Yuqori sho'rlangan sanoat oqova suvlari ikkilamchi biologik tozalashda-eng doimiy muammolardan biri hisoblanadi. Tuz konsentratsiyasi an'anaviy faol loy bardosh bera oladigan darajadan oshib ketganda, mikrobial jamoalar qulab tushadi, nitrifikatsiya to'xtash joylari va oqava suvlarning sifati tezda yomonlashadi. Shu bilan birga, sanoat miqyosida sho'rlanishni nazorat qilish ko'pincha iqtisodiy jihatdan mumkin emas - operatorlarni bitta savol bilan qoldiradi: biologiya tuzni o'ldirishdan tezroq moslasha oladimi? Ushbu tadqiqot mikroblarning omon qolishi uchun chegara sharoitlarini va haddan tashqari osmotik stress ostida biologik davolashni yashovchan qiladigan moslashish strategiyalarini o'rganadi.
1. Kirish
Sho'rligi yuqori bo'lgan oqova suvlar odatda sanoatning keng spektrida, jumladan,-hosil bo'ladikimyoviy ishlab chiqarish, dengiz mahsulotlarini qayta ishlash, teri ko'nchilik, vato'qimachilikni bo'yash. Ushbu operatsiyalarning ko'pchiligida tuz iz ifloslantiruvchi emas, balki dominant erigan tarkibiy qism bo'lib, umumiy erigan qattiq moddalar muntazam ravishda 20 g/L dan oshadi va vaqti-vaqti bilan 35 g/L yoki undan yuqori dengiz suvi-kontsentratsiyasiga etadi.
Tuzning yuqori konsentratsiyasi oqava suvlarni tozalashning biologik tizimlariga{0}}maʼlum, ammo yumshatish qiyin-mexanizmi orqali taʼsir qiladi:osmotik stress. Hujayradan tashqari sho'rlanish ko'tarilganda, suv mikrob hujayralaridan ko'chib o'tadi, bu plazmolizga, metabolik funktsiyalarning yo'qolishiga va natijada hujayra o'limiga olib keladi. Hatto o'limga olib keladigan sho'rlanish darajasi ham fermentativ faollikni pasaytirishi, substratning so'rilishini buzishi va flok tuzilmalarini birlashtirgan hujayradan tashqari polimer matritsasini beqarorlashtirishi mumkin.
An'anaviy faol loy tizimlari ayniqsa zaifdir. Yuqori tuz sharoitida-mikroblarning xilma-xilligi keskin torayadi, sezgir turlar yo'q qilingan va faqat halotolerant organizmlarning bir qismi omon qolgan. Ushbu biologik xilma-xillikning yo'qolishi bevosita operatsion oqibatlarga olib keladi: nitrifikatsiya samaradorligi pasayadi, chunki ammiak-oksidlovchi bakteriyalar tizimdagi tuzga-eng sezgir funktsional guruhlardan biridir valoyning cho'kuvchanligi yomonlashadichunki flok{0}}hosil qiluvchi bakteriyalar o'zlarining strukturaviy yaxlitligini yo'qotadilar.
Ushbu tadqiqot tuz kontsentratsiyasining gradienti bo'yicha sho'rlanishning biologik oqava suvlarni tozalash samaradorligiga ta'sirini baholaydi vaMikroblarning moslashuv mexanizmlariyuqori tuz sharoitida-barqaror uzoq muddatli ishlashni ta'minlaydi. Tadqiqot qaysi tizim arxitekturasi eng yuqori chidamlilikni taqdim etishini aniqlash uchun toʻxtatilgan{3}}oʻsish va biriktirilgan-oʻsish konfiguratsiyalarini taqqoslaydi.
2. Materiallar va usullar
Eksperimental sozlash
Uchuvchi-shkalafaollashtirilgan loy va biofilm gibrid tizimisintetik sanoat oqava suvlari yordamida qurilgan va foydalanilgan. Sho'rlanish NaCl yordamida sozlangan va eksperimental diapazonda tizimli ravishda o'zgargan0 dan 35 g/l gacha(NaCl ekvivalenti sifatida ifodalanadi), chuchuk suv sharoitidan to dengiz suvining toʻliq shoʻrlanishigacha boʻlgan spektrni qamrab oladi.
