Uzlabota ķiploku notekūdeņu mikrobu apstrāde, izmantojot MBBR + A/O procesu
Pārskats
Ķiploku notekūdeņigalvenokārt rodas griešanas un skalošanas procesā ķiploku apstrādes laikā. To raksturoaugsta organisko vielu koncentrācija, sievērojams slāpekļa un fosfora līmenis, un tas satur ievērojamu daudzumu alicīna. Allicīns (dialiltiosulfināts) ir gaistošs šķidrums, kas ir atbildīgs par ķiploku asu smaku un ir ķīmiski nestabils un ļoti reaģējošs. Allicīns var kavēt dažādu mikroorganismu augšanu. Augstas-koncentrācijas ķiploku notekūdeņu novadīšana bez apstrādes rada nopietnu ietekmi uz vidi. Daži pētnieki ir izmantojuši tādas metodes kā membrānas filtrēšana, Fenton oksidēšana un mikro-elektrolīze, taču šīs metodes nav bijušas efektīvas ķiploku notekūdeņu attīrīšanā, un lielu ķīmisko vielu devu izmantošana palielina turpmākās apstrādes izmaksas. Daudzi zinātnieki ir ierosinājuši bioloģiskās attīrīšanas metodes, izmantojot anaerobos{7}}aerobos kombinētos procesus. Tomēr alicīna antibakteriālo īpašību dēļ mikroorganismus ir grūti kultivēt, un ārstēšanas efektivitāte nav ideāla. Tāpēc bioloģiskās apstrādes uzmanības centrā irkultivēt un aklimatizēt mikrobu celmus, kas spēj pielāgoties ķiploku notekūdeņiem un uzlabot to bioloģisko noārdīšanos.
Šis pētījums ietvēra kultivēšanu un skrīningubaktēriju celmi, kas efektīvi noārda ķiploku notekūdeņus, kas pēc tam tika ieviesti aKustīgās gultas bioplēves reaktors (MBBR). Izmantojot inokulētās dūņas un plūsmas ātrumu palielinošu bioplēves veidošanās metodi, tika izveidotas bioplēves, lai uzlabotu slāpekļa un fosfora izvadīšanu no notekūdeņiem. Tam sekoja turpmāka A/O (Anoxic/Oxic) bioķīmiskā apstrāde. Saskaņā ar GB18918-2002. gada standartu notekūdeņu ĶSP un amonjaka slāpekļa (NH₃-N) līmenis var atbilst sekundārajam standartam (ĶSP: 100 mg/L, NH₃-N: 25–30 mg/L). Šis process efektīvi samazina organisko vielu saturu notekūdeņos, samazinot turpmāko attīrīšanas posmu grūtības.
1. Eksperimentālā sadaļa
1.1 Procesa plūsmas dizains
Ķiploku notekūdeņu attīrīšanas kopējā procesa plūsma ir parādīta1. attēls, kura galvenā sastāvdaļa irbiodegradācija MBBR + A/O sistēmā. Trīs pārbaudīti un izolēti celmi, kas efektīvi noārda ķiploku notekūdeņus – Alcaligenes sp., Acinetobacter sp. un Achromobacter sp. – tika sajaukti ar aktīvajām dūņām un ievadīti MBBR blokā, lai atvieglotu tās ātru palaišanu.
1,2 MBBR + A/O apstrādes process
Pēc tam, kad ķiploku notekūdeņi ir izlaisti cauri rupjiem un smalkiem sietiem, lai noņemtu suspendētās cietās vielas, tie tiek iesūknēti tieši MBBR. Ietekmējošā kvalitāte ir parādīta1. tabula. Notekūdeņi no MBBR ieplūst tieši A/O sistēmā. Tā kā MBBR notekūdeņos ir zems organisko vielu saturs, Oxic (O) tvertnei tiek atbilstoši pievienoti neapstrādāti ķiploku notekūdeņi, lai papildinātu oglekļa avotu A/O procesam. Lai pārbaudītu sistēmas triecienizturību, nepārtrauktas darbības laikā pakāpeniski tika palielināts MBBR organiskās slodzes ātrums, un tika uzraudzīta notekūdeņu kvalitāte.
1.3 Procesa parametri
1.3.1. Izšķīdušais skābeklis (DO)
Pārmērīgi augsts DO bioplēvē var novērst denitrifikāciju, izraisot MBBR vienlaicīgās nitrifikācijas un denitrifikācijas spēju zaudēšanu. Pārāk zems DO var izraisīt pavedienu baktēriju vairošanos, ietekmējot notekūdeņu kvalitāti un kavējot nitrifikācijas procesu.
