MBBR esant žemai temperatūrai: kaip išlaikyti gyvą nitrifikaciją, kai vanduo nukrenta žemiau 10 laipsnių – 15 metų tyrimai, vienas veiksmingas vadovas|Juntai

20 laipsnių temperatūroje MBBR sistema nitrifikuojasi be pastangų. Esant 10 laipsnių temperatūrai, ta pati sistema praranda pusę nitrifikacijos greičio. Esant 5 laipsniams, dauguma sistemų visiškai sugenda.Jei jūsų augalas yra šiauriniame klimate, dideliame aukštyje arba tiesiog žiemoja šalta, negalite kurti MBBR naudojant šilto{0}}oro prielaidas. Šiame straipsnyje apibendrinami 15 metų trukę tyrimai, siekiant išsiaiškinti, kas iš tikrųjų veikia: kurios mikrobų strategijos išgyvena šaltį, kurios nešiklio patobulinimai užtikrina išmatuojamą našumo padidėjimą ir kaip sureguliuoti proceso parametrus, kad sistema nuolat pašalintų amoniaką, kai termometro stulpelis nukrenta. Jokio akademinio žargono. Tiesiog tai, ką rodo duomenys - ir ką galite su tuo padaryti.

1. Kas nutinka MBBR, kai temperatūra nukrenta

Temperatūra nėra tik „dar vienas parametras“ - Tai biologinis išjungimas-

Nitrifikuojančios bakterijos - darbiniai arkliai, paverčiantys amoniaką į nitratą - yraautotrofiniai organizmai, turintys ilgą generavimo cikląir ūmus jautrumas temperatūrai. Optimalus jų augimo diapazonas yra 20–35 laipsniai. Už šio lango ląstelių lygiu vienu metu vyksta du dalykai: sumažėja ląstelės membranos sklandumas, sulėtėja substrato pernešimas per membranos sienelę, o fermentų katalizinis aktyvumas susilpnėja, sumažinant kiekvienos metabolinės reakcijos greitį ląstelėje. Kai temperatūra nukrenta žemiau citoplazmos užšalimo taško, susidaro ledo kristalai ir fiziškai pažeidžia ląstelių struktūras.

Išmatuotas poveikis yra ryškus. MBBR bioplėvelės tyrimai rodo, kad 10 laipsnių temperatūroje amoniako oksidacijos aktyvumas yra mažesnistik 55% tarifo esant 20 laipsnių, o nitritų oksidacijos aktyvumas sumažėja iki 56%. Aktyvusis dumblas kainuoja dar blogiau: 8 laipsnių amoniako nitrifikacijos greitis yra teisingas48,5% vasaros tarifoesant 20 laipsnių. Ir tai ne tik veiklos - problema, tai ir gyventojų problema. Ilgalaikė-žema temperatūra sumažinaabsoliutus skaičiusnitrifikuojančių bakterijų sistemoje. Organizmai ne tik sulėtėja; jie miršta.

MBBR turi vieną struktūrinį pranašumą prieš aktyvųjį dumblą šaltomis sąlygomis: bioplėvelė užtikrina apsaugotą mikro{0}}aplinką. Vežėjai išlaiko biomasę su ilgais generavimo ciklais, kurie būtų išplaunami iš sustabdytos{2}}augimo sistemos. Štai kodėl MBBR yra tinkamiausias biologinis procesas, naudojamas žemoje -temperatūroje - bioplėvelės architektūra savaime apsaugo nuo temperatūros įtempimo. Tačiau „geriau už aktyvųjį dumblą 10 laipsnių temperatūroje“ nėra tas pats, kas „pakankamai geras, kad atitiktų jūsų leidimą“. Dar reikia kurti šalčiui.

2. Mikrobų strategijos: darbas su šalčiu, o ne prieš jį

Konkurencijos problema: kodėl heterotrofai perima viršų žiemą

Nitrifikuojančios bakterijos (autotrofai) ir heterotrofinės bakterijos, skaidančios organines medžiagas, konkuruoja dėl vietos, deguonies ir maistinių medžiagų bioplėvelėje. Šiltame vandenyje šios varžybos įveikiamos. Šaltame vandenyje tai tampa problema. 4 laipsnių tyrimai parodė, kad MBBR išlaikė tam tikrą nitrifikacijos potencialą -, betper didelis heterotrofinių mikroorganizmų augimas sumažino tikrąjį nitrifikacijos greitįgerokai žemiau savo teorinio maksimumo. Heterotrofai tiesiog nukonkuravo-šaltą-įtemptus nitrifikatorius dėl išteklių.

