KIRISH
Urbanizatsiyaning tezlashishi ifloslanish muammolarini tobora ko'proq e'tiborga oldi, ular orasida shahar kanalizatsiyasi asosiy muammoga aylandi. Sanoat ishlab chiqarishi va kundalik hayotda hosil bo'ladigan oqava suvlar nafaqat daryolar va suv manbalarini jiddiy ifloslantiradi, balki inson salomatligi va ekologik muhitga katta xavf tug'diradi. Shu sababli, shaharlarning sog'lom rivojlanishini ta'minlash uchun shahar kanalizatsiyasini tozalash sifatini oshirish hal qilinishi kerak bo'lgan dolzarb muammoga aylandi.
An'anaviy kimyoviy tozalash usullari, agar noto'g'ri ishlatilsa, osongina ikkilamchi ifloslanishni keltirib chiqarishi va ifloslanmagan suv havzalarining tabiiy tuzilishini o'zgartirishi mumkin. Bundan farqli o'laroq, shahar kanalizatsiyasini tozalashning yangi vositasi sifatida biofilmga asoslangan bioaugmentatsiya texnologiyasi noyob afzalliklarni ko'rsatadi. Bu texnologiya nafaqat ikkilamchi ifloslanishning oldini oladi, balki oddiy ishlov berish va real{2}}vaqt davolash xususiyatlariga ham ega. Eng muhimi, bioaugmentatsiya texnologiyasi ifloslantiruvchi moddalar kontsentratsiyasi va sho'rlanishdan kamroq ta'sir qiladi, hatto noqulay sharoitlarda ham yuqori faollikni saqlaydi va zaharli oqava suvlarni tozalashda ifloslantiruvchi moddalarning uzatilishiga olib kelmaydi.
Biroq, biofilmning haqiqiy davolash ta'siriga ko'plab omillar ta'sir qiladi, ular orasida tashuvchining turi asosiy omillardan biridir. Turli xil tashuvchilar biofilm o'sishi va ishlashiga turli xil ta'sir ko'rsatadi. Shuning uchun tegishli tashuvchilarni tanlash suv ifloslanishini tozalashda bioaugmentatsiya texnologiyasining samaradorligini oshirish uchun juda muhimdir. Shu maqsadda ushbu maqola eksperimentlar orqali atrof-muhitni muhofaza qilish muhandisligida shahar suvining ifloslanishini bioaugmentatsiya bilan tozalash usuli boʻyicha chuqur tahlil va tadqiqot olib boradi, eng yaxshi tashuvchi turi va ish sharoitlarini topish hamda shahar suv ifloslanishini tozalash uchun yanada samarali texnik yordam koʻrsatishni maqsad qilgan.
1 TAJRIB MATERIALLAR VA USULLAR
1.1 Eksperimental sozlash
Tajribada o'lchamlari 20 sm x 50 sm va samarali hajmi 6,85 L bo'lgan pleksiglas biofilm reaktoridan foydalanildi. Shamollatish moslamasi kislorod-ko'paytiruvchi nasos bo'lib, uning asosiy vazifasi mikroorganizmlarni kislorod bilan ta'minlash va to'xtatilgan tashuvchilarning etarli darajada suspenziyasini ta'minlash edi. 3 soatlik intervalgacha aeratsiya davrida qattiq{7}}suyuqlikni (mikrob tashuvchilar va kanalizatsiya) to'liq aralashtirish uchun aralashtirgich ishlatilgan. Reaksiya harorati haroratni nazorat qilish moslamasi yordamida 28 ± 1 daraja nazorat qilindi. Umumiy eksperimental tuzilma 1-rasmda ko'rsatilgan.
