A/O-MBBR حذف نیتروژن: آزمایشی-مطالعه مقیاس در دمای متوسط-دمای پایین

آزمایشی-مطالعه مقیاس روی یک سیستم چند مرحله‌ای A/O-MBBR برای حذف نیتروژن در دماهای متوسط-

نمای کلی

در سال های اخیر، چین به نتایج قابل توجهی در مدیریت محیط زیست آب دست یافته است، اما همچنان با مسائلی مانند کمبود منابع آب، آلودگی محیط زیست آب و آسیب زیست محیطی آب مواجه است. از منظر حفاظت از منابع آب، جلوگیری از آلودگی آب و احیای اکولوژی آب، ارتقای مستمر بهبود کارایی و اثربخشی تصفیه فاضلاب برای افزایش نرخ بهره برداری از منابع آب، بهبود کیفیت محیط آب، ارتقای کیفیت زندگی ملی، تسریع ساخت محیط زیست محیطی و پیروزی در نبرد برای آب پاک اهمیت زیادی دارد. در حال حاضر، بر اساس «استاندارد ملی تخلیه آلاینده‌ها برای تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری» (GB18918-2002)، دولت‌های محلی به‌طور متوالی الزامات جدیدی را برای کیفیت پساب تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری پیشنهاد کرده‌اند، با تقاضاهای ویژه‌تر در مورد شاخص‌هایی مانند ماده آلی، نیتروژن کل، آمونیاک و نیتروژن کل. فن‌آوری‌های سنتی تصفیه آب که توسط فرآیند لجن فعال ارائه می‌شوند با تنگناهایی مانند نیتریفیکاسیون بیولوژیکی محدود در دماهای پایین مواجه هستند. مطالعات متعدد نشان داده‌اند که عملکرد نیتریفیکاسیون فرآیند لجن فعال تحت شرایط دمای پایین به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد که با مسائلی مانند حجیم شدن شدید لجن و رسوب بیولوژیکی همراه است. بنابراین، شکستن گلوگاه دمای پایین و دستیابی به حذف بیولوژیکی پایدار و کارآمد نیتروژن به یک مشکل فوری تبدیل شده است که باید در زمینه تصفیه فاضلاب حل شود. فناوری راکتور بیوفیلم بستر متحرک (MBBR) در صدها تصفیه خانه فاضلاب در سراسر جهان به کار گرفته شده است. با توجه به حالت رشد متصل شده بیوفیلم در داخل راکتور و قابلیت تجدید مداوم آن، نه تنها دارای زیست توده بالایی است بلکه فعالیت بالایی نیز دارد. نتایج کاربرد در کشورهای شمال اروپا نیز نشان می دهد که در مقایسه با فرآیند لجن فعال، سازگاری قوی تری با دماهای پایین دارد.

به همین دلیل، این مطالعه با هدف قرار دادن ویژگی‌های فاضلاب شهری در چین، از مزایای MBBR و فرآیند چند مرحله‌ای A/Oxic/Oxic (A/O) برای حذف بیولوژیکی نیتروژن برای ساخت استفاده می‌کند.یک سیستم مقیاس سه مرحله‌ای-A/O-MBBR-. ظرفیت حذف سیستم برای مواد آلی، نیتروژن آمونیاکی و نیتروژن معدنی کل در شرایط دمای متوسط{1}}پایین مورد بررسی قرار گرفت. ظرفیت نیتریفیکاسیون و تغییرات مورفولوژیکی بیوفیلم در شرایط آزمایشی استاتیک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و پشتیبانی فنی برای دستیابی به حذف پایدار و کارآمد نیتروژن از فاضلاب شهری تحت شرایط دمای پایین و برای ساخت و تنظیم سیستم‌های چند مرحله‌ای A/O-MBBR ارائه شد.

