Veiklos optimizavimas ir mikrobų bendruomenės perėmimas nuolatiniame -tekėjimo beanoksiniame MBBR-AAO procese, skirtame pagerinti azoto ir fosforo pašalinimą iš komunalinių nuotekų

Našumo optimizavimas ir mikrobiologinis Bendruomenės tęstinumo -Flow Anoxic MBBR-AAO procesas

Pastaraisiais metais pažangus miesto nuotekų valymas ir išteklių perdirbimo realizavimas tapo karštomis temomis vandens aplinkosaugos srityje. Tačiau nuotekų valymo įrenginiuose plačiai taikomi tradiciniai azoto ir fosforo šalinimo procesai lemia ne tik pernelyg didelį išteklių švaistymą, bet ir padidina eksploatavimo išlaidas [1]. Be to, laipsniškas anglies -ir -azoto santykio (C/N) mažėjimas miesto nuotekose ir skirtingų funkcinių mikrobų bendruomenių gyvenamosios aplinkos skirtumai tapo svarbiais vandens valymo technologijas ribojančiais veiksniais.

Dumblo -plėvelės hibridinis MBBR procesas sujungia aktyviojo dumblo procesą su suspenduoto nešiklio bioplėvelės procesu, kad būtų pagerintas funkcinių mikroorganizmų sodrinimas, išspręstos didelės žemės užėmimo ir prastos tradicinio aktyviojo dumblo proceso tolerancijos žemai -temperatūrai problemas [2]. 2008 m. Wuxi Lucun nuotekų valymo įrenginys Dziangsu provincijoje, kaip pirmasis nuotekų valymo įrenginys Kinijoje, atlikęs modernizavimą ir rekonstrukciją pagal IA klasės standartus, sėkmingai pagerino valymo efektą, į dumblo sistemą įtraukdamas pakabinamus nešiklius [3]; Hu Youbiao ir kt. [4] tyrė temperatūros poveikį amoniakinio azoto ir organinių medžiagų pašalinimui MBBR ir aktyviajame dumble, ir rezultatai parodė, kad temperatūra turėjo mažesnę įtaką MBBR, bet didesnę įtaką aktyviajam dumblui; Zhang Ming ir kt. [5] naudojo A²O-MBBR procesą kaimo buitinėms nuotekoms valyti, todėl buvo pasiektas didelis COD, amoniakinio azoto, TP ir TN pašalinimo greitis; Zhou Jiazhong ir kt. [2], atlikus nedidelio masto eksperimentus, nustatyta, kad DO, temperatūra teigiamai koreliavo su dumblo{14}plėvelės hibridine MBBR sistema, o įtekančio C/N santykis buvo neigiamai koreliuojamas.

Beanoksinio MBBR (AM{0}}MBBR) procesas gali vienu metu atlikti denitrifikaciją ir fosforo pašalinimą anoksiniame rezervuare, kuris taip pat yra denitrifikuojančio fosforo šalinimo (DPR) procesas. Palyginti su tradiciniais nuotekų valymo procesais, DPR procesas gali sutaupyti organinės anglies šaltinių ir sumažinti deguonies suvartojimą. Zhang Yongsheng [6] ir kt. sukūrė nepertraukiamo srauto bioplėvelės reaktorių, o rezultatai parodė, kad esant 20 laipsnių temperatūrai, DO koncentracijai 5,5 mg/L, apkrovai 2,2 kg/(m³·d) ir su pertraukiamomis aeracijos sąlygomis anaerobiniu 3 h/aerobiniu 6 val., vidutinės COD ir lphenfluo koncentracijos phos6 mg/l. 0,67 mg/l, pašalinimo rodikliai atitinkamai 72,9 % ir 78,5 %.

Tačiau naudojant dumblo{0}}plėvelės hibridinę AM-AAO sistemą, tarp suspenduoto flokuliuojančio dumblo ir pritvirtintos bioplėvelės yra sudėtingas ryšys. Ankstesni tyrimai buvo skirti inžinerinei praktikai, pvz., pasiūlymų teikimui ir nuotekų valymo įrenginių rekonstrukcijai, tačiau atlikta nedaug sinchroninės nitrifikacijos ir DPR tyrimų, siekiant pagerinti azoto ir fosforo pašalinimą nuolatinio -tekančio dumblo-plėvelės hibridinėse AM-AAO sistemose, o teršalų šalinimo technologijos sudėtingumas taip pat yra šio proceso stabilumas.

Šis tyrimas optimizavo nuolatinio-tekėjimo (AAO) ir nuolatinio-tekėjimo dumblo-plėvelės hibridinių (AM-AAO) procesų paleidimo ir veikimo strategijas, daugiausia dėmesio skiriant aeracijos greičio, užpildo dozės, hidraulinės sulaikymo trukmės (HRT), C ir nitrifikacijos skysčio santykio bei grįžtamojo srauto santykiui tirti. ilgalaikis AM-MBBR proceso azoto ir fosforo šalinimo efektyvumas ir denitrifikuojančio fosforo šalinimo efektyvumas bedegiminiame rezervuare. Tuo pačiu metu buvo tiriama mikrobų bendrijų sukcesija ir funkcinių mikrobų bendrijų kitimo taisyklės aktyviajame dumble ir bioplėvelėje.

