Áhrif A2O-MBBR + CWs samsettrar tækni til að meðhöndla skólp frá dreifbýli
Á undanförnum árum hefur ríkið verið djúpt að kynna þróunarstefnu fyrir endurlífgun dreifbýlis, einbeita sér að því að bæta lífsumhverfið og setja meiri kröfur um hreinsun fráveituvatns í dreifbýli. Sem stendur eru helstu ferlar fyrir hreinsun fráveituvatns í dreifbýli meðal annars líffræðilegar aðferðir, vistfræðilegar aðferðir og samsettar ferlar, sem flestir eiga uppruna sinn í hreinsun frárennslis í þéttbýli. Hins vegar einkennist dreifbýli af dreifðum íbúafjölda, sem leiðir til fjölmargra vandamála eins og mikillar dreifingar afrennslisvatns, erfiðleika við söfnun, lítillar meðhöndlunarskala, lítillar auðlindanýtingar og ófullnægjandi hreinsiaðstöðu. Ennfremur er verulegur munur á gæðum og magni frárennslisvatns, landfræðilegri staðsetningu, loftslagi og efnahagsstigi milli landshluta, sem gerir það erfitt að staðla meðhöndlunartækni; einföld upptaka á skólphreinsitækni í þéttbýli er ekki framkvæmanleg. Innviðir fyrir skólpsöfnun, svo sem fráveitukerfi, eru oft ábótavant í dreifbýli. Söfnun skólps verður auðveldlega fyrir áhrifum af samsettu yfirfalli fráveitu og íferð grunnvatns, sem leiðir til lítillar lífræns styrks í frárennslisvatninu og auknum erfiðleikum við að fjarlægja líffræðilega nitur. Miklar sveiflur í gæðum og magni frárennslis í dreifbýli gera það að verkum að erfitt er að viðhalda stöðugum styrk lífmassa í hreinsistöðvum. Þar að auki takmarkar lágt vetrarhitastig líffræðilega meðhöndlunargetu, sem leiðir til lítillar skilvirkni og óstöðugra frárennslisgæða sem er líklegt til að fara yfir staðla í hefðbundnum virkjaðri seyru. Þess vegna er brýn þörf á að þróa skólphreinsitækni sem hentar staðbundnum aðstæðum, með sterka mótstöðu gegn höggálagi, stöðugri langtímanotkun, lítilli orkunotkun og mikilli meðhöndlunarskilvirkni.
Dreifbýli í Kína hafa tilhneigingu til að kjósa ódýran-kostnað, auðveld--stjórnunartækni fyrir skólphreinsun innanlands, þar sem líffræðileg + vistfræðileg samsett ferla er aðal rannsóknarstefnan. Eins og er, er mikið notaður samþættur, pakkaður skólphreinsibúnaður í dreifbýli aðallega notar ferla eins og loftfirrt-anoxískt-oxískt (A2O) og Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Rannsóknir sýna að MBBR ferlið byggir meira á aðstöðuhönnun en á nákvæmri rekstrarstýringu, sem krefst ekki faglegs tæknifólks til að stjórna, sem gerir það þægilegt fyrir rekstur og viðhald. Þetta hentar betur fyrir hagnýtar þarfir við hreinsun fráveituvatns í dreifbýli þar sem tæknifólk er af skornum skammti. Kostir þess eru meðal annars hár lífmassastyrkur, sterk viðnám gegn höggálagi, mikil meðferðarhagkvæmni og lítið fótspor. Rannsókn Luo Jiawen o.fl. gefur til kynna að með því að bæta MBBR miðli við A2O ferlið getur það bætt afrennslisgetu þess verulega. Zhou Zhengbing o.fl., í raunverulegu frárennslisverkefni í dreifbýli, hönnuðu tveggja-þrepa loftfirrt/anoxískt-líffræðilegt loftað síuferli, sem náði stöðugum frárennslisgæði sem uppfyllir A-staðalinn GB 18918-2002 Municipal Waste Pollutants Plants. Að auki eru byggð votlendi (CWs) oft notuð til dreifbýlishreinsunar fráveituvatns. Til dæmis, Zhang Yang o.fl. notaði lífkoli sem fylliefni til að breyta byggðu votlendi, þar sem eyðsluhlutfall TN, TP og COD gæti orðið 99,41%, 91,40% og 85,09%, í sömu röð. Fyrri rannsóknir hópsins okkar sýndu einnig að seyru lífkolefnisfyllingarefni gæti aukið virkni köfnunarefnis og fosfórs í uppbyggðu votlendi, bætt meðferðarskilvirkni og skilvirkni heildarkerfisins og gert kerfið ónæmari fyrir höggálagi. Byggt á ofangreindum rannsóknum, til að kanna sameinaða tækni sem hentar fyrir hreinsun fráveituvatns í dreifbýli og takast á við áskoranir eins og erfiðleika við að viðhalda stöðugum styrk lífmassa, veikt viðnám gegn höggálagi og frárennslisgæði sem eru viðkvæm fyrir sveiflum og fara fram úr stöðlum í skólphreinsistöðvum í dreifbýli, setti höfundurinn A2O-MBBR ferli til að búa til samþætt líffilmukerfi fyrir framan fasta-filmuvirkjaðri seyru (IFAS) umhverfi, sem eykur seyruþéttni kerfisins og eykur skilvirkni meðferðar. Með hliðsjón af vistfræðilegri nýtingu á tiltæku lausu landi eins og tjarnir og lægðir í dreifbýli, og sameinað byggt votlendi sem fægjameðferðarferli, voru aðferðir eins og að nota seyrulífkolunarfylliefni, endurhringingu nítruðum vökva og gróðursetningu á kafi í kafi notaðar til að auka rekstrarstöðugleika hins samsetta votlendis. Þannig var A2O-MBBR + CWs sameinað ferli smíðað.