1. مواد و روش ها

1.1 راه‌اندازی آزمایشی سیستم و حالت عملیات مقیاس{1}}پایلوت

جریان فرآیند ساخته‌شده در مقیاس سه مرحله‌ای-A/O-MBBR پایلوت-در زیر نشان داده شده است.شکل 1. سیستم مقیاس آزمایشی از سه مرحله بدون اکسیژن/اکسیک (A/O) تشکیل شده است که در مجموع به 10 ناحیه واکنش تقسیم شده است.اولین مرحله-زیرسیستم A/O-MBBR از مناطق واکنش بدون اکسیژن (A1، A2) و مناطق واکنش هوازی (O3، O4) تشکیل شده است.مرحله دوم-زیرسیستم A/O-MBBR از مناطق واکنش بدون اکسیژن (A5، A6) و مناطق واکنش هوازی (O7، O8) تشکیل شده است.مرحله سوم-زیرسیستم A/O-MBBR از یک منطقه واکنش بدون اکسیژن (A9) و یک منطقه واکنش هوازی (O10) تشکیل شده است. حجم موثر ازهر ناحیه واکنش فوق الذکر 1.4 متر مکعب (1 متر * 1 متر * 1.4 متر) با عمق موثر آب 1.4 متر است.. حامل های بیوفیلم معلق (رسانه) با سطح ویژه 500 متر مربع بر متر مکعب به هر بخش ناحیه واکنش، با نسبت پر شدن حامل 35 درصد برای همه اضافه شد.. اختلاط مکانیکی در نواحی واکنش بدون اکسیژن برای سیال نگه داشتن حامل‌ها استفاده شد، در حالی که هوادهی لوله سوراخ‌دار در مناطق واکنش هوازی مورد استفاده قرار گرفت.غلظت اکسیژن محلول در 3-9 میلی گرم در لیتر.

نرخ جریان ورودی واقعی سیستم مقیاس آزمایشی- (23.6 + 5.4) m³/d بود، با استفاده از توزیع ورودی دو نقطه‌ای، با نقاط ورودی تنظیم شده در مناطق واکنش A1 و O5، و نسبت ورودی 1:1. سیستم مقیاس آزمایشی دارای دو مجموعه چرخش مایع نیتریف شده (از O4 به A1 و از O8 به A5) با نسبت گردش مجدد 100٪ تا 200٪ (بر اساس نرخ ورودی هر مرحله) بود. برای اطمینان از نیترات زدایی مناسب، 50-90 میلی گرم در لیتر استات سدیم (محاسبه به عنوان COD) به عنوان منبع کربن خارجی در منطقه واکنش A9 اضافه شد. کل مطالعه تجربی به 2 مرحله تقسیم شد: فاز I - دمای نرمال (18-29 درجه). فاز دوم - دمای متوسط ​​تا پایین (10-16 درجه).

1.2 آب آزمایشی

آزمایش آزمایشی در سایت-در یک کارخانه تصفیه فاضلاب شهری در شهر چینگدائو انجام شد. آب مورد آزمایش از پساب مخزن ته نشینی اولیه این نیروگاه گرفته شد و پس از افزایش پیش تصفیه توسط فلوتاسیون وارد سیستم پایلوت شد. شرایط کیفیت آب پس از پیش تصفیه شناور پیشرفته در نشان داده شده استجدول 1.

1.3 شاخص ها و روش های تشخیص

1.3.1 شاخص های متعارف

شاخص‌های مرسوم مانند SCOD، NH4+-N، NO2--N، NO₃--N، SS، MLSS و MLVSS با استفاده از روش‌های استاندارد «روش‌های پایش و تحلیل آب و فاضلاب» اندازه‌گیری شدند. اکسیژن محلول، دما، pH و ORP با استفاده از a اندازه گیری شدکنتور اکسیژن محلول قابل حمل (HACH HQ40d). ضخامت بیوفیلم با استفاده از دستگاه اندازه گیری شدمیکروسکوپ فلورسانس معکوس (Olympus، IX71).

1.3.2 آزمایش استاتیک نیتریفیکاسیون

در طول عملیات سیستم، حامل ها از مناطق هوازی به صورت دوره ای نمونه برداری شدند تا ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در شرایط واکنش استاتیک اندازه گیری شود. حامل‌ها از هر منطقه واکنش هوازی در یک راکتور 5 لیتری با نسبت پر کردن یکسان با سیستم آزمایشی در 35٪ قرار گرفتند. آب آزمایش به طور مصنوعی محلول NH4Cl با غلظت جرمی 20{10}}25 میلی‌گرم در لیتر (محاسبه N) پیکربندی شد. در طول آزمایش، از یک پمپ هوای کوچک برای هوادهی استفاده شد تا حامل ها سیال نگه داشته شود و در عین حال اکسیژن محلول را در 7-11 میلی گرم در لیتر کنترل کند. مدت زمان آزمایش 2 ساعت، با فواصل نمونه برداری 30 دقیقه، اندازه گیری تغییر در غلظت NH4+-N برای محاسبه ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در شرایط واکنش استاتیک بود.

