminan. 320 |
| NH₄⁺-N (mg/L) | taxminan. 25 | taxminan. 40 | taxminan. 40 | taxminan. 60 |
| TN (mg/L) | taxminan. 25 | taxminan. 40 | taxminan. 40 | taxminan. 40 |
| TP (mg/l) | 5 | 5 | 5 | 10 |
1.4 Tajriba suvi va emlangan loy.Biofilmni ishga tushirish uchun ishlatiladigan sintetik oqava suvdagi COD, NH₄⁺-N va umumiy fosfor (TP) mos ravishda C₆H₁₂O₆, NH₄Cl va KH₂PO₄ tomonidan ta'minlangan. Mikroelementlar EDTA-2Na (18,76 g/L), CoCl₂·6H₂O (0,3 g/L), CuSO₄·5H₂O (0,32 g/L), NiCl₂·6H₂O (0,24 g/L), H₃BO₂O (0,24 g/L), H₃018 g, ZnSO₄·7H₂O (0,54 g/L), MnCl₂·4H₂O (1,24 g/L), NaMoO₄·2H₂O (0,28 g/L) va NaWO₄·2H₂O (0,1 g/L). Sintetik oqava suvning tarkibi: C₆H₁₂O₆ (0,47 g/L), NH₄Cl (0,095 g/l), KH₂PO₄ (0,022 g/l), NaCl (0,1 g/L), NaHCO₃ (0,15 g/L), NaHCO₃ (0,15 g/H10), g/L), CaCl₂ (0,05 g/L), FeSO₄·7H₂O (0,02 g/L) va iz elementlari (1 ml/L). Loy Dalyan shahridagi oqava suvlarni tozalash inshootining ikkilamchi cho‘ktiruvchi idishidan olingan.
1.5 Analitik usullar.Muntazam ko'rsatkichlar "Suv va oqava suvlarni tekshirishning standart usullari" (4-nashr) va milliy standartlarda ko'rsatilgan standart usullar bo'yicha o'lchandi, jumladan, ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash qobiliyati tahlili, membranani ifloslanish tahlili va gaz ishlab chiqarish tahlili. Xususan: NH₄⁺-N salitsil kislota reaktivi spektrofotometrik usul bilan o'lchandi; ammoniy molibdat spektrofotometrik usuli bilan TP; NO₃⁻-N salitsil kislotasi-konsentrlangan sulfat kislota reaktivi spektrofotometrik usuli bilan; N-(1-naftil)etilendiamin spektrofotometrik usuli bilan NO₂⁻-N; TN barcha azot shakllari kontsentratsiyasining yig'indisi edi; COD tez hazm qilish usuli bilan o'lchandi; va loy konsentratsiyasi (MLSS va MLVSS, shu jumladan) gravimetrik usul bilan o'lchandi.
2 Natijalar va tahlillar
2.1 CODni olib tashlash samaradorligi
Reaktorga kiradigan organik moddalar anaerob, aerob (aeratsiya), anoksik aralashtirish, cho'ktirish va oqava suv kabi bosqichlar orqali olib tashlandi.1-rasmturli operatsion bosqichlarda reaktorlarning CODni olib tashlash ko'rsatkichlarini ko'rsatadi. I bosqich biofilmni biriktirish bosqichi edi va II, III va IV bosqichlar C/N/P nisbati mos ravishda 100:8:1, 64:8:1 va 32:6:1 ga kamaytirildi. Har bir bosqichda R1 uchun o'rtacha olib tashlash stavkalari mos ravishda 95,57%, 96,25%, 92,70% va 94,18% ni tashkil etdi; har bir bosqichda R2 uchun o'rtacha olib tashlash stavkalari mos ravishda 94,71%, 96,19%, 92,54% va 94,68% edi. Ko'rinib turibdiki, bu jarayon yaxshi organik moddalarni olib tashlash ko'rsatkichlariga ega va nisbatan barqaror oqava suv sharoitida u GB 18918-2002 standarti (COD konsentratsiyasi < 50 mg / L) talablariga javob berdi. Tizim past C/N nisbatida ishlaganligi sababli, uglerod manbai samarali metabolizmni boshqaradigan cheklovchi substratga aylandi. R1 va R2 o'rtasida CODni olib tashlashda sezilarli farq yo'q edi, bu modifikatsiyalangan tashuvchining CODni olib tashlashga ozgina ta'sir qilganligini ko'rsatdi.