1.3.2. Hidrauliskās aiztures laiks (HRT)
Pārmērīgi īsa HAT izraisa intensīvus reakcijas apstākļus, kad notekūdeņi, kas satur lielāko daļu organisko vielu, tiek novadīti pirms pilnīgas absorbcijas. Nepārtraukta pieplūde uztur mikroorganismus pastāvīgā bioloģiskās noārdīšanās stāvoklī, samazinot efektivitāti un palielinot enerģijas patēriņu. Pārmērīgi ilga HAT noved pie barības vielu izsīkuma; Bez barības vielām mikroorganismi samazina savu aktivitāti un vielmaiņas vajadzības, lai tikai uzturētu izdzīvošanu.
1.3.3. Oglekļa-pret-slāpekļa attiecība (C/N)
Zema C/N attiecība var izraisīt amonjaka pārvēršanos citās vielās, kas ietekmē amonjaka slāpekļa atdalīšanu. Tas arī viegli izraisa pavedienu kuplināšanu, nepārtrauktu augšanu, kas ietekmē flokulāciju, izraisot dūņu masas palielināšanos un peldošu dūņu veidošanos. Augsta C/N attiecība ir nelabvēlīga mikrobu biodegradācijai un augšanai, palielinot organisko slodzi uz mikroorganismiem.
1,4 MBBR Biofilm palaišana
Biofilmas palaišana. MBR-bagātinātas aktīvās dūņas tika inokulētas reaktorā ar sākotnējo jauktā šķidrā suspendēto cietvielu (MLSS) koncentrāciju aptuveni 5,82 g/l. Tika uzsākta aerācija, un reaktoram tika pievienoti polietilēna nesēji ar auzpildes koeficients aptuveni 60%. TheDOreaktorā tika kontrolētsvirs 4,0 mg/l. Ieplūdes plūsmas ātrums tika pakāpeniski palielināts ar 20 l/h soli: 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 l/h, katru plūsmas ātrumu uzturot 1 dienu. Šajā posmā dūņas netika iztērētas. Uz nesēju virsmas izveidojās gaiši dzeltena bioplēve, kur piestiprinājās un auga mikroorganismi. Pēc veiksmīgas bioplēves palaišanas{13}}tika turpināta stabila darbība, saglabājot aDūņu aiztures laiks (SRT) 30 dienas. Stabilas darbības laikā MBBR organiskās slodzes ātrums tika pielāgots, lai novērotu tā ietekmi uz ĶSP, slāpekļa un fosfora atdalīšanu.
2. Rezultāti un diskusija
2.1. MBBR notekūdeņu kvalitātes analīze Biofilmas palaišanas laikā
Aerācijas intensitāte MBBR tika pielāgota, lai kontrolētu DO koncentrāciju. Kad DO bija zem 4,0 mg/l, aerācijas intensitāte nebija pietiekama, lai atbalstītu vienmērīgu, lielu -plūsmas turbulentu nesēju kustību, novēršot atbilstošu sajaukšanos un apgrūtinot bioplēves veidošanos uz nesēju virsmām. Kad DO bija no 4, 0 līdz 6, 0 mg / l, nesēji rūpīgi sajauca ar aktīvajām dūņām un notekūdeņiem. Tika novērota nesēju krāsas maiņa no baltas uz dzeltenbrūnu{7}}, kas liecina par veiksmīgu mikrobu pieķeršanos un augšanu pie šādas aerācijas intensitātes, kā parādīts2. attēls.
Ieplūdes un notekūdeņu ĶSP variācijas līkne palaišanas-fāzes laikā ir parādīta3. attēls (a). Sākotnējo apstrādes efektivitātes samazināšanos izraisīja ļoti mazais piesaistīto mikroorganismu daudzums uz nesējiem; mikroorganismu noārdīšanās aktīvajās dūņās vien bija nepietiekama, lai atdalītu lielu daudzumu organisko vielu. Startējot-, palielinājās piesaistīto mikroorganismu daudzums uz nesējiem, pakāpeniski veidojot bioplēvi. Notekūdeņu ĶSP koncentrācija pakāpeniski stabilizējās, un ĶSP noņemšanas efektivitāte stabilizējās virs 90%.
