Veiktspējas optimizācija un mikrobu kopienas pēctecība nepārtrauktā -plūsmas bezskābekļa MBBR-AAO procesā, lai uzlabotu slāpekļa un fosfora izvadīšanu no sadzīves notekūdeņiem

Veiktspējas optimizācija un mikrobu Nepārtraukta -Flow Anoxic MBBR-AAO procesa kopienas pēctecība

Pēdējos gados ūdens vides jomā aktuāla ir kļuvusi pilsētas notekūdeņu moderna attīrīšana un resursu pārstrādes realizācija. Tomēr tradicionālie slāpekļa un fosfora atdalīšanas procesi, ko plaši izmanto notekūdeņu attīrīšanas iekārtas, rada ne tikai pārmērīgu resursu izšķērdēšanu, bet arī palielina ekspluatācijas izmaksas [1]. Turklāt pilsētu notekūdeņu oglekļa -pret-slāpekļa attiecības (C/N) pakāpeniskā samazināšanās un dažādu funkcionālo mikrobu kopienu dzīves vides atšķirības ir kļuvušas par svarīgiem ūdens attīrīšanas tehnoloģiju ierobežojošiem faktoriem.

Dūņu-plēves hibrīda MBBR process apvieno aktīvo dūņu procesu ar suspendēto nesēju bioplēves procesu, lai panāktu uzlabotu funkcionālo mikroorganismu bagātināšanu, risinot problēmas, kas saistītas ar lielas zemes aizņemšanu un tradicionālo aktīvo dūņu procesa zemās -temperatūras toleranci [2]. 2008. gadā Wuxi Lucun notekūdeņu attīrīšanas iekārta Dzjansu provincē kā pirmā notekūdeņu attīrīšanas iekārta Ķīnā, kas veica modernizāciju un rekonstrukciju atbilstoši IA klases standartiem, veiksmīgi uzlaboja attīrīšanas efektu, pievienojot dūņu sistēmai suspendētos nesējus [3]; Hu Youbiao et al. [4] pētīja temperatūras ietekmi uz amonjaka slāpekļa un organisko vielu atdalīšanu MBBR un aktīvajās dūņās, un rezultāti parādīja, ka temperatūrai ir mazāka ietekme uz MBBR, bet lielāka ietekme uz aktīvām dūņām; Džans Mings et al. [5] izmantoja A²O-MBBR procesu lauku sadzīves notekūdeņu attīrīšanai, panākot augstu ĶSP, amonjaka slāpekļa, TP un TN izvadīšanas ātrumu; Zhou Jiazhong et al. [2] Nelielos -mēroga eksperimentos tika atklāts, ka DO, temperatūra pozitīvi korelēja ar dūņu-plēves hibrīda MBBR sistēmu, savukārt ieplūstošā C/N attiecība bija negatīva.

Anoksiskā MBBR (AM{0}}MBBR) process var nodrošināt vienlaicīgu denitrifikāciju un fosfora atdalīšanu bezskābekļa tvertnē, kas ir arī denitrificējošais fosfora noņemšanas (DPR) process. Salīdzinot ar tradicionālajiem notekūdeņu attīrīšanas procesiem, DPR process var ietaupīt organiskā oglekļa avotus un samazināt skābekļa patēriņu. Zhang Yongsheng [6] u.c. izstrādāja nepārtrauktas plūsmas -plūsmas bioplēves reaktoru, un rezultāti parādīja, ka 20 grādu temperatūrā, DO koncentrācijā 5,5 mg/L, slodzē 2,2 kg/(m³·d) un intermitējošā aerācijas stāvoklī anaerobā 3 h/aerobā 6 h, vidējā ĶSP un effluenta koncentrācija bija phos76 mg/l. 0,67 mg/L, ar izņemšanas rādītājiem attiecīgi 72,9% un 78,5%.

Tomēr dūņu-plēves hibrīda AM-AAO sistēmai pastāv sarežģīta saistība starp suspendētām flokulējošām dūņām un pievienoto bioplēvi. Iepriekšējos pētījumos galvenā uzmanība tika pievērsta tādām inženiertehniskajām praksēm kā solīšana un notekūdeņu attīrīšanas iekārtu rekonstrukcija, taču ir maz pētījumu par sinhrono nitrifikāciju un DPR, lai uzlabotu slāpekļa un fosfora noņemšanu nepārtrauktas -plūsmas dūņu-plēves hibrīda AM-AAO sistēmās, un piesārņotāju atdalīšanas tehnoloģijas stabilitāte ir arī viens no šī procesa sarežģītajiem DPR veiktspējas rādītājiem.

Šajā pētījumā tika optimizētas nepārtrauktas -plūsmas (AAO) un nepārtrauktas -plūsmas dūņu-plēves hibrīda (AM-AAO) procesu palaišanas AM-MBBR procesa ilgstoša slāpekļa un fosfora atdalīšanas veiktspēja un denitrificējošā fosfora atdalīšanas efektivitāte bezskābekļa tvertnē. Vienlaikus tika pētīta mikrobu kopienu sukcesija un funkcionālo mikrobu kopienu izmaiņu noteikumi aktīvajās dūņās un bioplēvē.