2.2 NH₄⁺-N va TNni olib tashlash samaradorligi
TNni olib tashlash jarayoni ikkita asosiy bosqichni o'z ichiga oladi: nitrifikatsiya va denitrifikatsiya. Nitrifikatsiya aerob jarayon sifatida ammiak azotini nitratga aylantirish uchun etarli miqdorda aerob mikroorganizmlarga tayanadi.2 va 3-rasmlarmos ravishda reaktorlarning NH₄⁺-N va TN chiqarish samaradorligini ko'rsating. NH₄⁺-N va TN asosan aerob aeratsiya va anoksik statik bosqichlarda olib tashlandi. I bosqich biofilmni biriktirish bosqichi edi va II, III va IV bosqichlar C/N/P nisbati mos ravishda 100:8:1, 64:8:1 va 32:6:1 ga kamaytirildi. R1 uchun o'rtacha NH₄⁺-N olib tashlash stavkalari mos ravishda 92,53%, 95,83%, 99,70% va 98,31% edi; R2 uchun o'rtacha NH₄⁺-N olib tashlash stavkalari mos ravishda 84,34%, 91,82%, 99,70% va 97,52% edi. R1 uchun o'rtacha TNni olib tashlash stavkalari mos ravishda 89,53%, 87,21%, 82,44% va 83,20%; R2 uchun o'rtacha TNni olib tashlash stavkalari mos ravishda 78,3%, 78,89%, 73,26% va 76,66% edi. R2 bilan solishtirganda, R1 uchun o'rtacha NH₄⁺-N olib tashlash stavkalari mos ravishda 9,7%, 4,36%, 0% va 0,82% ga oshdi; o'rtacha TN olib tashlash stavkalari mos ravishda 14,35%, 10,55%, 12,54% va 8,3% ga oshdi. Ko'rinib turibdiki, R1 tizimi barcha bosqichlarda, ayniqsa tizim faoliyatining dastlabki bosqichlarida azotni yo'qotish bo'yicha R2 dan ustun bo'lib, keyingi bosqichlarda farq asta-sekin barqarorlashadi.
I bosqichda suv oqimidagi NH₄⁺-N konsentratsiyasi past edi va uglerod manbai asosan denitrifikatsiya talablarini qondirish uchun nisbatan etarli edi, shuning uchun chiqindi TN konsentratsiyasi past edi. Emlangan mikroorganizmlar hali ham moslashish bosqichida edi va tizimdagi funktsional mikrobial hamjamiyat toʻliq oʻrnatilmagan, natijada NH₄⁺-N barqaror boʻlmagan holda olib tashlanishiga olib keldi, lekin keyinchalik u asta-sekin barqarorlashdi. Ushbu bosqichda ikkita reaktor (R1 va R2) o'rtasida sezilarli farq kuzatilmadi. II bosqichga kirganda, NH₄⁺-N kontsentratsiyasi to'satdan oshdi, lekin aeratsiya sharoitlari bir vaqtning o'zida sozlanmadi, bu tizimda, ayniqsa NH₄⁺-N va TNni olib tashlashda sezilarli tebranishlarni keltirib chiqardi. Taxminan 6 kunlik ishlagandan so'ng, ikkita reaktor asta-sekin barqarorlikni tikladi. Taxminlarga ko'ra, ammiak azotining yuqori yuki nitrifikatsiya qiluvchi bakteriyalarning tez ko'payishiga yordam bergan va shu bilan nitrifikatsiya jarayonining samaradorligini oshirgan. Tizimning ishlashi davom etar ekan, reaktorlarda nitrifikatsiya{13}}denitrifikatsiya tizimi asta-sekin o'rnatildi va barqarorlashdi va TN kontsentratsiyasining o'zgarishi kamaydi. O'zgartirilgan tashuvchining mavjudligi tufayli R1 tizimi kamroq qoldiq TN ga erishdi, tashuvchi reaktorning TNni olib tashlash tezligini yaxshiladi va tizimning zarba yuklariga moslashishini kuchaytirdi. 