1-rasmda ko'rsatilganidek, reaktorlar (a) va (b) cho'kindi bilan emlangan, tashuvchilar mos ravishda to'xtatilgan tashuvchilar va elastik tashuvchilar; reaktorlar (c) va (d) faollashtirilgan loy bilan emlangan, tashuvchilar mos ravishda to'xtatilgan tashuvchilar va elastik tashuvchilar bo'lgan. To'rt reaktorning (a) ~ (d) ish parametrlari asosan bir xil edi. Ishlash rejimi 3 soat + 3 soat intervalgacha shamollatish bo'lib, asta-sekin o'sib borayotgan aeratsiya intensivligi va vaqti-vaqti bilan loy chiqishi. Shamollatish tezligi 1-2 kun davomida 3 L / min, 3-9 kunlarda 2 L / min va 9 kundan keyin 3 L / min. Biofilmni biriktirish usuli 2 kunlik intervalgacha operatsiyadan keyin to'liq tushirish edi.
1.2 Eksperimental materiallar
1.2.1 Mikrob tashuvchilarning konfiguratsiyasi
Elastik tashuvchining konfiguratsiyasi: Eksperimentda elastik tashuvchi sifatida yuqori zichlikdagi polietilendan yasalgan 600 ga yaqin filamentli moddalar-korroziyaga chidamli 4 mm diametrli markaziy arqon ishlatilgan va u biofilm reaktorining yuqori qismiga o‘rnatilgan va tabiiy ravishda osilgan. Ushbu tashuvchining to'ldirish balandligi 26 mm, filament diametri 10 mm, massasi 0,978 g/sm³, o'ziga xos sirt maydoni 500 m²/sm⁻³, porozlik 95% dan ortiq va to'ldirish nisbati 60% edi.
To'xtatilgan tashuvchining konfiguratsiyasi: To'xtatilgan tashuvchilar polivinilxloriddan, taxminan 260 zarrachadan iborat bo'lgan donador moddalar bo'lib, ular shamollatish vaqtida suyuqlik holatida bo'lgan. Tashuvchining diametri 150 mm, zarrachalar diametri 0,5 mm, massasi 100 g/sm³, o'ziga xos sirt maydoni 311 m²/sm⁻³, g'ovakligi 99% dan ortiq va to'ldirish nisbati 60% edi.
1.2.2 Tajriba suvini tayyorlash
Tajribaviy suv Shandun provinsiyasining Veyfan shahridagi Mihe daryosining suv sifati asosida tayyorlangan. Mihe daryosi suviga KNO₃, NH₄Cl, C₆H₁₂O₆ va NaNO₂ kabi keng tarqalgan ifloslantiruvchi moddalar qo'shildi. Suv harorati 7,8 daraja –31,8 daraja, pH 7,01–8,66, DO 6,46–11,35 mg/L, NH₄⁺-N 0,35–6,51 mg/L va COD 102–273 mg/L da nazorat qilindi. Mikroorganizmlar uchun yaxshi yashash muhitini ta'minlash uchun Cu²⁺, Mg²⁺ va Mn²⁺ kabi iz elementlari ham qo'shildi. Qo'shilgandan so'ng konsentratsiyalar: CuSO₄·5H₂O 9,68 ug/L, MgSO₄ 15,2 ug/L, MnCl₂·4H₂O 211 ug/L, FeCl₃ 5,88 ug/L, ZnSO₄·7H₂9, ZnSO₄·9H₂9, CoCl₂·6H₂O 3,85 ug/L.
1.2.3 Eksperimental emlangan loy
Emlangan cho‘kindi Shandun viloyatining Veyfan shahridagi Mihe daryosi loyidan, emlangan faol loy esa Veyfan shahridagi oqava suvlarni tozalash inshootining aeratsiya tankidan olindi. Emlangan cho'kma distillangan suv bilan yuviladi va 0,45 mm zanglamaydigan po'latdan elakdan filtrlanadi. Cho'kma va faol loy mos ravishda biofilm reaktorining pastki qismiga 1:10 nisbatda yotqizilgan.