2. نتایج و تجزیه و تحلیل

2.1 عملکرد عملیاتی سیستم آزمایشی MBBR-سه مرحله‌ای

عملکرد عملیاتی سیستم آزمایشی -A/O{1}}MBBR در سه مرحله نشان داده شده استشکل 2. در فاز دمای معمولی (فاز I)، با دمای واکنش 18-29 درجه، سرعت جریان درمان (23.6+5.4) m³/d، و دوز منبع کربن 50 میلی‌گرم در لیتر (محاسبه COD، همان زیر) در ناحیه آنکسیک سومین مرحله -مرحله A/O، زیر سیستم MB، سیستم MB، در سیستم MB، در MB{{6}. غلظت‌های NH4+-N و TIN به ترتیب (31±160)، (7.2±35.0) و (7.0±35.8) میلی‌گرم در لیتر بودند و غلظت‌های پساب تصفیه‌شده به ترتیب (8±27)، (0.5±0.6) و (2.7±2.7) میلی‌گرم در لیتر بودند.میانگین نرخ حذف به 83.1٪، 98.3٪، و 92.5٪ می رسد. در فاز متوسط-دمای پایین (فاز II)، با دمای واکنش 10-16 درجه، سرعت جریان تیمار یکسان (23.6+5.4) m³/d و دوز منبع کربن 50-90 میلی‌گرم در لیتر در ناحیه بدون اکسیژن مرحله سوم MB'ssystem A/O-Stem influension, SC غلظت NH4+-N و TIN به ترتیب (30±147)، (2.1±38.3)، و (2.3±39.6) میلی‌گرم در لیتر بود و غلظت‌های پساب به ترتیب (6±26)، (0.6±0.4) و (3.6±6.8) میلی‌گرم در لیتر بود.میانگین نرخ حذف به 82.3٪، 99.0٪، و 82.8٪ می رسد. علاوه بر این، در طول روزهای 56{3}}62 عملکرد سیستم، زمانی که دوز منبع کربن 50 میلی گرم در لیتر بود، تجمع قابل توجهی NO2-- N در منطقه واکنش A9 ظاهر شد. با این حال، پس از افزایش تدریجی دوز منبع کربن به 90 میلی گرم در لیتر، تجمع NO2-N در منطقه واکنش A9 به تدریج ناپدید شد و غلظت TIN پساب به سطح معقولی کاهش یافت.

2.2 تغییرات در ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در هر منطقه واکنش هوازی تحت دماهای واکنش مختلف

برای ارزیابی تغییرات در ظرفیت نیتریفیکاسیون سیستم سه مرحله‌ای A/O{1}MBBR از دیدگاه کلی، نرخ سهم نیتریفیکاسیون NH4+-N و ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در هر ناحیه واکنش هوازی تحت دماهای واکنش مختلف، با نتایج نشان داده شده درشکل 3 و 4به ترتیب.

شکل 4 منحنی های بار حذف نیتریفیکاسیون و برازش در نواحی هوازی مرحله 1 و 2 زیرسیستم های A/O-MBBR تحت دماهای مختلف واکنش

ازشکل 3مشاهده می‌شود که در سیستم -مرحله‌ای A/O-MBBR، با توجه به دو-نقطه نفوذی، مناطق واکنش O3 و O4 اولین-مرحله A/O-زیر سیستم MBBR و نواحی واکنش O7 و O8 در مرحله اصلی فرعی دوم{OBR{10}نقطه دوم{0} بار سیستم در هر دو شرایط دمای معمولی و متوسط{12}}نرخ سهم نیتریفیکاسیون NH4+-N این دو زیرسیستم به ترتیب 43.1٪، 49.6٪ و 33.8٪، 54.0٪ بود.. این نشان می‌دهد که در شرایط دمای متوسط-کم، نرخ مشارکت نیتریفیکاسیون NH4+-N زیرسیستم مرحله دوم- 20.2% بیشتر از زیرسیستم مرحله اول- بود.