1 Medžiagos ir metodai

1.1 Eksperimentinis įrenginys ir veikimo parametrai

Šiame tyrime buvo naudojamas nepertraukiamo -tekėjimo AAO reakcijos įtaisas (1 pav.). Jis buvo pagamintas iš organinio stiklo, iš viso turi 7 skyrius, kurių kiekvienas buvo 10 cm × 10 cm × 40 cm dydžio; darbinis tūris buvo 21 L, o kiekvieno reakcijos bako tūrio santykis buvo anaerobinis: anoksinis: aerobinis=2:2:3. Mechaninis maišymas buvo pritaikytas anaerobiniuose ir anoksiniuose rezervuaruose; aerobinis bakas naudojo aeruojamąsias smėlio galvutes kaip mikro{11}}akytas aeratorius ir išorinę jėgą dumblo-vandeniui maišyti, o aeracijos greitis buvo valdomas dujų srauto matuokliu. DO koncentracija reaktoriaus aerobiniame bake buvo kontroliuojama 2-3 mg/l; antrinis nusodinimo rezervuaras buvo apie 40 l darbinio tūrio cilindras; dumblo sulaikymo laikas (SRT) buvo 40 d., o dumblo refliukso santykis buvo 50%. Reaktorius iš viso veikė 263 d. (suskirstytas į 6 veikimo etapus), o nuo 159 dienos į anoksinį rezervuarą buvo įpilta polietileno užpildų, kad veiktų AM-AAO režimu. Konkrečios veikimo sąlygos pateiktos 1 lentelėje.

(1 pav. AM-AAO proceso įrangos schema: paveikslėlyje yra vandens įleidimo kibiras, peristaltinis siurblys, anaerobinis bakas, anoksinis bakas, aerobinis bakas, nuosėdų bakas, vandens išleidimo kaušas, taip pat vidinis grįžtamasis srautas, dumblo grįžtamojo srauto vamzdynai ir išleidimo vožtuvai)

1 lentelė Proceso sistemos tipas ir veikimo parametrai

1.2 Inokuliuotas dumblas ir įtekančio vandens kokybė

Inokuliuotas dumblas šiame eksperimente buvo paimtas iš perteklinio dumblo, išleidžiamo iš nuotekų valymo įrenginio antrinio nusodinimo rezervuaro. Po inokuliacijos dumblo koncentracija (MLSS) reaktoriuje buvo 2,3 g/l, o dumblo lakiųjų kietųjų dalelių (MLVSS) – 2,1 g/l.

Į reaktorių pateko faktinės buitinės nuotekos iš restoranų, kurios buvo įpilamos į reaktorių išfiltravus priemaišas per filtro sietą. Jo teršalai buvo NH₄⁺-N (35.0456,54 mg/l), NO₂⁻-N (00,42 mg/l), NO₃⁻-N (00,05 mg/l), COD (362,1605,1 mg/L) ir PO₄³⁻-P (1–5,08 mg/l).

1.3 Aptikimo elementai ir analizės metodai

1.3.1 Įprasti aptikimo metodai

Dumblo -vandens mėginiai buvo paimti iš įtekėjimo, anaerobinio rezervuaro, bedegiminio rezervuaro, aerobinio rezervuaro, sedimentacijos rezervuaro ir nuotekų ir filtruojami 0,45 μm filtravimo popieriumi. NH₄⁺-N buvo nustatytas Neslerio spektrofotometru; NO₂⁻-N buvo nustatytas N-(1-naftil)etilendiamino fotometrija; NO₃⁻-N buvo nustatytas ultravioletinių spindulių spektrofotometrija; COD buvo nustatytas Lianhua 5B-3A COD kelių parametrų greituoju detektoriumi; pH/DO ir temperatūra nustatyti WTW Multi3620 detektoriumi; MLSS nustatytas gravimetriniu metodu; MLVSS buvo nustatytas mufelinės krosnies deginimo svorio mažinimo metodu [7].

1.3.2 Ekstraląstelinių polimerinių medžiagų ekstrahavimas ir aptikimas

Laikoma, kad tarpląstelinės polimerinės medžiagos (EPS) yra sudarytos iš polisacharidų (PS), baltymų (PN) ir huminių rūgščių (HA). Buvo atskirtos ir ekstrahuotos trijų tipų EPS, būtent tirpios ekstraląstelinės polimerinės medžiagos (S-EPS), laisvai surištos ekstraląstelinės polimerinės medžiagos (LB-EPS) ir sandariai surištos ekstraląstelinės polimerinės medžiagos (TB-EPS). PS nustatymo metodas buvo sieros rūgšties-antrono metodas, o PN ir HA nustatymo metodai buvo modifikuoti Folin-Lowry metodu [7].

