Patobulintas česnako nuotekų mikrobinis valymas naudojant MBBR + A/O procesą
Apžvalga
Česnakų nuotekospirmiausia atsiranda dėl česnako pjaustymo ir skalavimo proceso. Jam būdingadidelės organinių medžiagų koncentracijos, sdidelis azoto ir fosforo kiekis ir didelis alicino kiekis. Alicinas (dialilo tiosulfinatas) yra lakus skystis, atsakingas už aštrų česnako kvapą, chemiškai nestabilus ir labai reaktyvus. Alicinas gali slopinti įvairių mikroorganizmų augimą. Didelės-koncentracijos česnako nuotekų išleidimas be valymo daro didelį poveikį aplinkai. Kai kurie mokslininkai taikė tokius metodus kaip filtravimas membranoje, Fenton oksidacija ir mikro{5}}elektrolizė, tačiau šie metodai nebuvo veiksmingi česnako nuotekoms valyti, o didelių dozių cheminių medžiagų naudojimas padidina tolesnio valymo išlaidas. Daugelis mokslininkų pasiūlė biologinio gydymo metodus, naudojant anaerobinius{7}}aerobinius kombinuotus procesus. Tačiau dėl antibakterinių alicino savybių mikroorganizmus sunku auginti, o gydymo efektyvumas nėra idealus. Todėl biologinio gydymo dėmesys skiriamaskultivuoti ir aklimatizuoti mikrobų padermes, galinčias prisitaikyti prie česnako nuotekų ir pagerinti jų biologinį skaidymą.
Šis tyrimas apėmė auginimą ir patikrinimąbakterijų padermės, kurios efektyviai skaido česnako nuotekas, kurios vėliau buvo įvestos į aJudančios lovos bioplėvelės reaktorius (MBBR). Naudojant inokuliuotą dumblą ir srautą didinantį bioplėvelės formavimo metodą, buvo sukurtos bioplėvelės, skirtos pagerinti azoto ir fosforo pašalinimą iš nuotekų. Po to sekė tolesnis A/O (Anoxic/Oxic) biocheminis apdorojimas. Pagal GB18918-2002 standartą nuotekų ChDS ir amoniako azoto (NH₃-N) lygiai gali atitikti antrinį standartą (COD: 100 mg/L, NH₃-N: 25-30 mg/L). Šis procesas efektyviai sumažina organinių medžiagų kiekį nuotekose ir sumažina tolesnių valymo etapų sunkumą.
1. Eksperimentinis skyrius
1.1 Proceso srauto projektavimas
Bendras česnako nuotekų valymo proceso srautas parodytas1 pav, o pagrindinis komponentas yrabiologinis skaidymas MBBR + A/O sistemoje. Trys patikrintos ir išskirtos padermės, efektyviai skaidančios česnako nuotekas – Alcaligenes sp., Acinetobacter sp. ir Achromobacter sp. – buvo sumaišyti su aktyviuoju dumblu ir įvedami į MBBR įrenginį, kad būtų palengvintas greitas jo paleidimas{4}}.
1,2 MBBR + A/O apdorojimo procesas
Praleidus stambius ir smulkius sietus, kad būtų pašalintos suspenduotos kietosios dalelės, česnako nuotekos pumpuojamos tiesiai į MBBR. Įtakos kokybė parodyta1 lentelė. Nuotekos iš MBBR patenka tiesiai į A/O sistemą. Dėl mažo organinių medžiagų kiekio MBBR nuotekose į Oxic (O) rezervuarą tinkamai įpilama žalių česnakų nuotekų, kad būtų papildytas anglies šaltinis A/O procesui. Norint patikrinti sistemos atsparumą smūgiams, nuolatinio veikimo metu MBBR organinės apkrovos greitis buvo palaipsniui didinamas ir stebima nuotekų kokybė.
1.3 Proceso parametrai
1.3.1 Ištirpęs deguonis (DO)
Pernelyg didelis DO bioplėvelėje gali užkirsti kelią denitrifikacijai, todėl MBBR praranda savo nitrifikacijos ir denitrifikacijos galimybes vienu metu. Pernelyg mažas DO gali sukelti gijinių bakterijų dauginimąsi, o tai turi įtakos nuotekų kokybei ir slopina nitrifikacijos procesą.