Ši konkurencija yra didžiausia vieno{0}}pakopio MBBR sistemose, kur anglies šalinimas ir nitrifikacija vyksta tame pačiame reaktoriuje. Heterotrofai turi greitesnį augimo greitį ir didesnį substrato afinitetą žemoje temperatūroje, be to, jie dominuoja išoriniame bioplėvelės sluoksnyje - tiksliai ten, kur yra deguonies. Nitrifikatoriai nustumiami į deguonies{4}}ribotas zonas, esančias giliau bioplėvelėje, ir jų veikla žlunga.

1 strategija: Šalta{1}}Aklimatizuota bioplėvelė laipsniškai mažinant temperatūrą

Praktiškiausias būdas sukurti šalčiui{0}}tolerantišką biomasę yraprogresyvi aklimatizacija. Tyrėjai naudojo sekvenavimo paketinius MBBR reaktorius su laipsnišku temperatūros mažinimu: 25 laipsniai → 20 laipsnių → 15 laipsnių → 10 laipsnių → 6 laipsniai → 5 laipsniai. Kiekviename etape bioplėvelei buvo suteikta laiko prisitaikyti prieš kitą sumažinimą. Rezultatai atskleidė kai ką svarbaus:skirtingų nešiotojų, atrinktų skirtingoms mikrobų bendruomenėms. 5 laipsnių temperatūroje vienas reaktorius sėkmingai praturtino psichofilines (šaltį -mėgstančias) nitrifikuojančias bakterijas, kurios išlaikė gydymo efektyvumą. Kituose dviejuose reaktoriuose, naudojantys skirtingus nešiklius, buvo daug azotą -fiksuojančių bakterijų - organizmų, kurie aktyviai kenkia azoto pašalinimui.

Praktinė pamoka:operatoriaus pasirinkimas yra svarbus{0}}šalto oro mikrobų bendruomenės vystymuisi. Nešėjas, kuris gerai veikia 20 laipsnių temperatūroje, gali neatsirinkti tinkamų organizmų 5 laipsnių temperatūroje. Jei tikitės veikti šaltu-oru, išbandykite nešiklius šaltomis sąlygomis prieš imdamiesi viso-masto dizaino.

2 strategija: bioaugmentacija su šalčiui atspariu dumblu

Įrodyta, kad į MBBR sistemą įtraukus aktyvųjį dumblą, kuriame yra psichotolerantiškų (šalčiui atsparių) bakterijų, paspartėja -paleidimas, pagreitėja bioplėvelės susidarymas ir stabilizuojamas apdorojimas žiemos sąlygomis. Strategija veikia, nes introdukuoti-šalčiui prisitaikę organizmai pirmiausia kolonizuoja nešiklius ir sukuria bioplėvelės bendruomenę, kuri jau yra optimizuota žemai temperatūrai prieš prasidedant sezoniniam vėsinimui.

Augalams regionuose, kuriuose numatomi šalti sezonai, laikas yra svarbus:rudenį pristatyti{0}}šalčiui atsparų sėklų dumblą, o vandens temperatūra vis dar viršija 15 laipsnių. Tai suteikia psichotoleruojančiai bendruomenei laiko įsitvirtinti ant nešiotojų, kol temperatūra nukrenta žemiau slenksčio, kai mezofiliniai organizmai nustoja veiksmingai konkuruoti.

3 strategija: NE{1}}Tarpininkaujantis Anammox pagreitis

Naujas atradimas, turintis praktinį potencialą: azoto oksido (NO) pridėjimas į MBBR sistemą, kuri apvalo nuotekas, kuriose yra daug -amonio (740 mg/L NH₃-N)žymiai pagreitino anamokso procesąžemoje temperatūroje. NO kartu su tarpinėmis azoto rūšimis, tokiomis kaip N2H4 ir NH2OH, stimuliuoja anamokso bakterijas ir mažina slopinamąjį nitrito (NO2⁻) poveikį šiems organizmams. Bandymo metu proporcingai padidėjo amoniaką{2}}oksiduojančių bakterijų gausa. Tai vis dar pažangi technika - dar nėra standartinė praktika -, tačiau ji rodo ateitį, kai cheminiai papildai gali palaikyti nitrifikaciją šaltu-oru nekaitinant viso bako.

