Hagræðing afkasta og örverasamfélag í samfelldu -flæði anoxískt MBBR-AAO ferli fyrir aukna nitur- og fosfórfjarlægingu úr skólpi sveitarfélaga

Hagræðing afkasta og örveru Samfélagsröð með stöðugu-flæði anoxískt MBBR-AAO ferli

Á undanförnum árum hefur háþróuð meðhöndlun skólps í þéttbýli og framkvæmd endurvinnslu auðlinda orðið heitt umræðuefni á sviði umhverfismála. Hins vegar leiða hefðbundin köfnunarefnis- og fosfóreyðingarferlar sem víða eru notaðir af skólphreinsistöðvum ekki aðeins til óhóflegrar sóun á auðlindum heldur hækkar rekstrarkostnaður [1]. Þar að auki hefur hægfara lækkun á hlutfalli kolefnis-til-köfnunarefnis (C/N) í skólplagi þéttbýlis og munur á lífsumhverfi mismunandi virkra örverusamfélaga orðið mikilvægir takmarkandi þættir fyrir vatnsmeðferðartækni.

Seyru-film blending MBBR ferlið sameinar virkjaða seyru ferlið við svifandi burðarefni líffilmu ferli til að ná fram aukinni auðgun starfhæfra örvera, leysa vandamál stórs landnáms og lélegs lágs-hitaþols hefðbundins virkjaðar seyruferlis [2]. Árið 2008, Wuxi Lucun afrennslishreinsistöð í Jiangsu héraði, sem fyrsta skólphreinsistöðin í Kína til að framkvæma uppfærslu og endurbyggingu í samræmi við Class IA staðla, bætti meðhöndlunaráhrifin með góðum árangri með því að bæta sviflausnum burðarefnum við seyrukerfið [3]; Hu Youbiao o.fl. [4] könnuð áhrif hitastigs á brottnám ammoníaksköfnunarefnis og lífræns efnis í MBBR og virkjaðri seyru og sýndu niðurstöður að hitastig hafði minni áhrif á MBBR en meiri áhrif á virka seyru; Zhang Ming o.fl. [5] notaði A²O-MBBR ferlið til að meðhöndla skólp frá dreifbýli og náði háum flutningshlutfalli COD, ammoníakköfnunarefnis, TP og TN; Zhou Jiazhong o.fl. [2] fannst með tilraunum í litlum-skala að DO, hitastig hafi jákvæða fylgni við seyru-filmu blendings MBBR kerfið, á meðan innflæðis C/N hlutfall var neikvæða fylgni.

Anoxic MBBR (AM-MBBR) ferlið getur framkvæmt samtímis denitrification og fosfórfjarlægingu í súrefnislausu tankinum, sem er einnig denitrifying phosphorus removal (DPR) ferlið. Í samanburði við hefðbundna skólphreinsunarferla getur DPR-ferlið sparað lífræna kolefnisgjafa og dregið úr súrefnisnotkun. Zhang Yongsheng [6] o.fl. þróaði stöðugt-flæðislíffilmu og niðurstöðurnar sýndu að við hitastig upp á 20 gráður, DO styrkur 5,5 mg/L, hleðsla 2,2 kg/(m³·d), og loftfirrt ástand loftfirrt 3 klst/loftháð 6 klst, var meðalstyrkur fosfórs og flensu í 6 klst. 0,67 mg/L, með 72,9% og 78,5% fjarlægingartíðni, í sömu röð.

Hins vegar, fyrir seyru-film blending AM-AAO kerfið, er flókið samband á milli sviflausnar eðju og áfastrar líffilmu. Fyrri rannsóknir hafa beinst að verkfræðiaðferðum eins og tilboðum og endurbyggingu skólphreinsistöðva, en það eru fáar rannsóknir á samstilltri nítrification og DPR til að auka nitur- og fosfórfjarlægingu í stöðugu-flæðisleðju-filmu blendingum AM-AAO kerfum, og stöðugleiki þessarar mengunarferilseyðingartækni er einnig erfiður árangur í þessari tækni til að fjarlægja mengunarefni.

Þessi rannsókn fínstillti upphafs-uppsetningar- og notkunaraðferðir samfellts-flæðis (AAO) og stöðugs-flæðisleðju-filmu blendings (AM-AAO) ferla, með áherslu á að kanna áhrif loftunarhraða, fylliefnaskammta, vökvasöfnunartíma (HRT), nítrunarhlutfalls í flæðishita og bakflæðishlutfalls, Nítrunarhlutfalls í flæðihita og N. langtíma-köfnunarefnis- og fosfórfjarlægingarárangur AM-MBBR ferlisins og skilvirkni denitrifying fosfórfjarlægingar í súrefnislausu tankinum. Jafnframt var rannsökuð röð örverusamfélaga og breytingarreglur virkra örverusamfélaga í virkjaðri seyru og líffilmu.