Operatsion parametrlari
Tizim sho'rlanishning boshqa o'zgaruvchilardan ta'sirini ajratish uchun mo'ljallangan boshqariladigan sharoitlarda ishladi. O'rtasida gidravlik ushlab turish vaqti (HRT) saqlanib qoldi6 va 12 soat, loyni ushlab turish vaqti (SRT) esa orasiga uzaytirildi15 va 30 kunmikroblar hamjamiyatining barqarorligini ta'minlash va sekin-o'sadigan halotolerant organizmlarning paydo bo'lishiga imkon berish. Erigan kislorod barqaror bo'lib turdi2 dan 4 mg/l gachaaerobik sharoitlarni ta'minlash hech qachon cheklovchi omil bo'lmagan.
Monitoring va tahliliy usullar
Asosiy ishlash parametrlari butun tajriba davrida, shu jumladan, kuzatildiCODni olib tashlash samaradorligi, ammiak azotini olib tashlash, loy hajmi indeksi (SVI), aralash suyuqlik to'xtatilgan qattiq moddalar (MLSS), vamikroorganizmlar jamiyatining xilma-xilligi. Mikroblarning moslashuvi sho'rlanish darajasini nazorat ostida bosqichma-bosqich oshirish protokoli orqali, loy morfologiyasi, flok tuzilishi va o'ziga xos metabolik faollik tezligidagi o'zgarishlarni davriy kuzatish orqali baholandi.
3. Tadqiqot natijalari
Sho'rlanish gradientlari bo'yicha ishlash
Eksperimental natijalar aniq va bashorat qilinadigan natijalarni ko'rsatdidoza-javob munosabatisho'rlanish va davolash samaradorligi o'rtasida. Tizim mos ravishda past, o'rtacha va yuqori sho'rlanish diapazonlariga mos keladigan - barqaror, o'tish davri va yomonlashgan - uchta alohida ish rejimini namoyish etdi.
Atpast sho'rlanish darajasi (5 g / L dan past), tizim unumdorligi mustahkam boʻlib qoldi va tuzsiz ish-ajralmas edi. CODni olib tashlash doimiy ravishda oshib ketdi90%, nitrifikatsiya an'anaviy tarzda davom etdi va loyning cho'kuvchanlik ko'rsatkichlari boshlang'ich darajadan sezilarli og'ish ko'rsatmadi.
Ato'rtacha sho'rlanish darajasi (10 dan 20 g / L), mikrob faolligining o'lchovli pasayishi aniq bo'ldi. Nitrifikatsiya samaradorligi sezilarli darajada pasaydi, bu ammiak{1}}oksidlovchi bakteriyalarning osmotik stressga nisbatan sezgirligini aks ettiradi. Loyning o'sish sur'atlari sekinlashdi va SVI qiymatlari yuqoriga ko'tarila boshladi, bu esa flok tuzilishining dastlabki-bosqichida buzilishdan dalolat beradi. Biroq, tadqiqot shuni ko'rsatdikiasta-sekin moslashish tizimning chidamliligini sezilarli darajada yaxshiladiVaqt o'tishi bilan sho'rlanish darajasi bosqichma-bosqich o'sib boruvchi - reaktorlar zarba yuklanishiga duchor bo'lgan reaktorlardan sezilarli darajada oshib ketdi.
Atyuqori sho'rlanish darajasi (25 g / L dan yuqori), an'anaviy faol loy tizimlari jiddiy va ba'zi hollarda qaytarib bo'lmaydigan ish faoliyatini yomonlashtirdi. To'da hosil bo'lishi sezilarli darajada yomon edi, pin-to'da va tarqoq o'sish ustunlik qildi. Ammiakni yo'qotish samaradorligi keskin pasaydi va CODni olib tashlash, tushirishga muvofiqlik uchun maqbul darajadan pastga tushdi.