1.3 Tahlil usullari
1.3.1 Suv sifati ko'rsatkichlarini tahlil qilish usullari
Tajribadagi barcha suv sifati ko'rsatkichlarini tahlil qilish usullari milliy standart usullarga amal qildi. Har bir ko'rsatkichning yakuniy qiymati uchta tajribaning o'rtacha qiymati edi. Maxsus o'lchov protseduralari quyidagilardan iborat:
pH, DO, T:Mettler{0}}Toledo erigan kislorod o‘lchagich yordamida o‘lchandi. Muayyan qadamlar quyidagilardan iborat edi: hisoblagich yaxshi ish holatida bo'lishini ta'minlash; pH ni o'lchash; erigan kislorodni (DO) o'lchash; haroratni o'lchash (T).
NH₄⁺-N:Nessler reaktivining kolorimetrik usuli bilan o'lchanadi. Qadamlar quyidagilardan iborat edi: NH₄⁺ ni NH₃ ga aylantirish uchun suv namunasiga tegishli miqdorda natriy gidroksid eritmasi qo'shing. Odatda, 10 ml suv namunasiga 0,2 g NaOH qo'shiladi. Sariq cho'kma hosil qilish uchun hosil bo'lgan NH₃ bilan reaksiyaga kirishish uchun tozalangan suv namunasiga Nessler reagentini tomchilab qo'shing. To'liq cho'kma hosil bo'lishi uchun 15-30 daqiqa kuting. NH₄⁺-N miqdori qancha koʻp boʻlsa, eritma rangi shunchalik quyuqroq boʻladi. Kolorimetrik natijalar yoki absorbans ko‘rsatkichlari asosida NH₄⁺-N kontsentratsiyasini hisoblang.
COD:Tez hazm qilish usuli bilan o'lchanadi. Qadamlar quyidagilardan iborat edi: suv namunasining tegishli miqdorini hazm qilish kolbasiga qo'shing va namunaning kislotali hazm bo'lishiga erishish uchun tegishli miqdorda perklorik kislota va sulfat kislota qo'shing. Namuna pH 2 dan past bo'lishini ta'minlang. Isitish hazm qilish: ovqat hazm qilish kolbasini doimiy haroratli suv hammomiga yoki shakerli isitgichga joylashtiring, qaynaguncha qizdiring va bir muddat (odatda 2 soat) ushlab turing. Ovqat hazm qilish kolbasini xona haroratiga qadar sovutib oling. Indikator qo'shing: qolgan xlorid kislotani o'zlashtirish uchun indikator sifatida oz miqdorda kumush sulfid qo'shing. Titrlash: titrlash uchun Rhodamin B dan foydalaning. Rang pushtidan sariq-yashil rangga oʻzgarmaguncha namunaga Rodamin B ni tomchilab qoʻshing. COD kontsentratsiyasini hisoblang.
1.3.2 Biofilm xarakteristikasini tahlil qilish usuli
Biofilm miqdori to'ldirish usuli bilan aniqlandi. Polisaxarid miqdori va oqsil miqdori mos ravishda nitrat kislotani distillash-va Coomassie Brilliant Blue usuli bilan standart sifatida sigir zardobi albuminidan foydalangan holda aniqlandi. Ikkalasining yig'indisi EPS tarkibi edi. EPS tarkibi biofilm xarakteristikasi tahlili uchun indikator sifatida ishlatilgan. Tajriba asosan mikrob hujayralari agregatsiyasida EPS ning rolini tahlil qildi. EPSni olib tashlashdan oldin va keyin biofilm namunalari tortildi va suspenziya tayyorlash uchun 0,9% NaCl eritmasi qo'shildi. Spektrofotometrda suspenziyaning OD₆₀₀ qiymati 0,6 ga o'rnatildi. Tegishli miqdorda suspenziya 5 ml santrifüj naychasiga joylashtirildi va OD₆₀₀ ni o'lchash uchun har 1 soatda 3 ml supernatant olindi. t vaqtida mikrob hujayralarining to'planish foizi formula bo'yicha hisoblab chiqilgan.