1 Efni og aðferðir

1.1 Tilraunatæki og rekstrarfæribreytur

AAO viðbragðstæki með stöðugu-flæði (mynd 1) var notað í þessari rannsókn. Hann var úr lífrænu gleri, með alls 7 hólfum, hvert með stærðinni 10 cm × 10 cm × 40 cm; vinnurúmmálið var 21 L og rúmmálshlutfall hvers hvarftanks var loftfirrt: anoxískt: loftháð=2:2:3. Vélræn hræring var tekin upp í loftfirrtum og anoxískum tankum; loftháði tankurinn notaði loftunarsandhausa sem ör-gljúpa loftara og utanaðkomandi kraft fyrir seyru-vatnsblöndun, og loftunarhraðanum var stjórnað af gasflæðismæli. DO styrkurinn í loftháða tankinum í reactor var stjórnað við 2~3 mg/L; efri botnfallsgeymirinn var strokkur með vinnslurúmmál um 40 L; seyruhaldstími (SRT) var 40 d, og bakflæðishlutfall seyru var 50%. Kjarnaofninn starfaði í samtals 263 d (skipt í 6 vinnsluþrep) og pólýetýlenfylliefni var bætt við súrefnislausa tankinn frá og með 159. degi til að starfa í AM-AAO ham. Sértæk rekstrarskilyrði eru sýnd í töflu 1.

(Mynd 1 Skýringarmynd af AM-AAO vinnslubúnaði: Myndin inniheldur vatnsinntaksfötu, peristaltic dælu, loftfirrtan tank, súrefnistank, loftháðan tank, botnfallstank, vatnsúttaksfötu, auk innra bakflæðis, seyrubakflæðisleiðslur og frárennslisloka)

Tafla 1 Gerð ferlikerfis og rekstrarfæribreytur

1.2 Sáð seyru og vatnsgæði

Sáðseðjan í þessari tilraun var tekin úr umframseðjunni sem losuð var úr aukasettanki skólphreinsistöðvar. Eftir sáningu var styrkur seyru (MLSS) í reactor 2,3 g/L og rokgjörn eðja (MLVSS) var 2,1 g/L.

Innstreymi kjarnaofnsins var raunverulegt innlent skólp frá veitingastöðum, sem bætt var í kjarnaofninn eftir að óhreinindi voru síuð í gegnum síuskjá. Meðal mengunarefna þess voru NH₄⁺-N (35.0456,54 mg/L), NO₂⁻-N (00,42 mg/L), NO₃⁻-N (00,05 mg/L), COD (362,1605,1 mg/L), og PO₄³⁻-P (1~5,08 mg/L).

1.3 Greiningarhlutir og greiningaraðferðir

1.3.1 Venjulegar uppgötvunaraðferðir

Seyru-vatnssýnum var safnað úr innstreymi, loftfirrtum tanki, súrefnislausum tanki, loftháðum tanki, botnfallstanki og frárennsli, og þau síuð með 0,45 μm síupappír. NH₄⁺-N var ákvarðað með Nessler's litrófsmæli; NO₂⁻-N var ákvarðað með N-(1-naftýl) etýlendíamín ljósmælingu; NO₃⁻-N var ákvarðað með útfjólubláum litrófsmælingu; COD var ákvarðað með Lianhua 5B-3A COD fjölbreytu hraðskynjara; pH/DO og hitastig voru ákvörðuð með WTW Multi3620 skynjara; MLSS var ákvarðað með þyngdarmælingaraðferð; MLVSS var ákvarðað með þyngdartapsaðferð við bruna í múffuofni [7].

1.3.2 Útdráttur og greining á utanfrumu fjölliða efnum

Utanfrumufjölliðaefni (EPS) eru talin samsett úr fjölsykrum (PS), próteinum (PN) og humussýrum (HA). Þrjár gerðir af EPS, nefnilega leysanleg utanfrumufjölliðaefni (S-EPS), lausbundin utanfrumufjölliðaefni (LB-EPS), og þéttbundin utanfrumufjölliðaefni (TB-EPS), voru aðskilin og dregin út. Ákvörðunaraðferð PS var brennisteinssýru-anthrone aðferð, og ákvörðunaraðferðir PN og HA voru breyttar Folin-Lowry aðferð [7].

1.3.3 Útreikningsaðferð á brottflutningshraða mengunarefna

Fjarlægingarhlutfall mengunarefna (SRE) var notað til að einkenna heildarhreinsun mengunarefna AM-AAO ferlikerfisins. Meðal þeirra eru Sinf og Seff styrkur mengunarefna innrennslis og frárennslis, í sömu röð, sem getur táknað massastyrk mengunarefna eins og NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD{5} og PO₄ í flensunni{5} og PO₄ frárennsli, mg/L.

