Fjarlæging ammoníaksköfnunarefnis úr ör-menguðu árvatni og samsettu skólpi með því að nota MBBR pakkningar úr mismunandi efnum
Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) sameinar kosti virkjaðrar seyruferlis og hefðbundins líffilmuferlis, sem gerir það að nýstárlegri og byltingarkennda tækni í nútíma líffræðilegri skólphreinsun. Fjölmargar fyrri rannsóknir hafa sýnt að MBBR ferlið getur á áhrifaríkan hátt dregið úr þrýstingi til að fjarlægja köfnunarefni í skólp frá þéttbýli. Líf-burðarpakkningarnar í MBBR ferlinu geta flutt líffilmuna í allan reactor, stuðlað að snertingu milli líffilmunnar, súrefnis og hvarfefna hvarfefna og bætt skilvirkni niðurbrotsviðbragða. Vegna einstaks stöðugleika og þéttleikaeiginleika hafa þeir víðtæka notkunarmöguleika.
Sem stendur eru flestar MBBR lífræn-burðarpakkningar aðallega gerðar úr efnum eins og pólýetýleni (PE), pólýprópýleni (PP), pólýúretani (PU) og gljúpu pólýúretani (PPC). Meðal þeirra hafa PE-MBBR pakkningar góð fjarlægingaráhrif á litning, CODCr, ammoníak köfnunarefni, heildarköfnunarefni, heildar lífrænt kolefni og rokgjörn fenól í frárennslisvatni; PP pakkningar eru aðallega notaðar í samsettum MBBR ferlum, eins og MBBR-AO sameinuðu ferli og MBBR-MBR sameinuðu ferli; PU og PPC pakkningar hafa mikla grop, sem getur veitt stærra viðhengissvæði fyrir örverur, sem gerir örverum kleift að vaxa hratt og stöðugt og fjarlægja þannig lífræn mengunarefni og ýmis næringarefni í frárennslisvatni. PE og PPC pakkningar eru tvær mikið notaðar gerðir eins og er. PE-pakkningar eru víðar notaðar með betri afköstum, en PPC-pakkningar hafa sterkari vatnssækni og stærra tiltekið yfirborðsflatarmál, sem stuðlar að viðtengingu örvera. Báðar tegundir pakkninga hafa sína kosti og galla og báðar hafa góðan vélrænan styrk og lágan kostnað. Hins vegar eru fáar skýrslur um áhrif ammoníaksköfnunarefnisfjarlægingar frá ör-menguðu árvatni og samsettu stormvatni-skólpi í MBBR-AO tengdu ferlinu. Þessi grein fjallar um áhrif þess að bæta við mismunandi gerðum MBBR lífræna-burðarpakkninga (PE og PPC efni) í MBBR-AO tengdu ferlinu á ammoníak köfnunarefnishreinsun úr ör-menguðu árvatni og samsettu stormvatni-skólpi. Samtímis greinir það hraða líffilmumyndunar og endingartíma mismunandi MBBR lífræna-burðarpakkninga, með það að markmiði að bæta sérstakar valaðferðir mismunandi MBBR lífræna-burðarpakkninga í MBBR ferlinu fyrir skólphreinsun.
1. Skolphreinsunarferli
1. 1 Ferlisflæði og líf-upplýsingar um pökkun flutningsaðila
Skolphreinsibúnaðurinn sem notaður er í þessari rannsókn er sjálf-hannaður líffræðilegur vökvabeðsofni, sem tekur upp MBBR-AO tengt ferli. Aðalferlisflæðið er sýnt á mynd 1(a) og sértækur búnaður inniheldur grill, lyftidælu, MBBR líf-burðarpakkningar, samþættan há- líffræðilegan köfnunarefnishreinsunartank, há-afkastageymi, loftræstikerfi o.s.frv. m³/klst.), virkur vökvasöfnunartími er 5 klukkustundir og virkt rúmmál reactors er um 10 m³.
MBBR lífræn-burðarpakkningar í skólphreinsibúnaðinum eru PE-byggðar umbúðir og PPC hlaupburðarpakkningar. PE-umbúðirnar eru í formi hringlaga geislunar með stærðinni Φ25 mm×10 mm, 19 holur og fimmhyrndar rásir, með tiltekið yfirborðsflatarmál um það bil 500 m²/m³ [Mynd 1(b)]; PPC hlaupburðarpakkningarnar eru tenings með stærðinni Φ10 mm×10 mm×10 mm og tiltekið yfirborðsflatarmál um 5.000 m²/m³ [Mynd 1(c)].