1 Materiāli un metodes

1.1. Eksperimentālā ierīce un darbības parametri

Šajā pētījumā tika izmantota nepārtrauktas -plūsmas AAO reakcijas ierīce (1. attēls). Tas bija izgatavots no organiskā stikla, ar pavisam 7 nodalījumiem, katrs ar izmēriem 10 cm × 10 cm × 40 cm; darba tilpums bija 21 L, un katras reakcijas tvertnes tilpuma attiecība bija anaeroba: anoksiska: aeroba=2: 2:3. Mehāniskā maisīšana tika pieņemta anaerobās un anoksiskās tvertnēs; aerobikas tvertnē tika izmantotas aerācijas smilšu galviņas kā mikro-poraini aeratori un ārējais spēks dūņu-ūdens sajaukšanai, un aerācijas ātrumu kontrolēja ar gāzes plūsmas mērītāju. DO koncentrācija reaktora aerobajā tvertnē tika kontrolēta 2-3 mg/L; sekundārā sedimentācijas tvertne bija cilindrs ar darba tilpumu aptuveni 40 l; dūņu aiztures laiks (SRT) bija 40 d, un dūņu atteces koeficients bija 50%. Reaktors darbojās kopā 263 d (sadalīts 6 darbības posmos), un, sākot ar 159. dienu, bezskābekļa tvertnei tika pievienotas polietilēna pildvielas, lai darbotos AM-AAO režīmā. Īpašie darbības apstākļi ir parādīti 1. tabulā.

(1. attēls AM-AAO procesa aprīkojuma shematiskā diagramma: attēlā ir iekļauts ūdens ieplūdes kauss, peristaltiskais sūknis, anaerobā tvertne, anoksiskā tvertne, aerobā tvertne, sedimentācijas tvertne, ūdens izplūdes kauss, kā arī iekšējais atteces, dūņu atteces cauruļvadi un drenāžas vārsti)

1. tabula Procesa sistēmas tips un darbības parametri

1.2. Inokulētās dūņas un ieplūstošā ūdens kvalitāte

Inokulētās dūņas šajā eksperimentā tika ņemtas no liekajām dūņām, kas tika izvadītas no notekūdeņu attīrīšanas iekārtas sekundārās sedimentācijas tvertnes. Pēc inokulācijas dūņu koncentrācija (MLSS) reaktorā bija 2,3 g/l, un dūņu gaistošās cietās vielas (MLVSS) bija 2,1 g/l.

Reaktora ieplūde bija restorānu sadzīves notekūdeņi, kas tika pievienoti reaktoram pēc piemaisījumu filtrēšanas caur filtra sietu. Tās piesārņotāji ietvēra NH₄⁺-N (35.0456,54 mg/L), NO₂⁻-N (00,42 mg/l), NO₃⁻-N (00,05 mg/L), ĶSP (362,1605,1 mg/L) un PO₄³⁻-P (1–5,08 mg/L).

1.3. Noteikšanas vienumi un analīzes metodes

1.3.1. Parastās noteikšanas metodes

Dūņu{0}}ūdens paraugi tika savākti no ieplūdes, anaerobās tvertnes, bezskābekļa tvertnes, aerobās tvertnes, sedimentācijas tvertnes un notekūdeņiem un filtrēti ar 0,45 μm filtrpapīru. NH₄⁺-N noteica ar Neslera spektrofotometru; NO₂⁻-N noteikts ar N-(1-naftil)etilēndiamīna fotometriju; NO₃⁻-N noteikts ar ultravioleto spektrofotometriju; ĶSP noteica ar Lianhua 5B-3A ĶSP daudzparametru ātro detektoru; pH/DO un temperatūra tika noteikta ar WTW Multi3620 detektoru; MLSS noteikts ar gravimetrisko metodi; MLVSS tika noteikts ar mufeļkrāsns sadedzināšanas svara zuduma metodi [7].

1.3.2. Ekstracelulāro polimēru vielu ekstrakcija un noteikšana

Tiek uzskatīts, ka ārpusšūnu polimēru vielas (EPS) sastāv no polisaharīdiem (PS), olbaltumvielām (PN) un humīnskābes (HA). Trīs EPS veidi, proti, šķīstošās ārpusšūnu polimēru vielas (S-EPS), brīvi saistītās ārpusšūnu polimēru vielas (LB-EPS) un cieši saistītās ekstracelulārās polimēru vielas (TB-EPS), tika atdalītas un ekstrahētas. PS noteikšanas metode bija sērskābes-antrona metode, bet PN un HA noteikšanas metodes tika modificētas ar Folin-Lowry metodi [7].