ازشکل 4 (الف) و (ج)مشاهده می‌شود که برای بیوفیلم‌های موجود در مناطق واکنش هوازی O3 و O7 در دمای معمولی، آنها مناطق واکنش اصلی در سیستم سه مرحله‌ای -A/O-MBBR برای تجزیه مواد آلی همراه با عملکرد نیتریفیکاسیون هستند. هنگامی که بار حذف SCOD در هر سطح حامل (مخفف "بار حذف SCOD"، محاسبه شده به عنوان COD) کمتر از 2.0 گرم در (m²·d) بود و بار نیتریفیکاسیون به ازای هر سطح حامل (به اختصار "بار نیتریفیکاسیون" محاسبه شده به عنوان N) کمتر از 1.6 گرم/(متر مربع در هر متر مربع) بود، رابطه بین سطح برداشتن باربر به ازای هر باربر 1.6 بود. "بار حذف نیتریفیکاسیون"، محاسبه شده به صورت N) و بار نیتریفیکاسیون از یک واکنش خطی مرتبه اول، به ترتیب با شیب های 0.83 و 0.84 پیروی کردند. هنگامی که بار نیتریفیکاسیون به 1.6-6.0 گرم/(m²·d) افزایش یافت، رابطه بین بار حذف نیتریفیکاسیون و بار نیتریفیکاسیون از یک واکنش مرتبه صفر پیروی کرد، با میانگین بارهای حذف نیتریفیکاسیون به ترتیب 1.31 و 1.34 g/(m²·d). هنگامی که بار حذف SCOD 2.0-4.0 گرم/(m²·d) و بار نیتریفیکاسیون 1.6-6.0 گرم در (m²·d) بود، اگرچه رابطه واکنش مرتبه صفر بین بار حذف نیتریفیکاسیون و بار نیتریفیکاسیون بدون تغییر باقی ماند، میانگین بار مربوطه 9 تا حذف کاهش یافت. g/(m²·d)، به ترتیب. برای بیوفیلم‌های موجود در مناطق واکنش هوازی O3 و O7 تحت دمای متوسط ​​تا پایین، زمانی که بار حذف SCOD کمتر از 2.0 گرم در (m2·d) و بار نیتریفیکاسیون کمتر از 1.1 گرم در (m²·d) بود، شیب‌های خطی بار حذف نیتریفیکاسیون در مقابل بار نیتریفیکاسیون به ترتیب به 0.81 و 0.81 کاهش یافت. هنگامی که بار نیتریفیکاسیون به 1.1-6.0 گرم در (m²·d) افزایش یافت، میانگین بارهای حذف نیتریفیکاسیون مربوطه به ترتیب به 0.78 و 0.94 g/(m²·d) کاهش یافت که نشان دهنده کاهش 40.4٪ و 19.4٪ در مقایسه با شرایط دمایی معمولی است. هنگامی که بار حذف SCOD به 2.0-4.0 g/(m²·d) افزایش یافت، میانگین بارهای حذف نیتریفیکاسیون مربوطه به ترتیب به 0.66 و 0.91 g/(m²·d) کاهش یافت که نشان دهنده کاهش 30.5٪ و 6.2٪ در مقایسه با شرایط دمایی معمولی است. ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در ناحیه واکنش O3 با نتایج تحقیقات HEM و همکاران مطابقت داشت. تحت شرایط مربوطه با این حال، قابل توجه است که در شرایط دمای متوسط ​​و پایین، در مقایسه با بیوفیلم منطقه واکنش O3، بیوفیلم منطقه واکنش O7 ظرفیت نیتریفیکاسیون قوی‌تری را نشان می‌دهد.