3. Operatoriaus patobulinimas: kai standartinės medijos nepakanka

Standartiniai MBBR laikikliai - HDPE, PE arba PP - suteikia paviršių bioplėvelei pritvirtinti. Esant šiltai temperatūrai, to pakanka. Esant žemai temperatūrai, bioplėvelės susidarymo greitis žymiai sulėtėja. Pradžios- laikotarpis trunka nuo savaičių iki mėnesių. Susidaranti bioplėvelė yra plonesnė, ne tokia tvirta ir lengviau nupjaunama dėl aeracijos turbulencijos.Vežėjo tobulinimo technologijostai išspręskite modifikuodami laikiklį, kad būtų skatinamas greitesnis ir stipresnis bioplėvelės pritvirtinimas šaltomis sąlygomis.

Magnetiniai laikikliai: perspektyviausias šalto{0}}oro pagerinimas

Magnetinio nešiklio technologija į nešiklio medžiagą įterpia magnetinius miltelius (paprastai Nd2Fe₁₄B) kartu su paviršių -modifikuojančiomis medžiagomis, pvz., polikvateriu. Esant silpnam magnetiniam laukui, vienu metu veikia keli mechanizmai: magnetinės polimerizacijos ir adsorbcijos būdu (per magnetinę jėgą, Lorenco jėgą ir magneto-koloidinį poveikį) praturtinami organiniai teršalai, padidėja mikroorganizmų panaudojimas deguonies, skatinamas fermentų aktyvumas, pagerėja ląstelių membranų pralaidumas.

Išmatuotas našumo skirtumas yra reikšmingas. Atliekant lyginamuosius magnetinių laikiklių ir komercinių standartinių laikiklių bandymus žemoje temperatūroje, magnetiniai nešikliai pasiekė:

Paviršiaus-Modifikuoti ir alternatyvūs medžiagų laikikliai

Be magnetinės apkrovos, keli kiti operatoriaus tobulinimo metodai parodė, kad atliekant viso-masto bandymus pagerėjo našumas šaltu{0}}oru:

Nano{0}}pakabinami užpildai.10–12 laipsnių temperatūroje nano-modifikuoti nešikliai pasiekė bioplėvelės susidarymą maždaug per18 dienų- trumpesnis nei įprasti nešikliai -, kurių stabilus COD pašalinimo rodiklis yra apie 75 %. Panašu, kad nano-paviršiaus modifikacija pagreitina pradinį mikrobų prisitvirtinimą, o tai yra greitis{5}}ribojantis{6}}šalto vandens bioplėvelės vystymosi žingsnis.

Aukšto{0}}hidrofiliškumo lydinio korio laikikliai.Pagaminti iš labai hidrofilinių didelės{0} molekulinės masės lydinių, šie nešikliai pagerino paviršinio-aktyvių mikroorganizmų prisirišimą ir pagerino MBBR apdorojimo efektyvumą esant žemai temperatūrai pirminio sedimentacijos rezervuaro nuotekose.

Poliuretano putos su imobilizuotomis{0}}šalčiui atspariomis bakterijomis.Minkštos poliuretano putos su gerai{0}}išvystyta porų struktūra buvo naudojamos efektyvioms šalčiui atsparioms bakterijoms, išskirtoms iš aktyviojo dumblo, imobilizuoti. Esant žemai temperatūrai, sistema pasiekė82% COD pašalinimas ir 92% BDS pašalinimas- našumas, kurio standartiniai operatoriai negalėjo atitikti tokiomis pačiomis sąlygomis.