1.3.4 Há-afköst raðunaraðferð

Illumina há-afköst raðunaraðferð var notuð. Seyrusýnum úr loftfirrta tankinum, súrefnislausu tankinum og loftháða tankinum á dögum 1, 110, 194 og 237 var safnað og nefnd sem hópur D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), hópur D110 (D110_A1_2, D110 hópur), D110_A1_2, D110 hópur (D194_A1, D194_A2, D194_O), og hópur D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O), í sömu röð; líffilmu seyrusýnum á dögum 194 og 237 var safnað og nefnd M194 og M237, í sömu röð. Alls voru 14 seyrusýni greind með tilliti til breytinga á örverusamfélögum. DNA var dregið út með Fast DNA SPIN setti (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, Bandaríkjunum). V3-V4 svæði bakteríu 16S rRNA gensins var magnað upp með 338F/806R frumurum. Hreinsuðu amplicons voru raðgreind á Illumina MiSeq PE300 pallinum (Illumina, Bandaríkjunum) af Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Shanghai, Kína) [7].

2 Niðurstöður og umræður

2.1 Langtíma-reglur um fjarlægingu mengunarefna í AAO og AM-AAO ferlum

Langtíma-hreinsun mengunarefna meðan á stöðugu-flæði AAO ferli stendur (1. stig3) og AM-AAO ferlinu með sviflausnum pólýetýlenfylliefnum bætt við (4. stig6) er sýnt á mynd 2.

Á stigi 1 (1~45 d) var PO₄³⁻-P losunarmagn (PRA) í loftfirrta tankinum, PO₄³⁻-P upptökumagn í súrefnislausa tankinum (PUAA) og PO₄³⁻-P upptökumagn í loftfirrtum tankinum (PU6.06) mg (6 Aerobic tank) 14,22 mg, og 87,81 mg, í sömu röð, og fosfórupptökuferlið náðist aðallega í loftháða tankinum. Fjarlægingarhlutfall NH₄⁺-N og heildar ólífræns köfnunarefnis (TIN) var 92,85% og 86.37%, í sömu röð, sem tryggði denitrification áhrifin. Eftir fínstillingu- á loftuninni (DO=2~3 mg/L), jókst NH₄⁺-N fjarlægingaráhrifin í 98,68% og styrkur TIN frárennslis og flutningshraði var 1,75 mg/L og 95,75%, í sömu röð, sem gefur til kynna rétta aðlögun DO og denitrification ferli; COD-eyðingaráhrifin í loftfirrta tankinum veiktust (91,60%). Að auki hafði fínstilling DO engin áhrif á frárennslisvatnið PO₄³⁻-P, með meðaltalið 0,47 mg/L, sem er í samræmi við niðurstöðu Yang Sijing o.fl. [8].

Á stigi 2 (46~120 d), eftir að HRT =8 klst. var stillt, sveiflaðist árangur COD-fjarlægingar lítillega; hámarksgildi PRA, PUAA og PUAO náðu 148,01 mg, 81,95 mg og 114,15 mg, sem gefur til kynna að aukning á innflæðisflæði hafi ekki áhrif á fosfórfjarlægingu og viðhaldi háum NH₄⁺-N og TIN flutningi. Á degi 72 var bakflæðishlutfall nítrunar vökva hækkað í 300% og 400%. Aukning á bakflæðishlutfalli dró úr áhrifum TIN-fjarlægingar, með 80,37% (300%) og 68,68% (400%), í sömu röð. Frá degi 108 til 120 var bakflæðishlutfall nitrification vökva ákvarðað vera 250%. Magn COD-fjarlægingar í loftfirrta tankinum við 250% nitrification vökvabakflæðishlutfall (127,1 mg/L) var hærra en eða jafnt og hjá öðrum (86.2 mg/L, 124,7 mg/L, og 128,0 mg/L fyrir 200%, 300%, í sömu röð); styrkur fosfórs frárennslis sem samsvaraði mismunandi bakflæðishlutföllum var 0,52 mg/L, 0,35 mg/L og 0,06 mg/L, sem gefur til kynna að aukning á bakflæðishlutfalli nitrification vökva innan ákveðins bils getur stuðlað að fosfórfjarlægingu. Að auki hafði bakflæðishlutfallið upp á 250% góða afköst við denitrification, með TIN fjarlægingarhlutfalli upp á 86.86%.

