Flutningur mengunarefna S-MBBR kerfis fyrir skólphreinsun með lágu C/N hlutfalli: COD, TN, NH₄⁺-N og TP greining

Greining á árangri í fjarlægingu mengunarefna í S-MBBR kerfi fyrir afrennslishreinsun með lágu C/N hlutfalli

Inngangur

Með hröðun þéttbýlismyndunar og iðnvæðingar eykst losun lágs C/N hlutfalls (lágt kolefnis-til-köfnunarefnishlutfalls) afrennslisvatns, aðallega upprunnin frá skólpi heimilisins, matvælavinnslu, landbúnaði og kælivatni í hringrás. Til að bregðast við lélegri skilvirkni heildarköfnunarefnis (TN) í frárennslisvatni með lágu C/N hlutfalli hefur stutt-nítrification-denitrification og samtímis nitrification og denitrification (SND) vakið athygli undanfarin ár. Tiltölulega séð er auðveldara að stjórna viðbragðsskilyrðum SND ferlisins og það getur náð bæði kolefnisfjarlægingu og köfnunarefnisfjarlægingu samtímis. Þess vegna hefur það verulegan kost í meðhöndlun köfnunarefnishreinsunar fyrir afrennsli með lágu C/N hlutfalli. Sequencing batch reactor (SBR) auðveldar fjarlægingu köfnunarefnis og fosfórs með því að stjórna styrk uppleystu súrefnis. Þegar það er tengt við hreyfibeðs líffilmuhvarf (MBBR) til að mynda S-MBBR kerfi, veitir líffilman á burðarefnin lagskipt vaxtarskilyrði fyrir loftháðar nítrunargerlar og anoxískar denitrifying bakteríur, sem skapar SND örumhverfi en eykur samtímis sértækt yfirborðsflatarmál og örverustöðugleika kerfisins. Rannsóknir hafa sýnt að S-MBBR er betri en hefðbundin ferla hvað varðar skilvirkni niturs og fosfórs að fjarlægja, höggþol og stöðugleika kerfisins.

1 Efni og aðferðir

1.1 Tilraunauppsetning.Tilraunauppsetningin samanstóð aðallega af innrennslistanki, loftblásara, hræribúnaði, frárennslistanki og aðalofni. Virkt rúmmál reactorsins var 1,8 L og meðferðargetan í hverri lotu var 1 L. Reactorinn var fylltur með nýrri gerð lífræns -eiginlegs burðarefnis með um það bil 25% fyllingarhlutfalli. Upphafsstyrkur blandaðs vökva rokgjarnra sviflausna (MLVSS) í reactor var 3000 mg/L.

1.2 Tilraunaefni.Sækni-breytt burðarfylliefnið var útbúið með líkamlegri blöndun og skrúfuútpressunartækni. Sértæk aðferð var sem hér segir: 3% núll-gilt járn, HDPE og hjálparefni (2% náttúrulegt zeólít, 2% polyquaternium-10 og 1% talkúmduft) var blandað jafnt saman. Síðan var blandan brætt með því að nota SJ-20 einskrúfu pressuvél og pressuð í kornóttar ræmur (u.þ.b. 5 mm í þvermál, 5–10 mm að lengd). Að lokum voru þessar fastu agnir pressaðar út með SJ-30 einskrúfu pressuvél til að framleiða endanlegt burðarefni.

1.3 Rekstrarskilyrði.Tveir kjarnaofnar voru settir upp: einn með burðarefni (S-MBBR, merktur sem R1) og einn án burðarefna (SBR, merktur sem R2). Öllum öðrum skilyrðum var haldið óbreyttum. Fyrsta stigið var gangsetning líffilmufestingar-, starfrækt í SBR-stillingu með 3:3:2 hlutfalli. Vinnsluferillinn innihélt innrennslis-, kyrrstöðu-, loftunarhvarf, súrefnislausa hræringu, botnfalls- og frárennslisstig (3 klst. loftfirrt, 3 klst. loftun, 2 klst. NaHCO₃ var notað til að stilla pH innstreymis í um það bil 8. Eftir vel heppnaða viðtengingu líffilmu var styrk ammoníaksköfnunarefnis breytt til að minnka C/N hlutfallið og tilraunin hófst, eins og lýst er íTafla 1.