1.3.2 Hidraulinės sulaikymo laikas (HRT)
Pernelyg trumpas PHT sukelia intensyvias reakcijos sąlygas, kai nuotekos, kuriose yra daugiausia organinių medžiagų, išleidžiamos prieš visiškai absorbuojant. Nuolatinis įtekėjimas išlaiko mikroorganizmus nuolatinėje biologinio skaidymo būsenoje, sumažindamas efektyvumą ir padidindamas energijos suvartojimą. Per ilgas PHT sukelia maistinių medžiagų išeikvojimą; Be maistinių medžiagų mikroorganizmai sumažina savo aktyvumą ir medžiagų apykaitos poreikį, kad tik palaikytų išgyvenimą.
1.3.3 Anglies- ir-azoto santykis (C/N)
Mažas C/N santykis gali paskatinti amoniako pavertimą kitomis medžiagomis, o tai turi įtakos amoniakinio azoto pašalinimui. Jis taip pat lengvai sukelia siūlinį tūrį, nuolatinį augimą, turintį įtakos flokuliacijai, dėl kurio susidaro dumblas ir dumblas plūduriuoja. Didelis C/N santykis yra nepalankus mikrobų biologiniam skaidymui ir augimui, todėl padidėja mikroorganizmų organinė apkrova.
1,4 MBBR Biofilm -paleidimas
Bioplėvelės paleidimas-: buvo naudojamas inokuliuotas dumblas + srauto. MBR-prisodrintas aktyvusis dumblas buvo pasėtas į reaktorių, o pradinė mišriojo skysčio suspenduotų kietųjų dalelių (MLSS) koncentracija buvo maždaug 5,82 g/l. Buvo pradėtas aeravimas, į reaktorių įpilta polietileno nešiklių su aužpildymo santykis apie 60%. TheDARYKreaktoriuje buvo valdomasvirš 4,0 mg/l. Įtekančio srauto greitis buvo laipsniškai didinamas 20 l/h žingsniais: 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 l/h, kiekvieną srautą palaikant 1 dieną. Šio etapo metu nebuvo švaistomas joks dumblas. Nešiklių paviršiuje susidarė šviesiai geltona bioplėvelė, kurioje prisitvirtino ir augo mikroorganizmai. Sėkmingai paleidus bioplėvelę{13}}, toliau buvo stabilus veikimas, išlaikant aDumblo sulaikymo laikas (SRT) 30 dienų. Stabiliai veikiant, MBBR organinės apkrovos greitis buvo pakoreguotas, kad būtų galima stebėti jo poveikį COD, azoto ir fosforo pašalinimui.
2. Rezultatai ir aptarimas
2.1 MBBR nuotekų kokybės analizė paleidžiant „Biofilm“{1}}
Aeracijos intensyvumas MBBR buvo pakoreguotas, kad būtų galima kontroliuoti DO koncentraciją. Kai DO buvo mažesnis nei 4,0 mg/l, aeracijos intensyvumas buvo nepakankamas, kad palaikytų vienodą, didelį srauto turbulentinį nešiklio judėjimą, trukdė tinkamai susimaišyti ir apsunkino bioplėvelės susidarymą ant nešiklio paviršių. Kai DO buvo tarp 4,0–6,0 mg/l, nešikliai kruopščiai sumaišomi su aktyviuoju dumblu ir nuotekomis. Buvo pastebėtas nešiklio spalvos pasikeitimas iš baltos į gelsvai -rudą, o tai rodo sėkmingą mikrobų prisitvirtinimą ir augimą esant tokiam aeracijos intensyvumui, kaip parodyta2 pav.
Įtekančio ir nuotekų ChDS kitimo kreivė paleidimo{0}}fazės metu parodyta3 paveikslas (a). Pradinį gydymo efektyvumo sumažėjimą lėmė labai mažas prisitvirtinusių mikroorganizmų kiekis ant nešiklio; vien tik aktyviajame dumble esantis mikroorganizmų skilimas buvo nepakankamas dideliam organinių medžiagų kiekiui pašalinti. Pradėjus-padaugėti ant nešėjų prisitvirtinusių mikroorganizmų, palaipsniui susidarė bioplėvelė. Nuotekų ChDS koncentracija palaipsniui stabilizavosi, o COD šalinimo efektyvumas stabilizavosi virš 90%.