PVA gelio nešikliai.Polivinilo alkoholio (PVA) gelio nešikliai, užkrėsti heterotrofinėmis nitrifikacinėmis{0}}aerobinėmis denitrifikacinėmis (HN-AD) bakterijomis, buvo išbandyti kaip aktyviojo dumblo pakaitalas valant gyvulių nuotekas. Porėta PVA gelio struktūra užtikrino fizinę bakterijų apsaugą ir užtikrina stabilesnį veikimą nei standartiniai nešikliai. Mikrobų analizė patvirtino, kad PVA gelio nešikliai skatino tiek autotrofinių nitrifikatorių, tiek HN-AD bakterijų (Paracoccus ir Acinetobacter) augimą. Šis nešiklio tipas ypač įdomus nuotekoms su kintamu C/N santykiu, kur HN-AD organizmai gali keisti medžiagų apykaitos kelius pagal turimą anglies kiekį.

4. Proceso valdymas: trys svirtys, kurios palaiko šaltą MBBR

Nešėjų ir mikrobų strategijos nustato lubas. Proceso valdymas nustato, kaip arti prie jo priartėsite. Trys parametrai turi didžiausią svertą šaltu-oru MBBR našumui:

Ištirpęs deguonis: santykis svarbesnis nei absoliuti vertė

Įprasta išmintis yra tokia: „nitrifikacijai palaikyti 2–4 mg/l DO“. Esant žemai temperatūrai, to nepakanka. Tyrimai nustatė tikslesnę kontrolės strategiją:palaikyti pastovų DO ir bendrojo amoniako azoto (TAN) koncentracijos santykį. Kai šis santykis yra 0,17 arba mažesnis, nitrifikacijos procesas išlieka stabilus net esant6 laipsnis. Tai iš esmės skiriasi nuo fiksuoto-DO metodo, naudojamo dirbant šiltu{2}}oru, valdymo filosofija iš esmės skiriasi.

Praktinė reikšmė: įdiekite internetinius amoniako analizatorius kartu su DO zondais. Pasikeitus amoniako koncentracijai (sezoniniai pokyčiai, paros apkrovos svyravimai), DO nustatyta vertė turi keistis kartu su ja -, o ne 2 mg/l. Esant žemai temperatūrai, sistemai reikia proporcingai daugiau deguonies vienam amoniako vienetui, kad įveiktų sumažėjusį fermentų aktyvumą.

Aeracijos strategija taip pat svarbi. Pertraukiamasis aeravimas sėkmingai naudojamas norint pasiekti visišką nitrifikaciją 10 laipsnių kampu apdorojant anaerobiškai iš anksto{2}}apdorotas virtuvės atliekas ir juodąjį vandenį. Uždarosios aeracijos sistemos buvo naudojamos pramoninių nuotekų valymui žemoje temperatūroje, siekiant išspręsti bioplėvelės susidarymo sunkumus,95,5% COD pašalinimas ir 91% amoniako pašalinimas.

C/N santykis: rankenėlė, valdanti heterotrofo{0}}nitrifikatoriaus balansą

Anglies -ir-azoto santykis yra pagrindinis heterotrofų ir nitrifikatorių konkurencijos valdymo svirtis. Kai C/N santykis yra nuo 4 iki 15, COD šalinimo rodikliai išlieka didesni nei 90 % - heterotrofai yra gerai-maitinami ir veiksmingi. Bet kai C/N nukrenta iki 1, COD pašalinimas žlunga. Tuo tarpu amoniako pašalinimas vyksta atvirkštine tvarka: taididėja, tada mažėjamažėjant C/N, nes vidutinis anglies ribojimas slopina heterotrofinę konkurenciją, nebadydamas denitrifikacijai reikalingos anglies sistemos.

Komunalinių nuotekų valymui šaltu-oru MBBR veikia maloni vietaC/N 4–8- pakankamai žemas, kad apribotų heterotrofinį peraugimą, kuris kitu atveju uždusintų nitrifikatorius, bet pakankamai didelis, kad palaikytų denitrifikacijos etapą. Tyrimai rodo, kad jūrų kultūros nuotekųsumažinant C/Niš tikrųjų pagerino ir COD, ir amoniako pašalinimą - intuityvus intuityvus atradimas, kuris pabrėžia poreikį pritaikyti šį parametrą kiekvienai konkrečiai nuotekai.