1.4 Tilraunavatn og sáð eðja.COD, NH₄⁺-N og heildarfosfór (TP) í tilbúnu afrennslisvatninu sem notað er til að ræsa líffilmu- voru veitt af C₆H₁₂O6, NH₄Cl og KH₂PO₄, í sömu röð. Snefilefnin voru samsett úr EDTA-2Na (18,76 g/L), CoCl2·6H2O (0,3 g/L), CuSO4·5H2O (0,32 g/L), NiCl2·6H2O (0,24 g/L), H₃BO₄ g/L), Z104 g/l), H₃BO₄g/0. (0,54 g/L), MnCl2·4H2O (1,24 g/L), NaMoO4·2H2O (0,28 g/L), og NaWO4·2H2O (0,1 g/L). Samsetning gerviafrennslisvatnsins var: 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), MH₂4 (0,15 g/L), MH₂4 g/L), CaCl2 (0,05 g/L), FeSO4·7H2O (0,02 g/L), og snefilefni (1 mL/L). Seyran var tekin úr seinni botnfallsgeymi skólphreinsistöðvar í Dalian.

1.5 Greiningaraðferðir.Venjulegar vísbendingar voru mældir í samræmi við staðlaðar aðferðir sem tilgreindar eru í "Staðlaðar aðferðir til að rannsaka vatn og afrennsli" (4. útgáfa) og landsstöðlum, þar á meðal greiningu á getu til að fjarlægja mengunarefni, greiningu á himnuflóði og greiningu á gasframleiðslu. Nánar tiltekið: NH₄⁺-N var mælt með salicýlsýru hvarfefnis litrófsmælingu; TP með ammoníummólýbdat litrófsmælingu; NO₃⁻-N með salisýlsýru-þéttni brennisteinssýru hvarfefnis litrófsmælingaraðferð; NO₂⁻-N með N-(1-naftýl)etýlendíamín litrófsmælingaraðferð; TN var summa styrks allra köfnunarefnisforma; COD var mældur með hraðmeltunaraðferðinni; og styrkur seyru (þar á meðal MLSS og MLVSS) var mældur með þyngdarmælingaraðferðinni.

2 Niðurstöður og greining

2.1 Flutningur COD

Lífrænt efni sem kom inn í kjarnaofninn var fjarlægt í gegnum þrep þar á meðal loftfirrt, loftháð (loftun), súrefnislaus hræring, setnun og frárennsli.Mynd 1sýnir frammistöðu COD flutnings kjarnaofnanna á mismunandi rekstrarstigum. Stig I var stig líffilmufestingar og stig II, III og IV voru stigin þar sem C/N/P hlutfallið var lækkað í 100:8:1, 64:8:1 og 32:6:1, í sömu röð. Meðalhlutfall fjarlægingar fyrir R1 í hverju stigi var 95,57%, 96,25%, 92,70% og 94,18%, í sömu röð; Meðalhlutfall fjarlægingar fyrir R2 í hverju stigi var 94,71%, 96,19%, 92,54% og 94,68%, í sömu röð. Það má sjá að þetta ferli hefur góða flutningsgetu lífrænna efna og við tiltölulega stöðugar frárennslisskilyrði uppfyllti það kröfur GB 18918-2002 staðalsins (COD styrkur < 50 mg/L). Þar sem kerfið var rekið með lágu C/N hlutfalli varð kolefnisgjafinn takmarkandi hvarfefnið sem knýr skilvirka efnaskipti. Enginn marktækur munur var á COD-fjarlægingu á milli R1 og R2, sem sýnir að breytti burðarefnið hafði lítil áhrif á COD-fjarlægingu.

2,2 NH₄⁺-N og TN fjarlægingarárangur

Ferlið til að fjarlægja TN felur í sér tvö meginþrep: nitrification og denitrification. Nitrification, sem loftháð ferli, byggir á nægilegum loftháðum örverum til að breyta ammoníak köfnunarefni í nítrat.Myndir 2 og 3sýna NH₄⁺-N og TN fjarlægingarárangur kjarnaofnanna, í sömu röð. NH₄⁺-N og TN voru aðallega fjarlægð á loftháðri loftræstingu og anoxískum truflanir. Stig I var stig líffilmufestingar og stig II, III og IV voru stigin þar sem C/N/P hlutfallið var lækkað í 100:8:1, 64:8:1 og 32:6:1, í sömu röð. Meðalhlutfall NH₄⁺-N fjarlægingar fyrir R1 var 92,53%, 95,83%, 99,70% og 98,31%, í sömu röð; meðal NH₄⁺-N fjarlægingarhlutfall fyrir R2 var 84,34%, 91,82%, 99,70% og 97,52%, í sömu röð. Meðalhlutfall TN-fjarlægingar fyrir R1 var 89,53%, 87,21%, 82,44% og 83,20%, í sömu röð; Meðalhlutfall TN-fjarlægingar fyrir R2 var 78,3%, 78,89%, 73,26% og 76,66%, í sömu röð. Miðað við R2 jókst meðaltalshlutfall NH₄⁺-N fjarlægingar fyrir R1 um 9,7%, 4,36%, 0% og 0,82%, í sömu röð; að meðaltali TN flutningshlutfall jókst um 14,35%, 10,55%, 12,54% og 8,3%, í sömu röð. Það má sjá að R1 kerfið stóð sig betur en R2 í nitureyðingu á öllum stigum, sérstaklega á fyrstu stigum kerfisreksturs, þar sem munurinn varð smám saman stöðugur á síðari stigum.