Í þessari rannsókn, með því að nota hrátt afrennsli frá skólphreinsistöð þorps í Hefei sem meðferðarhlut, var gerð tilraunauppsetning á -skala tilraunauppsetningu á sameinuðu ferli A2O-MBBR + CWs. Könnuð voru áhrif árstíðabundinna vatnshitabreytinga á meðferðarafköst þess. Fylgst var með vísbendingum um mengunarefni í aðrennsli og frárennsli meðan á rekstri stóð til að kanna hagkvæmni við flutning og rekstrarstöðugleika. Jafnframt var hagkvæmni ferilsins greind. Markmiðið er að veita gagnaviðmiðun og grundvöll fyrir beitingu A2O + smíðaðrar votlendistækni í dreifbýlishreinsunarverkefnum fyrir skólp í Kína, og að bjóða upp á tilvísanir til að efla hreinsun frárennslis og byggja falleg, vistvæn þorp í dreifbýli.
1. Tilraunauppsetning og rannsóknaraðferðir
1.1 Samsett ferliflæði
A2O-MBBR + CWs sameinaða ferlitilraunin tók upp raðaðgerð á A2O einingu, kolefnis-bundið rennslisvotlendi undir yfirborði og vistvænni tjörn. A2O einingin samanstóð af óljósum loftfirrtum-anoxískum snertitanki og loftháðum himnutanki (MBBR). Bæði loftfirrti tankurinn og loftræstisvæðið í loftháða MBBR tanknum voru fylltir með sviflausnum líffilmu burðarefni til að útvega festingaryfirborð fyrir örverur til að mynda líffilmur. Virkja seyjan og líffilman í tönkunum bjuggu saman og mynduðu IFAS kerfi sem gæti viðhaldið lífmassa kerfisins stöðugt. Töfrandi súrefnislausi tankurinn jók denitrification ferlið með nítrified vökva endurrás. Loftháði MBBR tankurinn var með loftræstikerfi neðst til að auka nítrunarafköst hans. Pólýálklóríð (PAC) skammtaport var sett inni í tankinum til að fjarlægja fosfór til viðbótar, sem gerir kleift að fjarlægja fosfór á skilvirkan hátt. CWs einingin innihélt kolefnis-bundið rennslisvotlendi undir yfirborði og vistvæna plöntutjörn á kafi. Kolefnis-undirstaða votlendi undir yfirborði flæðis tók upp þriggja-þrepa síunarkerfi fyrir fylliefni. Loftræstidiskar voru settir neðst á áfyllingarsvæðinu til að bakþvo miðilinn til að draga úr stíflu. Vistvæna plöntutjörnin á kafi var með undirlagslagi af kalksteini neðst og var gróðursett með kalda-þolnum kafiplöntum Vallisneria natans og Potamogeton crispus. Uppsetningin var sett utandyra. Hitamælir var settur upp í vistvænni tjörninni til að fylgjast með árstíðabundnum hitabreytingum vatnsins. Nákvæmt ferli flæðis A2O-MBBR + CWs sameinaðs ferlis er sýnt íMynd 1.
1.2 Uppsetningarhönnun og rekstrarfæribreytur
Tilraunauppsetningin var smíðuð með 10 mm þykkum pólýprópýlenplötum. Loftfælni tankurinn var fylltur með ferhyrndum líffilmu burðarefni og innihélt skífuplötur. Hlutfall blönduðs vökva endurrásar fyrir loftlausan súrefnistankinn var 50% ~ 150%, og hann innihélt einnig skífuplötur. Loftháða MBBR geyminum var skipt með skjálfta í loftháð loftræstingarsvæði og botnfallssvæði. Loftræstingarsvæðið var fyllt með MBBR-hengdu burðarefni með loft-til-vatnshlutfallsins 6:1~10:1. Setsvæðið var með PAC skömmtunaropi og hallandi plötum til að aðstoða við setmyndun. Kolefnis-botnflæðisvotlendi undir yfirborði: Aðalfyllingarsvæðið var fyllt með kalksteini (~5 cm í þvermál), aukafyllingarsvæðið með zeólíti (~3 cm í þvermál) og þriðja stigafyllingarsvæðið með seyrulífkolunarfylliefni (~0,5~1,0 cm í þvermál). Fyllingarhæð fyrir hvert svæði var 75 cm. Um það bil 4 cm breitt bil var stillt á milli aðal- og aukafyllingarsvæðis fyrir aðgerðir eins og að bæta við ytri kolefnisgjöfum, athugun og viðhald/tæmingu (engum kolefnisgjafa var bætt við í þessari tilraun). Vistvæn tjörnin á kafi var fyllt með kalksteinsfylliefni (~3 cm í þvermál) í 20 cm hæð. Plöntur í kafi voru gróðursettar með 10 cm raðabili og 10 cm plöntubili. Tilraunin notaði hrátt afrennsli frá skólphreinsistöð þorps í Hefei sem áhrifavald. Tilraunatímabilið var frá 25. maí 2022 til 17. janúar 2023, alls 239 dagar. Plöntur í kafi voru safnað einu sinni þann 2. desember, með tíðni um það bil einu sinni á 6 mánaða fresti. Hönnuð skólphreinsunargeta var 50 ~ 210 L/d. Ítarlegar hönnunarfæribreytur uppsetningar eru sýndar íTafla 1.
1.3 Tilraunaaðferðir
1.3.1 Tilraunahönnun
1.3.1.1 Prófun á afkastagetu fyrir bestu skólphreinsun
Eftir árangursríka tilraunauppsetningu á tilraunauppsetningunni (stöðug gæði frárennslis), var ákjósanlegur getuprófun frárennslishreinsunar framkvæmt frá 25. maí 2022 til 30. júní 2022. Við aðstæður til að viðhalda loftháðsgeymi loft-til-vatnshlutfalls 6:1, nítruðu vökvainnihald okkar, 3% 2O endurrásarhlutfall P0Al, 3% 2O2 upp á um 3,7 g/d var afrennslisgeta uppsetningarinnar smám saman aukin (50, 60, 70, 80, 100, 120, 150, 180, 210 L/d). Fylgst var með breytingum á gæðum frárennslis til að kanna bestu afrennslisgetu uppsetningarinnar. Á þessu tímabili var hitastig vatnsins breytilegt á milli 24,5 ~ 27,1 gráður. Til að tryggja stöðugt frárennslisreglur á veturna var frárennslisstaðallinn sem notaður var stig A staðall GB 18918-2002 „Útrennslisstaðall mengunarefna fyrir hreinsistöðvar sveitarfélaga“.