ازشکل 4 (ب) و (د)مشاهده می‌شود که برای بیوفیلم‌های موجود در نواحی واکنش هوازی O4 و O8 در دمای معمولی، آنها مناطق واکنش در سیستم سه مرحله‌ای -A/O-MBBR هستند که عمدتاً یک تابع نیتریفیکاسیون تکمیلی را انجام می‌دهند. هنگامی که بار حذف SCOD کمتر از 1.0 گرم در (m2·d) و بار نیتریفیکاسیون کمتر از 1.3 گرم در (m²·d) بود، رابطه بین بار حذف نیتریفیکاسیون و بار نیتریفیکاسیون به ترتیب از یک واکنش خطی مرتبه اول با شیب های 0.86 و 0.88 پیروی کرد. هنگامی که بار نیتریفیکاسیون به 1.3-3.0 گرم/(m²·d) افزایش یافت، رابطه بین بار حذف نیتریفیکاسیون و بار نیتریفیکاسیون از یک واکنش مرتبه صفر پیروی کرد، با میانگین بارهای حذف نیتریفیکاسیون به ترتیب 1.11 و 1.13 g/(m²·d). در شرایط دمای متوسط ​​تا پایین، زمانی که بار حذف SCOD کمتر از 1.0 گرم در (m²·d) و بار نیتریفیکاسیون کمتر از 1.0 گرم در (m²·d) بود، شیب خطی بار حذف نیتریفیکاسیون در مقابل بار نیتریفیکاسیون به ترتیب به 0.72 و 0.84 کاهش یافت. هنگامی که بار نیتریفیکاسیون به 1.0-3.0 گرم در (m²·d) افزایش یافت، میانگین بارهای حذف نیتریفیکاسیون مربوطه به ترتیب 0.72 و 0.86 g/(m²·d) بود که نشان دهنده کاهش 35.1٪ و 23.9٪ در مقایسه با شرایط دمایی معمولی است.

از تجزیه و تحلیل بالا، می توان دریافت که در دمای متوسط{0}پایین، نقاط عطف رابطه بین بار حذف نیتریفیکاسیون و بار نیتریفیکاسیون برای بیوفیلم در هر منطقه واکنش زودتر از دمای معمولی رخ داده است. این پدیده با نتایج تحقیقات SAFWAT نسبتاً سازگار است. به طور کلی، اگرچه ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در هر ناحیه هوازی سیستم در دمای متوسط{3}}پایین روند نزولی نشان داد،ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در ناحیه واکنش O7 زیرسیستم مرحله دوم A/O-MBBR 20.5٪ -37.9٪ نسبت به منطقه واکنش O3 افزایش یافت و ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در منطقه واکنش O8 حدود 19.4٪ نسبت به منطقه واکنش O4 افزایش یافت.. این نشان می دهد که راه اندازی-منطقه واکنش مرحله دوم در سیستم سه مرحله ای A/O-MBBR برای بهبود ظرفیت کلی نیتریفیکاسیون سیستم مفید است.

2.3 تغییر در ظرفیت نیترات زدایی بیوفیلم در هر ناحیه واکنش آنکسیک تحت دماهای واکنش مختلف

برای ارزیابی تغییرات در ظرفیت نیترات زدایی سیستم سه مرحله‌ای A/O-MBBR از دیدگاه کلی، این مطالعه ظرفیت نیترات زدایی بیوفیلم را در هر منطقه واکنش بدون اکسیژن تحت دماهای مختلف واکنش تجزیه و تحلیل کرد، با نتایج نشان‌داده شده درشکل 5.

شکل 5 بار حذف نیترات زدایی در هر ناحیه بدون اکسیژن از سیستم سه مرحله ای A/O-MBBR تحت دماهای واکنش مختلف

ازشکل 5 (الف) و (ج)مشاهده می شود که برای نواحی واکنش بدون اکسیژن A1 و A5، آنها مناطق اصلی نیترات زدایی در سیستم سه مرحله ای A/O-MBBR با استفاده از منابع کربن آب خام به عنوان بستر هستند. در هر دو شرایط دمای معمولی و متوسط{5}}، زمانی که نسبت کربن نیتروژن زدایی بدون اکسیژن متناظر به نیتروژن (ΔCBSCOD / CNOx-{20}}N) بیشتر از 5.0 بود و بار نیترات زدایی در هر سطح حامل (به اختصار به عنوان بار محاسبه می شود" NOx--N) کمتر از 0.95 g/(m²·d) بود، رابطه بین بار حذف نیترات زدایی به ازای هر سطح حامل (به اختصار "بار حذف نیترات زدایی"، محاسبه شده به عنوان NOx--N) و بار نیترات زدایی به دنبال یک واکنش . به ترتیب 0.88 و 0.82، 0.84. هنگامی که بار نیترات زدایی بالای 0.95 گرم در متر مربع · روز افزایش یافت، رابطه بین بار حذف نیترات زدایی و بار نیترات زدایی از یک واکنش مرتبه صفر پیروی کرد، با میانگین بارهای حذف نیترات زدایی به ترتیب 0.82، 0.82 g/(m²·d) و 0.78 g/m² (0.7·d) با کاهش ΔCBSCOD / CNOx--N، نقطه عطف رابطه بین بار حذف نیترات زدایی و بار نیترات زدایی به جلو منتقل شد، شیب خطی در شرایط بار کم روند نزولی را نشان داد و به طور همزمان، میانگین بار حذف نیترات زدایی در شرایط بار بالا نیز روند نزولی را نشان داد. این نتایج نشان می‌دهد که برای نیتروژن‌زدایی بیوفیلم در مناطق واکنش A1 و A5 با استفاده از منابع کربن آب خام، نسبت کربن به نیتروژن عامل اصلی تعیین‌کننده تابع نیتروژن‌زدایی است و در شرایط کیفیت آب آزمایش، نسبت کربن به نیتروژن ایده‌آل برای مناطق واکنش بدون اکسیژن A1 و A5 باید عالی‌تر از 5 باشد.