1.3.3 Teršalų pašalinimo greičio apskaičiavimo metodas

Teršalų pašalinimo greitis (SRE) buvo naudojamas bendram teršalų pašalinimui iš AM-AAO proceso sistemos apibūdinti. Tarp jų Sinf ir Seff yra atitinkamai teršalų koncentracijos įtekamajame ir nuotekose, kurios gali parodyti teršalų, tokių kaip NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD ir PO₻{5}₁ in{5}₳, masės koncentracijas. nuotekos, mg/l.

1.3.4 Didelio našumo- sekos metodas

Buvo naudojamas „Illumina“ didelio{0}}našumo sekos metodas. Dumblo mėginiai iš anaerobinio rezervuaro, anoksinio rezervuaro ir aerobinio rezervuaro 1, 110, 194 ir 237 dienomis buvo paimti ir pavadinti D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), D110 (D110_A1, D110_A4, D110_A, D114 (D114) D194_A2, D194_O) ir grupė D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O) atitinkamai; 194 ir 237 dienomis buvo paimti bioplėvelės dumblo mėginiai ir atitinkamai pavadinti M194 ir M237. Iš viso buvo ištirta 14 dumblo mėginių, siekiant nustatyti mikrobų bendrijų pokyčius. DNR buvo išgauta naudojant Fast DNA SPIN rinkinį (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, JAV). Bakterinio 16S rRNR geno V3-V4 sritis buvo amplifikuota 338F/806R pradmenimis. Išgryninti amplikonai buvo sekvenuoti Illumina MiSeq PE300 platformoje (Illumina, JAV) Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Šanchajus, Kinija) [7].

2 Rezultatai ir aptarimas

2.1 Ilgalaikės-AAO ir AM{2}}AAO procesų teršalų pašalinimo taisyklės

Ilgalaikis-teršalų pašalinimas vykstant nuolatiniam-tekėjimo AAO procesui (1 etapas3) ir AM-AAO procesas, pridedant suspenduotų polietileno užpildų (4 etapai6) parodyta 2 paveiksle.

1 etape (1–45 d.) PO₄³⁻-P išsiskyrimo kiekis (PRA) anaerobiniame rezervuare, PO₄³⁻-P kiekis anoksiniame bake (PUAA) ir PO₄³⁻-P kiekis aerobiniame bake (PU6.06) mg. 14,22 mg ir 87,81 mg atitinkamai, o fosforo įsisavinimo procesas daugiausia buvo pasiektas aerobiniame bake. NH₄⁺-N ir bendro neorganinio azoto (TIN) pašalinimo greitis buvo atitinkamai 92,85 % ir 86.37 %, užtikrinant denitrifikacijos efektą. Tiksliai sureguliavus aeraciją (DO=2~3 mg/L), NH₄⁺-N pašalinimo efektas padidėjo iki 98,68 %, o nuotekų TIN koncentracija ir pašalinimo greitis buvo atitinkamai 1,75 mg/L ir 95,75 %, o tai rodo, kad tinkamas konfiskavimo ir denitrifikacijos reguliavimas; susilpnėjo COD šalinimo efektas anaerobiniame rezervuare (91,60%). Be to, tikslus -DO derinimas neturėjo jokios įtakos nuotekoms PO₄³⁻-P – vidutiniškai 0,47 mg/l, o tai atitinka Yang Sijing ir kt. [8].

2 stadijoje (46–120 d.), pakoregavus HRT=8 h, COD pašalinimo efektyvumas šiek tiek svyravo; maksimalios PRA, PUAA ir PUAO vertės pasiekė 148,01 mg, 81,95 mg ir 114,15 mg, o tai rodo, kad įtekančio srauto padidėjimas neturėjo įtakos fosforo pašalinimui ir išlaikė aukštą NH₄⁺-N ir TIN šalinimo efektyvumą. 72 dieną nitrifikacijos skysčio refliukso santykis buvo padidintas iki 300% ir 400%. Padidėjęs refliukso koeficientas sumažino TIN pašalinimo efektą, pašalinimo rodikliai atitinkamai 80,37% (300%) ir 68,68% (400%). Nuo 108 iki 120 dienos nitrifikacijos skysčio refliukso santykis buvo nustatytas 250%. ChDS pašalinimo kiekis anaerobiniame rezervuare esant 250 % nitrifikacinio skysčio refliukso santykiui (127,1 mg/L) buvo didesnis arba lygus kitų (86.2 mg/L, 124,7 mg/L ir 128,0 mg/L atitinkamai 200 %, 300 % ir 400 %); fosforo koncentracijos nuotekose, atitinkančios skirtingus refliukso santykius, buvo 0,52 mg/L, 0,35 mg/L ir 0,06 mg/L, o tai rodo, kad nitrifikacijos skysčio refliukso santykio padidinimas tam tikrame diapazone gali paskatinti fosforo pašalinimą. Be to, 250 % refliukso santykis buvo geras denitrifikacijos našumas, o TIN pašalinimo rodiklis buvo 86.86%.