1-jadval: Turli sho'rlanish darajalarida davolash ko'rsatkichlari
| Tuzlilik diapazoni (g/L NaCl) | Operatsion rejimi | CODni olib tashlash | Nitrifikatsiya | Loyning xususiyatlari |
| 0 dan 5 gacha | Barqaror | 90% dan yuqori | Oddiy | Yaxshi flok shakllanishi, normal SVI |
| 10 dan 20 gacha | O'tish davri | Kamaymoqda | Qisqartirilgan | SVI ko'tarilishi; moslashish bilan tiklanish |
| 25 dan yuqori | Buzilgan | Jiddiy qisqartirildi | Qattiq inhibe qilingan | Yomon flok, pin{0}}flok, tarqoq o'sish |
Biofilm va to'xtatilgan o'sish: muhim farq
Eng muhim topilmalardan biri bu edibiofilm{0}}asosidagi tizimlarning sezilarli ustunligituzli stress ostida. Biriktirilgan{1}}oʻsish konfiguratsiyalari anʼanaviy toʻxtatilgan-oʻsish faol loy bilan solishtirganda, shoʻrlanishga-tasirli ish faoliyatini yoʻqotishga nisbatan ancha yuqori qarshilik koʻrsatdi. Bu chidamlilik bir-biriga bog'langan ikkita mexanizmga bog'liq: ishlab chiqarishhimoya hujayradan tashqari polimerik moddalar (EPS)o'rnatilgan hujayralarni to'g'ridan-to'g'ri osmotik zarbadan himoya qiluvchi vamikroblarni ushlab turish yaxshilanadibu gidravlik kuchlanish paytida sekin o'sadigan halotolerant turlarning-yo'q bo'lib ketishining oldini oladi.
4. Munozara
Osmotik stress birlamchi inhibitiv mexanizm sifatida
Tadqiqot buni tasdiqlaydiyuqori sho'rlanish asosiy inhibitiv omil hisoblanadibiologik oqava suvlarni tozalashda, mikrobial inhibisyonning dominant mexanizmi bo'lib xizmat qiluvchi osmotik bosim stressi. Hujayradan tashqari muhit gipertonik holga kelganda, mikrob hujayralaridan suv oqimi turgor bosimini buzadi, membrana yaxlitligini buzadi va oxir-oqibat metabolik faollikni buzadi. Ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, bu effekt ikkilik emas -, u - gradienti bo'ylab ishlaydi, lekin unumdorlik operatsion jihatdan qabul qilib bo'lmaydigan bo'lgan chegara nisbatan keskin bo'lib, odatda iqlimga moslashtirilmagan biomassa uchun -20 dan 25 g/L gacha.
Asta-sekin moslashish orqali mikroblarning moslashuvi
Sekin-asta moslashish sho'rlangan oqava suvlarni tozalashning yagona eng samarali operatsion strategiyasi sifatida namoyon bo'ladi. Asosiy biologiya oddiy: sho'rlanish asta-sekin o'sib borsa, mikrobial jamoalar paydo bo'ladi.yo'nalish tanlashbunda halotolerant turlar asta-sekin populyatsiyada hukmronlik qiladi. Bu organizmlar omon qolishning ikkita asosiy strategiyasidan foydalanadilar - fermentativ funktsiyani buzmasdan tashqi osmotik bosimni muvozanatlashtiradigan mos erigan moddalarning (masalan, betain va ektoin) hujayra ichidagi to'planishi vaEPS ishlab chiqarishni tartibga solishbiofilm matritsasiga tuzning kirib borish tezligini mo'tadillashtiradigan diffuziya to'sig'ini yaratish.
Eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, iqlimga moslashgan tizimlar sho'rlangan{0}}ekvivalent sho'rlanish darajasidagi tizimlardan doimiy ravishda ustun turadi, bu esa mikroorganizmlar jamoasining tarkibi - nafaqat tuz konsentratsiyasi - davolash natijalarini belgilab berishini tasdiqlaydi.
Gibrid tizimlar: ikkala dunyoning eng yaxshisini birlashtirgan
To'xtatilgan va biriktirilgan o'sishni birlashtirgan gibrid tizimlar taklif qiladiyuqori barqarorliko'zgaruvchan sho'rlanish sharoitida. Biofilm komponenti vazifasini bajaradihimoya suv omborimikroblar xilma-xilligi: to'xtatilgan flok sho'rlanishning keskin ko'tarilishi bilan buzilganda, biofilm{0}}ko'milgan populyatsiya omon qoladi va sharoit barqarorlashgandan keyin to'xtatilgan fazani tezda qayta ekishi mumkin. Ushbu funktsional ortiqchalik sof to'xtatilgan{2}}o'sish tizimlariga mos kelmaydigan operatsion xavfsizlik chegarasini ta'minlaydi.