1.3.3. Piesārņotāju noņemšanas ātruma aprēķināšanas metode

Piesārņotāju noņemšanas ātrums (SRE) tika izmantots, lai raksturotu kopējo piesārņotāju izvadīšanu no AM{0}}AAO procesa sistēmas. Starp tiem Sinf un Seff ir attiecīgi ieplūdes un notekūdeņu piesārņotāju koncentrācijas, kas var atspoguļot tādu piesārņotāju masas koncentrāciju kā NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, ĶSP un PO₁ in{5}₁ in{5}₁ notekūdeņi, mg/L.

1.3.4. augstas-caurlaidspējas secības noteikšanas metode

Tika izmantota Illumina augstas{0}}caurlaidības secības metode. Dūņu paraugi no anaerobās tvertnes, anoksiskās tvertnes un aerobās tvertnes 1., 110., 194. un 237. dienā tika savākti un nosaukti kā grupa D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), grupa D110 (D110_A1, D110_A4, D110_A, D14, D14 attiecīgi D194_A2, D194_O un grupa D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O); bioplēves dūņu paraugi 194. un 237. dienā tika savākti un attiecīgi nosaukti kā M194 un M237. Kopumā tika analizēti 14 dūņu paraugi, lai noteiktu izmaiņas mikrobu sabiedrībās. DNS tika ekstrahēta, izmantojot Fast DNA SPIN komplektu (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, ASV). Baktēriju 16S rRNS gēna V3-V4 reģions tika pastiprināts ar 338F/806R primeriem. Attīrītos amplikonus uz Illumina MiSeq PE300 platformas (Illumina, ASV) sekvencēja Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Šanhaja, Ķīna) [7].

2 Rezultāti un diskusija

2.1. Ilgtermiņa-piesārņojošo vielu noņemšanas noteikumi AAO un AM{2}}AAO procesos

Ilgtermiņa-piesārņotāju noņemšana nepārtrauktas -plūsmas AAO procesa darbības laikā (1. posms3) un AM-AAO process, pievienojot suspendētās polietilēna pildvielas (4. posms6) ir parādīts 2. attēlā.

1. posmā (1–45 d.) PO₄³⁻-P izdalīšanās daudzums (PRA) anaerobajā tvertnē, PO₄³⁻-P uzņemšanas daudzums bezskābekļa tvertnē (PUAA) un PO₄³⁻-P uzņemšanas daudzums aerobajā tvertnē (PU6.06) mg (PU6.06) mg. 14,22 mg un 87,81 mg attiecīgi, un fosfora uzņemšanas process galvenokārt tika sasniegts aerobā tvertnē. NH₄⁺-N un kopējā neorganiskā slāpekļa (TIN) izvadīšanas ātrums bija attiecīgi 92,85% un 86.37%, nodrošinot denitrifikācijas efektu. Pēc precīzas-aerācijas noregulēšanas (DO=2~3 mg/L), NH₄⁺-N izvadīšanas efekts palielinājās līdz 98,68%, un izplūdes TIN koncentrācija un izvadīšanas ātrums bija attiecīgi 1,75 mg/L un 95,75%, kas norāda uz pareizu DO{nitrifikācijas procesu un denitrifikācijas pielāgošanu. ĶSP noņemšanas efekts anaerobajā tvertnē vājinājās (91,60%). Turklāt DO precīzā{23}noregulēšana neietekmēja notekūdeņu PO₄³⁻-P ar vidējo vērtību 0,47 mg/L, kas atbilst Yang Sijing et al. [8].

2. posmā (46–120 d) pēc HAT=8 h regulēšanas ĶSP noņemšanas veiktspēja nedaudz svārstījās; maksimālās PRA, PUAA un PUAO vērtības sasniedza 148,01 mg, 81,95 mg un 114,15 mg, kas norāda, ka ieplūdes plūsmas palielināšanās neietekmēja fosfora noņemšanu un saglabāja augstu NH₄⁺-N un TIN noņemšanas veiktspēju. 72. dienā nitrifikācijas šķidruma atteces koeficients tika palielināts līdz 300% un 400%. Refluksa koeficienta pieaugums samazināja TIN noņemšanas efektu ar noņemšanas rādītājiem attiecīgi par 80,37% (300%) un 68,68% (400%). No 108. līdz 120. dienai nitrifikācijas šķidruma atteces koeficients tika noteikts 250%. ĶSP noņemšanas daudzums anaerobajā tvertnē pie nitrifikācijas šķidruma atteces koeficienta 250% (127,1 mg/L) bija lielāks vai vienāds ar citiem (86.2 mg/L, 124,7 mg/L un 128,0 mg/L attiecīgi 200%, 300% un 400%); izplūdes fosfora koncentrācijas, kas atbilst dažādiem atteces koeficientiem, bija 0,52 mg/L, 0,35 mg/L un 0,06 mg/L, kas liecina, ka nitrifikācijas šķidruma atteces koeficienta palielināšana noteiktā diapazonā var veicināt fosfora izvadīšanu. Turklāt 250% atteces koeficientam bija laba denitrifikācijas veiktspēja ar TIN noņemšanas līmeni 86.86%.