3 etape (121–158 d) nitrifikacijos skysčio refliukso santykis buvo fiksuotas 250%. 131 dieną įtekamasis srautas buvo padidintas iki 5 l/h, sumažėjo ChDS ir fosforo šalinimo efektai, o nuotekų koncentracijos atitinkamai buvo 73,3 mg/L ir 3,92 mg/L, o tai rodo, kad padidėjus įtekamajam srautui, nevalius išleidžiama daugiau COD. Be to, didžiausi NH₄⁺-N ir TIN pašalinimo rodikliai buvo atitinkamai 93,82 % ir 79,12 %, tarp kurių NO₃⁻-N tapo pagrindiniu nuotekų teršalu (4,70 mg/L). 139 dieną įtekėjimo srautas buvo sumažintas iki 4 l/h, nuotekų ChDS ir pašalinimo greitis buvo atitinkamai 55,7 mg/l ir 85,97 %, o tai buvo didesnis nei anglies šalinimo efektyvumas esant PHT=5.6 h, o tai rodo, kad sumažinus PHT gali sumažėti COD šalinimo efektas. Be to, didžiausi NH₄⁺-N ir TIN pašalinimo rodikliai buvo 100 % ir 97,41 %, o tai rodo, kad PHT koregavimas paskatino nitrifikaciją ir denitrifikaciją, tačiau per trumpas PHT gali sumažinti denitrifikacijos efektą. Todėl, kai PHT=7 h, pakanka, kad kiekvienoje talpykloje vykstančios reakcijos vyktų iki galo, o reikšmingas PHT padidėjimas denitrifikacijos efektui turi mažai įtakos.

159 dieną į AAO proceso anoksinį baką buvo įpilta 20% suspenduotų polietileno užpildų. 4 etape (159–209 d.) buvo pagerintas COD ir PO₄³⁻-P pašalinimo našumas. Nuo 172 dienos įtekančio NH₄⁺-N koncentracija buvo padidinta iki 64,17 mg/L (C/N=8.59), nuotekų ChDS ir pašalinimo greitis buvo atitinkamai 77,7 mg/L ir 86.06%. Priežastis gali būti ta, kad bioplėvelė augo lėtai, o aktyvusis dumblas daugiausia prisidėjo prie daugumos ChDS pašalinimo; pakabinami užpildai padidino PO₄³⁻-P pašalinimo greitį 1,18 %. Tačiau padidėjus įtekamam NH₄⁺-N kiekiui beanoksiniame rezervuare, reikėjo daugiau anglies šaltinių NO₃⁻-N denitrifikacijos procesui, o tai neskatino fosforo išsiskyrimo ir PAO įsisavinimo; tuo pačiu metu ši operacija visiškai nesumažino NO₃⁻-N, o minimali nuotekų koncentracija buvo 7,30 mg/l. 185 dieną, pakeitus PHT į 5,6 val., buvo nustatyta, kad COD pašalinimo efektas šiek tiek svyravo, pašalinimo rodiklis buvo 86.05 %; nuotekų PO₄³⁻-P koncentracija padidėjo 0,05 mg/l, kartu padidėjo PUAA (nuo 13,02 mg iki 18,90 mg), o tai rodo, kad dumblas ir bioplėvelė sinergiškai veikė tam tikrą fosforo šalinimo efektyvumą. Be to, nuotekų NH₄⁺-N, NO₃⁻-N ir TIN koncentracijos buvo atitinkamai 10,23 mg/L, 6,52 mg/L ir 16,82 mg/L, o tai rodo, kad sumažinus PHT sumažėtų NH₺N{3}. 195 dieną PHT buvo sureguliuotas iki 7 val., o šiuo metu teršalų kiekis nuotekose sumažėjo, o sistemos azoto ir fosforo šalinimo bei organinių medžiagų šalinimo savybės palaipsniui atsigavo.

5 etape (210–240 d.) įtekančio NH₄⁺-N koncentracija buvo padidinta iki 84,06 mg/L (C/N=6.28), o aktyvusis dumblas vis tiek prisidėjo prie organinių medžiagų šalinimo. NH₄⁺-N padidėjimas turėjo mažai įtakos COD pašalinimui. Anaerobiniame rezervuare absorbuota COD dalis buvo 68,02%, o didžioji dalis organinių medžiagų buvo absorbuota PAO anaerobiniame rezervuare ir susintetinta į vidinius anglies šaltinius (PHA), o anaerobinis fosforo išsiskyrimas buvo visiškai baigtas [9]. Didžiausias PRA buvo 72,75 mg, o PUAA ir PUAO atitinkamai buvo 35,82 mg/l ir 48,20 mg/l, tačiau pagrindinis fosforo pasisavinimas vis tiek buvo iš aerobinio bako. 221 dieną užpildymo koeficientas buvo padidintas iki 30%, o nuotekų NH₄⁺-N ir TIN koncentracijos sumažintos atitinkamai 4,49 mg/L ir 5,16 mg/L; tarp jų NH₄⁺-N ir NO₃⁻-N sudarė atitinkamai 70,11 % ir 28,75 % nuotekų TIN. 231 dieną įtekančio NH₄⁺-N koncentracija buvo pakoreguota iki 66,34 mg/L, o sistemos teršalų šalinimo efektyvumas iš esmės buvo stabilus.