Í þrepi 3 (121~158 d) var bakflæðishlutfall nítrunar vökva fast við 250%. Á degi 131 var innrennslisflæðið aukið í 5 l/klst., COD og fosfóreyðandi áhrif minnkuðu og styrkur frárennslis var 73,3 mg/L og 3,92 mg/L, í sömu röð, sem bendir til þess að aukning á innstreymi hafi leitt til þess að meiri COD losnaði án meðferðar. Að auki var hámarkshraði fjarlægingar NH₄⁺-N og TIN 93,82% og 79,12%, í sömu röð, þar á meðal varð NO₃⁻-N aðalmengunin í frárennsli (4,70 mg/L). Á degi 139 var innrennslisflæðið minnkað í 4 l/klst., COD frárennslis og brottnámshraði var 55,7 mg/L og 85,97%, í sömu röð, sem var hærra en árangur kolefnisfjarlægingar við hormónauppbótarmeðferð =5.6 klst., sem gefur til kynna að minnkun hormónauppbótarmeðferðar gæti leitt til minnkunar á COD fjarlægingu. Að auki var hámarkshlutfall fjarlægingar NH₄⁺-N og TIN 100% og 97,41%, sem gefur til kynna að aðlögun hormónauppbótarmeðferðar hafi stuðlað að nítrunar- og denitrification, en of stuttur hormónauppbótarmeðferð getur leitt til minnkunar á nítrunaráhrifum. Þess vegna, þegar hormónauppbótarmeðferð =7 klst., nægir að viðbrögðin í hverjum geymi haldi áfram að fullu, og marktæk aukning á hormónauppbótarmeðferð hefur lítil hvetjandi áhrif á denitrification áhrifin.

Á degi 159 var 20% sviflausnum pólýetýlenfylliefnum bætt í anoxic tank AAO ferlisins. Á stigi 4 (159~209 d) var árangur COD og PO₄³⁻-P fjarlægingar aukin. Frá og með 172. degi var styrkur NH₄⁺-N aðrennslis aukinn í 64,17 mg/L (C/N=8.59), COD frárennsli og flutningshlutfall var 77,7 mg/L og 86.06%, í sömu röð. Ástæðan kann að vera sú að líffilman stækkaði hægt og virkjað seyran átti mestan þátt í að fjarlægja mestan þorskinn; sviflausu fylliefnin juku PO₄³⁻-P fjarlægingarhlutfallið um 1,18%. Hins vegar leiddi aukningin á innstreymi NH₄⁺-N í súrefnislausa tankinum til þess að þörf var á fleiri kolefnisgjöfum fyrir nítrunarferli NO₃⁻-N, sem var ekki stuðlað að losun fosfórs og upptöku PAOs; á sama tíma dró þessi aðgerð ekki alveg úr NO₃⁻-N og lágmarksstyrkur frárennslis var 7,30 mg/L. Á degi 185, þegar hormónauppbótarmeðferð var breytt í 5,6 klst., kom í ljós að áhrif COD-fjarlægingar sveifluðust lítillega, með brottnámstíðni upp á 86.05%; styrkur frárennslis PO₄³⁻-P jókst um 0,05 mg/L, samfara aukningu á PUAA (úr 13,02 mg í 18,90 mg), sem gefur til kynna að eðjan og líffilman hafi ákveðna fosfórfjarlægingu. Að auki var styrkur frárennslis NH₄⁺-N, NO₃⁻-N og TIN 10,23 mg/L, 6,52 mg/L, og 16,82 mg/L, í sömu röð, sem bendir til þess að minnkun hormónauppbótarmeðferðar myndi leiða til minnkunar á NH{}3 og NH₄. TIN. Á degi 195 var hormónauppbótarmeðferð stillt aftur í 7 klst., og á þessum tíma minnkaði mengunarefnainnihald í frárennsli, og árangur kerfisins til að fjarlægja köfnunarefni og fosfór og fjarlægja lífrænt efni batnaði smám saman.

Á stigi 5 (210~240 d) var styrkur NH₄⁺-N í innstreymi hækkaður í 84,06 mg/L (C/N=6.28), og virkjaða seyran átti enn stærstan þátt í að fjarlægja lífræn efni. Aukningin á NH₄⁺-N hafði lítil áhrif á fjarlægingu COD. Hlutfall COD frásogast í loftfirrta tankinum var 68,02% og mest af lífrænu efninu var frásogast af PAO í loftfirrta tanknum og myndað í innri kolefnisgjafa (PHA) og losun loftfirrtra fosfórs var að fullu lokið [9]. Hámarks PRA var 72,75 mg og PUAA og PUAO voru 35,82 mg/L og 48,20 mg/L, í sömu röð, en aðalframlag til fosfórupptöku kom samt frá loftháða tankinum. Á degi 221 var fyllingarhlutfallið aukið í 30% og styrkur NH₄⁺-N og TIN lækkaði um 4,49 mg/L og 5,16 mg/L, í sömu röð; meðal þeirra voru NH₄⁺-N og NO₃⁻-N 70,11% og 28,75% af TIN frárennslis, í sömu röð. Á degi 231 var styrkur innstreymis NH₄⁺-N stilltur í 66,34 mg/L, og árangur kerfisins til að fjarlægja mengunarefni var í grundvallaratriðum stöðugur.