3. posmā (121–158 d) nitrifikācijas šķidruma atteces koeficients tika fiksēts 250%. 131. dienā ieplūdes plūsma tika palielināta līdz 5 L/h, ĶSP un fosfora atdalīšanas efekti samazinājās, un notekūdeņu koncentrācija bija attiecīgi 73,3 mg/L un 3,92 mg/L, kas liecina, ka ieplūdes plūsmas palielināšanās rezultātā bez apstrādes tika izvadīts vairāk ĶSP. Turklāt maksimālie NH₄⁺-N un TIN izvadīšanas rādītāji bija attiecīgi 93,82% un 79,12%, starp kuriem NO₃⁻-N kļuva par galveno piesārņotāju notekūdeņos (4,70 mg/L). 139. dienā ieplūdes plūsma tika samazināta līdz 4 l/h, izplūdes ĶSP un izvadīšanas ātrums bija attiecīgi 55,7 mg/L un 85,97%, kas bija augstāks par oglekļa atdalīšanas veiktspēju pie HAT=5.6 h, norādot, ka HAT samazināšana var izraisīt ĶSP noņemšanas efekta samazināšanos. Turklāt maksimālie NH₄⁺-N un TIN noņemšanas rādītāji bija 100% un 97,41%, norādot, ka HAT pielāgošana veicināja nitrifikāciju un denitrifikāciju, bet pārāk īsa HAT var izraisīt denitrifikācijas efekta samazināšanos. Tāpēc, kad HAT=7 h, pietiek ar to, lai reakcijas katrā tvertnē noritētu pilnībā, un ievērojamam HAT palielinājumam ir maza veicinoša ietekme uz denitrifikācijas efektu.

159. dienā AAO procesa bezskābekļa tvertnei tika pievienoti 20% suspendētu polietilēna pildvielu. 4. posmā (159–209 d) tika uzlabota COD un PO₄³⁻-P noņemšanas veiktspēja. Sākot ar 172. dienu, ieplūstošā NH₄⁺-N koncentrācija tika palielināta līdz 64,17 mg/L (C/N=8.59), izplūdes ĶSP un izvadīšanas ātrums bija attiecīgi 77,7 mg/L un 86.06%. Iemesls var būt tas, ka bioplēve auga lēni, un aktīvās dūņas deva galveno ieguldījumu ĶSP noņemšanai; suspendētās pildvielas palielināja PO₄³⁻-P noņemšanas ātrumu par 1,18%. Tomēr ieplūstošā NH₄⁺-N palielināšanās bezskābekļa tvertnē radīja vajadzību pēc vairāk oglekļa avotiem NO₃⁻-N denitrifikācijas procesam, kas neveicināja fosfora izdalīšanos un PAO uzņemšanu; tajā pašā laikā šī darbība pilnībā nesamazināja NO₃⁻-N, un minimālā notekūdeņu koncentrācija bija 7,30 mg/L. 185. dienā, mainot HAT uz 5,6 h, tika konstatēts, ka ĶSP noņemšanas efekts nedaudz svārstās ar noņemšanas ātrumu 86.05%; notekūdeņu PO₄³⁻-P koncentrācija palielinājās par 0,05 mg/l, ko papildināja PUAA palielināšanās (no 13,02 mg līdz 18,90 mg), kas liecina, ka dūņas un bioplēve sinerģiski iedarbināja noteiktu fosfora atdalīšanas efektivitāti. Turklāt notekūdeņu NH₄⁺-N, NO₃⁻-N un TIN koncentrācija bija attiecīgi 10,23 mg/L, 6,52 mg/L un 16,82 mg/L, kas liecina, ka HAT samazināšana izraisītu NH₺N⁄ un 6} izvadīšanas NH{3}. 195. dienā HAT tika noregulēts atpakaļ uz 7 stundām, un šajā laikā piesārņojošo vielu saturs notekūdeņos samazinājās, un sistēmas slāpekļa un fosfora atdalīšanas un organisko vielu atdalīšanas rādītāji pakāpeniski atjaunojās.

5. posmā (210–240 d) ieplūstošā NH₄⁺-N koncentrācija tika palielināta līdz 84,06 mg/L (C/N=6.28), un aktīvās dūņas joprojām sniedza galveno ieguldījumu organisko vielu izvadīšanā. NH₄⁺-N palielināšanās maz ietekmēja ĶSP noņemšanu. Anaerobajā tvertnē absorbētā ĶSP daļa bija 68,02%, un lielāko daļu organisko vielu absorbēja PAO anaerobajā tvertnē un sintezēja iekšējos oglekļa avotos (PHA), un anaerobā fosfora izdalīšanās bija pilnībā pabeigta [9]. Maksimālais PRA bija 72,75 mg, un PUAA un PUAO bija attiecīgi 35,82 mg/L un 48,20 mg/L, bet galvenais devums fosfora uzņemšanā joprojām bija no aerobās tvertnes. 221. dienā uzpildes koeficients tika palielināts līdz 30%, un notekūdeņu NH₄⁺-N un TIN koncentrācija tika samazināta attiecīgi par 4,49 mg/L un 5,16 mg/L; starp tiem NH₄⁺-N un NO₃⁻-N veidoja attiecīgi 70,11% un 28,75% no notekūdeņu TIN. 231. dienā ieplūstošā NH₄⁺-N koncentrācija tika noregulēta uz 66,34 mg/L, un sistēmas piesārņotāju noņemšanas veiktspēja pamatā bija stabila.