MBBR įtekančio ir nuotėkio NH₃-N kitimo kreivė parodyta3 pav. b). Nitrifikacija aktyviajame dumble aerobinėmis bakterijomis efektyviai pašalino amoniakinį azotą. Nuo 7 dienos įtekančio NH₃-N koncentracija palaipsniui didėjo. 23 dieną, nors įtekantis NH₃-N vis dar didėjo, pašalinimo greitis taip pat padidėjo. Taip buvo todėl, kad nitrifikuojančios bakterijos iš pradžių auga lėtai; laikui bėgant jų populiacija didėjo, bioplėvelė brendo, o NH₃-N pašalinimo greitis palaipsniui didėjo ir stabilizavosi.
MBBR įtekančio ir nuotekų TN kitimo kreivė parodyta3 paveikslas (c). Skirtingai nuo amoniakinio azoto pašalinimo, TN pašalinimo efektyvumas iš pradžių sumažėjo. Taip buvo todėl, kad reaktoriaus aplinkoje buvo daug deguonies ir anglies šaltinio, o tai ribojo denitrifikuojančių bakterijų augimą. Tačiau susiformavus bioplėvelei TN šalinimo efektyvumas pradėjo gerėti. Iki 20 dienos, nors įtekančio TN koncentracija padidėjo, nuotekų TN ir pašalinimo greitis stabilizavosi ir svyravo tarp 50–60%.
MBBR įtekančio ir nuotekų TP kitimo kreivė parodyta3 paveikslas (d). Nuo pradžios-iki stabilaus veikimo TP pašalinimo greitis išliko stabilus. Nors įtekančiojo TP koncentracija iš pradžių buvo didelė, o vėliau sumažėjo, pašalinimo efektyvumas reikšmingų pokyčių neparodė, o tai rodo sistemos gebėjimą pašalinti fosforą. TP pašalinimo greitis sistemoje buvo palaikomas 80–90%.
Apibendrinant,išlaikant MBBR sistemos DO tarp 4–6 mg/l, subrendusią bioplėvelę, susidariusią po 20 dienų nuolatinio maitinimo. Palyginti su tradiciniais aktyviojo dumblo procesais, MBBR sistema pasižymi dideliu atsparumu smūgiams ir aukštu valymo efektyvumu, efektyviai sumažindama tolesnių česnako apdorojimo nuotekų valymo etapų sunkumą.
2.2 Nuotekų kokybės analizė stabilaus veikimo metu
Po bioplėvelės paleidimo{0}}fazės bioplėvelė subrendo. Norint patikrinti MBBR sistemos atsparumą smūgiams, stabilaus veikimo metu organinė apkrova buvo nuolat didinama.
MBBR įtekančio ir nuotekų ChDS kitimo kreivė stabilaus veikimo metu parodyta4 paveikslas (a). Nuo 1 iki 5 dienų, esant pastoviam srautui, ChDS pašalinimo efektyvumas išliko didesnis nei 95%, o nuotekų ChDS koncentracija siekė apie 100 mg/L. Nuo 5 iki 20 dienų įtekėjimo greitis buvo padidintas, palaipsniui didinant organinę apkrovą nuo 20 kg COD/m³·d iki 30 kgCOD/m³·d. Didelio pašalinimo efektyvumo pokyčio nepastebėta, o nuotekų ChDS išliko tarp 80–100 mg/L, o tai rodo didelį atsparumą smūgiams. Po 20 dienos įtekėjimo greitis buvo toliau didinamas, nuolat didinant organinių medžiagų apkrovą reaktoriuje nuo 30 kg COD/m³·d iki 37 kgCOD/m³·d, palaikoma 5 dienas. MBBR COD šalinimo pajėgumas išliko didesnis nei 95%.