1.3.1.2 Samsett ferli heildarframmistöðupróf fyrir meðferð
Prófunartímabilið var frá 1. júlí 2022 til 17. janúar 2023. Ákjósanlegur hreinsunargeta skólps var stilltur á 120 L/d. Hlutfall loftháðs tanks lofts-til-vatns var 6:1~10:1 og hlutfall blönduðs vökva var 50%~150%. Gæðavísar aðrennslis og frárennslisvatns (TN, TP, NO3--N, NH4+Fylgst var með -N og COD) frá hverri vinnslueiningu. Vatnshitabreytingar á prófunartímabilinu (áhrifum af árstíðabundnu loftslagi) voru skráðar. Hreinsunarárangur A2O-MBBR + CWs sameinaðs ferlis fyrir dreifbýli fráveituvatns var greind og áhrif árstíðabundinna vatnshitabreytinga á árangur sameinaðs ferlis voru könnuð.
1.3.2 Sýnataka
Á prófunartímabilinu voru sýni tekin óreglulega (u.þ.b. 1~2 sinnum í viku) til að prófa vatnsgæði. Sýnum var safnað úr innrennslisflæðinu, loftfirrtu-anoxuðu frárennsli tanka, loftháð frárennsli frá MBBR tanki, kolefnis-bundið frárennsli votlendis undir yfirborði og frárennsli vistfræðilegrar tjarnar í kafi. Tekin voru innrennslissýni úr inntaksröri uppstillingarinnar og frárennslissýni úr útrás hvers eininga. Prófun vatnsgæðavísa var lokið sama dag sýnatöku. Prófaðir vísar voru TN, TP, NO3--N, NH4+-N og COD. Í hvert skipti sem sýni voru tekin var vatnshitamæling frá hitamælinum í visttjörninni skráður (breytilegt á milli 0~32 gráður). Vatnshiti í vistvænu tjörninni breyttist náttúrulega með árstíðabundnum hitamun. Hinn hannaði frárennslisstaðall fyrir tilraunauppsetninguna fylgdi gráðu A staðlinum DB 34/3527-2019 „Útrennslisstaðall um vatnsmengun fyrir dreifbýlishreinsistöðvar fyrir skólphreinsun“. Hönnuð innstreymisstyrkur og frárennslisstaðlar eru ítarlegar íTafla 2.
1.3.3 Vatnsgæðagreiningaraðferðir
Styrkur TN í vatnssýnum var ákvarðaður með HJ 636-2012 "Vatnsgæði - Ákvörðun heildarnitrogen - Alkaline kalíumpersúlfat meltingu UV litrófsljósmyndamælingaraðferð". NEI3--N styrkur N var ákvarðaður með HJ/T 346-2007 "Vatnsgæði - Ákvörðun nítratköfnunarefnis - útfjólublá litrófsmælifræði (prófun)". NH4+-N styrkur N var ákvarðaður með því að nota HJ 535-2009 "Vatnsgæði - Ákvörðun ammoníaknitrogen - Nessler's reagent spectrophotometry". COD var ákvarðað með HJ 828-2017 "Vatnsgæði - Ákvörðun á efnafræðilegri súrefnisþörf - Díkrómataðferð". TP styrkur var ákvarðaður með GB 11893-1989 "Vatnsgæði - Ákvörðun heildar fosfórs - Ammóníummólýbdat litrófsljósmyndaaðferð".
2. Niðurstöður og umræður
2.1 Áhrif hreinsunargetu skólps á afköst samsetts ferla
Eins og sýnt er íMynd 2 (a)(b), þar sem dagleg skólphreinsunargeta jókst smám saman úr 50 l/d í 210 l/d, eykur flutningsskilvirkni TN og NH4+-N af hverri einingu sameinaðs ferlis sýndi lækkandi tilhneigingu. Fjarlægingarhlutfall TN minnkaði úr 91,55% (50 l/d) í 52,17% (210 l/d), og NH4+-Fjarlægingarhlutfall N lækkaði úr 97,47% (70 l/d) í 80,68% (210 l/d). Þetta er vegna þess að aukning á daglegri hreinsunargetu frárennslis dregur úr vökvasöfnunartíma, styttir þann tíma sem örverur hafa til að brjóta niður mengunarefni, sem leiðir til lakari meðferðarárangurs. Meðal þeirra lagði A2O einingin mest til TN og NH4+-N fjarlæging. Meðalstyrkur innrennslis TN fyrir þessa einingu var 38,68 mg/L, frárennsli var 16,87 mg/L, með 56,29% brottflutningshlutfalli. Meðaláhrif NH4+-N styrkur N var 36,29 mg/L, frárennsli var 5,50 mg/L, með 84,85% brottflutningshlutfalli. Fyrir kolefnis-bundið rennslisvotlendi undir yfirborði var meðalstyrkur TN aðrennslis 16,87 mg/L, frárennsli var 11,96 mg/L, með 29,10% brottflutningshlutfalli. Fyrir vistvæna plöntutjörnina á kafi var meðalstyrkur TN aðrennslis 11,96 mg/L, frárennsli var 9,47 mg/L, með 20,82% brottflutningshlutfalli. Niturhreinsun kolefnis-bundins rennslisvotlendis var betri en vistfræðilegrar tjarnar vegna þess að loftfirrt-anoxískt umhverfi votlendisins undir yfirborði rennslisins er hentugra fyrir afoxun. Hins vegar hefur NH4+-N fjarlægingarárangur vistvænu tjörnarinnar var betri en votlendis undir yfirborði. Meðaláhrif NH4+-N styrkur N fyrir kolefnis-bundið rennslisvotlendi undir yfirborði var 5,50 mg/L, frárennsli var 4,04 mg/L, með brottflutningshlutfalli aðeins 26,53%. Fyrir vistfræðilega tjörnina er meðaláhrif NH4+-N styrkur N var 4,04 mg/L, frárennsli var 2,38 mg/L, með 41,07% brottflutningshlutfalli. Þetta er vegna þess að loftháð umhverfi vistfræðilegu tjörnarinnar er hentugra fyrir nitrification, umbreytir meira NH4+-N í NO3--N, sem leiðir til hærra NH4+-N fjarlægingarhlutfall. Þegar afrennsli afrennslisvatns náði 150 L/d var styrkur TN frárennslis 15,11 mg/L, sem fór yfir gráðu A staðal GB 18918-2002. Þess vegna, til að tryggja stöðugt TN-samræmi, var hámarkshreinsunargeta skólps 120 L/d. Þegar frárennslisgetan náði 210 L/d var frárennsli NH4+-N styrkur N var 7,07 mg/L, umfram A-gráðu GB 18918-2002. Þess vegna er hámarks afrennslisgeta fyrir NH4+-N-samræmi var 180 l/d.