6. posmā (241–263 d) reaktora temperatūra tika regulēta, lai izpētītu tās ietekmi uz piesārņojošo vielu noņemšanu. 241. dienā temperatūra tika pazemināta līdz 18 grādiem, ĶSP noņemšanas ātrums samazinājās līdz 84,37%, bet ĶSP maiņas noteikums temperatūras pazemināšanās dēļ nemainījās. Izvadīšanas proporcija anaerobajā tvertnē bija visaugstākā – 62,02%, denitrifikējošā fosfora atdalīšanas process anoksiskajā tvertnē patērēja 26,72% ĶSP, NO₃⁻-N koncentrācija aerobās tvertnes notekūdeņos bija 10,44 mg/L un 8}5NH₄{0 mg/L₺}50 mg/L. palika; turklāt PRA mazāk ietekmēja temperatūra, bet anoksiskās tvertnes fosfora uzņemšanas rādītāji samazinājās, PUAA tikai 19,77 mg, un fosfors tika noņemts par 3,94 mg/l aerobajā tvertnē. Lielākā daļa psihrofilo PAO veica aerobo fosfora uzņemšanas procesu [10]. Kad temperatūra tika vēl vairāk pazemināta līdz 13 grādiem, NH₄⁺-N un TIN noņemšanas rādītāji samazinājās attiecīgi par 6,38% un 6,25%; tajā pašā laikā PUAA un PUAO samazinājās attiecīgi par 7,77 mg un 15,00 mg, kas var būt saistīts ar mikrobu aktivitātes un augšanas un vielmaiņas kapacitātes samazināšanos, ko izraisīja temperatūras pazemināšanās. Jin Yu [11] atklāja, ka, ja temperatūra ir zemāka par 14 grādiem, ir grūti garantēt sistēmas notekūdeņu piesārņojošo vielu koncentrāciju.

(2. attēls Piesārņotāju noņemšana AAO un AM{1}}AAO procesos ilgstošas-darbības laikā: ieskaitot (c) NH₄⁺-N koncentrācijas līknes un noņemšanas ātrumu, kas mainās atkarībā no darbības dienām, (d) NOₓ⁻-N koncentrācijas līknes, kas mainās, mainoties darbības dienām, (e) ass noņemšanas līknes, mainoties darbības dienām, (e) ass noņemšanas ātrums. (0 ~ 260 d), un vertikālās asis ir attiecīgi ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹) un noņemšanas ātrums/%, katrs darbības posms ir atzīmēts līknēs.

2.2. Piesārņotāju maiņas noteikumi tipiskajos AAO un AM{1}}AAO procesu ciklos

Lai sīkāk izpētītu AAO un AM{0}}AAO procesu piesārņotāju noņemšanas mehānismu, tika analizētas piesārņotāju koncentrācijas izmaiņas dažādu darbības posmu tipiskos ciklos, kā parādīts 3. attēlā.

42. dienā (1. posms) AAO procesam bija laba denitrifikācija un fosfora noņemšana. Tomēr lielais ĶSP neuzlaboja fosfora izdalīšanās veiktspēju, un PRA šajā laikā bija 9, 13 mg / l. Turklāt NH₄⁺-N tika patērēts iepriekš, ieejot bezskābekļa tvertnē; tad bezskābekļa tvertne samazināja radīto NO3⁻-N līdz N2; tomēr aerobā tvertne izņēma tikai 3,52 mg/l NH₄⁺-N, kas varētu būt saistīts ar garo HAT 1. posmā, kā rezultātā palielinājās DO, kas atgriezās bezskābekļa tvertnē, un lielākā daļa NH₄⁺-N bija pabeigusi nitrifikācijas tvertnē bezskābekļa tvertnē, kā rezultātā aerobajā tvertnē bija zema koncentrācija.

118. dienā (2. posms), samazinoties ieplūstošajam ĶSP, pasliktinājās fosfora izdalīšanās un denitrifikācijas rādītāji. Fosfora izdalīšanās koncentrācija anaerobajā tvertnē bija 5,91 mg/L, un NO₃⁻-N koncentrācija aerobās tvertnes notekūdeņos bija 8,20 mg/L. PO₄³⁻-P koncentrācija bezskābekļa tvertnē samazinājās līdz 2,78 mg/L, kas liecina, ka PO₄³⁻-P tika noņemts bezskābekļa tvertnē. Turklāt nitrifikācijas šķidruma atteces koeficients šajā laikā tika fiksēts 250%. Salīdzinot ar atteces koeficientu 300% un 400%, procesa slāpekļa un fosfora atdalīšanas un organisko vielu atdalīšanas veiktspēja tika uzlabota, norādot, ka nitrifikācijas šķidruma atteces palielināšana noteiktā diapazonā var uzlabot piesārņojošo vielu noņemšanas efektu.