4 pav. b ir cparodykite atitinkamai NH₃-N ir TN kitimo kreives stabilaus veikimo metu. Nuo 1 iki 5 dienų, esant nuolatiniam srautui, MBBR bioplėvelė vienu metu nitrifikavosi ir denitrifikavosi. Aerobinės nitrifikuojančios bakterijos, pritvirtintos prie išorinio bioplėvelės sluoksnio, visiškai sumaišytos su aeruojamomis nuotekomis, nitrifikacijos būdu sunaudojo didelius azoto šaltinius. Denitrifikuojančios bakterijos vidiniame anoksiniame sluoksnyje efektyviai pašalino nitratinį azotą per denitrifikaciją. Nuo 5 iki 20 dienų, padidėjus įtekėjimo greičiui, NH₃-N ir TN pašalinimo efektyvumas iš pradžių labai sumažėjo. Po maždaug 7 dienų nepertraukiamo veikimo sistema palaipsniui prisitaikė. Nors NH₃-N ir TN pašalinimo efektyvumas tada padidėjo, jis išliko mažesnis nei mažo{14}}tekėjimo laikotarpiu. Esant pastoviam įtekėjimui, NH₃-N pašalinimas pasiekė daugiau nei 90 %, o nuotekų NH₃-N buvo 10–15 mg/L, o TN pašalinimas iš esmės buvo didesnis nei 80 %, o nuotekų TN buvo apie 30 mg/L. Padidėjus įtekančiam srautui ir sistemai pasiekus naują pusiausvyrą veikiant nuolatiniam poveikiui, NH₃-N pašalinimas stabilizavosi maždaug 80 %, NH₃-N iš nuotekų 50–70 mg/L, o TN pašalinimas apie 60 %, o nuotekų TN buvo mažesnis nei 50 mg/L.
TP kitimo kreivė stabilaus veikimo metu parodyta4 paveikslas (d). Nuotekų TP koncentracija iš esmės buvo palaikoma apie 10 mg/l. Iš pradžių, esant nuolatiniam mažam srautui ir mažai įtekančio TP koncentracijai, gydymo poveikis buvo ribotas. Didėjant įtekėjimo greičiui ir įtekančio TP koncentracijai, buvo pasiektas didelis apdorojimo efektyvumas per visą smūgio fazę ir po to sekusią didelę-apkrovą, o TP pašalinimo greitis svyravo apie 90%.
Apibendrinant,esant dideliam organinės apkrovos smūgiui, sistemos ChDS pašalinimo efektyvumas iš esmės nepakito, tačiau NH₃-N ir TN pašalinimas sumažėjo reikšmingiau.. Kai organinė apkrova pasiekė didžiausią 37 kg COD/m³·d, sistemos NH₃-N ir TN šalinimo efektyvumas pastebimai sumažėjo.
2.3 MBBR + A/O sistemos nuotekų kokybės analizė
Po bioplėvelės paleidimo{0}}fazės ir vieno mėnesio stabilaus veikimo, pasroviui buvo pridėtas A/O procesas, skirtas pažangesniam MBBR nuotekų valymui. Įtekėjimo greičio gradientas buvo padidintas bendrai organinei apkrovai padidinti, siekiant nustatyti optimalų įtekėjimo greitį, atitinkantį optimalų PHT.
COD kitimo kreivė parodyta5 paveikslas (a). Įtekėjimo greitis didėjo nuosekliai: 100, 120, 130, 150, 170 L/val. Nuo pradžios iki didžiausio srauto MBBR sistemos organinė apkrova padidėjo nuo 20 kgCOD/m³·d iki 37 kgCOD/m³·d. Galutinės nuotekos iš kombinuotos sistemos išliko stabilios, o COD koncentracija buvo mažesnė nei 100 mg/l. Esant nuolatiniam didelės organinės apkrovos smūgiui, MBBR sistema veikė gerai, nors jos nuotekų ChDS šiek tiek padidėjo, kai srautas pasiekė 150 l/val. Išlaikius 170 l/h srauto greitį keletą dienų, buvo pastebėta pastebima MBBR nuotekų ChDS didėjimo tendencija. Tačiau atliekant vėlesnį A/O procesą, galutinis kombinuotos sistemos nuotekų kiekis vis tiek buvo mažesnis nei 100 mg/l. Tai rodo, kad net esant dideliam 37 kg COD/m³·d organinės apkrovos smūgiui, kombinuotas procesas vis tiek turi stiprų česnako perdirbimo nuotekų šalinimo poveikį.