Hidraulinio palaikymo laikas: paprasčiausias šalčio{0}}orų sprendimas

Jei yra vienas eksploatacinis reguliavimas, kuris nuolat gerina MBBR našumą šaltu{0}}oru visų tipų nuotekoms, tai yrapailgina hidraulinio sulaikymo laiką. Esant 5 laipsniams, sumažinus PHT, smarkiai sumažėja teršalų pašalinimo efektyvumas. Tai nustatė žemės ūkio ne{3}}taškinių taršos šaltinių valymo tyrimai8 valandos buvo minimali PHTužtikrinti visišką nitratų denitrifikaciją į azoto dujas esant 5 laipsniams.

Ryšys tarp PHT ir efektyvumo nėra tiesinis. Skirtingos sistemos rodo skirtingas optimalias PHT vertes: 6 valandos kempinės- tipo nešiotojams viename tyrime, 24 valandos MBBR, apdorojant bendruosius teršalus žemoje temperatūroje, kitame. Viso masto DE oksidacijos griovys + MBBR kombinuotame procese sumažinus PHT nuo 15,4 iki 11,0 valandų, šalinimo efektyvumas laipsniškai sumažėjo -, tačiau nuotekos vis tiek atitiko kokybės tikslus, o tai rodo MBBR būdingą atsparumą smūgiams{10}}net šaltomis sąlygomis.

Praktinė taisyklė:skirtas žiemos PHT, o ne vasaros PHT. Jei jūsų leidimas reikalauja atitikties ištisus metus-, žiemos sąlygos lemia bako tūrį. Daugelis gamyklų vasarą dirba su pertekliniu pajėgumu, kad išgyventų žiemą -, o MBBR modulinis pobūdis daro tai ekonomiškai naudingą, nes nešiklio užpildymo koeficientą galima reguliuoti sezoniškai.

Procesų deriniai: dviejų{0}}pakopų ir kelių{1}}taškų sistemos

Kai vienos{0}}pakopos MBBR negali atitikti-šalto oro tikslų, kitas veiksmas yra proceso derinimas. Kelios konfigūracijos buvo patvirtintos visu mastu:

5. Šaltas-oras MBBR Action Cheat Sheet

Naudokite šią temperatūros{0}}nuorodą, kad planuotumėte šalto-oro MBBR strategiją. Kiekvienai temperatūros juostai reikalingas skirtingas įsikišimo lygis:

Bottom line: dizainas sausio, o ne liepos mėn

MBBR turi būdingą pranašumą prieš aktyvųjį dumblą veikiant šaltu -oru - bioplėvelės architektūra išlaiko nitrifikuojančią biomasę, kuri išplaunama iš suspenduotos-augimo sistemos. Tačiau „įgimtas pranašumas“ nėra tas pats, kas „garantuotas atitikimas“. Tyrimas yra aiškus trimis punktais:

1. Vežėjo pasirinkimas yra svarbesnis šaltu metu.Standartiniai HDPE nešikliai, kurie gerai veikia 20 laipsnių temperatūroje, negali pasirinkti psichofilinių nitrifikuojančių bendruomenių 5 laipsnių temperatūroje. Jei tikimasi veikti šaltu-oru, išbandykite nešiklius šaltomis sąlygomis. Patobulinti laikikliai -, magnetiniai, modifikuoti paviršiai- arba alternatyvi-medžiaga - turi išmatuojamų našumo pranašumų, kurie pateisina jų kainą esant šaltam-klimatui.

2. Proceso valdymas turi pereiti nuo fiksuotų kontrolinių taškų prie santykio{1}}pagrįsto valdymo.DO:TAN santykis, o ne absoliutus DO, yra valdymo parametras, užtikrinantis nitrifikacijos stabilumą žemoje temperatūroje. C/N santykio valdymas gali slopinti heterotrofinę konkurenciją. HRT plėtinys yra paprasčiausias, patikimiausias šalto{2}}oro veikimo įrankis - pritaikyti bako tūrį žiemos sąlygoms.

3. Mikrobų bendruomenės inžineriniai darbai, tačiau tam reikia laiko.Laipsniškas prisitaikymas prie temperatūros, rudens bioaugmentacija su šalčiui{0}}tolerantišku sėklų dumblu ir psichofilinio sodrinimo nešiklio pasirinkimas yra strategijos, kurias reikia įgyvendinti.priešprasideda šaltasis sezonas. Jie nėra avariniai pataisymai. Suplanuokite šalto{2} oro mikrobų strategiją rugpjūčio, o ne gruodžio mėn.