Oglekļa-pret-slāpekļa attiecība aktīvajās dūņās: kā 6:1–8:1 C/N līdzsvars nodrošina 90%+ ĶSP un 80–90% kopējā slāpekļa atdalīšanu

Oglekļa-un-slāpekļa attiecība ir neredzama skala, kas kontrolē visu aktīvo dūņu ražotnē. Nospiediet C/N pārāk zemu, un denitrifikācija samazina - kopējā slāpekļa aizvadīšana samazinās līdz 60–75%, un nitrāti ieplūst notekūdeņos. Nospiediet to pārāk augstu, un heterotrofi nozog skābekli no nitrifikatoriem, izraisot amonjaka izrāvienu. Šis izmēģinājuma-mēroga pētījums precīzi nosaka darbības saldo vietu - C/N diapazonā no 6:1 līdz 8:1 -, kur ĶSP noņemšana pārsniedz 90% un kopējais slāpekļa noņemšana sasniedz 80–90% vienlaikus.

Kāpēc C/N attiecība ir galvenā vadības svira

Bioloģiskajā notekūdeņu attīrīšanā ogleklis ir degviela, un slāpeklis ir mērķis. Heterotrofās baktērijas patērē organisko oglekli kā primāro enerģijas avotu, sadalot BSP un ĶSP. Tikmēr slāpeklis tiek noņemts, izmantojot divus saistītus bioloģiskos posmus: autotrofiskie nitrifikatori vispirms aerobos apstākļos oksidē amonjaku līdz nitrātam, pēc tam heterotrofie denitrifikatori šo nitrātu reducē par slāpekļa gāzi -, bet tikai tad, ja ir pieejams izmantojams oglekļa avots. Tā kā vieni un tie paši organismi sacenšas par vieniem un tiem pašiem resursiem, oglekļa un slāpekļa attiecība ieplūdē nosaka, kurš process uzvar.

Nesabalansēta C/N attiecība destabilizē visu procesu. Ja oglekļa ir maz, denitrifikācijai beidzas degviela un uzkrājas nitrāti. Ja ogleklis ir pārmērīgs, skābekļa pieprasījums palielinās, jo heterotrofi vairojas, atstājot nitrifikatorus izšķīdušā skābekļa badā un nespējot pabeigt nitrifikāciju. Tāpēc pareiza līdzsvara saglabāšana nav teorētiska lieta, - tā ir atšķirība starp prasībām atbilstošu notekūdeņu un atkārtotiem atļauju pārkāpumiem.

Pilot{0}}mēroga pārbaude AC/N diapazonā

Pētnieku komanda vadīja izmēģinājuma{0}}mēroga aktīvo dūņu reaktorus komunālajos notekūdeņos ar oglekļa-pret-slāpekļa attiecību, kas pielāgota plašai darbības diapazonam.3:1 līdz 12:1. Organiskais ogleklis tika mainīts, dozējot viegli bioloģiski noārdāmus oglekļa avotus, savukārt amonjaka koncentrācija tika uzturēta tipiskā pašvaldības ieplūdes diapazonā. Tas izolēja C / N attiecību kā neatkarīgu mainīgo, nevis sajauca to ar ietekmes stipruma izmaiņām.

Ūdens kvalitāte tika izsekota, izmantojot ĶSP, BSP₅, amonjaka slāpekli, nitrātus, kopējo slāpekli un fosforu. Mikrobu aktivitāte tika novērtēta, izmantojot skābekļa uzņemšanas ātruma mērījumus un dūņu mikroskopisko izmeklēšanu, sniedzot tiešus pierādījumus tam, kā katrs C / N režīms mainīja līdzsvaru starp heterotrofiskām un autotrofiskām populācijām. Pēc tam slāpekļa transformācijas efektivitāte tika analizēta visā C / N diapazonā, lai noteiktu optimālo darbības logu.

Salīdzinot ar zemu, vidēju un augstu C/N veiktspēju

Pētījumā tika izveidota skaidra veiktspējas hierarhija. Zemi C/N apstākļi aizkavēja denitrifikācijas posmu, mēreni apstākļi nodrošināja līdzsvarotu noņemšanu, un augsti C/N apstākļi mainīja nitrifikācijas efektivitāti organiskai atdalīšanai. Rezultāti ir apkopoti zemāk.