از شکل 5 (ب) و (د)مشاهده می‌شود که برای مناطق واکنش آنکسیک A2 و A6، به دلیل اینکه مناطق واکنش آنکسیک A1 و A5 منابع کربن موجود در فاضلاب خام را حذف و مصرف می‌کنند و بیشتر نیترات‌های حمل شده توسط جریان گردش مجدد را مصرف می‌کنند، مناطق واکنش آنکسیک A2 و A6 در درازمدت -حالت زیرلایه کم{7} بوده است. بنابراین، در شرایط دمای معمولی و متوسط{10}}، زمانی که ΔCBSCOD / CNOx--N بین 1.0-2.0 و بار نیترات زدایی کمتر از 0.50 گرم در (m²·d) بود، شیب های خطی بار حذف نیترات زدایی در مقابل بار نیترات زدایی فقط 0.47، 0.50 و 0.47 و 0.50 بود. به ترتیب. علاوه بر این، زمانی که بار نیترات زدایی به 0.50-1.50 گرم در متر مربع · روز افزایش یافت، میانگین بارهای حذف نیترات زدایی مربوطه به ترتیب تنها 0.25، 0.20 و 0.20، 0.17 g/(m²·d) بود. با این حال، نتایج آزمایش استاتیک در این مطالعه نشان داد که تحت شرایط منبع کربن کافی و بستر نیترات، بار حذف نیترات زدایی از بیوفیلم در مناطق واکنش آنکسیک A2 و A6 می‌تواند به ترتیب به (0.14±0.66) و (0.68±0.11) گرم در (m²·d) برسد. این نتیجه نشان می دهد که بیوفیلم در مناطق واکنش اکسیژن A2 و A6 در واقع دارای ظرفیت نیترات زدایی نسبتاً قوی است که به دلیل کمبود منبع کربن و بسترهای نیترات در این سیستم آزمایشی محدود شده است.

ازشکل 5 (ه)مشاهده می‌شود که برای منطقه واکنش بدون اکسیژن A9، بار نیترات‌زدایی را برای تمام نیترات‌هایی که از دو مرحله اول سیستم سه مرحله‌ای A/O-MBBR خارج می‌شوند، با استفاده از استات سدیم اضافه شده خارجی به عنوان منبع کربن نیترات‌زدایی، تحمل می‌کند. در هر دو شرایط دمای معمولی و متوسط{4}}، زمانی که ΔCBSCOD / CNOx--N بیشتر از 5 بود و بار نیترات زدایی کمتر از 2.5 گرم در (m²·d) بود، رابطه بین بار حذف نیترات‌زدایی و بار نیترات‌زدایی از اولین{16}} با مرتبه‌های 9،4 و 0 واکنش خطی پیروی می‌کند. به ترتیب. با این حال، با کاهش ΔCBSCOD / CNOx{17}}-N، شیب خطی رابطه بین بار حذف نیترات زدایی و بار نیترات زدایی روند نزولی را نشان داد. این نتیجه همچنین نشان می‌دهد که برای نیترات زدایی بیوفیلم در ناحیه واکنش A9 با استفاده از یک منبع کربن خارجی، نسبت کربن به نیتروژن نیز عامل اصلی تعیین‌کننده تابع نیتروژن‌زدایی است، با نسبت کربن به نیتروژن نیتروژن‌زدایی مورد نیاز بیشتر از 3. به طور همزمان، تأثیر تغییرات دمایی واکنش کوچک بر روی آن است.