Á stigi I var styrkur innstreymis NH⁺-N lágur og kolefnisgjafinn var tiltölulega nægjanlegur til að uppfylla kröfur um afrennsli, þannig að styrkur TN frárennslis var lágur. Örverurnar sem sáð var fyrir voru enn á aðlögunarstigi og virka örverusamfélagið innan kerfisins var ekki að fullu komið á fót, sem leiddi til óstöðugrar brottnáms NH₄⁺-N, en það varð smám saman stöðugt síðar. Enginn marktækur munur sást á milli kjarnaofnanna tveggja (R1 og R2) á þessu stigi. Þegar farið var inn í stig II jókst styrkur NH₄⁺-N skyndilega, en loftræstingarskilyrðin voru ekki stillt samtímis, sem olli verulegum sveiflum í kerfinu, sérstaklega við að fjarlægja NH₄⁺-N og TN. Eftir um 6 daga notkun náðu kjarnakljúfarnir tveir smám saman stöðugleika. Getgátur eru um að mikið ammoníak köfnunarefnisálag hafi stuðlað að hraðri útbreiðslu nítrunargerla og þar með bætt skilvirkni nítrunarferlisins. Þegar kerfisreksturinn hélt áfram, varð nítrunar-denitrification kerfið innan kjarnakljúfanna smám saman komið á og varð stöðugt og sveiflan í styrk TN minnkaði. Vegna tilvistar breytts burðarefnis náði R1 kerfinu lægri TN leifar, þar sem burðarefnið bætti TN brottflutningshraða kjarnaofnsins og jók einnig aðlögunarhæfni kerfisins að höggálagi. Á 49. degi, til að bæta PO₄ fjarlægingu, var loftunarstyrkurinn aukinn, sem stuðlar að fullkomnari nítrunarferli. Hins vegar leiddi aukningin á nítrati sem framleitt er af nítrification til aukinnar eftirspurnar eftir kolefnisgjöfum til afrennslis, á meðan kolefnisgjafinn var tiltölulega ófullnægjandi á þessu stigi, sem leiddi til ákveðinnar aukningar á frárennsli TN. Á stigi III var COD minnkað enn frekar, sem gerði kolefnisuppsprettu tiltækan fyrir denitrification innan kjarnaofnsins enn af skornum skammti, takmarkaði enn frekar TN flutning og heildarstyrkur TN styrks frárennslis jókst. Engu að síður hélt R1 kerfið enn betri TN-fjarlægingarafköstum en R2, sem sýnir fram á auka áhrif burðarefnisins. Á stigi IV var styrkur ammoníaksköfnunarefnis aukinn enn frekar. Byggt á reynslu frá fyrra stigi var loftun aukin lítillega og loftunartími lengdur í 4 klukkustundir, sem ýtti undir virkni nítrunargerla, gerði nítrunarferlið fullkomnara og bætti enn frekar skilvirkni NH₄⁺-N fjarlægingar. Hins vegar, sem stóð frammi fyrir áskoruninni um skort á kolefnisuppsprettu, var afeitrunarferlið takmarkað og styrkur TN jókst lítillega á síðari stigum. Á heildina litið var R1 reactor enn betri en R2, sem sýndi sterkari TN-fjarlægingargetu, sem gefur til kynna að eftir langtíma-aðgerð hafi stöðug líffilmubygging og samverkandi loftháð-anoxískt umhverfi sem myndast í R1 veitt gott rými og skilyrði fyrir samtímis nítrification og denitrification (SND). Zhang Kefang o.fl. notaði SBR ferli til að meðhöndla afrennsli með lágu C/N hlutfalli, til að ná fram oxun lífrænna efna, nitrification og denitrification innan eins reactors, með TN flutningshraða yfir 80%. Þessar niðurstöður sýna á áhrifaríkan hátt að eins-líffræðileg denitrification er fullkomlega framkvæmanleg.