MBBR ieplūdes un izplūdes NH₃-N variācijas līkne ir parādīta3(b) attēls. Aerobo baktēriju nitrifikācija aktīvajās dūņās efektīvi noņēma amonjaka slāpekli. Sākot ar 7. dienu, ieplūstošā NH₃-N koncentrācija pakāpeniski palielinājās. 23. dienā, lai gan ieplūstošais NH₃-N joprojām pieauga, palielinājās arī noņemšanas ātrums. Tas bija tāpēc, ka nitrificējošās baktērijas sākotnēji aug lēni; laika gaitā to populācija palielinājās, bioplēve nobriest, un NH₃-N noņemšanas ātrums pakāpeniski palielinājās un stabilizējās.
MBBR ieplūdes un izplūdes TN variācijas līkne ir parādīta3. attēls (c). Atšķirībā no amonjaka slāpekļa noņemšanas, TN noņemšanas efektivitāte sākotnēji samazinājās. Tas notika tāpēc, ka reaktora vidē bija daudz skābekļa un oglekļa avota, kas ierobežoja denitrificējošo baktēriju augšanu. Tomēr, veidojoties bioplēvei, TN noņemšanas efektivitāte sāka uzlaboties. Līdz 20. dienai, lai gan ieplūstošā TN koncentrācija palielinājās, notekūdeņu TN un izvadīšanas ātrums stabilizējās, svārstoties no 50% līdz 60%.
MBBR ieplūdes un izplūdes TP variācijas līkne ir parādīta3. attēls (d). No sākuma-līdz stabilai darbībai TP noņemšanas ātrums palika stabils. Lai gan ieplūstošā TP koncentrācija sākotnēji bija augsta un vēlāk samazinājās, noņemšanas efektivitāte neuzrādīja būtiskas izmaiņas, kas liecina par sistēmas spēju atdalīt fosforu. TP noņemšanas līmenis sistēmā tika saglabāts no 80% līdz 90%.
Rezumējot,uzturot MBBR sistēmu DO starp 4–6 mg/l, nobriedušu bioplēvi, kas izveidojusies pēc 20 dienu nepārtrauktas barošanas. Salīdzinot ar tradicionālajiem aktīvo dūņu procesiem, MBBR sistēma piedāvā spēcīgu triecienizturību un augstu apstrādes efektivitāti, efektīvi samazinot ķiploku pārstrādes notekūdeņu turpmāko apstrādes posmu grūtības.
2.2. Notekūdeņu kvalitātes analīze stabilas darbības laikā
Pēc bioplēves palaišanas{0}}fāzes bioplēve nogatavojās. Lai pārbaudītu MBBR sistēmas triecienizturību, stabilas darbības laikā organiskā slodze tika nepārtraukti palielināta.
MBBR ieplūdes un izplūdes ĶSP variācijas līkne stabilas darbības laikā ir parādīta4. attēls (a). No 1. līdz 5. dienai ar nemainīgu pieplūdumu ĶSP noņemšanas efektivitāte saglabājās virs 95%, un notekūdeņu ĶSP koncentrācija sasniedza aptuveni 100 mg/L. No 5. līdz 20. dienai pieplūdes ātrums tika palielināts, pakāpeniski palielinot organisko slodzi no 20 kgĶSP/m³·d līdz 30 kgĶSP/m³·d. Netika novērotas būtiskas izņemšanas efektivitātes izmaiņas, un notekūdeņu ĶSP saglabājās robežās no 80 līdz 100 mg/L, parādot spēcīgu triecienizturību. Pēc 20. dienas ieplūdes ātrums tika vēl vairāk palielināts, nepārtraukti palielinot organisko slodzi reaktorā no 30 kgĶSP/m³·d līdz 37 kgĶSP/m³·d, saglabājot 5 dienas. MBBR ĶSP noņemšanas jauda saglabājās virs 95%.