Sanoat operatorlari uchun amaliy natijalar
Ushbu tadqiqotdan tanqidiy amaliy fikr shundan iboratkisanoat oqava suvlarini tozalashda sho'rlanishni nazorat qilish ko'pincha amalga oshirilmaydi. Tuzsizlantirish yoki suyultirish strategiyalari sanoat chiqindilariga xos bo'lgan hajmlarda taqiqlovchi kapital va operatsion xarajatlarni o'z ichiga oladi. Binobarin, uzoq muddatli davolash strategiyasining asosi - fizik-kimyoviy oldindan davolashdan ko'ra biologik moslashuv - bo'lishi kerak. Bu shuni anglatadiki, zavod dizayni ustuvor bo'lishi kerakkengaytirilgan SRTsekin{0}}o'sadigan halotolerant organizmlarni ushlab turish uchun,biofilm tashuvchi vositahimoyalangan nishlarni ta'minlash vabosqichma-bosqich ishga tushirish protokollariBu mikrobial jamoalarga toʻliq quvvatli shoʻrlangan oqava suvlar kiritilgunga qadar-moslashishga vaqt beradi.
5. Xulosa
Yuqori-sho'rlanish sharoitlariikkilamchi oqava suvlarni tozalash ishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadimikrobial faollikni osmotik inhibe qilishning ikki tomonlama mexanizmlari va loy tuzilishini jismoniy beqarorlashtirish orqali. Ta'sirning og'irligi konsentratsiyaga bog'liq bo'lib{1}}, moslashtirilmagan biomassa uchun aniq buzilish chegarasi 20 va 25 g/L NaCl - orasida.
Tadqiqot sho'rlangan oqava suvlarni tozalashga ishonchli yondashuvni tashkil etuvchi ikkita qo'shimcha strategiyani aniqlaydi. Birinchidan,mikroblarning asta-sekin moslashishi- sho'rlanishning uzoq muddat davomida bosqichma-bosqich o'sishi orqali erishiladi - davolash funktsiyasini sho'rlanish darajasida ushlab turishga qodir bo'lgan halotolerant mikrobial jamoalarni tanlash va boyitish imkonini beradi, bu aks holda inhibe qiladi. Ikkinchidan,biofilm{0}}asosidagi va gibrid reaktor konfiguratsiyasiToʻxtatib qoʻyilgan oʻsish tizimlarida yetishmaydigan tuzilmaviy va ekologik mustahkamlikni, birinchi navbatda, EPSning himoya roli-va sekin oʻsayotgan maxsus organizmlarni ushlab turish orqali taʼminlash.
Tuzsizlantirish iqtisodiy jihatdan amaliy boʻlmagan{0}}koʻp shoʻrlangan oqava suv oqimlariga duch kelgan sanoat operatorlari uchun oldinga yoʻl aniq: biofilm tashuvchisi integratsiyasiga investitsiya qiling, halotolerant hamjamiyat rivojlanishini qoʻllab-quvvatlash uchun SRTni kengaytiring va biologiyaga moslashish uchun vaqt beradigan iqlimlashtirish protokollarini amalga oshiring. Mikroblar hamjamiyati, to'g'ri sharoitlarni hisobga olgan holda, fizik-kimyoviy davolash bilan hal qila olmaydigan muammoni hal qilishi mumkin.
Yuqori tuzli oqava suvlarni-biologik tozalash tizimlari muhandisligi?
Juntai Plastic yuqori-mahsulotli PVX naychali cho'ktiruvchi vosita va biofilm tashuvchi tizimlarni sanoat oqava suvlari uchun talab qilinadigan -, shu jumladan, an'anaviy tindirgichlar ishlamay qolgan-sho'rlanish darajasi yuqori bo'lgan muhitlar uchun ham ta'minlaydi. Bizning cho'kindi va biologik biriktiruvchi yechimlarimiz halotolerant biofilmlarning rivojlanishi uchun zarur bo'lgan tizimli asosni ta'minlaydi.