Á 6. stigi (241~263 d) var hitastigi kjarnaofnsins stillt til að kanna áhrif þess á brottnám mengunarefna. Á degi 241 var hitastigið lækkað í 18 gráður, COD flutningshlutfallið lækkaði í 84,37%, en COD breytingarreglan breyttist ekki vegna hitastigslækkunarinnar. Fjarlægingarhlutfallið í loftfirrta tankinum var hæst, 62,02%, fjarlægingarferlið fyrir denitrifying fosfór í súrefnislausa tankinum eyddi 26,72% af COD, styrkur NO₃⁻-N í frárennsli loftháða tanksins var 10,4 mg/L. NH₄⁺-N var eftir; að auki var PRA minna fyrir áhrifum af hitastigi, en fosfórupptökuafköst anoxíska tanksins minnkaði, með PUAA aðeins 19,77 mg, og fosfór var fjarlægður um 3,94 mg/L í loftháða tankinum. Flestir geðsæknir PAOs framkvæmdu loftháð fosfórupptökuferli [10]. Þegar hitastigið var lækkað enn frekar í 13 gráður lækkaði brottnámshlutfall NH₄⁺-N og TIN um 6,38% og 6,25%, í sömu röð; á sama tíma lækkuðu PUAA og PUAO um 7,77 mg og 15,00 mg, í sömu röð, sem gæti tengst minnkun á örveruvirkni og vexti og efnaskiptagetu af völdum hitastigslækkunarinnar. Jin Yu [11] komst að því að þegar hitastigið er lægra en 14 gráður er erfitt að tryggja styrk frárennslismengunar í kerfinu.

(Mynd 2 Fjarlæging mengunarefna í AAO og AM-AAO ferlum meðan á langtíma-aðgerð stendur: Þar á meðal (c) Curves of NH₄⁺-N styrkur NH og flutningshraði sem breytist með notkunardögum, (d) Curves of NOₓ⁻- NH breytist styrkleiki (IN Mo) Lárétti ásinn er aðgerðadagar (0~260 d), og lóðréttu ásarnir eru ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹), og flutningshlutfall er merkt á hverju stigi.

2.2 Reglur um breytingar á mengunarefnum í dæmigerðum lotum AAO og AM-AAO ferla

Til að kanna frekar kerfi til að fjarlægja mengunarefni AAO og AM-AAO ferla voru breytingar á styrk mengunarefna í dæmigerðum lotum á mismunandi vinnslustigum greindar, eins og sýnt er á mynd 3.

Á 42. degi (1. stig) hafði AAO ferlið góða afköst við denitrification og fosfórfjarlægingu. Hins vegar bætti COD ekki fosfórlosunina og PRA var 9,13 mg/L á þessum tíma. Að auki var NH₄⁺-N neytt fyrirfram þegar farið var inn í súrefnislausan tankinn; síðan minnkaði súrefnislausi tankurinn myndaða NO₃⁻-N í N₂; hins vegar fjarlægði loftháði tankurinn aðeins 3,52 mg/L af NH₄⁺-N, sem gæti stafað af langri hormónauppbótarmeðferð á stigi 1 sem leiddi til aukningar á DO sem skilaði sér í súrefnislausan tankinn, og megnið af NH₄⁺-N hafði lokið nitrification sem leiddi til lágs styrks í anoxískum tankinum.

Á 118. degi (2. stig), með minnkun á innstreymi COD, versnaði fosfórlosun og afköst. Losunarstyrkur fosfórs í loftfirrta tankinum var 5,91 mg/L, og styrkur NO⁻-N í frárennsli loftháða tanksins var 8,20 mg/L. PO₄³⁻-P styrkurinn í súrefnislausu tankinum lækkaði í 2,78 mg/L, sem gefur til kynna að PO₄³⁻-P hafi verið fjarlægt í súrefnislausu tankinum. Að auki var bakflæðishlutfall nítrunar vökva ákveðið við 250% á þessum tíma. Samanborið við bakflæðishlutföllin 300% og 400%, var flutningur köfnunarefnis og fosfórs og flutningur lífrænna efna aukin í ferlinu, sem gefur til kynna að aukið bakflæði nítrunar vökva innan ákveðins bils getur aukið áhrif mengunarefna.

Á degi 207 (4. stig), eftir að hafa stillt innstreymandi NH₄⁺-N og hormónauppbótarmeðferð í AM-AAO ferlinu, var COD-fjarlægingarhlutfallið 86.15%; loftháði tankurinn fjarlægði 13,34 mg/L af NH₄⁺-N, styrkur TIN sem eftir var var 7,51 mg/L og 4,39 mg/L af NO⁻-N myndaðist og NO₃⁻-N varð ríkjandi mengunarefni í frárennsli. Enginn marktækur munur var á framlagi til að fjarlægja fosfór milli súrefnislauss tanks og loftháðs tanks. Auk þess hafði aukning á innstreymi NH₄⁺-N ekki áhrif á nitrification, en aukning á innstreymi TIN styrkleika minnkaði afköst AM-AAO ferlisins og hafði þar með áhrif á TIN fjarlægingu.