NH₃-N ir TN kitimo kreivės parodytos5 pav. b ir c, atitinkamai. Česnakų perdirbimo nuotekose yra didelė amoniakinio azoto ir bendrojo azoto koncentracija, kuri laikui bėgant gali padidėti dėl oksidacijos. Paprastai amoniakinio azoto koncentracija svyruoja nuo 300–500 mg/l, o bendrojo azoto koncentracija – nuo 450–600 mg/l. Tuo pačiu metu MBBR nitrifikuojant ir denitrifikuojant, amoniako azoto pašalinimas buvo efektyvesnis, greičiausiai todėl, kad nitrifikuojančios bakterijos efektyviau naudoja nuotekas aeruojant. Denitrifikuojančioms bakterijoms reikalingos anoksinės sąlygos ir dažnai jos priklauso nuo sunaudotos organinės anglies denitrifikacijai. Didinant įtekėjimo greitį, pirmiausia buvo atsižvelgta į NH₃-N ir TN pašalinimo efektyvumą. Nuo 1–4 dienų dėl mažo srauto ir vidutinio NH₃-N NH₃-N pašalinimo greitis išliko didesnis nei 90 %, o TN šalinimo efektyvumas palaipsniui didėjo. Vėliau įtekėjimo greitis gerokai padidėjo. Buvo aiškiai pastebėta, kad padidėjus įtekėjimo greičiui, NH₃-N ir TN nuotekų koncentracijos skirtinguose etapuose paeiliui didėjo, o dėl didesnio įtekėjimo greičio padidėjo nuotekų koncentracija. Didėjant srauto greičiui, padidėjo biomasė ant bioplėvelės nešėjų, padidindama nitrifikaciją, kai nitrifikuojančios bakterijos amoniakinį azotą oksiduoja į nitratus ir nitritus deguonimi.
TP koncentracijos kitimo kreivė parodyta5 paveikslas (d). Atsižvelgiant į dideles įtekamąsias COD ir TN koncentracijas, teorinė optimali TP koncentracija mikrobų augimui yra didesnė nei 100 mg/l. Tačiau įtekanti TP koncentracija buvo daug mažesnė už šį teorinį reikalavimą. Todėl MBBR nuotekų TP koncentracija išliko apie 10 mg/L, o galutinė kombinuotos sistemos nuotekų TP koncentracija buvo 2–3 mg/L.
MBBR sistemos ir vėlesnės A/O sistemos dumblo charakteristikos prieš ir po eksploatacijos buvo išmatuotos, kaip parodyta2 lentelė.
Apibendrinant,kai srautas buvo padidintas iki 150 l/h, COD, NH₃-N, TN ir TP pašalinimo greitis buvo geresnis nei esant kitiems srautams. PHT tokiu srautu buvo 27 valandos. Be to, po eksploatacijos dumblo koncentracija tiek MBBR, tiek A / O sistemose žymiai padidėjo.
3. Išvada
Po bioplėvelės susidarymo MBBR, COD, NH₃-N, TN ir TP pašalinimo efektyvumas buvo stabilus. Per vieną mėnesį nepertraukiamai veikiant stabiliomis sąlygomis, COD pašalinimas pasiekė daugiau nei 95%, NH₃-N ir TN pašalinimas stabilizavosi apie 80%, o TP pašalinimas stabilizavosi apie 90%.
MBBR nuotekos buvo toliau valomos A/O sistemoje. Kombinuotas procesas gali atlaikyti iki 37 kg COD/m³·d organinę apkrovą. Optimali viso proceso operacija buvo 27 valandų PHT. Galutinis nuotekų ChDS stabilizavosi žemiau 100 mg/l, NH₃-N tarp 10–20 mg/l, TN žemiau 30 mg/l ir TP žemiau 10 mg/l. Dumblo koncentracija MBBR sistemoje po eksploatacijos buvo 8,5 g/L, o A/O sistemoje – 4,1 g/L, abi žymiai didesnės nei prieš eksploataciją, o tai rodo esminį mikrobų biomasės padidėjimą. ChDS ir amoniako azoto lygiai po biologinio apdorojimo atitiko antrinio išleidimo standartą GB18918-2002 m. Tolimesniam apdorojimui galima panaudoti pažangią Fenton oksidacijos technologiją biologiškai išvalytų nuotekų giluminiam valymui, kad būtų pasiektas pirmojo lygio išleidimo standartas.