Aukin örverumeðferð á afrennsli hvítlauks með MBBR + A/O ferli
Yfirlit
Hvítlauksafrennslistafar fyrst og fremst af sneið- og skolunarferlum við hvítlauksvinnslu. Það einkennist afhár styrkur lífrænna efna, sóverulegt magn köfnunarefnis og fosfórs og inniheldur umtalsvert magn af allicíni. Allicin (diallyl thiosulfinate) er rokgjarn vökvi sem ber ábyrgð á sterkri lykt af hvítlauk og er efnafræðilega óstöðugur og mjög hvarfgjarn. Allicin getur hamlað vexti ýmissa örvera. Losun hvítlauksafrennslis í mikilli-styrk án meðhöndlunar veldur alvarlegum umhverfisáhrifum. Sumir vísindamenn hafa notað aðferðir eins og himnusíun, Fenton oxun og ör-rafgreiningu, en þessar aðferðir hafa ekki verið árangursríkar til að meðhöndla hvítlaukskrennsli og notkun stórra skammta af efnum eykur síðari meðferðarkostnað. Margir fræðimenn hafa lagt til líffræðilegar meðferðaraðferðir með loftfirrtum-loftháðum samsettum ferlum. Hins vegar, vegna bakteríudrepandi eiginleika allicins, eru örverur erfiðar í ræktun og meðferðarhagkvæmni er ekki ákjósanleg. Þess vegna er áhersla líffræðilegrar meðferðar aðrækta og aðlaga örverustofna sem geta lagað sig að afrennsli hvítlauksins og til að auka lífrænt niðurbrot þeirra.
Þessi rannsókn fól í sér ræktun og skimunbakteríustofnar sem hafa áhrif á niðurbrot hvítlauksafrennslis, sem síðan voru innleidd í aMoving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Með því að nota sáð seyru og -hraðahækkandi líffilmumyndunaraðferð voru líffilmur settar á laggirnar til að auka fjarlægingu köfnunarefnis og fosfórs úr frárennslisvatninu. Þessu fylgdi frekari A/O (Anoxic/Oxic) lífefnafræðileg meðferð. Samkvæmt GB18918-2002 staðlinum getur magn afrennslis COD og ammoníak köfnunarefnis (NH₃-N) uppfyllt aukastaðalinn (COD: 100 mg/L, NH₃-N: 25-30 mg/L). Þetta ferli dregur í raun úr lífrænu innihaldi frárennslis, sem dregur úr erfiðleikum síðari meðhöndlunarstiga.
1. Tilraunahluti
1.1 Process Flow Design
Heildarferlisflæði fyrir meðhöndlun hvítlauksafrennslis er sýnt íMynd 1, þar sem kjarnahlutinn erlífrænt niðurbrot í MBBR + A/O kerfinu. Þrír skimaðir og einangraðir stofnar sem hafa áhrif á niðurbrot hvítlauksafrennslis – Alcaligenes sp., Acinetobacter sp., og Achromobacter sp. – var blandað saman við virka seyru og sett inn í MBBR eininguna til að auðvelda-hraða gangsetningu hennar.
1,2 MBBR + A/O meðferðarferli
Eftir að hafa farið í gegnum grófa og fína skjái til að fjarlægja sviflausn, er hvítlauksafrennslisvatninu dælt beint í MBBR. Áhrifagæðin eru sýnd íTafla 1. Frárennsli frá MBBR rennur beint inn í A/O kerfið. Vegna lágs lífræns innihalds MBBR frárennslis er hráu hvítlauksafrennsli bætt við Oxic (O) tankinn á viðeigandi hátt til að bæta við kolefnisgjafann fyrir A/O ferlið. Til að prófa höggþol kerfisins var lífræn hleðsluhraði MBBR smám saman aukið við stöðuga notkun og fylgst með gæðum frárennslis.
