Framfarir rannsókna á vinnsluferli og beitingu MBBR Kerfi við lágt hitastig
Yfirlit
Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) ferlið er ein af miklu notuðu líffilmu skólphreinsunartækninni um þessar mundir. Í samanburði við hefðbundna virkjaða seyruferli býður MBBR upp á kosti eins og skilvirk frárennslisgæði, sterka mótstöðu gegn höggálagi og engin krafa um skil eða bakþvott seyru. Á lága-hitatímabilinu á veturna, sérstaklega á norðlægum svæðum og suðvesturhásléttum, getur lofthiti auðveldlega farið niður fyrir 5 gráður og vatnshiti getur farið niður fyrir 15 gráður. Lágt hitastig getur leitt til þess að vísbendingar um frárennsli eins og efnafræðileg súrefnisþörf (COD), ammoníak köfnunarefni og heildarköfnunarefni í MBBR kerfum, uppfylli ekki-samræmi. Köfnunarefnisfjarlæging líffilma felur í sér loftháð nítrunar og súrefnislaus denitrification og hitastig er einn af lykilþáttunum sem hafa áhrif á þessa ferla. Þegar hitastig lækkar minnkar nítrunarhraði baktería í virkum seyrukerfum smám saman, með verulegri minnkun á nítrunargetu þegar hitastig fer niður fyrir 8 gráður. Þessi grein útskýrir kerfisbundið virkni MBBR ferla við lágt-hitastig út frá þáttum eins og örverusamfélögum, tækni til að auka burðarefni og ferlasamsetningum og meðhöndlun, og veitir tilvísanir fyrir frekari rannsóknir og notkun.
1. Rannsóknir á örverusamfélögum í lághita-MBBR kerfum
Sem stendur er kjarnaferlið í skólphreinsistöðvum líffræðileg meðferð.Lágt hitastig á veturna (minna en eða jafnt og 15 gráður) hamlar virkni nítrunargerla í lífreactorum, hefur áhrif á nítrunarferlið og takmarkar getu kerfisins til að fjarlægja nitur.. Nítrunarbakteríur eru sjálfvirkar með langa kynslóðarlotu og eru viðkvæmar fyrir hitabreytingum, með ákjósanlegu vaxtarhitasviði 20–35 gráður.
1.1 Örveruvirkni
Líffilmur í MBBR reactors festast við yfirborð burðarefnis, styðja við vöxt örvera með langri kynslóðarlotu og auka þar með innihald nítrandi baktería í kerfinu. Í samanburði við virkjaða seyruferli, sýnir MBBR sterkari nítrunarafköst við lágt hitastig, sem gerir það mikið notað í lághita-hreinsun skólps. Lágt hitastig er einn af mikilvægum umhverfisþáttum sem hafa áhrif á nítrunarvirkni þessa kjarnaofns. Hitastigslækkun leiðir til minnkaðs frumuhimnuvökva og ensímhvata, minnkaðs efnisflutnings og efnaskiptahraða, sem hefur þar með áhrif á stöðugleika kjarnsýra aukabygginga og hindrar DNA eftirmyndun, mRNA umritun og þýðingu. Þegar hitastig fer niður fyrir frostmark umfrymis myndast ískristallar innan frumna sem valda alvarlegum skemmdum á byggingunni. Rannsóknir Qiu Tian o.fl. sýndi þaðammoníak oxun og nítrít oxunarvirkni MBBR líffilmu við 10 gráður var 55% og 56% af þeim við 20 gráður, í sömu röð. Zheng Zhijia o.fl. prófað nítrunarhraða virkrar seyru ískólphreinsistöð á sumrin (20 gráður) og vetur (8 gráður) og komist að því að ammoníak köfnunarefnisnitrunarhraði við 8 gráður var 48,5% af því við 20 gráður. Áhrif lágs hitastigs á nítrunargetu lífefnatanka fela í sér tvo þætti: Í fyrsta lagi hefur lágt hitastig áhrif á virkni nítrunargerlasamfélaga og í öðru lagi dregur langvarandi lágt hitastig úr hópi nítrandi baktería í virkjaðri seyru.