6 etape (241–263 d) reaktoriaus temperatūra buvo reguliuojama, siekiant ištirti jos poveikį teršalų pašalinimui. 241 dieną temperatūra buvo sumažinta iki 18 laipsnių, ChDS pašalinimo greitis sumažėjo iki 84,37%, tačiau dėl temperatūros kritimo CHD kitimo taisyklė nepasikeitė. Pašalinimo dalis anaerobiniame rezervuare buvo didžiausia – 62,02%, denitrifikuojantis fosforo šalinimo procesas anoksiniame rezervuare sunaudojo 26,72% COD, NO₃⁻-N koncentracija aerobinio rezervuaro nuotekose buvo 10,44 mg/L ir 8}5NH₄₺}50 mg{10}N. liko; be to, PRA mažiau paveikė temperatūra, tačiau sumažėjo anoksinio rezervuaro fosforo pasisavinimo efektyvumas, PUAA buvo tik 19,77 mg, o fosforo aerobiniame bake pasišalino 3,94 mg/l. Dauguma psichofilinių PAO vykdė aerobinį fosforo pasisavinimo procesą [10]. Toliau sumažinus temperatūrą iki 13 laipsnių, NH₄⁺-N ir TIN pašalinimo rodikliai sumažėjo atitinkamai 6,38 % ir 6,25 %; tuo pačiu metu PUAA ir PUAO sumažėjo atitinkamai 7,77 mg ir 15,00 mg, o tai gali būti susiję su mikrobų aktyvumo ir augimo bei medžiagų apykaitos pajėgumų sumažėjimu, kurį sukelia temperatūros kritimas. Jin Yu [11] nustatė, kad esant žemesnei nei 14 laipsnių temperatūrai, sunku užtikrinti sistemos nuotekų teršalų koncentraciją.

(2 pav. Teršalų pašalinimas iš AAO ir AM{1}}AAO procesų ilgalaikio-eksploatavimo metu: įskaitant (c) NH₄⁺-N koncentracijos kreives ir pašalinimo greitį, besikeičiantį darbo dienomis, (d) NOₓ⁻-N koncentracijos kreivės, kintančias keičiantis darbo dienoms, (e) ašis šalinant, keičiantis darbo dienoms, (e) ašis. (0–260 d.), o vertikalios ašys yra atitinkamai ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹) ir pašalinimo greitis/%, atitinkamai, kreivėse.

2.2 Teršalų kaitos taisyklės tipiniuose AAO ir AM{1}}AAO procesų cikluose

Siekiant toliau tirti teršalų pašalinimo iš AAO ir AM{0}}AAO procesų mechanizmą, buvo analizuojami teršalų koncentracijos pokyčiai tipiniuose skirtingų veikimo etapų cikluose, kaip parodyta 3 paveiksle.

42 dieną (1 etapas) AAO procesas gerai denitrifikavo ir pašalino fosforą. Tačiau didelis COD kiekis nepagerino fosforo išsiskyrimo, o PRA šiuo metu buvo 9, 13 mg / l. Be to, NH₄⁺-N buvo suvartotas iš anksto, patekus į bevandenį baką; tada anoksinis bakas sumažino susidariusį NO3⁻-N į N2; tačiau aerobinis rezervuaras pašalino tik 3,52 mg/l NH₄⁺-N, o tai gali būti dėl ilgo PHT 1 etape, dėl kurio padidėjo DO, grįžo į bevandenį rezervuarą, o didžioji dalis NH₄⁺-N buvo baigta nitrifikacija beanoksiniame rezervuare, todėl aerobinė koncentracija buvo maža.

118 dieną (2 stadija), mažėjant įtekamajam COD, pablogėjo fosforo išsiskyrimas ir denitrifikacijos rodikliai. Fosforo išsiskyrimo koncentracija anaerobiniame rezervuare buvo 5,91 mg/L, o NO₃⁻-N koncentracija aerobinio rezervuaro nuotekose buvo 8,20 mg/l. PO₄³⁻-P koncentracija bedegiminiame rezervuare sumažėjo iki 2,78 mg/L, o tai rodo, kad PO₄³⁻-P buvo pašalintas bedegiminiame bake. Be to, šiuo metu nitrifikacijos skysčio refliukso santykis buvo fiksuotas 250%. Palyginti su 300% ir 400% refliukso santykiais, pagerėjo proceso azoto ir fosforo bei organinių medžiagų šalinimo savybės, o tai rodo, kad padidinus nitrifikacijos skysčio refliuksą tam tikrame diapazone, gali padidėti teršalų pašalinimo efektas.