1.3 Ferlafæribreytur
1.3.1 Uppleyst súrefni (DO)
Of hátt DO innan líffilmunnar getur komið í veg fyrir nítrunarmyndun, sem veldur því að MBBR missir samtímis nítrunar- og nítrunarhæfni sína. Of lágt DO getur leitt til fjölgunar þráðgerla, haft áhrif á gæði frárennslis og hindrað nítrunarferlið.
1.3.2 Vökvasöfnunartími (HRT)
Of stutt hormónauppbótarmeðferð veldur miklum viðbragðsskilyrðum, þar sem frárennsli sem inniheldur flest lífræn efni er losað áður en það frásogast að fullu. Stöðugt innstreymi heldur örverum í stöðugu niðurbrotsástandi, dregur úr skilvirkni og eykur orkunotkun. Of langur hormónauppbótarmeðferð leiðir til tæmingar á næringarefnum; án næringarefna draga örverur úr virkni sinni og efnaskiptaþörf til að viðhalda lifun.
1.3.3 Hlutfall kolefnis-til-köfnunarefnis (C/N)
Lágt C/N hlutfall getur leitt til þess að ammoníak umbreytist í önnur efni, sem hefur áhrif á brottnám ammoníak köfnunarefnis. Það veldur einnig auðveldlega þráðafyllingu, stöðugum vexti sem hefur áhrif á flocculation, sem leiðir til seyrufyllingar og fljótandi seyru. Hátt C/N hlutfall er óhagstætt fyrir lífrænt niðurbrot og vöxt örvera og eykur lífrænt álag á örverurnar.
1,4 MBBR Biofilm Start-upp
Upphaf líffilmu-: Notuð var aðferðin til að auka seyru og flæðis-hraða.. MBR-auðguð virk seyra var sáð inn í reactor, með upphafsstyrkur Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS) um það bil 5,82 g/L. Loftun var hafin og pólýetýlen burðarefni var bætt við reactor með afyllingarhlutfall um 60%. TheGERAí reactor var stjórnaðyfir 4,0 mg/L. Innstreymishraði var aukinn í skrefum í 20 l/klst. þrepum: 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 l/klst., með hverjum flæðishraða haldið í 1 dag. Engin seyru fór til spillis á þessum áfanga. Ljósgul líffilma myndaðist á yfirborði burðarberanna þar sem örverur festust og uxu. Eftir árangursríka ræsingu líffilmu-var stöðugur gangur haldið áfram og viðhaldið aGeymslutími seyru (SRT) er 30 dagar. Við stöðugan rekstur var lífræn hleðsluhraði MBBR stillt til að fylgjast með áhrifum þess á COD, köfnunarefni og fosfór.
2. Niðurstöður og umræður
2.1 Greining á MBBR frárennslisgæðum við ræsingu líffilmu-
Loftunarstyrkur í MBBR var stilltur til að stjórna DO styrk. Þegar DO var undir 4,0 mg/L var loftunarstyrkurinn ófullnægjandi til að styðja við samræmda, mikla-óróahreyfingu burðarefnanna, koma í veg fyrir fullnægjandi blöndun og gera það erfitt að mynda líffilmu á yfirborði burðarins. Þegar DO var á bilinu 4,0–6,0 mg/L, blanduðust burðarefnin vandlega saman við virka seyru og frárennslisvatn. Litabreyting varð úr hvítu í gulleit-brúnan á burðarberunum, sem gefur til kynna árangursríka viðtengingu og vöxt örvera við þessa loftunarstyrk, eins og sýnt er íMynd 2.
Breytingarferill innrennslis- og frárennslis-COD í-upphafsfasa er sýndur íMynd 3(a). Upphafleg lækkun á skilvirkni meðferðar var vegna mjög lítið magn af áföstum örverum á burðarefni; niðurbrot örvera í virku eðjunni einum og sér var ófullnægjandi til að fjarlægja hið mikla magn af lífrænum efnum. Eftir því sem leið á ræsingu-jókst magn festra örvera á burðarefninu og myndaði smám saman líffilmu. Styrkur COD frárennslis varð smám saman stöðugur og skilvirkni COD var stöðugt yfir 90%.
