Süsiniku---lämmastiku suhe aktiivmudas: kuidas 6:1–8:1 C/N tasakaal tagab 90%+ COD eemaldamise ja 80–90% kogulämmastiku eemaldamise

Süsiniku- ja-lämmastiku suhe on nähtamatu ketas, mis juhib kõike aktiivmudatehases. Lükake C/N liiga madalale ja denitrifikatsioon nälgib - lämmastiku üldeemaldus langeb 60–75%-ni ja nitraat voolab heitveesse. Lükake see liiga kõrgele ja heterotroofid varastavad nitrifikaatoritest hapniku, käivitades ammoniaagi läbimurde. See piloot-skaalaga uuring määrab täpselt toimimiskoha - C/N vahemikus 6:1 kuni 8:1 -, kus COD eemaldamine ületab 90% ja kogu lämmastiku eemaldamine ulatub samaaegselt 80–90%ni.

Miks C/N suhe on peamine juhthoob?

Bioloogilises reoveepuhastuses on kütuseks süsinik ja sihtmärgiks lämmastik. Heterotroofsed bakterid tarbivad oma peamise energiaallikana orgaanilist süsinikku, lagundades BHT ja KHT. Vahepeal eemaldatakse lämmastik kahe omavahel seotud bioloogilise etapi kaudu: autotroofsed nitrifikaatorid oksüdeerivad esmalt ammoniaagi nitraadiks aeroobsetes tingimustes, seejärel taandavad heterotroofsed denitrifikaatorid selle nitraadi lämmastikgaasiks -, kuid ainult siis, kui saadaval on kasutatav süsinikuallikas. Kuna samad organismid võistlevad samade ressursside pärast, otsustab süsiniku ja lämmastiku suhe sissevoolus, milline protsess võidab.

Tasakaalustamata C/N suhe destabiliseerib kogu protsessi. Kui süsinikku on vähe, saab denitrifikatsiooni kütus otsa ja nitraadid kogunevad. Kui süsinik on ülemäärane, suureneb hapnikuvajadus heterotroofide paljunemisel, jättes nitrifikaatorid lahustunud hapniku nälga ega suuda nitrifikatsiooni lõpule viia. Õige tasakaalu säilitamine ei ole seega teoreetiline tore, - see on erinevus nõuetele vastava heitvee ja korduvate lubade rikkumiste vahel.

Piloot{0}}Skaala testimine AC/N vahemikus

Uurimisrühm kasutas munitsipaalreovees piloot-mastaabis aktiivmudareaktoreid, mille süsiniku- ja-lämmastiku suhe oli reguleeritud laias tööpiirkonnas.3:1 kuni 12:1. Orgaanilist süsinikku varieeriti kergesti biolagunevate süsinikuallikate doseerimisega, samal ajal kui ammoniaagi kontsentratsioonid hoiti tüüpilistes munitsipaalvoolude vahemikus. See eraldas C / N suhte sõltumatu muutujana, mitte ei seganud seda mõjutavate tugevuse muutustega.

Vee kvaliteeti jälgiti COD, BOD5, ammoniaaklämmastiku, nitraadi, üldlämmastiku ja fosfori abil. Mikroobide aktiivsust hinnati hapniku omastamise kiiruse mõõtmise ja muda mikroskoopilise uurimise abil, andes otseseid tõendeid selle kohta, kuidas iga C / N režiim nihutas tasakaalu heterotroofsete ja autotroofsete populatsioonide vahel. Seejärel analüüsiti lämmastiku muundamise efektiivsust kogu C / N vahemikus, et teha kindlaks optimaalne tööaken.

Madal, mõõdukas ja kõrge C/N jõudlus võrreldes

Uuring andis selge jõudluse hierarhia. Madalad C/N tingimused nälgisid denitrifikatsioonietappi, mõõdukad tingimused tagasid tasakaalustatud eemaldamise ja kõrged C/N tingimused muutsid nitrifikatsioonitõhususe orgaaniliseks eemaldamiseks. Tulemused on kokku võetud allpool.