4(b) un (c) attēlsparāda attiecīgi NH₃-N un TN variācijas līknes stabilas darbības laikā. No 1. līdz 5. dienai ar pastāvīgu pieplūdumu MBBR bioplēvei bija vienlaicīga nitrifikācija un denitrifikācija. Aerobās nitrificējošās baktērijas, kas pievienotas bioplēves ārējam slānim, pilnībā sajauktas ar notekūdeņiem aerācijas laikā, nitrifikācijas ceļā patērēja ievērojamus slāpekļa avotus. Denitrificējošās baktērijas iekšējā anoksiskā slānī efektīvi noņēma nitrātu slāpekli, izmantojot denitrifikāciju. No 5. līdz 20. dienai, palielinoties pieplūdes ātrumam, NH₃-N un TN noņemšanas efektivitāte sākotnēji ievērojami samazinājās. Pēc aptuveni 7 nepārtrauktas darbības dienām sistēma pakāpeniski pielāgojās. Lai gan NH₃-N un TN noņemšanas efektivitāte pēc tam palielinājās, tā palika zemāka nekā zemas -plūsmas periodā. Pie pastāvīgas pieplūdes NH₃-N aizvadīšana sasniedza vairāk nekā 90%, notekūdeņu NH₃-N robežās no 10 līdz 15 mg/l, un TN aizvadīšana pamatā tika uzturēta virs 80%, un notekūdeņu TN bija aptuveni 30 mg/l. Pēc pieplūduma palielināšanas un nepārtrauktas ietekmes rezultātā sistēma sasniedza jaunu līdzsvaru, NH₃-N atdalīšana stabilizējās aptuveni 80% apmērā, notekūdeņu NH₃-N robežās no 50 līdz 70 mg/L un TN izvadīšana aptuveni 60%, bet notekūdeņu TN bija zem 50 mg/L.
TP variācijas līkne stabilas darbības laikā ir parādīta4. attēls (d). Izplūdes TP koncentrācija pamatā tika uzturēta aptuveni 10 mg/l. Sākotnēji ar nemainīgu zemu plūsmu un zemu ieplūstošo TP koncentrāciju ārstēšanas efekts bija ierobežots. Palielinoties ieplūdes ātrumam un ieplūstošā TP koncentrācijai, tika sasniegta augsta apstrādes efektivitāte visā trieciena fāzē un tai sekojošajā augstas-slodzes darbības laikā, TP noņemšanas ātrumam svārstoties aptuveni 90%.
Rezumējot,lielas organiskās slodzes triecienā sistēmas ĶSP noņemšanas efektivitāte lielākoties nemainījās, bet NH₃-N un TN izvadīšana samazinājās daudz būtiskāk. Kad organiskā slodze sasniedza maksimālo 37 kgĶSP/m³·d, sistēmas NH₃-N un TN noņemšanas efektivitāte ievērojami samazinājās.
2.3. MBBR + A/O sistēmas notekūdeņu kvalitātes analīze
Pēc bioplēves palaišanas-fāzes un viena mēneša stabilas darbības, lejup pa straumi tika pievienots A/O process, lai uzlabotu MBBR notekūdeņu attīrīšanu. Ieplūdes ātruma gradienta palielināšana tika piemērota, lai palielinātu kopējo organisko slodzi, lai noteiktu optimālo pieplūdes ātrumu, kas atbilst optimālajai HAT.
ĶSP variācijas līkne ir parādīta5. attēls (a). Ieplūdes ātrums pieauga secīgi: 100, 120, 130, 150, 170 L/h. No sākuma līdz maksimālajam plūsmas ātrumam organiskā slodze uz MBBR sistēmu palielinājās no 20 kgĶSP/m³·d līdz 37 kgCOD/m³·d. Gala notekūdeņi no kombinētās sistēmas palika stabili, un ĶSP koncentrācija bija zem 100 mg/l. Ilgstoši lielas organiskās slodzes triecienā MBBR sistēma darbojās labi, lai gan tās izplūdes ĶSP uzrādīja nelielu pieaugumu, kad plūsmas ātrums sasniedza 150 l/h. Pēc 170 l/h plūsmas ātruma saglabāšanas vairākas dienas tika novērota ievērojama MBBR notekūdeņu ĶSP pieauguma tendence. Tomēr ar sekojošo A/O procesu gala kombinētās sistēmas notekūdeņi joprojām tika uzturēti zem 100 mg/l. Tas norāda, ka pat pie lielas organiskās slodzes trieciena 37 kgĶSP/m³·d, kombinētajam procesam joprojām ir spēcīga ķiploku pārstrādes notekūdeņu noņemšanas ietekme.