1.2 Samkeppni örvera
Þar sem nítrunargerlar eru sjálfvirkar hafa önnur örverusamfélög veruleg áhrif á nítrunarferlið og keppa mjög við nítrunargerlar. Houweling o.fl. gerði MBBR ferli tilraunir, sem sýndu að við 4 gráður hefur MBBR ákveðna nítrunarmöguleika, en of mikill vöxtur heterotrophic örvera innan kerfisins dró úr nitrification hraða að einhverju leyti. Shao Shuhai o.fl. gefið til kynna að köfnunarefnisfjarlægingaráhrif eins-þreps MBBR séu ekki ákjósanleg vegna samkeppni milli nítrunargerla og heterotrophic baktería. Han Wenjie o.fl. rannsakað breytingar á örverusamfélagi og líffræðilegt dreifingarmynstur í skólphreinsistöð með því að nota MBBR blendingaferli á lágum-hitatímabilum, og komist að því að fjöldi örverutegunda í sviffrumum líffilmum var lægri en í virkri seyru frá sama kerfi, með ójafnri tegundadreifingu. Með því að bæta við svifandi burðarefni jókst fjölbreytileiki örvera í kerfinu á meðan áhrifa- og virknihamir höfðu ákveðna sértækni á samsetningu örverusamfélagsins. Wu Han o.fl. líkt eftir hreinsun fráveituvatns með því að nota þrjá röð MBBR kjarnaofna með mismunandi fylliefnagerðum. Með því að lækka hitastigið smám saman (25, 20, 15, 10, 6 og 5 gráður) til að rækta og aðlaga líffilmur fyrir lághita-afrennsli, komust þeir að því að mismunandi örverur voru allsráðandi í kjarnakljúfunum þremur. Hár-afköst raðgreiningar sýndu að við 5 gráður voru örverur sem brjóta niður lífræn efni ríkjandi í öllum þremur kjarnakljúfunum; einn kjarnaofn aðlagaði og auðgaði geðsæknar nítrunarbakteríur með góðum árangri, á meðan hinir tveir höfðu meira magn af köfnunarefnis-bindandi bakteríum sem voru óhagstæðar til að fjarlægja nitur.
1.3 Aðlögun geðsækna örvera
Aðlögunar- og auðgunartæknin fyrir örverusamfélög sem eru ríkjandi við lágt-hitastiger áhrifarík aðferð til að bæta rekstrarskilvirkni og stöðugleika MBBR við lágt-hitastig. Með stigvaxandi framköllun og hámarksræktun eru ríkjandi íbúar skimaðir og notaðir, með því að nýta sterka umburðarlyndi örverusamfélaganna til að draga úr áhrifum lágs hitastigs, sem býður upp á stöðugleika til lengri tíma litið. Wang Dan o.fl. komist að því að við lága-veturhitaskilyrði, að bæta við virkri seyru sem inniheldur köld-þolin örverusamfélög til að ná fram virkjaðri seyru-líffilmu samlífrænum blendingum lífreactors bauð upp á kosti eins og hraða gangsetningu, skjóta líffilmumyndun og stöðug meðferðaráhrif. Delatolla o.fl. uppgötvaði að kolefnislosun kerfisins við 1 gráðu jók nítrunarvirkan lífmassa, þykknaði líffilmuna, jók í raun fjölda lífvænlegra frumna við notkun við lágan{11}}hita og jók nítrunarafköst kerfisins. Að auki eru NO, N₂H₄, NH₂OH o.s.frv., lykil milliefni sem örva loftfirrt ammóníumoxunarferlið (anammox) og draga úr hömlun á anammox-bakteríum með NO₂. Zekker o.fl., í rannsókn sem meðhöndlaði há-þéttni afrennslisvatns (ammoníak köfnunarefnisstyrkur 740 mg/L) með MBBR kerfi, komust að því að það að bæta við NO flýtti verulega fyrir anammoxferlinu og magn ammoníak-oxandi baktería jókst hlutfallslega við notkun kerfisins.