Breytingarferill MBBR innrennslis- og frárennslis NH₃-N er sýndur íMynd 3(b). Nitrification loftháðra baktería í virkjaðri seyru fjarlægði í raun ammoníak köfnunarefni. Frá og með 7. degi jókst styrkur NH₃-N á áhrifaríkan hátt smám saman. Á 23. degi, þrátt fyrir að innstreymandi NH₃-N væri enn að aukast, jókst brottnámshraðinn einnig. Þetta var vegna þess að nítrandi bakteríur vaxa hægt í upphafi; með tímanum jókst íbúafjöldi þeirra, líffilman þroskaðist og NH₃-N fjarlægingarhraði jókst smám saman og varð stöðugri.
Frávikskúrfa MBBR aðrennslis og frárennslis TN er sýnd íMynd 3(c). Ólíkt því að fjarlægja ammoníak köfnunarefni, minnkaði skilvirkni TN-fjarlægingar í upphafi. Þetta var vegna þess að umhverfi kjarnaofnsins hafði nægan súrefnis- og kolefnisgjafa, sem takmarkaði vöxt denitrifying baktería. Hins vegar, þegar líffilman myndaðist, fór skilvirkni TN-fjarlægingar að batna. Á 20. degi, þótt styrkur TN aðrennslis hafi aukist, var TN frárennsli og flutningshraði stöðugt, á bilinu 50%–60%.
Breytingarferill MBBR aðrennslis og frárennslis TP er sýndur íMynd 3(d). Frá upphafi-til stöðugrar notkunar hélst TP-fjarlægingarhlutfallið stöðugt. Þrátt fyrir að styrkur TP aðrennslis hafi verið hár í upphafi og minnkaði síðar, sýndi flutningsskilvirkni engin marktæk breyting, sem gefur til kynna getu kerfisins til að fjarlægja fosfór. Fjarlægingarhlutfalli TP í kerfinu var haldið á bilinu 80%–90%.
Í stuttu máli,viðhalda MBBR kerfinu DO á bilinu 4–6 mg/L, þroskað líffilma myndast eftir 20 daga samfellda fóðrun. Í samanburði við hefðbundna virka seyruferli, býður MBBR kerfið upp á sterka höggþol og mikla meðferðarskilvirkni, sem dregur í raun úr erfiðleikum síðari meðferðarstiga fyrir hvítlauksvinnslu skólps.
2.2 Frárennslisgæðagreining meðan á stöðugum rekstri stendur
Eftir upphafsstig líffilmunnar- þroskaðist líffilman. Til að prófa höggþol MBBR kerfisins var lífræn hleðsluhraði stöðugt aukinn við stöðugan rekstur.
Breytingarferill MBBR innstreymis og frárennslis COD við stöðugan rekstur er sýndur íMynd 4(a). Frá dögum 1–5, með stöðugu innstreymi, hélst skilvirkni COD-eyðingar yfir 95% og styrkur COD frárennslis náði um 100 mg/L. Frá dögum 5–20 var innflæðishraðinn aukinn og smám saman hækkaði lífræna hleðslan úr 20 kgCOD/m³·d í 30 kgCOD/m³·d. Engin marktæk breyting varð á skilvirkni fjarlægingar og COD frárennslis hélst á bilinu 80–100 mg/L, sem sýnir mikla höggþol. Eftir 20. dag var innstreymishraðinn aukinn enn frekar, sem jók stöðugt lífræna hleðsluna í reactor úr 30 kgCOD/m³·d í 37 kgCOD/m³·d, haldið í 5 daga. COD flutningsgeta MBBR hélst yfir 95%.