Eins og sýnt er íMynd 2 (c), var meðalinnstreymi COD undir 100 mg/L, sem gefur til kynna lágt lífrænt innihald. Aukningin á meðhöndlunargetu frárennslis hafði ekki marktæk áhrif á COD-fjarlægingu, með COD-flutningshlutfall á bilinu 75% ~ 90%. Þar sem hreinsunargetan frárennslis jókst úr 50 l/d í 210 l/d, var meðaltal frárennslis COD 19,16 mg/L, með hámarks COD frárennslis upp á 26,07 mg/L, sem er enn langt undir 50 mg/L staðlinum GB 18918-2002, vegna þess að A2 Grade A eyddi mestu COD-einingunni. í loftháða MBBR tankinum skapaði loftháð umhverfi, sem eykur lífefnafræðilega getu loftháðra örvera og styrkir COD flutning. Að auki gerði endurhring nítruðu vökvans í A2O einingunni kleift að nota óvirka tankinn til að nýta lífræn efni í frárennslisvatninu enn frekar sem kolefnisgjafa, fjarlægja hluta af COD á sama tíma og denitrification eykur. Kolefnis-undirstaða votlendis undir yfirborði lagði næstmest af mörkum til að fjarlægja COD. Loftfirrt-anoxískt umhverfi þess stuðlar að því að nota lífræn efni í frárennslisvatninu sem kolefnisgjafa, niðurbroti hluta lífrænna efna á sama tíma og það eykur denitrification, sem er líka ástæðan fyrir því að það hafði betri TN-fjarlægingu. Jafnframt getur undirlagslag votlendis undir yfirborði rennslis dregin í sig eitthvað af lífrænum efnum. Vistvæna tjörnin hafði takmörkuð áhrif á niðurbrot COD. Meðalinnstreymi COD fyrir vistvænu tjörnina var 22,21 mg/L, og flest lífrænt niðurbrjótanlegt lífrænt efni hafði þegar verið brotið niður, þannig að eftir eru lífræn efni sem eiga erfiðara með að brjóta niður.
Eins og sýnt er íMynd 2 (d)Eftir því sem afrennslisgetan jókst hélst styrkur TP frárennsli stöðugur. Aukning á hreinsunargetu frárennslis hafði ekki marktæk áhrif á TP flutning. Meðalstyrkur TP aðrennslis var 3,7 mg/L og meðalstyrkur frárennslis var 0,18 mg/L, með meðalfjarlægni 95,14%, sem gefur til kynna góða TP flutning. TP var aðallega fjarlægt í A2O einingunni. Styrkur innstreymis TP fyrir A2O eininguna var 3,7 mg/L, og frárennslið var aðeins 0,29 mg/L, betra en 0,5 mg/L staðall GB 18918-2002 Grade A. Þetta er vegna þess að A2O einingin hafði ekki aðeins líffræðilega fosfórfjarlægingu, heldur einnig lífverur sem eyddu fosfór (accuphorus) sem bætir lífverur (accuphorus) með efnafræðilegri fosfóreyðingu með því að skammta 3,7 g/d af PAC. Sambland af líffræðilegum og efnafræðilegum fosfórfjarlægingu leiddi til þess að yfir 90% fosfórs var fjarlægt í A2O einingunni. Vatnsrennsli votlendis og vistræn tjörn byggðist aðallega á aðferðum eins og aðsogs undirlags, botnfalli, upptöku plantna og niðurbroti örvera til að fjarlægja fosfór. Þar að auki var styrkur TP sem kom inn í votlendið þegar allt að 0,29 mg/L, sem gerir frekari flutning erfiðari. Þessar samsettu ástæður leiddu til almenns árangurs við að fjarlægja TP votlendi og vistvæna tjörn.
Þess vegna, til að tryggja stöðugt samræmi allra frárennslisvísa við GB 18918-2002 Grade A staðalinn, var ákjósanlegasta skólphreinsunargetan fyrir þetta ferli ákveðin 120 L/d.