49-kuni, PO₄ olib tashlashni yaxshilash uchun shamollatish intensivligi oshirildi, bu esa to'liq nitrifikatsiya jarayoniga yordam berdi. Biroq, nitrifikatsiya natijasida hosil bo'lgan nitratning ko'payishi denitrifikatsiya qilish uchun uglerod manbalariga talabning oshishiga olib keldi, shu bilan birga, oqim uglerod manbai bu bosqichda nisbatan etarli emas edi, natijada chiqindi TN ning ma'lum darajada oshishiga olib keldi. III bosqichda COD yanada kamaytirildi, bu reaktor ichida denitrifikatsiya qilish uchun mavjud bo'lgan uglerod manbasini yanada kamaytirdi, TNni olib tashlashni yanada chekladi va chiqindi TN kontsentratsiyasining umumiy darajasi oshdi. Shunga qaramay, R1 tizimi hali ham R2 ga qaraganda TNni olib tashlashning yaxshi ko'rsatkichlarini saqlab qoldi, bu esa tashuvchining kuchaytiruvchi ta'sirini ko'rsatdi. IV bosqichda ammiak azot kontsentratsiyasi yanada oshdi. Oldingi bosqichdagi tajribaga asoslanib, shamollatish biroz oshirildi va shamollatish vaqti 4 soatgacha uzaytirildi, bu nitrifikator bakteriyalarning faolligini rag'batlantirish, nitrifikatsiya jarayonini to'liqroq qilish va NH₄⁺-N olib tashlash samaradorligini yanada oshirish imkonini berdi. Biroq, uglerod manbai tanqisligi muammosiga duch kelgan holda, denitrifikatsiya jarayoni cheklangan edi va keyingi bosqichda TN kontsentratsiyasi biroz oshdi. Umuman olganda, R1 reaktori hali ham R2 dan ustun bo‘lib, TNni yo‘qotish qobiliyatini ko‘rsatdi, bu esa uzoq muddatli operatsiyadan so‘ng barqaror bioplyonka tuzilishi va R1da hosil bo‘lgan sinergik aerob{32}}anoksik muhit bir vaqtning o‘zida nitrifikatsiya va denitrifikatsiya jarayoni (SND) uchun yaxshi joy va sharoit yaratganini ko‘rsatadi. Chjan Kefang va boshqalar. bir reaktor ichida organik moddalar oksidlanishi, nitrifikatsiyasi va denitrifikatsiyasiga erishib, TNni olib tashlash darajasi 80% dan oshadigan past C/N nisbatli chiqindi suvlarni tozalash uchun SBR jarayonidan foydalangan. Bu natijalar bir bosqichli biologik denitrifikatsiyani toʻliq amalga oshirish mumkinligini samarali koʻrsatadi.
2.3 TPni olib tashlash samaradorligi
Oqava suvlarni tozalashda fosforni yo'qotish asosan aerob sharoitda eriydigan fosforni o'zlashtiradigan va anaerob sharoitda fosfor chiqaradigan fosfor-yig'uvchi organizmlar (PAO) kabi o'ziga xos mikroorganizmlarga tayanadi.4-rasmreaktorlarning TPni olib tashlash samaradorligini ko'rsatadi. TP aerobik aeratsiya bosqichida olib tashlandi. I, II va III bosqichlarda TP kontsentratsiyasi o'zgarishsiz qoldi, o'rtacha ta'sir kontsentratsiyasi 5,01 mg / L ni tashkil etdi. IV bosqichda o'rtacha TP kontsentratsiyasi 10,30 mg / L ni tashkil etdi. Har bir bosqichda R1 uchun o'rtacha oqava suv konsentratsiyasi mos ravishda 0,27 mg / L, 0,16 mg / L, 0,13 mg / L va 1,92 mg / L ni tashkil etdi, o'rtacha olib tashlash stavkalari mos ravishda 94,73%, 96,78%, 97,54% va 81,35% ni tashkil etdi. R2 uchun o'rtacha oqava suv konsentratsiyasi mos ravishda 0,39 mg / L, 0,35 mg / L, 0,33 mg / L va 0,33 mg / L ni tashkil etdi, o'rtacha olib tashlash darajasi mos ravishda 92,19%, 93,01%, 93,61% va 68,79%. R2 bilan solishtirganda, R1 uchun o'rtacha TPni olib tashlash tezligi har bir bosqichda mos ravishda 2,75%, 4,05%, 4,20% va 18,26% ga oshdi.