2. Rannsóknir á burðartækni fyrir MBBR við lágt hitastig
Val á sviflausnum MBBR fylliefnum er ein af kjarnatækni þessa ferlis fyrir skólphreinsun og lykilatriði sem hefur áhrif á skilvirkni ferla og verkfræðikostnað. Algengar tegundir fylliefna eru ma honeycomb fylliefni, hálf-mjúk fylliefni og samsett fylliefni. Hagnýt forrit geta lent í vandamálum eins og fylliefnisstíflu, þéttingu og öldrun. Við lágt-hitastig er myndun líffilmu á MBBR fylliefnum hægari, sem gæti lengt ræsingartímabil búnaðar, hindrað eðlilega vinnsluferli, sem leiðir til lélegrar höggálagsþols og nær ekki að ná væntanlegum meðferðaráhrifum. Iðnaðarnotaðir MBBR sviflausnir eru mismunandi að stærð og lögun og eru gerðar úr hásameindafjölliðum eins og há-þéttleika pólýetýleni (HDPE), pólýetýleni (PE) eða pólýprópýleni (PP) með aðferðum eins og bráðnútpressun eða kornun. Með mikilli-verkfræðibeitingu þessa ferlis hefur fjölbreytni flutningafyrirtækja smám saman aukist. Hönnun og vinnsla burðarefnis er hægt að sníða að vatnsgæðum og eiginleikum örveruvaxtar, sem gerir markvissa hagræðingu og endurbætur kleift að bæta MBBR líffilmukerfi við lágt-hitastig. Í hagnýtri notkun, beinast breytingar á burðarefni fyrst og fremst að því að bæta tiltekið yfirborð, vatnssækni, lífræna -sækni, segulmagnaðir eiginleikar o.s.frv., til að auka massaflutning burðarefnis, myndun líffilmu og frammistöðu skólphreinsunar.
2.1 Segulhleðsla
Núverandi rannsóknir hafa kannað notkun segulsviða til að hámarka meðferðargetu MBBR við lágan hita.Segulsvið af ákveðnum styrkleika geta aukið brottnám mengunarefna í líffræðilegum meðhöndlunarferlum. Undir veikum segulsviðum auðgast lífræn mengunarefni á yfirborði segulrænna líffræðilegra burðarefna með segulsamsöfnun og aðsogi, með aðstoð segulkrafta, Lorentz krafta og segulkvoða-áhrifa. Innan viðeigandi styrkleikasviðs geta segulsvið bætt súrefnisnýtingu örvera, aukið umbrot örveruvaxtar og ensímvirkni og aukið gegndræpi frumuhimnunnar. Jing Shuangyi o.fl. rannsakað samanburðaráhrif þess að bæta við segulmagnaðir burðarefni [pólýetýleni, neodymium járnbór seguldufti (Nd₂Fe₁₄B) og polyquaternium-10 (PQAS-10) o. Niðurstöður sýndu að við lágt-hitastig bættu segulmagnaðir burðarefni marktækt nítrunarvirkni líffilmu, ýttu undir seytingu utanfrumufjölliða efnis (EPS) og viðheldu og bættu formgerð og uppbyggingu líffilmu. Segulberar auðguðu fleiri nítrunargerlaættkvíslir, með hlutfallslega miklu magni af ammoníak-oxandi bakteríum og nítrít-oxandi bakteríum jókst um 1,82 sinnum og 1,05 sinnum, í sömu röð, samanborið við auglýsingabera, og aðlagast og auðgaði tvær einstakar nítrunargerlaættkvíslar.
2.2 Breyting á símafyrirtæki
Fyrir utan segulhleðslu er sæknibreyting hefðbundinna burðarefna eins og pólýetýlen einnig mikilvæg leið til að auka myndun fylliefnis líffilmu. Sun Bo o.fl. notað ný nanó sviflausn fylliefni til að meðhöndla lág-hita fráveituvatni. Við 10–12 gráður var líffilmumyndunartímabilið fyrir nanófylliefni innan við 18 dagar, styttra en önnur fylliefni, með COD-fjarlægingarhlutfall stöðugt í kringum 75%, sem sýnir gott kynningargildi. Ren Yanqiang o.fl. notaði hunangsseima sviflausn fylliefni úr mjög vatnssæknum fjölliða málmblöndu til að meðhöndla frárennsli frá aðal botnfallsgeymi skólphreinsistöðvar við lágt{10}}hitastig. Niðurstöður gáfu til kynna að þessi sviflausu fylliefni bættu á áhrifaríkan hátt festingargetu yfirborðs-virkra örvera og hjálpuðu til við að auka meðferðaráhrif MBBR ferlisins. Han Xiaoyun o.fl. notaði mjúka pólýúretanfroðu með þróaðri svitabyggingu sem óhreyfanlegt burðarefni til að laga skilvirkt kald-þolin örverusamfélög aðskilin frá virkri seyru. Eftir að þessu fylliefni var bætt við kjarnaofninn batnaði mengunarmeðferðaráhrifin verulega, með COD-fjarlægingarhlutfalli upp á 82% og lífefnafræðilegri súrefnisþörf (BOD) 92% við lágt-hitastig. Chen o.fl. notaði MBBR ferli með pólývínýl alkóhól (PVA) hlaupfylliefni sem var sáð með HN-AD bakteríum til að meðhöndla skólp frá búfé og alifuglarækt í stað virkrar seyru. Undir mismunandi hlutföllum kolefnis-til-köfnunarefnis (C/N) var frammistaða mismunandi burðarefna verulega mismunandi. Gljúp uppbygging PVA hlaupsins veitti bakteríum vernd, sem leiddi til stöðugri frammistöðu. Örverugreining sýndi að MBBR ferlið með PVA hlaupberum studdi vöxt sjálfvirkra baktería og HN-AD baktería (Paracoccus og Acinetobacter).