207 dieną (4 stadija), pakoregavus įtekamąjį NH₄⁺-N ir PHT AM-AAO procese, COD pašalinimo rodiklis buvo 86.15%; aerobinis bakas pašalino 13,34 mg/l NH₄⁺-N, likusi TIN koncentracija buvo 7,51 mg/L ir buvo pagaminta 4,39 mg/l NO₃⁻-N, o NO₃⁻-N tapo dominuojančiu teršalu išmetamuose teršaluose. Nebuvo reikšmingo skirtumo tarp fosforo pašalinimo tarp anoksinio bako ir aerobinio bako. Be to, įtekančio NH₄⁺-N padidėjimas neturėjo įtakos nitrifikacijai, tačiau įtekančio TIN koncentracijos padidėjimas sumažino AM-AAO proceso denitrifikacijos efektyvumą ir taip paveikė TIN pašalinimą.

262 dieną (6 etapas) reaktoriaus temperatūra buvo 13 laipsnių, o COD pašalinimo greitis šiuo metu buvo 83,67%. Tuo pačiu metu anaerobiniame rezervuare buvo išleista 6,95 mg/l fosforo; 20,22 mg/L NH₄⁺-N buvo sunaudota be oksidacijos rezervuaro ir buvo atlikta denitrifikacija, o NO₃⁻-N koncentracija bedegiminio rezervuaro nuotekose buvo 5,07 mg/L; aerobinio bako TIN nuostolis buvo 1,32 mg/l; TIN pašalinimo greitis buvo 77,00%, o nuotekose TIN buvo 11,24 mg/l NH₄⁺-N, o tai rodo, kad žema temperatūra sumažino nitrifikuojančių ir denitrifikuojančių bakterijų aktyvumą, todėl teršalai nuotekose buvo pašalinti nevisiškai. Be to, PRA sumažėjo iki 6,95 mg/l, o anoksinio rezervuaro ir aerobinio rezervuaro fosforo įsisavinimo charakteristikos sumažėjo atitinkamai iki 2,41 mg/l ir 3,61 mg/l, o tai rodo, kad reaktoriaus temperatūros sumažėjimas stabdė PAO fosforo šalinimo efektyvumą, o tai sumažino PEFRAentą. fosforo koncentracija.

(3 pav. Teršalų pokyčiai tipiniais ciklais: įskaitant (a) 42 AAO proceso dieną, (b) 118 AAO dieną, (c) 207 AM-AAO dieną, (d) teršalų koncentracijos kitimo kreives 262 AM-AAO proceso dieną. Vertikalioji ašis L ir koncentracija yra g/proceso ašis. teršalas (COD, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3 Ekstraląstelinių polimerinių medžiagų (EPS) sudėties ir turinio pokyčiai AAO ir AM{1}}AAO procesuose

Eksperimento metu buvo nustatyti ir išanalizuoti EPS sudėties ir turinio pokyčiai 101 dieną (AAO procesas) ir 255 dieną (AM-AAO procesas), kaip parodyta 4 paveiksle. Apskritai bendras EPS kiekis 101 ir 255 dienomis gali būti siejamas su TB-EPS turinio padidėjimu, o PN ir {7}EPPS pagrindinė dalis; 101 dieną bendras EPS kiekis anaerobiniame bake, anoksiniame bake ir aerobiniame bake rodė didėjimo tendenciją (atitinkamai 0,12 mg/gVSS, 0,29 mg/gVSS ir 0,37 mg/gVSS); tarp jų EPS kiekis labai padidėjo nitrifikacijos stadijoje, o tai gali būti dėl aktyvaus vidinių mikroorganizmų metabolizmo, kai sistema buvo veikiama aukšto anglies - ir -azoto santykio (C/N=5.9) sąlygomis [12]. Tačiau TB-EPS vaidino teigiamą vaidmenį formuojant dumblo flokus, o S-EPS ir LB-EPS turėjo neigiamą poveikį [8]; šiame eksperimente S-EPS ir LB-EPS kiekis buvo palyginti mažas, o tai sudarė sąlygas dumblo augimui; nuolatinio -tekėjimo dumblo-plėvelės hibridinėje sistemoje flokuliuojančio dumblo vaidmuo yra nepakeičiamas [2].

Be to, PN/PS keitimo taisyklės skirtinguose dumblo sluoksniuose kiekviename reakcijos rezervuare buvo skirtingos. PN kiekviename reakcijos bake visada buvo didesnis nei PS. 101 dieną PN/PS santykiai dumblo S-EPS, LB-EPS ir TB-EPS buvo atitinkamai 0,06, 1,62 ir 2,67, o 255 dieną jie buvo 0,03, 1,30, o PN ir 3 didėjimo tendencija. išorinis sluoksnis į vidinį dumblo elementų sluoksnį. Tačiau, kai reaktoriaus temperatūra buvo sumažinta iki 13 laipsnių, bendras EPS kiekis trijose talpyklose rodė didėjimo tendenciją (atitinkamai 0,28 mg/gVSS, 0,41 mg/gVSS ir 0,63 mg/gVSS). Priežastis gali būti ta, kad mikroorganizmai, negalintys prisitaikyti prie žemos temperatūros, žuvo arba autolizavosi, o šie negyvi mikroorganizmai išskirdavo EPS, dėl to padidėjo EPS kiekis dumble, arba žema temperatūra paskatino kai kuriuos psichofilinius mikroorganizmus išskirti daugiau EPS, kad prisitaikytų prie temperatūros kritimo reaktoriuje [13].