2.2 Flutningur mengunarefna í sameinuðu ferli
2.2.1 Flutningur COD
Eins og sýnt er íMynd 3, á heildarprófunartímabilinu fyrir frammistöðu meðhöndlunar (1. júlí 2022 til 17. janúar 2023, meðhöndlunargeta skólps 120 L/d), sýndi vatnshitastigið sveiflukenndan niðurleið og lækkaði úr 32 gráðum í 0 gráður. Fjarlægingarhlutfall COD sveiflaðist og lækkun á hitastigi vatnsins hafði engin augljós áhrif á COD-eyðingu. Samsett meðMynd 4, var COD flutningshlutfallið á bilinu 66,16% ~ 82,51%, fyrst og fremst undir áhrifum af áhrifum COD styrks. Rannsóknir sýna að við loftfirrtar/anoxískar aðstæður byggir brottnám COD aðallega á verkun örvera. A2O-MBBR+CWs ferlið skiptist á loftfirrtar-eitrunarlausar-oxandi-oxandi-oxandi aðstæður, sem eykur COD-fjarlægingu. Meðan á notkun stóð, þar sem vatnshiti lækkaði, þó að innstreymi COD hafi verið á bilinu 80~136 mg/L, hélst fráfalls-COD stöðugt undir 50 mg/L, og uppfyllti A-staðalinn DB 34/3527-2019, sem gefur til kynna gott lífrænt niðurbrot. A2O hlutinn lagði mest af mörkum til COD-fjarlægingar. Loftfælni-anoxíski snertitankurinn hafði að meðaltali 43,38% COD-fjarlægingu, sem svarar til 65,43% af heildar COD-fjarlægingu. Loftháði MBBR tankurinn hafði að meðaltali 14,69% fjarlægð, sem er 19,87% af heildinni. A2O hlutinn stuðlaði að meira en 85% til COD-fjarlægingar, og naut góðs af stóru tilteknu yfirborði miðilsins í loftfirrta tanknum og loftháðum MBBR tankinum, háum seyruþéttni og myndun fæðukeðju úr bakteríum → frumdýr → metazóum, sem í raun brotnar niður lífræn efni í vatni. Mikill líffræðilegur fjölbreytileiki IFAS kerfisins tryggði góðan lífrænan flutning jafnvel við hitabreytingar. Að auki, hluti af leysanlegu lífrænu efni í frárennslisvatninu í óljósum loftfirrt-anoxískum snertitankinum yrði notaður sem kolefnisgjafi með því að afneita bakteríur. Á sama tíma jókst blönduð áfengi í endurdælingu NO3--N styrkur N í óreiðulausa tankinum, sem stuðlar að nýtingu kolefnisgjafa með því að afneita bakteríur til að umbreyta NO3--N/NO2--N í köfnunarefnisgas. Hið háa COD-fjarlægingarhlutfall í óvæntum loftfirrtum -anoxískum snertitanki sannreynir enn frekar að þetta ferli geti nýtt lífræn efni í frárennslisvatni á skilvirkan hátt sem kolefnisuppsprettu til afoxunar. Kolefnis-bundið rennslisvotlendi undir yfirborði var með að meðaltali 7,18% COD flutningshlutfall, sem svarar til 9,18% af heildar COD flutningi. Loftfirrt/anoxískt umhverfi votlendis undir yfirborðinu er stuðlað að því að örverur noti lífræn efni sem kolefnisgjafa, nái COD-fjarlægingu á sama tíma og það eykur denitrification. Tengdar rannsóknir benda einnig til þess að lífkolfylliefni geti aðsogað lífrænt efni með rafstöðueiginleikum og vetnistengingu milli sameinda. Þess vegna myndi seyrulífkolunarfyllingin í votlendi undir yfirborði rennslis einnig aðsogast nokkuð af lífrænum efnum. Vistvæn plöntutjörn á kafi var með að meðaltali 3,68% COD-fjarlægingarhlutfall vegna þess að þorskurinn sem kom inn í tjörnina var þegar lítill, 30,59 mg/L að meðaltali, og samanstóð að mestu af eldföstum lífrænum efnum, fjarlægt aðallega með aðsogi og upptöku plantna, með takmörkuðum áhrifum.
2.2.2 Nitureyðing árangur
Eins og sýnt er íMynd 3, þar sem vatnshiti minnkaði smám saman úr 32 gráðum í 12 gráður, TN og NH4+-N fjarlægingarhlutfall sveiflaðist. Meðalhlutfall TN-fjarlægingar náði 75,61% og meðaltal NH4+-Fjarlægingarhlutfall N náði 95,70%. Þegar hitastig vatns fór niður fyrir 12 gráður, TN og NH4+-N fjarlægingarhlutfall sýndi hröð lækkandi tilhneigingu, en meðalhlutfall fjarlæginga náði samt 58,56% og 80,40%, í sömu röð. Þetta er vegna þess að árstíðabundin lækkun vatnshita hamlar virkni örvera, sem dregur úr afköstum denitrification. Samkvæmt tölfræðilegum niðurstöðum um styrk innrennslis- og frárennslismengunar á sameinuðu ferli vinnslutímabilsins (1. júlí 2022 til 17. janúar 2023) sem sýndar eru íTafla 3, meðaláhrif TN og NH4+-N styrkur N var 36,56 mg/L og 32,47 mg/L, í sömu röð. NH4+-N var 88,81% af TN. Áhrif NEI3--N (0,01 mg/L) var nánast hverfandi. Meðalafrennsli TN og NH4+-N styrkur N var 11,69 mg/L og 3,5 mg/L, í sömu röð, sem báðar uppfylltu A-gráðu DB 34/3527-2019. Meðalafrennsli NO3--N styrkur N var 6,03 mg/L, sem gefur til kynna góða nítrunargetu þessa ferlis, sem umbreytir NH4+-N til NEI3--N. Hins vegar er uppsöfnun NO3--N í frárennsli bendir til þess að enn sé pláss fyrir frekari afoxun. Eins og sýnt er íMynd 5 (a), TN flutningur var mestur í A2O hlutanum. Loftfælni -anoxic snertitankurinn hafði að meðaltali 44,25% fjarlægingarhlutfall TN og loftháði MBBR tankurinn hafði að meðaltali 9,55% fjarlægingarhlutfall TN. Þetta er afleiðing af samsettri virkni nítrunargerla á loftháða svæðinu og denitrifying baktería á súrefnislausu svæði. Kolefnis-byggt votlendi var að meðaltali 11,07% fjarlægingarhlutfalls TN, vegna þess að geta þess til að losa kolefnisgjafa og loftfirrt/anoxískt umhverfi þess stuðlar að denitrification og viðheldur ákveðinni köfnunarefnisfjarlægingargetu. Vistfræðilega tjörnin á kafi hafði að meðaltali aðeins 3,54% fjarlægingarhlutfall TN, með almennri flutningsgetu, vegna þess að loftháð umhverfi hennar er ekki stuðlað að denitrification. Eins og sýnt er íMynd 5 (b), NH4+-Fjarlægingu N var fyrst og fremst lokið í A2O hlutanum. Töfrandi loftfirrti-snertitankurinn var með NH4+-N fjarlægingarhlutfall 59,46% og loftháði MBBR tankurinn var með NH4+-N fjarlægingarhlutfall 24,24%. A2O hlutinn nam 93,57% af heildar NH4+-N fjarlæging. Hið háa NH4+-Fjarlæging N í A2O hlutanum er vegna stöðugrar loftunar í loftháða MBBR tankinum, sem gerir nítrunargerlum kleift að nýta DO að fullu til að umbreyta NH4+-N til NEI3--N. Þessu er síðan dreift aftur í súrefnislausa tankinn, þar sem afoxandi bakteríur umbreyta NO3--N til N2 til að fjarlægja. Á prófunartímabilinu var meðalhlutfall TN-fjarlægingar 68,40% og meðaltal NH4+-Fjarlægingarhlutfall N var 89,45%, sem gefur til kynna góða köfnunarefnisfjarlægingu.