207. dienā (4. posms) pēc ieplūstošā NH₄⁺-N un HAT regulēšanas AM-AAO procesā ĶSP noņemšanas rādītājs bija 86.15%; aerobā tvertne noņēma 13,34 mg/L NH₄⁺-N, atlikušā TIN koncentrācija bija 7,51 mg/L un tika saražots 4,39 mg/L NO₃⁻-N, un NO₃⁻-N kļuva par dominējošo piesārņotāju izplūdē. Fosfora atdalīšanas ieguldījumā starp bezskābekļa tvertni un aerobo tvertni nebija būtiskas atšķirības. Turklāt ieplūstošā NH₄⁺-N palielināšana neietekmēja nitrifikāciju, bet ieplūstošā TIN koncentrācijas palielināšanās samazināja AM-AAO procesa denitrifikācijas veiktspēju, tādējādi ietekmējot TIN noņemšanu.

262. dienā (6. posms) reaktora temperatūra bija 13 grādi, un ĶSP noņemšanas ātrums šajā laikā bija 83,67%. Tajā pašā laikā anaerobajā tvertnē izdalījās 6,95 mg/l fosfora; Anoksiskā tvertne patērēja 20,22 mg/L NH₄⁺-N un tika veikta denitrifikācija, un NO₃⁻-N koncentrācija bezskābekļa tvertnes notekūdeņos bija 5,07 mg/L; aerobikas tvertnei bija TIN zudums 1,32 mg/l; TIN izvadīšanas ātrums bija 77,00%, un notekūdeņu TIN saturēja 11,24 mg/L NH₄⁺-N, kas liecina, ka zemā temperatūra samazināja nitrificējošo un denitrificējošo baktēriju aktivitāti, kā rezultātā notekūdeņos piesārņotāji tika izvadīti nepilnīgi. Turklāt PRA samazinājās līdz 6,95 mg/l, un fosfora uzņemšanas rādītāji anoksiskajā tvertnē un aerobajā tvertnē samazinājās attiecīgi līdz 2,41 mg/L un 3,61 mg/L, norādot, ka reaktora temperatūras pazemināšanās kavē PAO fosfora atdalīšanas veiktspēju, izraisot augstu PEFRA tvertņu samazināšanos. fosfora koncentrācija.

(3. attēls Piesārņotāju izmaiņas tipiskos ciklos: ieskaitot (a) AAO procesa 42. dienu, (b) AAO procesa 118. dienu, (c) AM-AAO procesa 207. dienu, (d) piesārņotāju koncentrācijas izmaiņu līknes AM-AAO procesa 262. dienā. piesārņotājs (ĶSP, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3. Izmaiņas ekstracelulāro polimēru vielu (EPS) sastāvā un saturā AAO un AM{1}}AAO procesos

Eksperimenta laikā tika noteiktas un analizētas EPS sastāva un satura izmaiņas 101. dienā (AAO process) un 255. dienā (AM-AAO process), kā parādīts 4. attēlā. Kopumā kopējais EPS saturs 101. un 255. dienā ir attiecināms uz TB-EPS satura pieaugumu, kā arī PN un {}EPS galvenā daļa; {7}EPS; 101. dienā kopējais EPS saturs anaerobajā tvertnē, anoksiskajā tvertnē un aerobajā tvertnē uzrādīja pieauguma tendenci (attiecīgi 0,12 mg/gVSS, 0,29 mg/gVSS un 0,37 mg/gVSS); tostarp EPS saturs ievērojami palielinājās nitrifikācijas posmā, kas varētu būt saistīts ar iekšējo mikroorganismu aktīvo metabolismu, kad sistēma tika darbināta augstas oglekļa -pret-slāpekļa attiecības (C/N=5.9) apstākļos [12]. Tomēr TB-EPS bija pozitīva loma dūņu floku veidošanā, savukārt S-EPS un LB-EPS bija negatīva ietekme [8]; šajā eksperimentā S-EPS un LB-EPS saturs bija salīdzinoši zems, kas radīja apstākļus dūņu augšanai; nepārtrauktas -plūsmas dūņu-plēves hibrīdsistēmā flokulento dūņu loma ir neaizstājama [2].

Turklāt PN/PS maiņas noteikumi dažādos dūņu slāņos katrā reakcijas tvertnē bija atšķirīgi. PN katrā reakcijas tvertnē vienmēr bija augstāks par PS. 101. dienā PN/PS attiecība dūņu S-EPS, LB-EPS un TB-EPS bija attiecīgi 0,06, 1,62 un 2,67, savukārt 255. dienā tās bija 0,03, 1,30, rādīja pieauguma tendenci no PN/3. ārējo slāni uz iekšējo dūņu šūnu slāni. Tomēr, kad reaktora temperatūra tika samazināta līdz 13 grādiem, kopējais EPS saturs trīs tvertnēs uzrādīja pieauguma tendenci (attiecīgi 0,28 mg/gVSS, 0,41 mg/gVSS un 0,63 mg/gVSS). Iemesls var būt tas, ka mikroorganismi, kas nespēja pielāgoties zemai temperatūrai, nomira vai autolizējās, un šie mirušie mikroorganismi izdalīja EPS, kā rezultātā palielinājās EPS saturs dūņās, vai zemā temperatūrā daži psihrofīli mikroorganismi izdala vairāk EPS, lai pielāgotos temperatūras pazemināšanai reaktorā [13].