Á degi 262 (stig 6) var hitastig kjarnaofnsins 13 gráður og COD flutningshlutfallið var 83,67% á þessum tíma. Á sama tíma losnuðust 6,95 mg/L af fosfór í loftfirrta tankinum; 20,22 mg/L af NH₄⁺-N var neytt í súrefnislausa tankinum og denitrification var framkvæmd, og NO₃⁻-N styrkur í frárennsli óoxandi tanksins var 5,07 mg/L; loftháði tankurinn hafði TIN tap upp á 1,32 mg/L; Fjarlægingarhlutfall TIN var 77,00% og TIN frárennslis innihélt 11,24 mg/L af NH₄⁺-N, sem bendir til þess að lágt hitastig hafi dregið úr virkni nítrandi baktería og denitrifying baktería, sem leiddi til ófullkomins fjarlægingar mengunarefna í skólpinu. Að auki lækkaði PRA niður í 6,95 mg/L og fosfórupptaka frammistöðu anoxísks tanks og loftháðs tanks lækkaði í 2,41 mg/L og 3,61 mg/L, í sömu röð, sem bendir til þess að lækkun á hitastigi kjarnaofnsins hamlaði fosfórfjarlægingu frammistöðu PAO-geymisins og útstreymis geymisins, sem leiddi til lækkunar á PRAoben geymi. styrkur fosfórs.

(Mynd 3 Breytingar á mengunarefnum í dæmigerðum lotum: Þar á meðal (a) Dagur 42 í AAO ferlinu, (b) Dagur 118 í AAO ferlinu, (c) Dagur 207 í AM-AAO ferlinu, (d) Styrkur mengunarefnabreytinga á degi 262 í AM-AAO ferlið er lárétta viðbragðið,xis ferlið. (mg/L) hvers mengunarefnis (COD, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3 Breytingar á samsetningu og innihaldi utanfrumufjölliða efna (EPS) í AAO og AM-AAO ferlum

Meðan á tilrauninni stóð voru breytingar á samsetningu og innihaldi EPS á degi 101 (AAO ferli) og degi 255 (AM-AAO ferli) ákvarðaðar og greindar, eins og sýnt er á mynd 4. Á heildina litið má rekja heildar EPS innihald dagana 101 og 255 til aukningar á TB-EPS innihaldi reikningsins, og TB-EPS; á degi 101 sýndi heildar EPS-innihald í loftfirrta tankinum, loftfirrta tanknum og loftháða tanknum vaxandi tilhneigingu (0,12 mg/gVSS, 0,29 mg/gVSS og 0,37 mg/gVSS, í sömu röð); meðal þeirra jókst EPS-innihaldið verulega á nítrunarstigi, sem gæti stafað af virkum umbrotum innri örvera þegar kerfið var rekið við háu kolefnis-til-köfnunarefnishlutfalli (C/N=5.9) [12]. Hins vegar gegndi TB-EPS jákvæðu hlutverki í myndun seyruflokka, en S-EPS og LB-EPS höfðu neikvæð áhrif [8]; í þessari tilraun var innihald S-EPS og LB-EPS tiltölulega lágt, sem skapaði skilyrði fyrir seyruvöxt; í samfelldu-flæðisleðju-filmublendingskerfinu er hlutverk flókandi seyru óbætanlegt [2].

Að auki voru breytingarreglur PN/PS í mismunandi lögum af seyru í hverjum hvarftanki mismunandi. PN í hverjum hvarftanki var alltaf hærra en PS. Á degi 101 voru PN/PS hlutföllin í S-EPS, LB-EPS og TB-EPS í seyru 0,06, 1,62 og 2,67, í sömu röð, en á degi 255 voru þau 0,03, 1,27, 1,30 og hækkuðu frá PS hlutfallinu, og í PN 3. ytra lagið yfir í innra lag seyrufruma. Hins vegar, þegar hitastig reactors var lækkað í 13 gráður, sýndi heildar EPS innihald í tönkunum þremur vaxandi tilhneigingu (0,28 mg/gVSS, 0,41 mg/gVSS, og 0,63 mg/gVSS, í sömu röð). Ástæðan kann að vera sú að örverur sem ekki náðu að laga sig að lágu hitastigi dóu eða greindust sjálfkrafa og þessar dauðu örverur slepptu EPS, sem leiddi til aukningar á EPS innihaldi seyru, eða lágt hitastig olli sumum geðsæknum örverum til að seyta meira EPS til að laga sig að hitafalli í kjarnaofnum [13].

(Mynd 4 Breytingar á EPS innihaldi og samsetningu á degi 101 (AAO ferli) og degi 255 (AM-AAO ferli): Vinstri hliðin er AAO ferlið, og hægri hliðin er AM-AAO ferlið. Lárétti ásinn er hvarfgeymirinn (endir loftfirrðs, enda anoxísks, enda loftlauss, lóðréttrar, LTB, vinstri gerð). ás er EPS innihald (mg·gVSS⁻¹), og hægri lóðréttur ás er PN/PS hlutfall.