Madala C / N suhte korral tarbisid heterotroofsed bakterid energiaks ja kasvuks nii vähe süsinikku, mis oli saadaval, jättes denitrifitseerivad organismid ilma nitraatide vähendamise substraadita. Täielik lämmastiku eemaldamine peatus vahel60% ja 75%ja heitvees täheldati sageli nitraatide akumuleerumist -, mis on klassikaline märk mittetäielikust denitrifikatsioonist, mis kimbutab paljusid süsinikuvaeseid munitsipaaltaimi.

Mõõdukas aken6:1 kuni 8:1oli selge optimum. KHT eemaldamine ületas 90%, lämmastiku kogueemaldus aga 80–90% ja tasakaalustatud süsinikuvaru säilitas nii heterotroofse kui ka autotroofse aktiivsuse. Nitrifikatsioon ja denitrifikatsioon toimusid pigem järjestikku kui konkureerides ning heitvee kvaliteet oli kogu jooksu vältel stabiilne.

Suure C/N suhte korral üle 10:1 muutus pilt vastupidiseks. Rohke süsinik põhjustas kiire heterotroofse kasvu ja suure orgaanilise eemaldamise, kuid sellest tulenev hapnikuvajadus vallandas konkurentsi lahustunud hapniku pärast. Nitrifikaatorid - kasvasid aeglasemalt- ja hapniku-näljas - kaotasid võistluse, nitrifikatsiooni efektiivsus langes ja heitvees ilmus aeg-ajalt ammoniaaki. Taim eemaldas suurepäraselt orgaanilise aine, jättes samal ajal oma kõige olulisema lämmastiku eesmärgi saavutamata.

Mikroobide ökoloogia numbrite taga

Mikroobianalüüs selgitas jõudluse puudujääki. Tasakaalustatud C / N tingimused toetasid mitmekesisemat ja stabiilsemat kogukonda, mis sisaldas nii nitrifitseerivaid kui ka denitrifitseerivaid baktereid, kusjuures hapniku omastamise määr näitab tervet samaaegset aktiivsust. Äärmuslikud C/N tingimused - kas liiga madalad või liiga kõrged - vähendasid mikroobide mitmekesisust ja suurendasid protsessi ebastabiilsust. Süsinik-neelatud muda kaldus aeglaselt-kasvavate autotroofide poole, samas kui süsinik-küllastunud mudas hakkasid domineerima kiiresti-kasvavad heterotroofid, mis iga kord lagunes täielikuks lämmastiku eemaldamiseks vajaliku koosluse struktuuri.

Tegevusstrateegiad optimaalseks hoidmiseks

Tegelik munitsipaalmõju ei ole kunagi püsiv, nii et C/N hoidmine aknas 6:1–8:1 nõuab tahtlikku juhtimist. Uuring osutab kolmele praktilisele hoobale, mis on tehase käitajate käsutuses:

Väline süsiniku lisamine.Kui sissevoolu C/N langeb alla 4:1, tagab kergesti biolaguneva süsinikuallika - metanooli, atsetaadi või kaubandusliku süsinikulisandi - doseerimine kütuse denitrifikaatorite vajaduse, taastades lämmastiku täieliku eemaldamise 80–90% ulatuses.

Mõju võrdsustamine.Tööstuslike heitmete või tormide kõrged -C/N nälkjad ületavad bioloogilist süsteemi. Tasandusbasseinid niisutavad neid piike ja hoiavad suhte optimaalsele lähemal, enne kui reovesi jõuab reaktoritesse.

Reaalajas{0}}protsesside juhtimine.Veebipõhised ammoniaagi-, nitraadi- ja COD-andurid võimaldavad operaatoritel pidevalt reguleerida õhutamist, retsirkulatsiooni ja süsiniku doseerimist. Nende signaalide integreerimine automatiseeritud juhtimissüsteemidega muudab staatilise konstruktsioonisuhte reaalajas tööstrateegiaks, mis reageerib mõjutavatele varieeruvustele, kui see juhtub.

Uuringus jõuti järeldusele, et tasakaalustatud C/N suhte säilitamine on stabiilse ja tõhusa sekundaarse töötlemise alus. Ümberringi mõõdukad tingimused6:1 kuni 8:1samaaegselt maksimeerida COD lagunemist ja lämmastiku eemaldamist, säilitades samal ajal mikroobide mitmekesisuse, mis hoiab protsessi vastupidavana - muutes C/N kontrolli üheks suurimaks-võimenduseks, mida tehas saab teha muutuva mõju tingimustes.