Myndir 4(b) og (c)sýna breytileikaferlana fyrir NH₃-N og TN, í sömu röð, við stöðugan rekstur. Frá dögum 1–5, með stöðugu innstreymi, sýndi MBBR líffilman samtímis nitrification og denitrification. Loftháðar nítrunarbakteríur festar við ytra lag líffilmunnar, að fullu blandaðar skólpvatninu undir loftun, neyttu umtalsverðra köfnunarefnisgjafa með nitrification. Afoxandi bakteríur í innra anoxíska laginu fjarlægðu á áhrifaríkan hátt nítratköfnunarefni með denitrification. Frá dögum 5–20, eftir því sem innstreymishraði jókst, dró verulega úr virkni NH₃-N og TN í upphafi. Eftir um 7 daga samfelldan rekstur aðlagaðist kerfið smám saman. Þrátt fyrir að virkni fjarlægingar fyrir NH₃-N og TN hafi síðan aukist, hélst hún minni en á tímabilinu með litla-rennsli. Við stöðugt innstreymi náði NH₃-N fjarlæging yfir 90%, með frárennsli NH₃-N á bilinu 10–15 mg/L, og TN-fjarlæging var í grundvallaratriðum haldið yfir 80%, með frárennsli TN um 30 mg/L. Eftir að innstreymi hefur verið aukið og kerfið náði nýju jafnvægi undir stöðugum áhrifum, varð NH₃-N fjarlæging stöðug í kringum 80%, með frárennsli NH₃-N á milli 50–70 mg/L og TN fjarlæging um 60%, með frárennsli TN undir 50 mg/L.
Breytingarferill fyrir TP við stöðugan rekstur er sýndur íMynd 4(d). Styrkur TP frárennslis var í grundvallaratriðum haldið í kringum 10 mg/L. Upphaflega, með stöðugu lágu flæði og lágum TP styrkleika, voru meðferðaráhrifin takmörkuð. Eftir því sem innflæðishraði og styrkur TP jókst, náðist mikilli meðferðarskilvirkni í gegnum árekstursstigið og í kjölfarið há-álagsaðgerð, þar sem TP-fjarlægingarhlutfallið sveiflaðist um 90%.
Í stuttu máli,við mikið lífrænt hleðslulost hélst skilvirkni COD-fjarlægingar kerfisins að mestu óbreytt, en fjarlæging NH₃-N og TN minnkaði meira.. Þegar lífræna hleðslan náði hámarki sínu, 37 kgCOD/m³·d, dró verulega úr virkni kerfisins fyrir NH₃-N og TN.
2.3 Frárennslisgæðagreining á MBBR + A/O kerfi
Eftir upphafsstig líffilmu- og eins mánaðar stöðugan rekstur var A/O ferli bætt við niðurstreymis fyrir háþróaða meðhöndlun á MBBR frárennsli. Aukning á innflæðishraða var beitt til að auka heildar lífræna hleðslu, með það að markmiði að ákvarða ákjósanlegasta innstreymishraða, sem samsvarar ákjósanlegri hormónauppbótarmeðferð.
COD breytileikaferillinn er sýndur íMynd 5(a). Innstreymishraði jókst í röð: 100, 120, 130, 150, 170 L/klst. Frá upphafi að hámarksrennsli jókst lífræn álag á MBBR kerfið úr 20 kgCOD/m³·d í 37 kgCOD/m³·d. Lokafrennsli frá sameinaða kerfinu hélst stöðugt, styrkur COD var undir 100 mg/L. Undir viðvarandi háu lífrænu hleðslusjokki gekk MBBR kerfið vel, þó að COD frárennsli þess sýndi lítilsháttar aukningu þegar rennsli náði 150 l/klst. Eftir að hafa haldið 170 l/klst. rennsli í nokkra daga, sást áberandi hækkun á MBBR frárennsli COD. Hins vegar, með síðara A/O ferlinu, var endanlegu sameinaða frárennsli kerfisins enn haldið undir 100 mg/L. Þetta bendir til þess að jafnvel við mikla lífræna hleðsluáfallið 37 kgCOD/m³·d, hefur sameinað ferlið enn mikil fjarlægingaráhrif á afrennslisvatn frá hvítlauk.