2.4 Örverufjölbreytileiki og samfélagsleg arftakareglur um stofnfjölbreytni

Niðurstöður raðgreiningar með mikilli-afköstum sýndu að fjöldi raða af 14 seyrusýnunum var 1.027.419 og fjöldi OTU raða hvers sýnis er sýndur í töflu 2. Þekkja sýnanna var yfir 0,995, sem gefur til kynna að raðgreiningarniðurstöðurnar hafi mikla nákvæmni. Hópur D01 lýsti upphaflegri uppbyggingu örverusamfélagsins, með háum Ace vísitölu, sem gefur til kynna að seyran hafi verið með mikla örverutegundaauðgi við upphaf kerfisins. Með umbreytingu kerfisins úr AAO í AM-AAO ferli lækkaði Ace vísitalan og auðlegð örverusamfélagsins í AM-AAO kerfinu minnkaði. Að auki lækkaði Simpson vísitalan, sem bendir til þess að fjölbreytileiki örverusamfélagsins hafi minnkað. Samkvæmt breytingunni á Ace vísitölunni sýndi heildarfjöldi tegunda í örverusamfélaginu í anoxískum tanki líffilmu minnkandi tilhneigingu; lækkun Shannon vísitölunnar sannaði að fjölbreytileiki örverusamfélagsins í líffilmunni minnkaði.

Tafla 2 Breytileiki örverufjölbreytileikastuðuls

The main phyla with relative abundance >10% af sýnunum 14 voru greind (mynd 5a). Ríkjandi flokkur í hópi D01 voru Actinobacteriota (25,76%32,90%), Proteobacteria (21,98%27,16%), Bacteroidota (15,50%18,36%) og Firmicutes (10,37%13,77%); hins vegar hlutfallslegt magn Actinobacteriota (16,89%19,16%) og Firmicutes (3,83%6,52%) í hópi D110 minnkaði og hlutfallslegt magn Proteobacteria jókst (32,96%~40,75%). Í AM-AAO ferlikerfinu minnkaði Actinobacteriota hratt, jafnvel í innan við 3% í hópi D237, en Proteobacteria (33,72%43,54%), Bacteroidota (17,40%24.19%), and Chloroflexi (12.46%~12.77%) have become the phyla with relatively high abundances. In addition, in sample M194, the phyla with relative abundance >10% voru Proteobacteria (35,26%) og Bacteroidota (30,61%), sem gefur til kynna að uppbygging örverusamfélags líffilmunnar væri svipuð og virkjaðar seyru. Í sýni M237 minnkaði hlutfallslegt magn Firmicutes í minna en 2% og magn Acidobacteriota (5,33%) jókst.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Í ljós kom að ríkjandi ættkvíslir í hópi D01 voru Candidatus_Microthrix (11,32%20,65%), norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3,97%6,36%), Trichococcus (6,99%9,95%) og Ornithinibacter (3,99%6,41%); eftir að kerfið var notað í AM-AAO ferlinu, lækkaði hlutfallslegt magn Candidatus_Microthrix verulega í 0,02% (hópur D237); en norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 sýndi tilhneigingu fyrst að hækka og síðan lækka (hópur D237, 1,91%2,91%). Þegar ferlið var starfrækt stöðugt varð Azospíra ein af tiltölulega ráðandi ættkvíslum (hópur D237, 7,37%18,41%). Að auki voru líffilmukynslóðirnar í grundvallaratriðum svipaðar og seyrun og hlutfallslegt magn af norank_f__norank_o__Run-SP154 í M194 og M237 var 6,61%~7,66% og 7,43%, í sömu röð.

Alls voru 12 ættkvíslir og 1 fjölskylda af ammoníak-oxandi bakteríum (AOB), nítrít-oxandi bakteríum (NOB), glýkógen-uppsöfnunarlífverum (GAO) og fosfór-uppsöfnunarlífverum (PAOs) í kerfinu valin til greiningar. Í ljós kom að í hópi D01, Nitrosomonas (0,02%0,03%), Ellin6067 (0,01%0,02%) og Nitrospira (0,04%0,07%) gæti tryggt oxunarafköst NH₄⁺-N. Minnkun Nitrosomonas og Nitrospira í hópi D110 getur stafað af háu innra bakflæðishlutfalli, en Ellin6067 (0,01%0,02%) var ekki truflað. Í hópi D194 var kerfið notað í AM-AAO ferlinu og lækkun á hormónauppbótarmeðferð skolaði út NOB og sum AOB. Aukning á innstreymi ammoníak köfnunarefnis gæti verið ástæðan fyrir aukningu á hlutfallslegu magni ofangreindra þriggja ættkvísla í hópi D237 (Mynd 5b). Að auki, AOB (Nitrosomonas og Ellin6067, 0,03%0,07%) og NOB (Nitrospira, 0,01%0,02%) í sýni M237 sýndi lítilsháttar aukningu, sem bendir til þess að líffilman hafi aðstoðað seyrukerfið við að ná afneitrunarferlinu.