Pie zemām C/N attiecībām heterotrofās baktērijas patērēja tik maz oglekļa, kas bija pieejams enerģijai un augšanai, atstājot denitrificējošos organismus bez substrāta nitrātu samazināšanai. Kopējā slāpekļa izvadīšana apstājās starp60% un 75%, un notekūdeņos bieži tika novērota nitrātu uzkrāšanās -, kas ir klasiska nepilnīgas denitrifikācijas pazīme, kas nomoka daudzus oglekļa -deficīta pašvaldības augus.

Mērens logs no6:1 līdz 8:1bija skaidrs optimālais. ĶSP noņemšana pārsniedza 90%, bet kopējā slāpekļa noņemšana sasniedza 80–90%, un līdzsvarotā oglekļa padeve saglabāja gan heterotrofisku, gan autotrofisku aktivitāti. Nitrifikācija un denitrifikācija norisinājās secīgi, nevis konkurēja, un notekūdeņu kvalitāte visā darbības laikā bija stabila.

Pie augstām C/N attiecībām virs 10:1 attēls mainījās otrādi. Bagātīgais ogleklis izraisīja strauju heterotrofisku augšanu un lielu organisko izdalīšanos, bet no tā izrietošais skābekļa pieprasījums izraisīja konkurenci par izšķīdušo skābekli. Nitrifikatori - lēnāk-aug un skābekļa-izsalkušie - zaudēja cīņā, nitrifikācijas efektivitāte kritās, un ik pa laikam notekūdeņos parādījās amonjaka izrāviens. Augs lieliski noņēma organiskās vielas, vienlaikus nesasniedzot savu vissvarīgāko slāpekļa mērķi.

Mikrobu ekoloģija aiz skaitļiem

Mikrobu analīze izskaidro veiktspējas trūkumu. Līdzsvaroti C / N apstākļi atbalstīja daudzveidīgāku un stabilāku kopienu, kurā bija gan nitrificējošas, gan denitrificējošas baktērijas, un skābekļa uzņemšanas rādītāji liecina par veselīgu vienlaicīgu aktivitāti. Ekstrēmi C/N apstākļi - gan pārāk zemi, gan pārāk augsti - samazināja mikrobu daudzveidību un palielināja procesa nestabilitāti. Oglekļa-noturīgās dūņas virzījās uz lēni-augošiem autotrofiem, savukārt ar oglekli-piesātinātajās dūņās dominēja ātri-augošie heterotrofi, katru reizi sabrūkot kopienas struktūrai, kas nepieciešama pilnīgai slāpekļa noņemšanai.

Darbības stratēģijas, lai saglabātu optimālo

Reāla pašvaldības ietekme nekad nav nemainīga, tāpēc C/N turēšana 6:1–8:1 logā prasa apzinātu pārvaldību. Pētījums norāda uz trim praktiskām svirām, kas pieejamas iekārtu operatoriem:

Ārējā oglekļa pievienošana.Kad ieplūstošā C/N attiecība ir zemāka par 4:1, viegli bioloģiski noārdāma oglekļa avota - metanola, acetāta vai komerciāla oglekļa piedevas - dozēšana nodrošina nepieciešamo degvielas denitrifikatoru, atjaunojot kopējo slāpekļa atdalīšanu 80–90% diapazonā.

Ietekmes izlīdzināšana.Augsts-C/N daudzums no rūpnieciskām izplūdēm vai vētrām pārņem bioloģisko sistēmu. Izlīdzināšanas baseini mitrina šīs virsotnes un uztur attiecību tuvāk optimālajam, pirms notekūdeņi sasniedz reaktorus.

Reāllaika{0}}procesu kontrole.Tiešsaistes amonjaka, nitrātu un ĶSP sensori ļauj operatoriem nepārtraukti pielāgot aerāciju, recirkulāciju un oglekļa dozēšanu. Integrējot šos signālus ar automatizētām vadības sistēmām, statiskā dizaina attiecība tiek pārveidota par dzīvu darbības stratēģiju, kas reaģē uz mainīgo ietekmi, kad tā notiek.

Pētījumā secināts, ka līdzsvarotas C/N attiecības uzturēšana ir stabilas, efektīvas sekundārās apstrādes pamats. Apkārt mēreni apstākļi6:1 līdz 8:1vienlaikus maksimāli palielināt ĶSP noārdīšanos un slāpekļa izvadīšanu, vienlaikus saglabājot mikrobu daudzveidību, kas nodrošina procesa noturību, - padarot C/N kontroli par vienu no lielākajiem-sviras ieguldījumiem, ko iekārta var veikt mainīgos ieplūdes apstākļos.