1.2 Gæði skólps
Í þessari rannsókn var skólphreinsibúnaðurinn notaður til að meðhöndla tvær tegundir vatnshlota: ör-mengað árvatn og samsett stormvatn-skólp. Ör-mengaða árvatnið var úr þéttbýlisá á svæði í Zhejiang með lágt mengunarstig og styrkur ammoníak niturs var tiltölulega lágur, með meðalmassastyrk 5 mg/L. Samanlagt stormvatns-skólp var aðkomuuppspretta tveggja skólpdælustöðva (dælustöð 1 og dælustöð 2) skólphreinsistöðvar í Zhejiang, með tiltölulega háan ammoníak köfnunarefnisstyrk á bilinu 3 til 20 mg/L. Þetta er vegna þess að sum köfnunarefnisoxíð í loftinu hvarfast við regnvatn og myndar saltpéturssýru eða nítröt á úrkomutímabilinu, sem stuðlar að fjölgun ammoníak-oxandi baktería, sem leiðir til tiltölulega hátt ammoníak köfnunarefnisinnihalds í skólpi. Á meðan var pH gildi beggja vatnshlotanna haldið á milli 7 og 9.
1.3 Rekstrarfæribreytur skólphreinsibúnaðar
1.2.1 Upphafsferli líffilmumyndunar
Skolphreinsikerfið var sett í gang með því að bæta við pakkningum í lotum fyrir myndun líffilmu. Samkvæmt raunverulegum vökvunaráhrifum pakkninganna í reactor, var endanlegt rúmmálshlutfall bættra pakkninga ákvarðað vera 20%. Við upphafs-ferlið skilaði svifleðjunni ekki í kerfinu og skilahlutfall seyru við skólphreinsun var 1:8.
1.2.2 Stjórnun á rekstrarfæribreytum tækis
Skolphreinsibúnaðurinn starfaði við stofuhita (20 gráður). Loftræstibúnaðurinn neðst á tækinu var notaður til að stjórna loftunarhraðanum við skólphreinsun. Á sama tíma var innstreymi tækisins stjórnað við 2 m³/klst. og aðrar breytur við skólphreinsun héldust í grundvallaratriðum í samræmi. Samanlagt stormvatn-skólp frá Dælustöð 1 og Dælustöð 2, auk ör-mengaðs árvatns, var valið sem innstreymivatnssýni.
2. Niðurstöður og umræður
2.1 Líffilmumyndunarhraði MBBR pakkninga með mismunandi efnum
Í upphafi-uppsetningarfasa skólphreinsibúnaðarins voru gæði vatns aðrennslis stöðug. Eftir að pakkningunum var bætt við í lotum gengust pakkningar í eðlilega líffilmumyndun og þroska.
Við sömu rekstrarskilyrði var hraði líffilmumyndunar lífrænna-burðarpakkninga með mismunandi efnum verulega breytileg vegna eðliseiginleika þeirra. Líffilmumyndunarhraði PE-byggðra pakkninga var tiltölulega hægur og þurfti að bæta við efnum eins og glúkósa fyrir lokaða loftræstingu. Með því að fylgjast með virkni PE og PPC pakkninga í MBBR-AO tengdu ferlinu, kom í ljós að um það bil 5 dögum eftir að PE pakkningum var bætt við kom þunn gulleit-brún líffilma á yfirborð burðarefnanna. Eftir samfellda aðgerð í um það bil 1 viku birtist mikill fjöldi paramecia, epistylis, hjóldýra og lítið magn af hvirfli á yfirborði burðarefnisins, sem gefur til kynna að líffilman hafi í grundvallaratriðum verið þroskuð og ræsingu kerfisins var lokið á þessum tíma. Aftur á móti var líffilmumyndunarhraði PPC-pakkninga hraðar og líffilman var í grundvallaratriðum þroskuð á um það bil 3 dögum, en seyru gat aðsogast inn í pakkningarnar. Myndun líffilmu hjálpar til við að bæta virkni ammoníak-oxandi baktería. Í samanburði við PE-pakkningar er stórt tiltekið yfirborð PPC-pakkninga meira til þess fallið að mynda líffilmu og örveruleysi. Fyrir PE pakkningar úr sama efni sem meðhöndla mismunandi tegundir skólps sýndu líffilmumyndunaráhrif pakkninganna einnig marktækan mun. Það má sjá á mynd 2(a) að það var þunn ljósbrún líffilma á yfirborði PE pakkninga í örmengaðri árvatni. Mynd 2(b) sýnir hins vegar að líffilmulagið á yfirborði PE-pakkninga í samsettu stormvatni-skólpinu var sundurleitt, sem gefur til kynna að líffilmumyndunaráhrif PE-pakkninga í ör-menguðu árvatni hafi verið marktækt betri en í samsettu stormvatni-skólpinu. Það má sjá á mynd 2(c) og mynd 2(d) að munur á líffilmumyndunaráhrifum PPC-pakkninga í ör-menguðu árvatni og samsettu stormvatni-skólpi var ekki marktækur.