(4 pav. EPS kiekio ir sudėties pokyčiai 101 dieną (AAO procesas) ir 255 dieną (AM-AAO procesas): kairėje pusėje yra AAO procesas, o dešinėje pusėje yra AM-AAO procesas. Horizontali ašis yra reakcijos bakas (anaerobinės sistemos pabaiga, vertikalė, kairė, TB tipo pabaiga, EB ašis, aerobinio tipo galas, EB). turinys (mg·gVSS⁻¹), o dešinioji vertikali ašis yra PN/PS santykis. Ji apima PN, PS ir viso EPS turinio histogramas bei PN/PS santykio linijinę diagramą.

2.4 Mikrobų įvairovės ir populiacijų dinamiškos bendruomenės paveldėjimo taisyklės

Didelio -našumo sekos nustatymo rezultatai parodė, kad 14 dumblo mėginių sekų skaičius buvo 1 027 419, o kiekvieno mėginio OTU sekų skaičius parodytas 2 lentelėje. Mėginių aprėptis buvo didesnė nei 0,995, o tai rodo, kad sekos nustatymo rezultatai buvo labai tikslūs. D01 grupė apibūdino pradinę mikrobų bendruomenės struktūrą su aukštu Ace indeksu, o tai rodo, kad sistemos pradžioje{9}}buvo daug mikrobų rūšių. Sistemai transformavus iš AAO į AM{11}}AAO procesą, sumažėjo Ace indeksas, o AM-AAO sistemos mikrobų bendruomenės turtingumas sumažėjo. Be to, sumažėjo Simpsono indeksas, o tai rodo, kad sumažėjo mikrobų bendruomenės įvairovė. Pagal Ace indekso pokytį bendras rūšių skaičius anoksinės talpyklos bioplėvelės mikrobų bendruomenėje rodė mažėjimo tendenciją; Šenono indekso sumažėjimas įrodė, kad sumažėjo mikrobų bendruomenės įvairovė bioplėvelėje.

2 lentelė Mikrobų įvairovės indekso kitimas

The main phyla with relative abundance >Iš 14 mėginių buvo ištirta 10 % (5a pav.). D01 grupėje dominuoja aktinobakterijos (25,76 proc.32,90 proc., proteobakterijos (21,98 proc.27,16 proc., Bacteroidota (15,50 proc.18,36 proc. ir firmų (10,37 proc.)13,77 %; tačiau santykinis Actinobacteriota gausumas (16,89 proc.19,16 proc. ir Firmicutes (3,83 proc.D110 grupėje sumažėjo 6,52 proc., padidėjo santykinis proteobakterijų gausumas (32,96-40,75 proc.). AM-AAO proceso sistemoje aktinobakterijų sumažėjo greitai, net iki mažiau nei 3 % D237 grupėje, o proteobakterijų (33,72 %43,54 proc., Bacteroidota (17,40 proc.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% buvo Proteobakterijos (35,26%) ir Bacteroidota (30,61%), o tai rodo, kad bioplėvelės mikrobų bendruomenės struktūra buvo panaši į aktyviojo dumblo struktūrą. Mėginyje M237 santykinis Firmicutes gausumas sumažėjo iki mažiau nei 2%, o Acidobacteriota (5,33%) gausa padidėjo.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Nustatyta, kad D01 grupėje dominuojančios gentys buvo Candidatus_Microthrix (11,32 proc.20,65 proc., norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3,97 proc.6,36 proc., Trichococcus (6,99 proc.9,95 proc. ir Ornithinibacter (3,99 proc.6,41 %; po to, kai sistema buvo eksploatuojama AM-AAO procese, santykinis Candidatus_Microthrix gausumas smarkiai sumažėjo iki 0,02 % (D237 grupė); o norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 iš pradžių didėjo, o paskui mažėjo (grupė D237, 1,91 proc.2,91 proc.). Kai procesas buvo stabiliai veikiamas, Azospira tapo viena iš santykinai dominuojančių genčių (grupė D237, 7,37 proc.18,41 proc.). Be to, bioplėvelės iš esmės buvo panašios į dumblą, o santykinis norank_f__norank_o__Run-SP154 gausumas M194 ir M237 buvo atitinkamai 6,61 % ~ 7,66 % ir 7,43 %.