3. Ferlasamsetning og Reglugerð MBBR við lágt hitastig
Þetta kerfi hefur einstakar kröfur um myndun líffilmu á yfirborði fylliefna, sem undirstrikar mikilvægi samsetningar ferlis og reglugerðar. Hægt er að ná stöðugri nítrun í MBBR með reglusetningu á ferlibreytum og hlutföllum; Það er tiltölulega bein og áhrifarík aðferð að vega upp á móti áhrifum lágs hita með strangari skorðum.
3.1 Loftun
MBBR ferlið er nú aðallega notað í loftháðu umhverfi. Loftunarhraði og aðferð í reactor hefur bein áhrif á innihald uppleysts súrefnis (DO) í kerfinu og eiginleika líffilmumyndunar og hefur þar með áhrif á niðurbrotsstig mengunarefna. Chen Long o.fl., meðan á meðhöndlun iðnaðarafrennslis stóð, tók á áhrifaríkan hátt á erfiðleikum við myndun líffilmu með því að nota ráðstafanir eins og lotuloftun, með því að fjarlægja COD 95,5% og ammoníak köfnunarefni 91%. Persson o.fl. notað MBBR til að meðhöndla blandað afrennsli úr eldhúsúrgangi og svartvatni eftir loftfirrta formeðferð við 10 gráður, til að ná fullkominni nítrun með hléum loftun. Bian o.fl. komist að því að stjórna stöðugu hlutfalli milli DO og heildarstyrk ammoníaks köfnunarefnis bjartsýni frárennslisáhrifa við lágt hitastig; þegar viðmiðunarhlutfallið fór ekki yfir 0,17 hélst nítrunarferlið stöðugt við 6 gráður.
3.2 Kolefnis-til-köfnunarefnishlutfalls (C/N)
Það er augljós samkeppni á milli nítrandi og heterotrophic baktería; Þess vegna verður C/N reglugerð mikilvægur breytu sem hefur áhrif á jafnvægi milli lífrænna efna og niðurbrots niturs í kerfinu. Chen o.fl. sýndi að í MBBR kerfum, þegar C/N var á milli 4–15, var hlutfall COD-fjarlægingar yfir 90%. Þegar C/N lækkaði í 1, lækkaði hlutfall COD-fjarlægingar verulega. Skilvirkni ammoníak köfnunarefniseyðingar kerfisins jókst fyrst og minnkaði síðan með því að minnka C/N. Chen o.fl. kannað áhrif C/N á afköst A/O-MBBR reactors sem meðhöndlar skólp frá sjó.Niðurstöður bentu til þess að draga úr C/N er til bóta bæta skilvirkni COD og ammoníak köfnunarefnisfjarlægingar.
3.3 Vökvasöfnunartími
Vökvasöfnunartími (HRT) ákvarðar virka seyruálagið innan hvarfkerfisins. Of hár eða of lág hormónauppbótarmeðferð getur haft áhrif á skilvirkni meðferðar og byggingar-/rekstrarkostnað MBBR kerfa. Að velja sanngjarnan hormónauppbótarmeðferð er lykilatriði fyrir stöðugan rekstur kerfisins. Van o.fl. notað MBBR til landbúnaðar sem ekki-mengunarvarnir við lágt hitastig. Rannsóknir sýndu að við 5 gráður, eftir því sem hormónauppbótarmeðferð minnkaði, dró verulega úr skilvirkni mengunarefna, þar sem 8 klukkustundir voru lágmarksgeymslutími til að tryggja nítrat denitrification í köfnunarefnisgas. Wang Chuanxin o.fl. meðhöndlað heimilisskólp með anoxísku/loftháðu líffilmukerfi, með áherslu á eiginleika samtímis nítrunar og denitrification í MBBR við lágt hitastig. Niðurstöður sýndu að kerfið lagaði sig vel að árstíðabundnu hitafalli með því að lengja hormónauppbótarmeðferð, stöðugleika frárennslis COD og ammoníak köfnunarefnisstyrk til að uppfylla staðla. Shitu notaði nýtt svampfylliefni sem MBBR líffilmu til að rannsaka vatnsmeðferðaráhrif þess við mismunandi hormónameðferðir. Niðurstöður gáfu til kynna að vatnsmeðferðaráhrif væru best við hormónauppbótarmeðferð 6 klst. Zhao Wenbin o.fl. sýndi að ákjósanlegur hormónauppbótartími til að fjarlægja mengunarefni í frárennsli með MBBR kerfum við lágt-hitastig var 24 klst. Han Lei o.fl. rannsakað hraða eyðingar mengunarefna þegar hormónauppbótarmeðferð var minnkað úr 15,4 klst í 11,0 klst í DE oxunarskurði + MBBR sameinuðu ferli. Niðurstöður sýndu að eftir því sem hormónauppbótarmeðferð styttist minnkaði skilvirkni mengunarefna smám saman, en frárennslisgæði gætu samt uppfyllt kröfur um vatnsgæði, sem endurspeglar sterka höggþol MBBR kerfisins.