2. 2 Ammoníak köfnunarefnisfjarlægingargeta lífræna-burðarpakkninga með mismunandi efnum
Ammoníak köfnunarefnisinnihald er lykilvísir til að meta raunveruleg hreinsunaráhrif skólps frá dælustöðvum. Þess vegna hefur getu til að fjarlægja ammoníak köfnunarefni mikilvæga hagnýta leiðbeinandi þýðingu fyrir val á lífrænum-burðarpökkunartegundum í MBBR-AO tengdu ferlinu.
2. 3 Ammoníak köfnunarefnisfjarlæging Áhrif PE og PPC pakkninga á ör-mengað árvatn meðan á skammtíma-tíma ferli ferlið stendur
Eins og sýnt er á mynd 3, var meðalstyrkur innstreymis köfnunarefnis ammoníakmassa í MBBR-AO tengdu ferlinu með PE og PPC pakkningum 3,69 mg/L og 3,39 mg/L, í sömu röð. Á sama tíma sveiflaðist mikið magn ammoníaksköfnunarefnis í raun, sem stafaði af úrkomu. Í ferlinu með PE-pakkningum var meðaltalsmagn ammoníaksköfnunarefnisfjarlægingar og meðalfjarlægingarhraði ör-mengaðs árvatns 3,12 mg/L og 84,55%, í sömu röð, sem voru hærra en í ferlinu með PPC-pakkningum (2,56 mg/L og 75,52%). Þetta gefur til kynna að það að bæta við PE-pakkningum í MBBR-AO-tengdu ferlinu sé meira til þess fallið að fjarlægja ammoníakköfnunarefni úr ör-menguðu árvatni til skamms tíma (innan 12 daga).
2.4 Ammoníak köfnunarefnisfjarlæging Áhrif PE og PPC pakkninga á samsett regnvatns-skólp meðan á skammtíma-tíma ferli ferlið stendur
Eins og sýnt er á mynd 4, á skammtíma-tíma (18-daga) notkun MBBR-AO samsetts ferlis með PE pakkningum, var meðalstyrkur innstreymis ammoníak köfnunarefnismassa í sameinuðu stormvatni-skólpinu frá dælustöð 1 [Mynd 4(a)] og 2 [2bmynda] 2(4) mynd. mg/L og 9,35 mg/L, í sömu röð. Þegar PE-pakkningum var bætt við á skammtíma-tíma (18-daga) meðhöndlun á samsettu stormvatns-skólpi frá dælustöð 1 og dælustöð 2 með MBBR-AO-tengdu ferli, lækkaði styrkur ammoníaksköfnunarefnis í frárennsli verulega. Meðaltalsmagn ammoníak köfnunarefnisfjarlægingar var 6,93 mg/L og 7,9 mg/L, með meðalfjarlægingu 95,71% og 84,49%, í sömu röð. Á skammtíma-tíma (18-daga) meðhöndlun á samsettu stormvatns-skólpi frá dælustöð 1 hélst ammoníak köfnunarefnishreinsun yfir 90% og náði næstum 100% á 9. degi. Meðhöndlað skólp getur verið meira til þess fallið að vaxa áföstum örverum og stuðla þannig að því að ammoníak köfnunarefni sé fjarlægt. Á meðan, meðan á skammtíma-meðferð (18 daga) á sameinuðu stormvatni-skólpi frá Dælustöð 2 stóð, hélst ammoníak köfnunarefnishreinsun að mestu í kringum 90%, sem gefur til kynna að það að bæta við PE pakkningum í MBBR-AO tengdu ferlinu hafi mikil eyðingaráhrif á ammoníak köfnunarefni í samsettu stormvatni (18 daga).