Breytingarferlar fyrir NH₃-N og TN eru sýndir íMyndir 5(b) og (c), í sömu röð. Hvítlauksvinnsla skólps hefur mikinn styrk af ammoníak köfnunarefni og heildar nitur, sem getur aukist enn frekar með tímanum vegna oxunar. Venjulega er styrkur ammoníaksköfnunarefnis á bilinu 300–500 mg/L og heildarnitur á bilinu 450–600 mg/L. Við samtímis nítrunar- og denitrification í MBBR var ammoníak köfnunarefnisfjarlæging skilvirkari, líklega vegna þess að nítrunargerlar nýta skólpvatnið á skilvirkari hátt undir loftun. Denitrifying bakteríur þurfa súrefnislausar aðstæður og eru oft háðar neyttu lífrænu kolefni fyrir denitrification. Þegar innflæðishraðinn var aukinn var virkni NH₃-N og TN að fjarlægja fyrst. Frá dögum 1–4, vegna lágs rennslishraða og í meðallagi NH₃-N, hélst flutningshraði NH₃-N yfir 90% og skilvirkni TN-fjarlægingar jókst smám saman. Í kjölfarið jókst innflæðið verulega. Það kom greinilega fram að þegar innstreymi jókst jókst styrkur frárennslis NH₃-N og TN á mismunandi stigum í röð, með hærra innstreymi sem leiddi til hærri styrks frárennslis. Eftir því sem flæðihraðinn jókst jókst lífmassi á líffilmuberunum, sem eykur nítrification, þar sem ammoníak köfnunarefni er oxað með því að nitrigera bakteríur í nítrat og nítrít undir súrefni.
Ferill TP styrkleikabreytinga er sýndur íMynd 5(d). Miðað við háa innstreymisstyrk COD og TN er fræðilegur ákjósanlegur TP styrkur fyrir örveruvöxt yfir 100 mg/L. Hins vegar var styrkur áhrifa TP langt undir þessari fræðilegu kröfu. Þess vegna hélst styrkur TP frárennslis í MBBR um 10 mg/L og endanlegur styrkur TP frárennsliskerfis í sameinuðu kerfi hélst á bilinu 2–3 mg/L.
Eðrueiginleikar MBBR kerfisins og síðari A/O kerfisins fyrir og eftir notkun voru mældir, eins og sýnt er íTafla 2.
Í stuttu máli,þegar flæðishraðinn var aukinn í 150 l/klst. var flutningshraði COD, NH₃-N, TN og TP betri en við önnur flæði. HRT við þennan flæðishraða var 27 klst. Ennfremur jókst styrkur seyru í bæði MBBR og A/O kerfum verulega eftir notkun.
3. Niðurstaða
Eftir myndun líffilmu í MBBR var fjarlægingarvirkni fyrir COD, NH₃-N, TN og TP stöðug. Í eins mánaðar samfelldri notkun við stöðugar aðstæður náði COD-fjarlæging yfir 95%, NH₃-N og TN-fjarlæging varð stöðugri um 80% og TP-fjarlæging varð stöðugri um 90%.
MBBR frárennslið var meðhöndlað frekar í A/O kerfinu. Samsetta ferlið gæti staðist lífræna hleðslu allt að 37 kgCOD/m³·d. Besta aðgerðin fyrir heildarferlið var undir 27 klst. hormónauppbótarmeðferð. Endanlegt frárennsli COD varð stöðugt undir 100 mg/L, NH₃-N á milli 10–20 mg/L, TN undir 30 mg/L og TP undir 10 mg/L. Styrkur seyru í MBBR kerfinu eftir vinnslu var 8,5 g/L og í A/O kerfinu var 4,1 g/L, hvort tveggja marktækt hærri en fyrir rekstur, sem gefur til kynna verulega aukningu á lífmassa örvera. Magn COD og ammoníak köfnunarefnis eftir líffræðilega meðhöndlun uppfyllti aukalosunarstaðalinn GB18918-2002. Til frekari meðhöndlunar gæti háþróaða oxunartækni Fenton verið notuð til djúphreinsunar á líffræðilega meðhöndluðu frárennsli til að ná fyrsta stigs losunarstaðli.