(4. attēls EPS satura un sastāva izmaiņas 101. dienā (AAO process) un 255. dienā (AM-AAO process): Kreisajā pusē ir AAO process, bet labajā pusē ir AM-AAO process. Horizontālā ass ir reakcijas tvertne (anaerobā gala, vertikālā gala, TB tipa beigas, EB ass, aerobā tipa beigas), EB ass. saturs (mg·gVSS⁻¹), un labā vertikālā ass ir PN/PS attiecība. Tajā ir iekļautas PN, PS un kopējā EPS satura histogrammas un PN/PS attiecības līniju diagramma.

2.4. Mikrobu daudzveidības un populācijas dinamiskās kopienas pēctecības noteikumi

Augstas -caurlaidspējas sekvencēšanas rezultāti parādīja, ka 14 dūņu paraugu secību skaits bija 1 027 419, un katra parauga OTU secību skaits ir parādīts 2. tabulā. Paraugu pārklājums bija lielāks par 0,995, kas norāda, ka sekvencēšanas rezultātiem bija augsta precizitāte. Grupa D01 aprakstīja sākotnējo mikrobu kopienas struktūru ar augstu Ace indeksu, kas norāda, ka dūņām bija liela mikrobu sugu bagātība sistēmas darbības sākumā. Līdz ar sistēmas pārveidošanu no AAO uz AM{11}}AAO procesu, Ace indekss samazinājās, un AM-AAO sistēmas mikrobu kopienas bagātība samazinājās. Turklāt Simpsona indekss samazinājās, norādot, ka samazinājās mikrobu kopienas daudzveidība. Saskaņā ar Ace indeksa izmaiņām kopējais sugu skaits anoksiskās tvertnes bioplēves mikrobu sabiedrībā uzrādīja samazināšanās tendenci; Šenona indeksa samazināšanās pierādīja, ka mikrobu kopienas daudzveidība bioplēvē samazinājās.

2. tabula Mikrobu daudzveidības indeksa izmaiņas

The main phyla with relative abundance >Tika analizēti 10 % no 14 paraugiem (5.a attēls). Dominējošās filas D01 grupā bija Actinobacteriota (25,76%32,90%, proteobaktērijas (21,98%)27,16%, Bacteroidota (15,50%)18,36%) un Firmicutes (10,37%)13,77%); tomēr Actinobacteriota relatīvais daudzums (16,89%19,16%) un Firmicutes (3,83%)6,52%) D110 grupā samazinājās, un proteobaktēriju relatīvais daudzums palielinājās (32,96% ~ 40,75%). AM-AAO procesa sistēmā Actinobacteriota strauji samazinājās, pat mazāk nekā 3% grupā D237, savukārt proteobaktērijas (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% bija proteobaktērijas (35, 26%) un Bacteroidota (30, 61%), kas norāda, ka bioplēves mikrobu kopienas struktūra bija līdzīga aktīvo dūņu struktūrai. M237 paraugā Firmicutes relatīvais daudzums samazinājās līdz mazāk nekā 2%, un Acidobacteriota daudzums (5, 33%) palielinājās.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Tika konstatēts, ka dominējošās ģintis D01 grupā bija Candidatus_Microthrix (11,32%20,65%), norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3,97%6,36%, Trichococcus (6,99%)9,95%) un Ornithinibacter (3,99%)6,41%); pēc tam, kad sistēma tika darbināta AM-AAO procesā, Candidatus_Microthrix relatīvais daudzums strauji samazinājās līdz 0,02% (grupa D237); savukārt norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 bija tendence vispirms palielināties un pēc tam samazināties (grupa D237, 1,91%2,91%). Kad process noritēja stabili, Azospira kļuva par vienu no relatīvi dominējošajām ģintīm (grupa D237, 7,37%18,41%). Turklāt bioplēves ģintis būtībā bija līdzīgas dūņām, un norank_f__norank_o__Run-SP154 relatīvais daudzums M194 un M237 bija attiecīgi 6,61% ~ 7,66% un 7,43%.