Eins og sýnt er á mynd 5, í MBBR-AO tengdu ferlinu með PPC pakkningum, var innstreymandi ammoníak köfnunarefnismassastyrkur sameinaðs stormvatns-skólps frá dælustöð 1 [Mynd 5(a)] og Dælustöð 2 [Mynd 5(b)] á bilinu 0 mg/2, 2 til 3 mg/2, 2 til 30 mg/l/l. með miklum sveiflum. Þetta getur stafað af úrkomu sem veldur því að köfnunarefnisoxíð í loftinu berast í fráveitukerfið, sem hefur í för með sér verulegar sveiflur í styrk ammoníakköfnunarefnis á innstreymi. Meðalstyrkur innstreymis köfnunarefnis ammoníakmassa í samsettu stormvatni-skólpinu frá Dælustöð 1 og Dælustöð 2 var 14,76 mg/L og 13,26 mg/L, í sömu röð. Eftir stutta-meðferð (24 dagar) með MBBR-AO samsettu ferlinu með PPC-pakkningum, lækkaði styrkur ammoníaksköfnunarefnis í frárennsli marktækt, með meðalmassaþéttni aðeins 5,32 mg/L og 6,42 mg/L. Meðaltalsmagn ammoníaksköfnunarefnisfjarlægingar var 9,44 mg/L og 6,84 mg/L, og meðalfjarlægingarhlutfall var 63,96% og 51,58%, í sömu röð. Þetta bendir til þess að PPC-pakkningar hafi ákveðin áhrif á að fjarlægja ammoníak köfnunarefni úr samsettu stormvatni-skólpi. Hár styrkur ammóníaksköfnunarefnis í samsettu stormvatni-skólpinu gæti stafað af innleiðingu annarra flókinna íhluta í skólpið og hindrar þannig niðurbrot ammoníaksköfnunarefnis með PPC-pakkningum. Í samanburði við PE pakkningar hafa PPC pakkningar minni svitahola og meiri porosity. Óhreinindi og svifagnir í sameinuðu stormvatni-skólpinu geta stíflað svitahola PPC-pakkninga, sem leiðir til þéttingar inni í pakkningunum og dregur þannig úr skilvirkni ammoníaksköfnunarefnis. Á sama tíma hafa fyrri rannsóknir komist að því að líffilmur sem eru minni en 1 mm geta valdið svitaholablokkun inni í pakkningunum. Þó að líffilmur geti flýtt fyrir innri stíflu á umbúðunum eru þær ekki aðalatriðið.
Á skammtíma-tíma notkun MBBR-AO tengda ferlisins var meðaltal ammoníaksköfnunarefnishreinsunar í PE-pakkningum fyrir samsett stormvatns-skólp (95,71% fyrir dælustöð 1 og 84,49% fyrir dælustöð 2) aðeins hærra en fyrir örmengað vatn í - (8%). Aftur á móti var meðaltal ammoníaksköfnunarefnishreinsunar í PPC-pakkningum fyrir samsett stormvatns-skólp (63,96% fyrir dælustöð 1 og 51,58% fyrir dælustöð 2) aðeins lægra en fyrir ör-mengað árvatn (75,52%). Fyrir PE-pakkningar, samanborið við ör-mengað árvatn, er lágur styrkur uppleysts súrefnis í samsettu stormvatni-skólp meira til þess fallinn að nítr- og denitrification örvera á PE-pakkningum til að fjarlægja köfnunarefni samtímis. Við myndun líffilmu á PPC-pakkningum aðsogast seyra inn í pakkningarnar, sem leiðir til aukinnar styrks uppleysts súrefnis, sem stuðlar ekki að samtímis nítr- og denitrification innri örvera, sem leiðir til lækkunar á hraða ammoníak-köfnunarefnisfjarlægingar bæði í samsettu stormvatni- {22} {22} {22 vatnsrennslisvatni.