Eins og sýnt er íMynd 3, þar sem vatnshitastigið lækkaði úr 32 gráðum í 0 gráður, lækkaði TN flutningshlutfallið úr hámarki 79,19% í 51,38%. Samsett meðMynd 5 (a), when water temperature was >20 gráður, meðaltal TN flutningshlutfall fór yfir 75%, með meðalstyrk frárennslis 8,41 mg/L, vegna þess að örveruvirkni er meiri á 20 ~ 32 gráðu bilinu, sem leiðir til betri denitrification, í samræmi við rannsóknir Zhang Na o.fl. Þegar vatnshiti lækkaði úr 20 gráðum í 5 gráður lækkaði meðalhraði TN-fjarlægingar í 65,44% og meðalstyrkur frárennslis jókst í 12,70 mg/L. Þegar vatnshitastigið var 0 ~ 5 gráður, lækkaði meðalhraði TN flutnings í 52,75% og meðalstyrkur frárennslis jókst í 17,62 mg/L, sem gefur til kynna ákveðin áhrif á TN flutning. Rannsóknir sýna að þegar hitastig vatns lækkar er virkni örvera hamlað. Þegar hitastig vatns<5.6°C, microorganisms are basically dormant, and population numbers sharply decrease, limiting pollutant degradation. When water temperature <4°C, microorganisms begin to die. However, in this process, even when water temperature dropped to 0°C, the TN removal rate still reached 51.52%, and effluent always met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. This is because the IFAS system in the A2O section maintained high biomass concentration. During the test period, MLSS concentration in the baffled anaerobic-anoxic contact tank and aerobic MBBR tank reached 6,000~8,000 mg/L. Additionally, recirculation of nitrified liquid further enhanced denitrification. Furthermore, wastewater passed sequentially through the limestone, zeolite, and sludge biochar filler zones of the subsurface flow wetland, where anaerobic and aerobic reactions occurred simultaneously. Various organics adsorbed on filler surfaces and the slow-release of carbon sources from biochar filler promoted denitrification, further enhancing nitrogen removal. Research indicates that biochar can increase the abundance and diversity of denitrifying microorganisms in wetlands. Also, due to its structure, subsurface flow wetlands have some thermal insulation effect, helping maintain internal microbial activity. Under the influence of multiple factors, the combined process exhibited strong resistance to low-temperature shock, maintaining over 50% TN removal even at 0°C. In summary, when water temperature is >5 gráður, TN flutningur er góður, með frárennsli stöðugt undir 15 mg/L. Á þessum tímapunkti, með tilliti til annarra mengunarefna, er hægt að auka meðhöndlunargetu skólps á viðeigandi hátt.
Eins og sýnt er íMynd 3, þegar vatnshiti minnkaði smám saman, NH4+-Fjarlægingarhlutfall N lækkaði úr hámarki 99,52% í að lágmarki 74,77% og frárennsli NH4+-N styrkur N jókst úr að lágmarki 0,17 mg/L í 8,40 mg/L. Lækkandi hitastig vatns hindrar virkni nítrandi og nítrandi baktería, dregur úr NH4+-N removal. However, when water temperature >12 gráður, að meðaltali frárennsli NH4+-N styrkur N var 1,58 mg/L. Þegar hitastig vatnsins er minna en eða jafnt og 12 gráður, er meðaltal frárennslis NH4+-N styrkur N jókst í 6,58 mg/L, en frárennsli NH4+-N uppfyllti alltaf A-staðalinn í DB 34/3527-2019. Þegar vatnshiti var 20 ~ 32 gráður, var meðaltal NH4+-Fjarlægingarhlutfall N fór yfir 96%. Samsett meðMynd 5 (b), frárennslið NH4+-N styrkur N var undir 2 mg/L á þessu bili, sem gefur til kynna mikla nítrunargerlavirkni og framúrskarandi heildar NH4+-N fjarlæging. Þegar vatnshiti minnkaði smám saman úr 20 gráðum í 12 gráður, meðaltal NH4+-N removal rate still exceeded 90%, showing good removal, as research indicates water temperature >12 gráður er hentugur til að nítrifya bakteríuvöxt, stuðla að nitrification. Þess vegna hefur NH4+-N hélt háum flutningstíðni á bilinu 12~20 gráður. Þegar vatnshiti minnkaði smám saman úr 12 gráðum í 0 gráður, meðaltal NH4+-Fjarlægingarhlutfall N náði enn 80%. Núverandi rannsóknir sýna að nítrunargerlar missa næstum nítrunargetu við 0 gráður. Hins vegar sýna niðurstöður þessarar rannsóknar að jafnvel við 0 gráðu , NH4+-Fjarlægingarhlutfall N fór yfir 75%, sem gefur til kynna góða nítrunarvirkni þessa ferlis við lágt hitastig. Þetta er vegna þess að IFAS kerfið í A2O-MBBR hluta þessarar rannsóknar hefur langan líffilmuseyru, allt að um það bil 1 mánuð, sem gerir það að verkum að nítrunarhraðinn í lífefnatankinum verður mun minna fyrir áhrifum af hitastigi en hefðbundin virkjað seyruferli, sem bætir nítrunarafköst við lágt vetrarhitastig. Rannsóknir Wei Xiaohan o.fl. gefur einnig til kynna að aðalástæðan fyrir því að NH ekki-uppfyllir4+-Nafrennsli við lágt vatnshitastig er ófullnægjandi virkjuð seyru, þar sem áhrif hitastigs á virkni nítrunar eru aukaatriði. Þess vegna, þó að lækkandi vatnshiti hafi haft áhrif á virkni nítrunar að einhverju leyti, tryggði nægjanlegur seyrualdur í þessu ferli NH4+-N fjarlæging við lágt hitastig. Á prófunartímabilinu var meðaltal frárennslis NH4+-N styrkur N var 3,50 mg/L og samsetta ferlið sýndi góða og stöðuga nítrunarvirkni.