2.4 ظرفیت نیتریفیکاسیون و خصوصیات مورفولوژیکی بیوفیلم در هر منطقه واکنش هوازی تحت شرایط آزمایشی استاتیک

ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در هر ناحیه واکنش هوازی تحت شرایط آزمایشی استاتیک در نشان داده شده استشکل 6. از شکل 6 می توان مشاهده کرد که در دمای نرمال، ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در مناطق واکنش هوازی O3، O4، O7 و O8 (21/0±37/1)، (15/0±23/1)، (20/0±40/1)، و (به ترتیب 1.25±0.13 g/m2) بود. در دمای متوسط{15}}پایین، ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم در نواحی واکنش هوازی مربوطه (0.01±1.07)، (0.04±1.00)، (0.09±1.08)، و (0.05±1.03) گرم در (m²·d) به ترتیب 2.9% و 2.9% کاهش یافت. 17.6 درصد نسبت به دمای معمولی. این نتایج آزمایش استاتیک با روند مقادیر اندازه گیری شده در سیستم پایلوت سازگار است. علاوه بر این، می توان مشاهده کرد که ظرفیت نیتریفیکاسیون اندازه گیری شده بیوفیلم در هر منطقه هوازی در شرایط آزمایشی استاتیک تا حدودی بیشتر از مقادیر واقعی در سیستم پایلوت بود. تجزیه و تحلیل این را به استفاده از یک بستر نیتروژن آمونیومی منفرد و شرایط اکسیژن محلول بالا نزدیک به اشباع{31} در طول آزمایش‌های استاتیک نسبت می‌دهد که منجر به سطح بالاتری از ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم می‌شود. در دمای معمولی، ظرفیت واقعی نیتریفیکاسیون در مناطق واکنش O3، O4، O7 و O8 در سه مرحله سیستم A/O{38} MBBR به ترتیب 95.6٪، 90.6٪، 95.7٪ و 90.4٪ از حداکثر ظرفیت نیتریفیکاسیون تحت آزمایش های استاتیکی بود. در دمای متوسط{44}}پایین، ظرفیت‌های نیتریفیکاسیون واقعی در مناطق واکنش O3، O4، O7 و O8 به ترتیب به 72.9، 72.0، 87.0 درصد و 84.5 درصد کاهش یافت.

تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که در دمای نرمال، نرخ‌های اکسیداسیون آمونیاک خاص (نرخ نیتریفیکاسیون در واحد جرم MLVSS، محاسبه‌شده به صورت N) بیوفیلم در مناطق واکنش هوازی O3، O4، O7 و O8 (0.0095±0.062)، (0.0072±0.059)، (0.0072±0.059)، (0.0072±0.059) بود. (0.060±0.0063) g/(g·d) به ترتیب. در دمای متوسط{13}}کم، نرخ اکسیداسیون آمونیاک خاص بیوفیلم در مناطق واکنش هوازی O3 و O4 به ترتیب تنها (0004/0±046/0) و (0016/0±0416/0) گرم در گرم در روز بود که 5/25 درصد نسبت به دمای نرمال 5/25 درصد و 3 درصد کاهش یافت. در مقابل، نرخ اکسیداسیون آمونیاک خاص بیوفیلم در مناطق واکنش هوازی O7 و O8 به ترتیب (0.0051 ± 0.062) و (0.0029 ± 0.060) گرم / (g · D) بود. در مقایسه با شرایط دمای معمولی، ظرفیت اکسیداسیون آمونیاک بیوفیلم منطقه واکنش O8 بدون تغییر باقی ماند، در حالی که ظرفیت اکسیداسیون آمونیاک بیوفیلم منطقه واکنش هوازی O7 حتی 3.3٪ افزایش یافت. این نتیجه نشان می‌دهد که در شرایط دمای متوسط{34}}پایین، بیوفیلم در ناحیه واکنش مرحله دوم سیستم آزمایشی ظرفیت نیتریفیکاسیون بهتری دارد و منطقی بودن زیرسیستم مرحله دوم-در نیتریفیکاسیون کلی سیستم نقش دارد.