R1 tizimida tashuvchi mikrob biriktirilishi uchun sirtni ta'minlaydi, PAOlarning o'sishi va metabolizmini rag'batlantiradi, barqaror biofilmni shakllantirishga yordam beradi, mikroblar jamoasining faolligini oshiradi, shu bilan reaktorning fosforni olib tashlash qobiliyatini yaxshilaydi va biologik fosforni olib tashlash jarayonini samaraliroq qiladi. Ikkinchi bosqichda nitrifikatsiyani kuchaytirish uchun NH₄⁺-N konsentratsiyasini o'zgartirish orqali tizimning kislorod iste'moli ortdi. Shuning uchun, 49-kuni, fosforni olib tashlashni tezlashtirish uchun aeratsiya oshirildi. III bosqichda CODning kamayishi uglerod manbalarining etishmasligiga olib keldi, bu nafaqat denitrifikatsiya jarayoniga to'sqinlik qildi, balki PAOlarning metabolik faolligiga ham ta'sir qildi. IV bosqichda reaktordagi C/N nisbati 8 dan 5,3 gacha tushib ketganligi sababli tizim qulab tushdi. Uglerod manbalari uchun kuchaygan raqobat anaerob bosqichda PAOlar uchun mavjud uglerod manbasini kamaytirdi, bu PHA sintezining pasayishiga olib keldi, bu esa o'z navbatida aerobik sharoitda polifosfat gidroliziga va PHA oksidlanishiga ta'sir qildi, natijada PAO ning o'sishiga va fosforni o'zlashtirish qobiliyatiga to'sqinlik qildi va natijada removosforning samaradorligini pasaytirdi. Biroq, R1 dagi qoldiq fosfor hali ham R2 dagidan past edi, bu esa tashuvchining rag'batlantiruvchi ta'siri hali ham mavjudligini ko'rsatadi.
3 Xulosa
Qurilgan S-MBBR tizimi va SBR tizimi oʻrtasida past C/N nisbati boʻlgan chiqindi suv sharoitida ularning azot va fosforni olib tashlash samaradorligini tizimli ravishda baholash uchun qiyosiy tajriba oʻtkazildi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, S{2}}MBBR tizimi COD, NH₄⁺-N, TN va TPni olib tashlashda an'anaviy SBR tizimidan ustundir. Ayniqsa, uglerod manbai-yetishmagan sharoitlarda TN va NH₄⁺-N uchun olib tashlash tezligining maksimal o'sishi mos ravishda 14,35% va 8,19% ga yetdi. Bundan tashqari, S{10}}MBBR tizimi turli ish bosqichlarida yuk zarbalariga kuchli qarshilik va oqava suv barqarorligini ko‘rsatdi. To'xtatilgan tashuvchilarni joriy etish tizimning mikro-muhit strukturasini samarali optimallashtirdi, bir vaqtning o'zida nitrifikatsiya va denitrifikatsiya (SND) paydo bo'lishiga yordam berdi, mikroblarning xilma-xilligi va metabolik faolligini oshirdi va tizimning umumiy davolash qobiliyatini yaxshiladi. Tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, S{13}}MBBR texnologiyasi past C/N nisbati oqava suvlarni tozalash uchun yaxshi qo'llash istiqbollariga ega va mavjud oqava suvlarni tozalash jarayonlarini optimallashtirish va yangilash uchun texnik yordam ko'rsatishi mumkin.