Í stuttu máli, að bæta við PE-pakkningum er meira til þess fallið að niðurbrot ammoníak köfnunarefnis í sameinuðu stormvatni-skólpi með MBBR-AO tengdu ferlinu til skamms tíma.
Ammoníak köfnunarefnisfjarlæging Áhrif PE og PPC pakkninga á samsett regnvatns-skólp meðan á langtíma-ferli ferlisins stendur
Eins og sýnt er á mynd 6, á meðan á langtíma (96-daga) rekstri MBBR-AO samsetts ferlis með PE pakkningum stendur, var styrkur ammoníaks köfnunarefnismassa í sameinuðu stormvatni-skólp frá dælustöð 1 [Mynd 6(a)] 2 til [2b) á bilinu (a) 6 og [2b) mynd. 25 mg/L og 3 til 35 mg/L, í sömu röð, með miklum sveiflum. Meðalstyrkur innstreymis köfnunarefnis ammoníaks var 10,20 mg/L og 8,93 mg/L, í sömu röð. Eftir meðhöndlun með MBBR-AO-tengdu ferlinu lækkaði meðalstyrkur ammoníaksköfnunarefnismassa í frárennsli í 2,93 mg/L og 2,67 mg/L, með meðalfjarlægingarmagn 7,27 mg/L og 6,26 mg/L, og meðalfjarlægingarhlutfall 71,01% og 71,01% í sömu röð. Enginn marktækur munur var á niðurbroti ammóníaksköfnunarefnis í sameinuðu stormvatns-skólpinu frá dælustöð 1 og dælustöð 2 með því að bæta við PE-pakkningum við langtíma (96-daga) starfrækslu MBBR-AO-tengds ferlis, og ammoníaknítrós var fjarlægt um 7%. Þetta gefur til kynna að það að bæta við PE-pakkningum í MBBR-AO-tengdu ferlinu hefur góð eyðsluáhrif á ammoníaksköfnunarefni í samsettu stormvatns-skólpi við langtíma-(96-daga) notkun. Þegar MBBR-AO samtengingarferlið með PE-pakkningum var starfrækt á seinna stigi (84-96 dagar), óháð því hvort aðrennslið var sameinað stormvatns-skólp frá dælustöð 1 eða dælustöð 2, jókst styrkur ammoníak köfnunarefnis í frárennsli umtalsvert og ammoníak köfnunarefniseyðingarhraði var marktækt lægri en á fyrstu stigum vinnslunnar. Þetta er vegna þess að eftir langtímanotkun eru PE pakkningar sjálfar skemmdar og eldast og yfirborðsgrófleiki pakkninganna breytist, sem leiðir til minnkunar á þjónustustyrk og ammoníak köfnunarefnisfjarlægingu.
Mynd 7 sýnir breytingar á styrk ammoníak köfnunarefnis í innstreymi, styrk ammoníak köfnunarefnis í frárennsli, magni sem fjarlægir ammoníak köfnunarefni og hraða fjarlægðar ammoníak köfnunarefnis við langtíma notkun MBBR-AO samsetts ferlis með PPC pakkningum. Innrennslismagn ammoníaksköfnunarefnis í sameinuðu stormvatni-skólpinu frá dælustöð 1 [Mynd 7(a)] og Dælustöð 2 [Mynd 7(b)] var á bilinu 3 til 35 mg/L, með meðalstyrkur ammoníaksköfnunarefnismassa um 10,1 mg/L, 10,96 mg/L. Eftir meðhöndlun með MBBR-AO-tengdu ferlinu lækkaði meðalstyrkur ammoníaksköfnunarefnismassa í frárennsli í 3,96 mg/L og 3,39 mg/L, með meðalfjarlægingarmagn upp á 7,00 mg/L og 4,71 mg/L og meðalfjarlægingarhlutfall 63,81% og 63,87%. Meðan á -tíma notkun MBBR-AO-tengda ferlisins stóð, hafði það að bæta við PPC-pakkningum aðeins betri niðurbrotsáhrif á ammoníak köfnunarefni í sameinuðu stormvatni-skólpinu frá dælustöð 1 en frá dælustöð 2, en munurinn var ekki marktækur. Þetta gefur til kynna að það að bæta við PPC-pakkningum í MBBR-AO-tengdu ferlinu hefur ákveðin eyðsluáhrif á ammoníak köfnunarefni í sameinuðu stormvatns-skólpi við langtíma-aðgerð. Hraði ammoníaksköfnunarefnisfjarlægingar MBBR-AO samsetts ferlis með PPC pakkningum við langtíma-notkun var hærri en við skammtíma-aðgerð. Þetta er vegna þess að við langtímanotkun safnast seyra fyrir innan PPC-pakkninganna og myndar staðbundið loftfirrt eða súrefnislaust umhverfi, sem veitir hentugt lífumhverfi fyrir lífsvirkni nítrandi baktería. Nitrunarbakteríurnar fjölga sér hratt og staðbundinn hvarfhraði hraðar
Í stuttu máli, að bæta við PE-pakkningum er meira til þess fallið að niðurbrot ammoníak köfnunarefnis í sameinuðu stormvatns-skólpi með MBBR-AO tengdu ferlinu við langtíma-rekstur. Á sama tíma ætti að skipta um PE pakkningar eða þrífa tímanlega eftir langtíma notkun til að tryggja að enn sé hægt að fjarlægja ammoníak köfnunarefni í skólpinu á áhrifaríkan hátt meðan á langtíma-tíma notkun MBBR-AO tengda ferlisins stendur.