2.3 Flutningur TP

Í skólphreinsun byggir fosfóreyðing aðallega á sértækum örverum, eins og fosfór-uppsöfnunarlífverum (PAO), sem gleypa leysanlegan fosfór við loftháðar aðstæður og losa fosfór við loftfirrðar aðstæður.Mynd 4sýnir TP flutningsgetu kjarnaofnanna. TP var fjarlægt á loftháðu loftunarstigi. Styrkur TP á stigum I, II og III hélst óbreyttur, meðalstyrkur innstreymis var 5,01 mg/L. Á stigi IV var meðalstyrkur TP innrennslis 10,30 mg/L. Meðalstyrkur frárennslis fyrir R1 í hverju stigi var 0,27 mg/L, 0,16 mg/L, 0,13 mg/L og 1,92 mg/L, í sömu röð, með meðalfjarlægingarhlutfall upp á 94,73%, 96,78%, 97,54% og 81,35%. Meðalstyrkur frárennslis fyrir R2 var 0,39 mg/L, 0,35 mg/L, 0,33 mg/L og 0,33 mg/L, í sömu röð, með meðalfjarlægingu 92,19%, 93,01%, 93,61% og 68,79%, í sömu röð. Í samanburði við R2 jókst meðalhlutfall TP-fjarlægingar fyrir R1 um 2,75%, 4,05%, 4,20% og 18,26% í hverju stigi, í sömu röð.

Í R1 kerfinu veitir burðarefnið yfirborð fyrir örverutengingu, stuðlar að vexti og umbrotum PAOs, hjálpar til við að mynda stöðuga líffilmu, eykur virkni örverusamfélagsins og bætir þar með fosfórfjarlægingargetu kjarnaofnsins og gerir líffræðilega fosfóreyðingarferlið skilvirkara. Á stigi II, með því að breyta styrk NH₄⁺-N til að stuðla að nítrification, jókst súrefnisnotkun kerfisins. Þess vegna, á degi 49, var loftun aukin til að flýta fyrir fjarlægingu fosfórs. Á stigi III leiddi lækkun COD til skorts á kolefnisuppsprettu, sem hindraði ekki aðeins efnahreinsunarferlið heldur hafði einnig áhrif á efnaskiptavirkni PAOs. Á stigi IV hrundi kerfið vegna þess að C/N hlutfallið í kjarnaofnum lækkaði úr 8 í 5,3. Aukin samkeppni um kolefnisgjafa minnkaði tiltækan kolefnisgjafa fyrir PAO á loftfirrtu stigi, sem leiddi til minnkunar á PHA myndun, sem aftur hafði áhrif á fjölfosfat vatnsrof og PHA oxun við loftháðar aðstæður, sem hindraði að lokum PAO vöxt og fosfór upptöku getu, og leiddi til minnkaðrar fosfórfjarlægingar skilvirkni. Hins vegar var fosfórleifar í R1 enn lægri en í R2, sem gefur til kynna að burðaráhrif burðarefnisins séu enn til staðar.

3 Niðurstaða

Samanburðartilraun var gerð á smíðuðu S{{0}MBBR kerfinu og SBR kerfinu til að meta kerfisbundið árangur þeirra við að fjarlægja nitur og fosfór við lágt C/N hlutfall frárennslis. Niðurstöðurnar sýndu að S-MBBR kerfið stóð sig betur en hefðbundið SBR kerfi við að fjarlægja COD, NH₄⁺-N, TN og TP. Sérstaklega við -skort á kolefnisuppsprettu, náði hámarkshækkun á flutningshraða fyrir TN og NH₄⁺-N 14,35% og 8,19%, í sömu röð. Að auki sýndi S-MBBR kerfið mikla mótstöðu gegn álagshöggum og stöðugleika frárennslis á mismunandi vinnslustigum. Kynning á sviflausnum burðarefnum fínstillti á áhrifaríkan hátt örumhverfisbyggingu kerfisins, stuðlaði að samtímis nítrification og denitrification (SND), aukinni fjölbreytni örvera og efnaskiptavirkni og bætti heildarmeðferðargetu kerfisins. Rannsóknarniðurstöður benda til þess að S-MBBR tækni hafi góðar möguleika á notkun á skólphreinsun með lágu C/N hlutfalli og geti veitt tæknilega aðstoð við hagræðingu og uppfærslu á núverandi skólphreinsunarferlum.