NH₃-N un TN variāciju līknes ir parādītas5. attēls (b) un (c), attiecīgi. Ķiploku pārstrādes notekūdeņos ir augsta amonjaka slāpekļa un kopējā slāpekļa koncentrācija, kas laika gaitā var vēl vairāk palielināties oksidēšanās dēļ. Parasti amonjaka slāpekļa koncentrācija svārstās no 300 līdz 500 mg / l, bet kopējais slāpeklis - no 450 līdz 600 mg / l. Vienlaicīgas nitrifikācijas un denitrifikācijas laikā MBBR amonjaka slāpekļa noņemšana bija efektīvāka, iespējams, tāpēc, ka nitrificējošās baktērijas efektīvāk izmanto notekūdeņus aerācijas laikā. Denitrificējošām baktērijām ir nepieciešami bezskābekļa apstākļi, un tās bieži ir atkarīgas no patērētā organiskā oglekļa denitrifikācijai. Palielinot pieplūdes ātrumu, galvenais apsvērums bija NH₃-N un TN noņemšanas efektivitāte. No 1. līdz 4. dienai zemā plūsmas ātruma un mērena NH₃-N dēļ NH₃-N noņemšanas ātrums saglabājās virs 90%, un TN noņemšanas efektivitāte pakāpeniski palielinājās. Pēc tam ieplūdes ātrums tika ievērojami palielināts. Tika skaidri novērots, ka, palielinoties ieplūdes ātrumam, NH₃-N un TN izplūdes koncentrācija dažādos posmos secīgi pieauga, palielinoties pieplūdes ātrumam, kas noveda pie lielākas notekūdeņu koncentrācijas. Palielinoties plūsmas ātrumam, palielinājās biomasa uz bioplēves nesējiem, uzlabojot nitrifikāciju, kur nitrificējošās baktērijas oksidē amonjaka slāpekli par nitrātiem un nitrītiem skābekļa ietekmē.
TP koncentrācijas variācijas līkne ir parādīta5. attēls (d). Ņemot vērā augsto ieplūstošo ĶSP un TN koncentrāciju, teorētiskā optimālā TP koncentrācija mikrobu augšanai ir virs 100 mg/l. Tomēr ieplūstošā TP koncentrācija bija daudz zemāka par šo teorētisko prasību. Tāpēc MBBR notekūdeņu TP koncentrācija saglabājās aptuveni 10 mg / l, un galīgā kombinētās sistēmas notekūdeņu TP koncentrācija tika uzturēta starp 2–3 mg / l.
Tika izmērīti MBBR sistēmas un sekojošās A/O sistēmas dūņu raksturlielumi pirms un pēc darbības, kā parādīts2. tabula.
Rezumējot,kad plūsmas ātrums tika palielināts līdz 150 l/h, ĶSP, NH₃-N, TN un TP noņemšanas rādītāji bija labāki nekā citos plūsmas ātrumos.. HAT pie šāda plūsmas ātruma bija 27 stundas. Turklāt dūņu koncentrācija gan MBBR, gan A / O sistēmās pēc darbības ievērojami palielinājās.
3. Secinājums
Pēc bioplēves veidošanās MBBR ĶSP, NH₃-N, TN un TP noņemšanas efektivitāte bija stabila. Vienu mēnesi nepārtrauktas darbības laikā stabilos apstākļos ĶSP noņemšana sasniedza vairāk nekā 95%, NH₃-N un TN noņemšana stabilizējās aptuveni 80%, bet TP noņemšana stabilizējās aptuveni 90%.
MBBR notekūdeņi tika tālāk attīrīti A/O sistēmā. Kombinētais process varētu izturēt organisko slodzi līdz 37 kgĶSP/m³·d. Optimālā darbība visam procesam bija zem 27 stundu HAT. Gala notekūdeņu ĶSP stabilizējās zem 100 mg/l, NH₃-N starp 10–20 mg/L, TN zem 30 mg/l un TP zem 10 mg/l. Dūņu koncentrācija MBBR sistēmā pēc ekspluatācijas bija 8,5 g/L, bet A/O sistēmā – 4,1 g/L, kas abas ir ievērojami augstākas nekā pirms ekspluatācijas, kas liecina par būtisku mikrobu biomasas pieaugumu. ĶSP un amonjaka slāpekļa līmenis pēc bioloģiskās apstrādes atbilda sekundārās izplūdes standartam GB18918-2002. Turpmākai attīrīšanai Fenton uzlaboto oksidācijas tehnoloģiju varētu izmantot bioloģiski attīrīto notekūdeņu dziļai attīrīšanai, lai sasniegtu pirmā līmeņa izplūdes standartu.