Birlashtirish jarayoni birinchi tartibdagi kinetik tenglamaga-yozildi.
2 NATIJA VA MUHOKAZA
2.1 Turli tashuvchilar bilan biofilm biriktirilishini ishga tushirishda kanalizatsiya sifatini tahlil qilish-
Ishlash parametrlariga ko'ra, reaktorlar ishga tushirildi va kanalizatsiyadagi NH₄⁺-N va COD kontsentratsiyasi turli xil emlash manbalari va turli tashuvchilar bilan NH₄⁺-N va CODni olib tashlash samaradorligini solishtirish uchun protseduralarga muvofiq sinovdan o'tkazildi.
2(a)-rasmdan ko'rinib turibdiki, NH₄⁺-N olib tashlash samaradorligiga ko'ra, bioplyonka biriktirilishini boshlash jarayoni-uch bosqichga bo'lingan: moslashish, tez o'sish va barqarorlik. Ishga tushirish jarayonida faol loy bilan emlangan osilgan va elastik tashuvchilarning bioplyonka biriktirish samaradorligi-cho'kindi bilan emlangan tashuvchilarga qaraganda yaxshiroq edi. Ular orasida (b) reaktor 12-kuni muvaffaqiyatli biofilm biriktirilishiga erishdi, reaktor (a) esa biroz sekinroq edi. Strukturaviy afzalliklari tufayli elastik tashuvchi bioplyonka biriktirilishi uchun qisqaroq vaqtni talab qildi, to'xtatilgan tashuvchi esa o'zining materiali tufayli biofilmning ajralishiga ko'proq moyil bo'lib, biriktirma samaradorligini pasaytirdi. Bu shuni ko'rsatadiki, faol loy tarkibidagi faol mikroorganizmlarning ko'pligi bioplyonka biriktirilishining -smaylik samaradorligini oshirgan.
Shakl 2 (b) dan ko'rinib turibdiki, (a) ~ (d) reaktorlarining CODni olib tashlash tezligi avval ortib, keyin esa barqarorlashgan. Ular orasida (b) reaktori (a) ga nisbatan 80% tezroq olib tashlashga erishdi, (c) va (d) esa 9-kuni 80% dan yuqori barqarorlashdi. Buning sababi shundaki, elastik tashuvchining kuchli adsorbsion sig'imi va o'zaro bog'langan tarmoq tuzilishi mikroorganizmlar va kanalizatsiya o'rtasidagi aloqa maydonini oshirib, organik moddalarni ushlab turish samaradorligini oshirdi. Bundan tashqari, faol loyning yopishqoqligi va boyligi CODni olib tashlashni ham kuchaytirdi.
2.2 Turli omillarning biofilmning ishlashiga ta'sirini tahlil qilish.
Yuqoridagi tahlil natijalariga ko'ra, turli omillarning biofilmning ishlashiga ta'sirini yanada tahlil qilish uchun keyingi tajribalar uchun eng yaxshi ifloslantiruvchi ta'sirga ega bo'lgan reaktor (d) (faollashtirilgan loy va elastik tashuvchi bilan emlangan) tomonidan hosil qilingan biofilm tanlangan. Natijalar 3-rasmda keltirilgan.
2.2.1 DO
Eksperimental suv harorati 26 daraja -28 daraja, pH 6,8-7,2 va suv oqimi tezligi 7,8-8,1 l / min. 3(a)-rasmda ko'rsatilganidek, DO kontsentratsiyasi 1,5 mg/L dan 4,5 mg/L gacha ko'tarilganda NH₄⁺-N va CODni olib tashlash tezligi solishtirildi.