3.4 Ferlasamsetning
Deng Rui o.fl. rannsakað tveggja-A/O-MBBR ferli til að hreinsa frárennsli sveitarfélaga. Við aðstæður lágs vatnshitastigs og lágs innflæðisstyrks sýndi þetta sameinaða ferli mikla höggþol og hitaaðlögunarhæfni, stöðugan rekstur og þægilegan rekstur, sem sýndi góða notkunarmöguleika í skólphreinsun. Luostarinen o.fl. rannsakað meðferðaráhrif MBBR ferlis á mjólkurafrennsli eftir loftfirrta formeðferð við lágt hitastig. Niðurstöður sýndu að ferlið gæti fjarlægt 40%–70% af COD, 50%–60% af köfnunarefni og samsetningin af Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) og MBBR gæti fjarlægt 92% af COD, 99% af BOD og 65%–70% af köfnunarefni. Ru Chun o.fl. notaði breytt Bardenpho-MBBR + segulhleðsluúrkomuferli til að endurnýja skólphreinsistöð. Með því að stilla skömmtunarpunkta kolefnisgjafa og innleiða fjöl-punkta innflæðis- og margra-punkta bakflæði í kerfinu náðist skilvirk nýting á kolefnisuppsprettum sem bætt var við utanaðkomandi, sem tryggði nitrification og denitrification áhrif við 8,7 gráður, með stöðugum frárennslisgæði betri en losunarstaðlar.
Niðurstaða
Við lágt-hitastig minnkar örveruvirkni í MBBR-kerfum og augljós samkeppni er á milli heterotrophic örvera sem meðhöndla lífræn efni og sjálfvirkra örvera sem meðhöndla ammoníak köfnunarefni. Þess vegna, byggt á samsetningu mengunarefna hrávatns og frárennslisvísa, ætti að íhuga að fullu viðeigandi C/N. Gera ætti ráðstafanir eins og að bæta og aðlagast ríkjandi lághitastofna-, markvissa auðgun og auka fjölda ríkjandi stofna á burðarberum fyrir lykilvísa til að tryggja gæði frárennslis.
Flutningaaukning er mikilvæg leið til að bæta lágt-hitaþol MBBR kerfa og auka skilvirkni í niðurbroti ferla. Sérstakar ráðstafanir fela aðallega í sér segulhleðslu og burðarvirkjameðferð burðarefna. Segulhleðsla getur aukið viðhengi nítrunargerla við lágt hitastig, styrkt EPS seytingarferlið og bætt bakteríuvirkni; Hagræðing burðargerðar og yfirborðseiginleika getur flýtt fyrir skilvirkni mengunarmassaflutnings, bætt getu þeirra til að storkna og vernda örverusamfélög og viðhalda stöðugri afköstum kerfisins.
MBBR ferlið sjálft býr yfir ákveðnum-viðnámseinkennum við lágt hitastig. Hins vegar, með stöðugum bættum gæðastöðlum frárennslis fyrir skólphreinsistöðvar, hefur aðlögun vinnuskilyrða og ferlisamsetning MBBR við lágt-hitastig orðið mikilvægt rannsóknarefni fyrir bylting ferli. Fyrir mismunandi gerðir af frárennsli ætti að ákvarða ákjósanleg vinnuskilyrði út frá raunverulegum aðstæðum. Á sama tíma geta sanngjarnar ferlisamsetningar í raun aukið höggálagsþol, hitastigsaðlögunarhæfni og kerfisstöðugleika MBBR kerfa gagnvart mengunarefnum.