نتایج مشاهدات مورفولوژی بیوفیلم در هر ناحیه واکنش هوازی مرحله اول و دوم زیرسیستم های A/O{0}}MBBR در زیر نشان داده شده است.شکل 7. در دمای نرمال، ضخامت بیوفیلم در مناطق واکنش هوازی O3، O4، O7 و O8 به ترتیب (54.6±217.6)، (38.7±175.7)، (38.2±168.1)، و (37.8±152.4) میکرومتر بود. در دمای متوسط{14}}پایین، ضخامت بیوفیلم در مناطق واکنش O3 و O4 به ترتیب (289.4±59.9) و (285.3±61.9) میکرومتر بود که نشان دهنده افزایش 33.0٪ و 62.4٪ نسبت به ضخامت بیوفیلم در دمای معمولی است. در مقابل، ضخامت بیوفیلم در مناطق واکنش O7 و O8 به ترتیب (40.2 ± 173.1) و (31.2 ± 178.3) میکرومتر بود که تنها 3.0٪ و 17.0٪ نسبت به دمای معمولی افزایش یافت. برخی از مطالعات نشان داده اند که بیوفیلم های نازک تر دارای ظرفیت اکسیداسیون آمونیاک قوی تری هستند که با نتایج تجربی این مطالعه نسبتاً سازگار است. تجزیه و تحلیل این را به این واقعیت نسبت می دهد که باکتری های نیتریفیک کننده در بیوفیلم به صورت عمودی در ساختار لایه ای بیوفیلم توزیع شده اند. ضخامت بیش از حد بیوفیلم منجر به کاهش راندمان انتقال جرم بستر و میل ترکیبی بستر می شود. علاوه بر این، در شرایط دمای متوسط{35}}، غلظت اکسیژن محلول در هر منطقه هوازی سیستم آزمایشی بسیار کمتر از راکتور آزمایشی استاتیک بود (با 3.0-5.0 میلی گرم در لیتر). به خصوص برای بیوفیلم های ضخیم تر در مناطق واکنش O3 و O4، کاهش ظرفیت انتقال جرم اکسیژن در بیوفیلم منجر به کاهش ظرفیت واقعی نیتریفیکاسیون آنها شد (تنها حدود 70٪ از حداکثر ظرفیت نیتریفیکاسیون اندازه گیری شده در شرایط استاتیک). بنابراین، برای یک بیوفیلم خالص MBBR، لازم است تجدید بیوفیلم با تقویت شدت برش و کنترل منطقی ضخامت بیوفیلم برای حفظ ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم افزایش یابد.

3. نتیجه گیری

① تحت شرایط دمای واکنش 10-16 درجه (متوسط-دمای پایین)، سرعت جریان درمان (5.4±23.6) m³/d، و دوز منبع کربن 50-90 میلی‌گرم در لیتر (محاسبه COD) در ناحیه بی اکسیژن از ساقه سوم، BR7}{O8}Syme{8} پساب SCOD، NH4+{9}}N، و غلظت TIN سیستم آزمایشی سه مرحله‌ای A/O-MBBR به ترتیب (6±26)، (0.6±0.4) و (6.8±3.6) میلی‌گرم در لیتر بود.میانگین نرخ حذف به 82.3٪، 99.0٪، و 82.8٪ می رسد.

② در شرایط دمای متوسط-پایین، به دلیل تفاوت در بیوفیلم مناطق واکنش هوازی بین زیرسیستم‌های فرعی -مرحله اول و دوم{2}}مرحله A/O-MBBR، تفاوت در ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم بین دو زیرسیستم ایجاد شد. به‌ویژه برای زیرسیستم-مرحله اول A/O-MBBR، ظرفیت نیتریفیکاسیون به دلیل افزایش ضخامت بیوفیلم کاهش یافت. برای حفظ ظرفیت نیتریفیکاسیون بیوفیلم، کنترل منطقی ضخامت بیوفیلم ضروری است.

③ در سه مرحله -A/O-سیستم آزمایشی MBBR، تأثیر تغییرات دمای واکنش بر عملکرد نیترات زدایی نسبتاً کم بود. در دماهای مختلف واکنش، نسبت کربن زدایی به نیتروژن با استفاده از آب خام به عنوان منبع کربن باید بیشتر از 5 باشد و نسبت کربن زدایی به نیتروژن با استفاده از استات سدیم اضافه شده خارجی به عنوان منبع کربن باید بیشتر از 3 باشد.