2.2.3 Flutningur fosfórs
Eins og sýnt er íMynd 3TP fjarlægingarhlutfallið var lítið breytilegt með breytingum á hitastigi vatnsins, var stöðugt yfir 94%. Samsett meðMynd 6, styrkur TP aðrennslis var á bilinu 3,03~4,14 mg/L og styrkur TP frá frárennsli á bilinu 0,14~0,28 mg/L, sem uppfyllir gráðu A staðalinn DB 34/3527-2019. Þetta ferli byggir á samsettri virkni líffræðilegrar fosfórfjarlægingar (með PAO) og efnafræðilegrar fosfórfjarlægingar (með PAC). Þegar hitastig vatns lækkar er PAO virkni hamlað, sem hefur áhrif á líffræðilega fosfórfjarlægingu. Hins vegar bætir þetta ferli við efnafræðilega fosfórfjarlægingu með því að skammta 3,7 g/d af PAC, viðhalda stöðugu TP fjarlægingarhraða og draga úr áhrifum breytinga á vatnshitastigi á fosfórfjarlægingu í sameinaða ferlinu. A2O einingin var með bestu TP flutningsgetu. Meðaltalsstyrkur TP fyrir loftfirrt-anoxískt eininga frárennsli var 2,48 mg/L, með 32,61% brottflutningshlutfalli. Meðaltalsstyrkur TP frá loftháðri einingu frárennslis var 0,29 mg/L, með 59,51% brottflutningshlutfalli. Heildarhlutfall TP fjarlægingar fyrir A2O eininguna var 92,12%. Töfrandi hönnun A2O-MBBR hlutans getur að mestu fjarlægt nítratköfnunarefni sem er flutt í endurfluttum blönduðu vökvanum, sem gerir loftfirrtum PAO kleift að losa fosfór rækilega í loftfirrta hlutanum og taka fosfór að fullu í sig í loftháða hlutanum, sem eykur líffræðilegt fosfórn. Að auki hélt efnafræðilegur fosfórfjarlæging með skömmtun á annarri hlið loftháða MBBR tanksins stöðugu TP-fjarlægingarhraða, með frárennslisgæði stöðugt betri en gráðu A staðallinn DB 34/3527-2019. Líffræðileg fosfórfjarlæging í A2O-MBBR hlutanum á sér stað fyrst og fremst þegar PAO í loftfirrta tankinum, sem er í ruglinu, nota kolefnisgjafa til að umbreyta hluta lífrænna efna og rokgjarnra fitusýra í pólýhýdroxýalkanóöt (PHA). Þegar frárennslisvatn rennur frá loftfirrta tanknum yfir í loftháða MBBR tankinn, nota PAOs síðan PHA sem rafeindagjafa til að fullkomna fosfórupptöku. Hins vegar hefur PAO virkni auðveldlega áhrif á líffræðilega fosfóreyðingu og lágt vatnshiti takmarkar PAO virkni. Þess vegna, til að ná stöðugum fosfórfjarlægingu, var efnafræðileg fosfórfjarlæging felld inn í ferli hönnunarinnar. Að auki gleypir frásog undirlagslagsins í kolefnisbundnu rennslisvotlendi undir yfirborði og vöxtur niðursokkinna plantna í vistvænu tjörninni einnig í sig fosfór.
Í stuttu máli virkaði uppsetningin stöðugt á prófunartímabilinu, með góðum heildarafköstum til að fjarlægja mengunarefni. A2O-MBBR + CWs sameinað ferli náði meðalfjarlægingarhlutfalli upp á 68,40%, 89,45%, 73,94% og 94,04% fyrir TN, NH4+-N, COD og TP, í sömu röð. Meðalstyrkur frárennslis var 11,69 mg/L, 3,50 mg/L, 26,9 mg/L og 0,22 mg/L, í sömu röð, sem allir uppfylltu A-gráðu DB 34/3527-2019. Rannsóknir Wu Qiong o.fl. gefur til kynna að A2O-MBBR sé samsett ferli úr virkjaðri seyru og líffilmu, með miklu örverumagni, langan seyrualdur, mikla rúmmálshleðslu, lítið rúmmál og fótspor, sterka mótstöðu gegn höggálagi, góð frárennslisgæði og stöðugur gangur. Þar að auki er afköst líffilmuferla að vetrarlagi betri en virkjuð seyruferli, sem gerir það hentugra til að meðhöndla lághita-afrennslisvatn á veturna. Þetta er líka aðalástæðan fyrir góðum árangri í fjarlægingu mengunarefna í A2O-MBBR hlutanum í þessari rannsókn. A2O-MBBR + CWs sameinað ferli í þessari rannsókn bætir við CWs fægimeðferðarsvæði á grundvelli A2O-MBBR ferlisins, sem eykur enn frekar heildarhreinsunarafköst og rekstrarstöðugleika ferlisins. Flutningur TN og NH4+-N varð fyrir minni áhrifum af árstíðabundnum vatnshitabreytingum, en fjarlæging COD og TP var nánast óbreytt af árstíðabundnum vatnshita. Á prófunartímabilinu sýndi það mikla mótstöðu gegn höggálagi, sem gerir það hentugt til notkunar í dreifbýli með miklum sveiflum í gæðum og magni frárennslis.