3(a)-rasmdan ko'rinib turibdiki, DO kontsentratsiyasi ortishi bilan NH₄⁺-N va CODni olib tashlash tezligi oshgan. DO 1,5 mg/L bo'lganida, NH₄⁺-N va COD ning chiqarilish darajasi mos ravishda taxminan 34% va 48% edi. Bu vaqtda suv havzasi anoksik holatda bo'lib, kislorodning bioplyonkaga etarli darajada o'tkazilmagani, nitrifikator bakteriyalarning o'sishini qiyinlashtirgan, natijada olib tashlash tezligi past bo'lgan. Keyinchalik, DO 3,5 mg / L ga oshgani sayin, ikkala olib tashlash tezligi sezilarli darajada oshdi va keyin o'zgarish asta-sekin tekislandi. Ya'ni, DO 3,5 mg/L dan oshgandan so'ng, DO NH₄⁺-N va CODni olib tashlashga ta'sir qiluvchi asosiy omil bo'lib qolmadi.
2.2.2 pH
Eksperimental suv harorati 26 ° -28 ° C, suv oqimi tezligi 7,8-8,1 L / min, pH ni sozlash uchun HCl va NaHCO₃ ishlatilgan. NH₄⁺-N va KODni olib tashlash stavkalari pH 6 dan 9 gacha oshgani sayin solishtirildi. Koʻrinib turibdiki, pH oshgani sayin NH₄⁺-N va KODni olib tashlash tezligi avval ortib, soʻngra pasaygan, ikkalasi ham pH 7 da maksimal darajaga etgan. pH bakteriyaga sezilarli taʼsir qiladi. Nitrifikatsion bakteriyalar o'sishi uchun optimal pH 7,5-8,0 ni tashkil qiladi va ularning faolligi pH 7,0-7,8 da eng kuchli hisoblanadi. Bu diapazondan tashqarida ularning faolligi keskin pasayib, NH₄⁺-N va CODni olib tashlash tezligining pasayishiga olib keladi, bu raqamga mos keladi.
2.2.3 Suv oqimining tezligi
Eksperimental suv harorati 26 daraja -28 daraja, pH 6,8-7,2, DO 3,5-4,5 mg / L darajasida o'rnatildi. Suv oqimi tezligi 6,5 l/min dan 9,5 l/min gacha oshgani sababli NH₄⁺-N va CODni olib tashlash stavkalari solishtirildi. Ko'rinib turibdiki, oqim tezligi 8,0 L / min ga yetguncha, olib tashlash tezligi oqim tezligining oshishi bilan ortib, 8,0 L / min maksimal darajaga yetdi va keyin pasayishni boshladi. Buning sababi shundaki, tegishli oqim tezligi suv harakatiga yordam beradi, moddalar va kislorodni biofilmga tashishni tezlashtiradi, lekin haddan tashqari yuqori oqim tezligi biofilmga ta'sir qiladi, bu esa biofilmning bir oz yo'qolishiga olib keladi va shu bilan davolash samaradorligiga ta'sir qiladi.
2.2.4 COD yuki
Eksperimental suv harorati 26 daraja -28 daraja, DO 3,5 mg / L, pH 7, suv oqimi tezligi 8 L / min qilib o'rnatildi. NH₄⁺-N va CODni olib tashlash stavkalari KOD yuki 15 g/m²·d dan 30 g/m²·k gacha oshgani sababli solishtirildi. Ko'rinib turibdiki, COD yuki 15 g / m² · d dan 30 g / m² · kungacha oshganda, olib tashlash tezligi tez o'sdi va keyin asta-sekin barqarorlashdi va 25 g / m² · kunlik COD yukida maksimal darajaga yetdi. Ayni paytda NH₄⁺-Nni olib tashlash darajasi 90% ga yaqin edi va CODni olib tashlash darajasi 90% dan oshdi. COD yuki 25 g/m²·d dan oshganda, yukni yanada oshirish olib tashlash tezligini sezilarli darajada o'zgartirmadi. Tajribada ishlatiladigan biofilm uchun optimal COD yuki 25 g/m²·d edi.