Það var mikið úrval af PAO í hópi D01, þar á meðal Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas og Tetrasphaera. Breytingarnar á Candidatus_Microthrix (10,93%~11,88%) og PAOs með tiltölulega miklu magni<5% in group D110 may be the reasons for the decrease of PRA in Stage 2. In group D194, the relative abundances of Candidatus_Microthrix and Tetrasphaera decreased to 0.711,14 og 0,31%0,39% [14]. Í hópi D237 var Candidatus_Microthrix nánast útrýmt (0,02%) og PAOs sem komu í staðinn til að sinna fosfórfjarlægingu voru Defluviimonas (0,70%1,07%) og Dechloromonas (0,95%1,06%); auk þess hefur einnig verið staðfest að Comamonadaceae fjölskyldan hafi fosfóreyðingu [8], og hlutfallslegt magn Comamonadaceae í loftfirrta tankinum eða súrefnislausu tankinum var tiltölulega hátt, um það bil tvöfalt meira en í loftfirrta tanknum. Að auki voru Candidatus_Competibacter og Defluviicoccus ríkjandi ættkvíslir GAOs í öllum sýnum, en magn af ættkvíslunum tveimur í hópi D01 var<1%. In the remaining samples, the growth of Defluviicoccus lagged behind that of Candidatus_Competibacter. In group D237, the abundances of the two genera were 2.96%~3.89% and 0.54%~0.57%, respectively. GAOs are considered to compete with PAOs for organic matter, thereby causing the deterioration of biological phosphorus removal performance, but recent studies have found that GAOs can carry out endogenous denitrification to achieve denitrification (the average TIN removal rate was 83.08% when the system was stable) [7].

(Mynd 5 Örverusamfélagssamsetning: (a) Súlurit yfir hlutfallslegt magn á fylkisstigi. Lárétti ásinn er sýnishornið og lóðrétti ásinn er hlutfallslegt magn/%. Það nær yfir meginþætti eins og Actinobacteriota og Proteobacteria; (b) Hitakort af hlutfallslegu magni á ættkvíslstigi. Lárétti ásinn er lóðréttur og ríkjandi ásinn er lóðréttur og ríkjandi ásinn. litur gefur til kynna magn hlutfallslegrar gnægðar)

Tafla 3 Magn starfrænna hópa í 14 lífsýnum

3 Niðurstöður

Með því að nota raunverulegt skólp sem meðferðarhlut voru rekstrarskilyrði AM-AAO ferlisins fínstillt. Það kom í ljós að þegar ferlið var keyrt undir skilyrðum HRT=7 klst., hitastig um 25 gráður, innra bakflæði=250%, SRT=40 d, seyrubakflæði=50% og áfyllingarhraði á súrefnislausan tankfyllingarhraða=30%, voru áhrifin til að fjarlægja mengunarefni best. Hámarkshlutfall NH₄⁺-N fjarlægingar var 98,57%; styrkur NO₃⁻-N frárennslis, PO₄³⁻-P styrkur, TIN-fjarlægingarhraði og COD-fjarlægingarhlutfall voru 6,64 mg/L, 0,42 mg/L, 83,08% og 86.16%, í sömu röð.

Loftfirrti tankurinn framkvæmdi góða vinnslu á lífrænum efnum og losun fosfórs, þar sem 64,51% af COD var fjarlægt og 9,77 mg/L af fosfór losað á sama tíma; súrefnislausi tankurinn sýndi góð viðbrögð við fjarlægingu fosfórs til að fjarlægja denitrifying; loftháði tankurinn framkvæmdi fullkomið nítrunar- og fosfórupptökuferli, þar sem NH₄⁺-N fjarlægingarhlutfall og PUAO var 97,85% og 59,12 mg, í sömu röð.

Þegar AM-AAO ferlið var starfrækt stöðugt, hækkaði AOB (Ellin6067 og Nitrosomonas, 0,02%~0,04% → 0,04%0,12%) og NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0,04%) tryggði nægjanlega framvindu nítrunar og NH₄⁺-N fjarlægingarhlutfall jókst um 8,35%; Gao (Candidatus_Competibacter og Defluviicoccus, 1,31%1.61% → 3.49%4,46%) drottnuðu yfir innrænu denitrification ferli; vöxtur PAOs (Defluviimonas, Dechloromonas og Comamonadaceae fjölskyldu, 3,29%8,67% → 3,79%~9,35%) var ástæðan fyrir því að viðhalda góðri fosfóreyðingu; auk þess var uppbygging örverusamfélagsins í líffilmu með súrefnislausu tankinum í grundvallaratriðum svipuð og virkjaðar seyru, sem í sameiningu tryggði virkni kerfisins til að fjarlægja nitur og fosfór.