Þjónustulíf lífrænna-flutningapakka með mismunandi efnum
Í samanburði við PPC-pakkningar hafa PE-pakkningar lengri endingartíma meðan á langtíma-meðhöndlun á ör-menguðu árvatni og samsettu stormvatni-skólpi stendur með MBBR-AO-tengdu ferlinu. Eins og sýnt er á mynd 8(a), verða PPC pakkningar fyrir gjallmyndun og skemmdum á meðan á skólphreinsunarferlinu stendur með MBBR-AO tengdu ferlinu. Á meðan á sér stað öldrun og þétting innan umbúðanna eftir langtímaaðgerð [Mynd 8(b) og 8(c)]. PPC pakkningar hafa lélegt gegndræpi fyrir seyru. Þrátt fyrir að svampurinn-eins og PPC-pakkningin hafi stórt tiltekið yfirborð, eru innri svitahola þeirra auðveldlega aðsogast af seyru og erfitt að flæða út. Langtímauppsöfnun seyru inni í pakkningunum hefur tilhneigingu til að mynda loftfirrt eða súrefnislaust umhverfi, sem veldur því að litur pakkninganna breytist smám saman úr brúnum í svartan. Þetta leiðir til vandamála eins og gjallmyndun, brot, öldrun og þéttingu PPC-pakkninga við langtímanotkun- og styttir þar með endingartíma þeirra. Þetta er einnig aðalástæðan fyrir lélegum áhrifum PPC-pakkninga við að fjarlægja ammoníak köfnunarefni úr samsettu stormvatns-skólpi [Mynd 5(a) og 5(b)]. Aftur á móti voru PE-pakkningar í grundvallaratriðum ekki fyrir ofangreindum vandamálum við langtíma-hreinsun skólps með MBBR-AO tengdu ferlinu, með betri endingu og lengri endingartíma. Hæfileg uppsetning burðarefnis getur í raun stuðlað að áhrifum vatnsflæðis á líffilmuna, sem gerir líffilmunni kleift að vaxa stöðugt án þess að skemmast.
Ályktanir
Í þessari rannsókn var PE lífrænum-burðarpakkningum og PPC umbúðum bætt við í skólphreinsunarferli MBBR-AO tengda ferlisins. Könnuð voru áhrif pökkunarefna á niðurbrot ammoníaksköfnunarefnis í ör-menguðu árvatni og samsettu stormvatni-skólpi, sem og myndun örverulíffilmu og endingartíma pakkninga með mismunandi efnum. Í samanburði við PPC pakkningar hafa PE pakkningar hægari líffilmumyndun en lengri endingartíma. Á sama tíma, hvort sem þær eru notaðar í langtíma- eða skammtímameðferð á ör-menguðu árvatni og samsettu stormvatni-skólpi með MBBR-AO-tengdu ferli, hafa PE-pakkningar betri niðurbrotsáhrif á ammoníak köfnunarefni. Rannsóknarniðurstöðurnar veita tæknilega aðstoð við val á umbúðaefni í skólphreinsunarferlum.