2.2.5 Ta'sir qiluvchi C/N nisbati
Eksperimental suv harorati 26 daraja -28 daraja, DO 3,5 mg / L, pH 7, suv oqimi tezligi 8 L / min qilib o'rnatildi. NH₄⁺-N va CODni olib tashlash stavkalari 5.3, 10.2 va 14.6 taʼsir qiluvchi C/N nisbatlarida solishtirildi, natijalar 3(e)-rasmda koʻrsatilgan.
Shakl 3(e) dan ko'rinib turibdiki, ta'sir qiluvchi C/N nisbati 5,3 bo'lganida, biofilm yaxshi NH₄⁺-N olib tashlash darajasi 90% ga erishgan, ammo CODni olib tashlash darajasi past edi. Buning sababi shundaki, past C / N nisbati avtotrof nitrifikator bakteriyalarning o'sishiga yordam beradi, bu ularni oziq moddalar va DO uchun geterotrof nitrifikator bakteriyalarga qaraganda kuchliroq raqobatlashadi, bu geterotrof va avtotrof nitrifikator bakteriyalar o'rtasidagi muvozanatga olib keladi, bu esa KODni yomon olib tashlashga olib keladi. Ta'sir qiluvchi C/N nisbati 10,2 bo'lganda, biofilm NH₄⁺-N va COD uchun nisbatan yuqori olib tashlash tezligiga erishdi, chunki bu sharoitda heterotrof va avtotrof nitrifikator bakteriyalar muvozanatda o'sdi va biofilmni tozalash samaradorligi yuqori edi. Ta'sir qiluvchi C/N nisbati 14,6 bo'lganida, CODni olib tashlash darajasi yuqori bo'lib, 90% dan oshdi, ammo NH₄⁺-Nni olib tashlash darajasi keskin pasayib, atigi 65% ga etdi. Shuning uchun, ta'sir qiluvchi C/N nisbatini tanlashda NH₄⁺-N va CODni olib tashlash samaradorligini hisobga olish kerak.
3 XULOSA
Suv ifloslanishini tozalash samarasini yaxshilash uchun biofilmga asoslangan shahar suvining ifloslanishini bioaugmentatsiya bilan tozalash usuli taklif qilindi. Turli xil emlash manbalari va turli tashuvchilar bilan bioplyonka biriktirilishini ishga tushirish samaradorligini, shuningdek, DO, pH, suv oqimi tezligi, COD yuki va ta'sir qiluvchi C/N nisbatining biofilmning kanalizatsiya tozalash samaradorligiga ta'sirini solishtirish uchun biofilm reaktori qurilgan. Tahlil shuni ko'rsatdiki, faollashtirilgan loy bilan emlangan elastik tashuvchi biofilm NH₄⁺-N va COD uchun yuqori olib tashlash tezligiga ega bo'lib, tozalash samaradorligini oshiradi. Bundan tashqari, DO kontsentratsiyasi 3,5 mg / L darajasida saqlanganda, pH 7,0 dan 7,8 gacha bo'lgan mos diapazonda boshqariladi, suv oqimi tezligi 8,0 L / min da barqarorlashdi, KOD yuki 25 g / m² · d da va ta'sir qiluvchi C / N nisbati 10,2 ga sozlanganda, biofilm optimal ta'sir ko'rsatdi. Xulosa qilib aytganda, biofilmga asoslangan shahar suvining ifloslanishini bioaugmentatsiya bilan tozalash usuli muhim afzallik va potentsialni ko'rsatadi. Shahardagi suv ifloslanishini tozalash uchun mahalliy sharoitga moslashtirilgan biofilmni yaratish shahar suvining ifloslanishini yaxshilash va shahar ekologik muvozanatini saqlash uchun g'oyalarni taqdim etadi.