Sistēmā analīzei tika atlasītas 12 ģints un 1 amonjaka -oksidējošās baktērijas (AOB), nitrītu-oksidējošās baktērijas (NOB), glikogēnu-akumulējošie organismi (GAO) un fosforu{5}}akumulējošie organismi (PAO) (Table3). Konstatēts, ka D01 grupā Nitrosomonas (0,02%0,03%, Ellin6067 (0,01%0,02%) un Nitrospira (0,04%)0,07%) var nodrošināt NH₄⁺-N oksidācijas veiktspēju. Nitrosomonas un Nitrospira samazināšanos grupā D110 var izraisīt augsta iekšējā refluksa attiecība, bet Ellin6067 (0,01%0,02%) netika traucēta. Grupā D194 sistēma tika darbināta AM-AAO procesā, un HAT samazināšana izskaloja NOB un dažus AOB. Ieplūstošā amonjaka slāpekļa palielināšanās var būt par iemeslu iepriekšminēto trīs ģinšu relatīvā daudzuma pieaugumam grupā D237 (5.b attēls). Turklāt AOB (Nitrosomonas un Ellin6067, 0,03%0,07%) un NOB (Nitrospira, 0,01%)0,02%) paraugā M237 uzrādīja nelielu pieaugumu, norādot, ka bioplēve palīdzēja dūņu sistēmai sasniegt denitrifikācijas procesu.

D01 grupā bija plašs PAO klāsts, tostarp Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas un Tetrasphaera. Candidatus_Microthrix (10,93% ~ 11,88%) un PAO izmaiņas ar relatīvu pārpilnību<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 un 0,31%0,39% [14]. Grupā D237 Candidatus_Microthrix tika gandrīz izvadīts (0,02%), un PAO, kas to aizstāja, lai veiktu fosfora noņemšanas funkciju, bija Defluviimonas (0,70%).1,07 %) un Dechloromonas (0,95 %)1,06%); turklāt ir apstiprināts, ka Comamonadaceae dzimtai piemīt arī fosfora atdalīšanas spējas [8], un Comamonadaceae relatīvais daudzums anaerobajā tvertnē vai bezskābekļa tvertnē bija salīdzinoši augsts, apmēram divas reizes lielāks nekā aerobajā tvertnē. Turklāt Candidatus_Competibacter un Defluviicoccus bija dominējošās GAO ģintis visos paraugos, bet abu ģinšu pārpilnība grupā D01 bija<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].

(5. attēls Mikrobu kopienas sastāvs: (a) joslu diagramma par relatīvo pārpilnību patversmes līmenī. Horizontālā ass ir paraugs, un vertikālā ass ir relatīvais daudzums/%. Tajā ir iekļautas galvenās cilmes, piemēram, Actinobacteriota un Proteobacteria; (b) Relatīvā daudzuma siltuma karte ģints līmenī. Horizontālā ass ir parauga relatīvā dziļuma krāsa. pārpilnība)

3. tabula Funkcionālo grupu pārpilnība 14 bioloģiskajos paraugos

3 Secinājumi

Izmantojot faktiskos notekūdeņus kā attīrīšanas objektu, tika optimizēti AM{0}}AAO procesa darbības apstākļi. Tika konstatēts, ka, ja process tika veikts HAT=7 h, temperatūra aptuveni 25 grādi, iekšējais reflukss=250%, SRT=40 d, dūņu attece=50% un bezskābekļa tvertnes uzpildes ātrums=30%, piesārņotāju noņemšanas efekts bija vislabākais. Maksimālais NH₄⁺-N noņemšanas līmenis bija 98,57%; notekūdeņu NO₃⁻-N koncentrācija, PO₄³⁻-P koncentrācija, TIN noņemšanas ātrums un ĶSP noņemšanas ātrums bija attiecīgi 6,64 mg/L, 0,42 mg/L, 83,08% un 86.16%.

Anaerobā tvertne veica labus organisko vielu atdalīšanas un fosfora izdalīšanas procesus, vienlaikus izdalot 64,51% ĶSP un izdalot 9,77 mg/l fosfora; bezskābekļa tvertne veica labas denitrifikācijas fosfora atdalīšanas reakcijas; aerobā tvertne veica pilnīgu nitrifikācijas un fosfora uzņemšanas procesus, NH₄⁺-N noņemšanas ātrums un PUAO bija attiecīgi 97,85% un 59,12 mg.

Kad AM-AAO process darbojās stabili, AOB pieaugums (Ellin6067 un Nitrosomonas, 0,02% ~ 0,04% → 0,04%0,12%) un NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0,04%) nodrošināja pietiekamu nitrifikācijas progresu, un NH₄⁺-N atdalīšanas ātrums palielinājās par 8,35%; GAO (Candidatus_Competibacter un Defluviicoccus, 1,31%1.61% → 3.49%4,46%) dominēja endogēnajā denitrifikācijas procesā; PAO (Defluviimonas, Dechloromonas un Comamonadaceae dzimtas) pieaugums, 3,29%8,67% → 3,79%~9,35%) bija iemesls, lai saglabātu labu fosfora atdalīšanas veiktspēju; turklāt bezskābekļa tvertnes bioplēves mikrobu kopienas struktūra būtībā bija līdzīga aktīvo dūņu struktūrai, kas kopīgi garantēja sistēmas slāpekļa un fosfora atdalīšanas veiktspēju.