2.3 Hagfræðileg greining á sameinaða ferlinu
Kostnaður við þetta sameinaða ferli felur aðallega í sér byggingarkostnað og rekstrarkostnað skólphreinsunar. Byggingarkostnaður var til að setja upp tilraunauppsetninguna, þar á meðal að kaupa tanka, auka rafbúnað, miðla, kafverksmiðjur og píputengi, samtals um 3.000 CNY. Miðað við hámarkshreinsunargetu skólps í tilrauninni upp á 0,18 m³/d, er byggingarkostnaður á hvern m³ hreinsaðs skólps um það bil 16.700 CNY. Rekstrarkostnaður stafar aðallega af uppsetningarrekstri, þar á meðal orkunotkun búnaðar, efnakostnaður, kostnaður við förgun seyru og launakostnaður. Rafbúnaður inniheldur: fóðurdælu (afl 2 W, Q=2.8 m³/d), endurrásardælu (afl 2 W, Q=2.8 m³/d), loftara (afl 5 W, loftunarhraði =5 l/mín.) og loftskammtardælu (afl 2 W). Reiknað út frá raunverulegu hámarksnotkunarafli: fóðurdæla 0,13 W, endurrásardæla 0,19 W, loftræstitæki 1,25 W, skammtadæla 2 W. Heildarraunnotkunarafl er 0,00357 kW, dagleg orkunotkun 0,086 kWh. Rafmagnsnotkun á hvern m³ hreinsaðs skólps er 0,48 kWst. Ef notað er iðnaðarrafmagnsverð upp á 0,7 CNY/kWh er rafmagnskostnaður 0,33 CNY/m³. PAC efnakostnaður er um 2,4 CNY/kg, notkun 3,7 g/d. PAC krafist á m³ af afrennslivatni er 20,56 g, kostnaður 0,05 CNY/m³. Kostnaður við förgun seyru=seyrumagn × rúmmál eininga losunarkostnaður seyru. Framleiðsla á þurrleðju á hvert tonn af vatni er 0,09 kg. Byggt á flutnings- og förgunarverði fyrir seyru frá sveitarfélögum upp á 60 CNY/tonn, kostnaður við förgun seyru á hvert tonn af vatni=0.09 kg × 0,06 CNY/kg=0.054 CNY. Þar sem flugmannsuppsetningin krafðist aðeins reglulegrar skoðunar eftir aðgerð var launakostnaður áætlaður út frá raunverulegri verkfræðireynslu. 10.000 tonna verksmiðja á dag er rekin af 1 ~ 2 einstaklingum. Miðað við að laun eins manns séu 3.000 CNY/mánuði, fyrir 2 einstaklinga, þá er launakostnaðarvísirinn um 0,02 CNY/tonn af vatni. Kostnaðarupplýsingar eru sýndar íTafla 4. Í stuttu máli er kostnaður við aðgerð um 0,46 CNY/m³. Hins vegar, eftir því sem hreinsunargeta skólps eykst, myndi byggingar- og rekstrarkostnaður á hvert tonn af vatni lækka. Byggingar- og rekstrarkostnaður meðan á tilraunaprófinu stendur er eingöngu til viðmiðunar.
3. Ályktanir
Samsett ferli A2O-MBBR + CWs sýndi góða frammistöðu fyrir hreinsun fráveituvatns í dreifbýli. Fjarlæging TP og COD var að mestu óbreytt af breytingum á hitastigi vatnsins. Meðalflutningshlutfall fyrir TN, NH4+-N, TP, and COD reached 68.4%, 89.45%, 94.02%, and 73.94%, respectively. When water temperature ≤5°C, effluent quality stably met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. When water temperature >5 gráður, frárennslisgæði gætu uppfyllt A-staðalinn GB 18918-2002 "Losunarstaðall mengunarefna fyrir hreinsistöðvar fyrir skólphreinsistöðvar sveitarfélaga". Þetta ferli getur á skilvirkan hátt nýtt lífrænt efni innan kerfisins sem kolefnisgjafa til að auka denitrification, viðhalda yfir 50% TN fjarlægingu jafnvel við vatnshitastig allt að 0 gráður.
Ákjósanlegasta skólphreinsunargetan fyrir A2O-MBBR + CWs sameinaða ferlið á veturna var 120 l/d og 180 l/d á öðrum vetrartímabilum. Árstíðabundnar vatnshitabreytingar (lækkandi smám saman úr 32 gráðum í 0 gráður) höfðu aðeins ákveðin áhrif á brottnám niturs með sameinuðu ferlinu. Fjarlægingarhlutfall TN lækkaði úr 79,19% í 51,38% og NH4+-Fjarlægingarhlutfall N lækkaði úr 99,52% í 74,77%. Jafnvel við 0 gráður, uppfylltu frárennslisgæði stöðugt A-staðalinn DB 34/3527-2019, og NH4+-Fjarlægingarhlutfall N náði enn 74,77%. Þetta nýtur góðs af IFAS kerfinu, þar sem seyrualdur allt að 1 mánuður tryggði nítrun við lágt hitastig. Ferlið starfaði stöðugt á prófunartímabilinu og sýndi mikla mótstöðu gegn breytingum á hitastigi vatnsins.
Upphaflega A2O-MBBR ferlið notaði tvenns konar upphengda líffilmu til að festa örverur og mynduðu IFAS kerfi. Kolefnis-undirstaða votlendis undir yfirborði notaði margvíslega fylliefni, þar á meðal seyrulífkol, kalkstein og zeólít, sem jók síunarafköst þess á sama tíma og það veitti nægilegt yfirborð fyrir örverur, og bætti líffræðilega meðhöndlunargetu þess. Upphaflega A2O-MBBR ferlið með IFAS hefur háan lífmassastyrk. Samsett votlendi að aftan þjónar sem fægjameðferðarstig, meðhöndlar skólpvatnið enn frekar, sem gerir heildarkerfið ónæmari fyrir höggálagi.
A2O-MBBR + CWs sameinað ferli er hentugur til að meðhöndla skólp frá heimili í dreifbýli með miklum sveiflum í gæðum og magni. Það starfar stöðugt og skilvirkt, með meðferðarkostnaði upp á um það bil 0,46 CNY/m³. Þar að auki er hægt að stilla A2O-MBBR+CWs ferlishlutana á sveigjanlegan hátt í samræmi við mismunandi frárennslisstaðla, aðstæður og tilgang. Þetta sameinaða ferli getur veitt gagnaviðmiðun og grundvöll fyrir dreifbýlishreinsunarverkefnum fyrir skólphreinsun í Kína, boðið upp á auðlindanýtingarferil fyrir aðgerðalausa auðn í dreifbýli og hefur víðtæka markaðsnotkunarmöguleika í samræmi við innlenda þróun (sem leggur mikla áherslu á að bæta umhverfisgæði dreifbýlis.