Iš viso sistemoje buvo atrinkta 12 amoniaką -oksiduojančių bakterijų (AOB), nitritus -oksiduojančių bakterijų (NOB), glikogeną -akumuliuojančių organizmų (GAO) ir fosforą -akumuliuojančių organizmų (PAO) (Table) genčių ir 1 šeima sistemoje. Nustatyta, kad D01 grupėje Nitrosomonas (0,02 proc.0,03 proc., Ellin6067 (0,01 proc.0,02 proc. ir Nitrospira (0,04 proc.0,07 %) gali užtikrinti NH₄⁺-N oksidaciją. Nitrosomonas ir Nitrospira sumažėjimą D110 grupėje gali lemti didelis vidinis refliukso koeficientas, tačiau Ellin6067 (0,01 proc.0,02%) nesutriko. D194 grupėje sistema veikė AM-AAO procesu, o PHT sumažinimas išplovė NOB ir kai kuriuos AOB. Įtekančio amoniakinio azoto kiekio padidėjimas gali būti priežastis, dėl kurios išaugo trijų pirmiau minėtų genčių santykinis gausumas D237 grupėje (5b pav.). Be to, AOB (Nitrosomonas ir Ellin6067, 0,03 proc.0,07 proc. ir NOB (Nitrospira, 0,01 proc.0,02%) M237 mėginyje šiek tiek padidėjo, o tai rodo, kad bioplėvelė padėjo dumblo sistemai pasiekti denitrifikacijos procesą.

D01 grupėje buvo daug PAO, įskaitant Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas ir Tetrasphaera. Candidatus_Microthrix (10,93% ~ 11,88%) ir PAO pokyčiai su santykiniu gausumu<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 ir 0,31 proc.0,39 % [14]. D237 grupėje Candidatus_Microthrix buvo beveik pašalintas (0,02 proc.), o jį pakeitę PAO, atlikdami fosforo šalinimo funkciją, buvo Defluviimonas (0,70 proc.1,07 proc. ir Dechloromonas (0,95 proc.1,06 %; be to, taip pat patvirtinta, kad Comamonadaceae šeima pasižymi fosforo šalinimo savybėmis [8], o santykinis Comamonadaceae gausumas anaerobiniame rezervuare arba anoksiniame rezervuare buvo palyginti didelis, maždaug du kartus didesnis nei aerobiniame rezervuare. Be to, Candidatus_Competibacter ir Defluviicoccus buvo dominuojančios GAO gentys visuose mėginiuose, tačiau dviejų genčių gausa D01 grupėje buvo<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 pav. Mikrobų bendruomenės sudėtis: (a) stulpelinė santykinio gausumo prieglobsčio lygmeniu diagrama. Horizontali ašis yra mėginys, o vertikali ašis – santykinis gausumas/. Ji apima pagrindines bakterijas, pvz., Actinobacteriota ir Proteobacteria; (b) Santykinio gausumo šilumos žemėlapis genties lygmeniu. Horizontali ašis yra santykinis gylio lygis. Vertikalios ašies lygis yra santykinis spalvos lygis. gausa)

3 lentelė Funkcinių grupių gausa 14 biologinių mėginių

3 Išvados

Naudojant faktines nuotekas kaip valymo objektą, buvo optimizuotos AM{0}}AAO proceso veikimo sąlygos. Nustatyta, kad procesą vykdant PHT=7 h, temperatūra apie 25 laipsniais, vidinis refliuksas=250%, SRT=40 d, dumblo refliuksas=50% ir anoksinio rezervuaro užpildymo greitis=30%, teršalų pašalinimo efektas buvo geriausias. Maksimalus NH₄⁺-N pašalinimo greitis buvo 98,57 %; nuotekų NO₃⁻-N koncentracija, PO₄³⁻-P koncentracija, TIN pašalinimo greitis ir COD pašalinimo greitis buvo atitinkamai 6,64 mg/L, 0,42 mg/L, 83,08 % ir 86.16 %.

Anaerobinis rezervuaras atliko gerus organinių medžiagų šalinimo ir fosforo išskyrimo procesus, tuo pačiu metu pašalinta 64,51 % ChDS ir 9,77 mg/l fosforo; anoksinis rezervuaras atliko geras denitrifikacines fosforo šalinimo reakcijas; aerobiniame bake buvo atlikti visi nitrifikacijos ir fosforo įsisavinimo procesai, NH₄⁺-N pašalinimo greitis ir PUAO buvo atitinkamai 97,85 % ir 59,12 mg.

Kai AM{0}}AAO procesas buvo stabiliai veikiamas, AOB padidėjimas (Ellin6067 ir Nitrosomonas, 0,02 % ~ 0,04 % → 0,04 %0,12 proc. ir NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0,04%) užtikrino pakankamą nitrifikacijos eigą, o NH₄⁺-N pašalinimo greitis padidėjo 8,35%; GAO (Candidatus_Competibacter ir Defluviicoccus, 1,31 proc.1.61% → 3.49%endogeniniame denitrifikacijos procese dominavo 4,46 proc.; PAO (Defluviimonas, Dechloromonas ir Comamonadaceae šeimos) augimas, 3,29 proc.8,67% → 3,79%~9,35%) buvo priežastis išlaikyti gerą fosforo šalinimo efektyvumą; be to, anoksinio rezervuaro bioplėvelės mikrobų bendruomenės struktūra iš esmės buvo panaši į aktyviojo dumblo struktūrą, kuri kartu užtikrino azoto ir fosforo pašalinimą iš sistemos.