Küüslaugu reovee täiustatud mikroobne puhastamine MBBR + A/O protsessi abil
Ülevaade
Küüslaugu reovesipärineb peamiselt viilutamise ja loputamise protsessidest küüslaugu töötlemisel. Seda iseloomustaborgaanilise aine kõrge kontsentratsioon, smärkimisväärses koguses lämmastikku ja fosforit ning sisaldab märkimisväärses koguses allitsiini. Allitsiin (diallüültiosulfinaat) on lenduv vedelik, mis vastutab küüslaugu terava lõhna eest ning on keemiliselt ebastabiilne ja väga reaktsioonivõimeline. Allitsiin võib pärssida erinevate mikroorganismide kasvu. Kõrge-kontsentratsiooniga küüslaugureovee puhastamine ilma puhastamiseta põhjustab tõsist keskkonnamõju. Mõned teadlased on kasutanud selliseid meetodeid nagu membraanfiltreerimine, Fentoni oksüdatsioon ja mikro-elektrolüüs, kuid need meetodid ei ole olnud küüslaugureovee puhastamisel tõhusad ning suurte kemikaalide annuste kasutamine suurendab järgnevaid puhastuskulusid. Paljud teadlased on välja pakkunud bioloogilisi ravimeetodeid, mis kasutavad anaeroobseid{7}}aeroobseid kombineeritud protsesse. Allitsiini antibakteriaalsete omaduste tõttu on aga mikroorganisme raske kasvatada ja ravi efektiivsus ei ole ideaalne. Seetõttu on bioloogilise ravi fookuseskasvatada ja aklimatiseerida mikroobitüvesid, mis on võimelised kohanema küüslaugu reoveega ja tõhustama nende biolagunemist.
See uuring hõlmas kultiveerimist ja sõelumistküüslaugu reovee lagundamisel tõhusad bakteritüved, mis seejärel viidi sisse aMoving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Kasutades inokuleeritud muda ja voolukiirust suurendavat biokile moodustumise meetodit, loodi biokiled, et tõhustada lämmastiku ja fosfori eemaldamist reoveest. Sellele järgnes täiendav A/O (anoksiline/oksiline) biokeemiline töötlemine. Vastavalt GB18918-2002 standardile võivad heitvee COD ja ammoniaaklämmastiku (NH₃-N) tasemed vastata sekundaarsele standardile (COD: 100 mg/L, NH₃-N: 25-30 mg/L). See protsess vähendab tõhusalt orgaanilist sisaldust heitvees, vähendades järgnevate puhastusetappide raskusi.
1. Eksperimentaalne osa
1.1 Protsessi voo disain
Küüslaugu reovee puhastamise protsessi üldine voog on näidatud jooniselJoonis 1, mille põhikomponent onbiolagunemine MBBR + A/O süsteemis. Kolm sõelutud ja isoleeritud tüve, mis on tõhusad küüslaugu reovee lagundamisel – Alcaligenes sp., Acinetobacter sp. ja Achromobacter sp. – segati aktiivmudaga ja sisestati MBBR-seadmesse, et hõlbustada selle kiiret käivitamist.
1,2 MBBR + A/O töötlemisprotsess
Pärast hõljuvate ainete eemaldamiseks jämedate ja peente sõelade läbimist pumbatakse küüslaugu reovesi otse MBBR-i. Mõjutav kvaliteet on näidatudTabel 1. MBBR-i heitvesi voolab otse A/O süsteemi. MBBR heitvee madala orgaanilise sisalduse tõttu lisatakse Oxic (O) mahutisse sobivalt toores küüslaugureovett, et täiendada A/O protsessi süsinikuallikat. Süsteemi löögikindluse testimiseks suurendati pideva töötamise ajal järk-järgult MBBR orgaanilist laadimiskiirust ja jälgiti heitvee kvaliteeti.
1.3 Protsessi parameetrid
1.3.1 Lahustunud hapnik (DO)
Liiga kõrge DO biokiles võib takistada denitrifikatsiooni, mistõttu MBBR kaotab oma samaaegse nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni võime. Liiga madal DO võib põhjustada filamentsete bakterite vohamist, mõjutades heitvee kvaliteeti ja pärssides nitrifikatsiooniprotsessi.
1.3.2 Hüdrauliline retentsiooniaeg (HRT)
Liiga lühike HAR põhjustab intensiivseid reaktsioonitingimusi, kus enamik orgaanilist ainet sisaldav reovesi juhitakse välja enne, kui see täielikult imendub. Pidev sissevool hoiab mikroorganismid pidevas biolagunemises, vähendades tõhusust ja suurendades energiatarbimist. Liiga pikk HAR viib toitainete ammendumiseni; ilma toitaineteta vähendavad mikroorganismid oma aktiivsust ja ainevahetusvajadusi, et vaid säilitada ellujäämist.
1.3.3 Süsiniku---lämmastiku suhe (C/N)
Madal C/N suhe võib põhjustada ammoniaagi muundamise katalüüsi muudeks aineteks, mis mõjutab ammoniaaklämmastiku eemaldamist. See põhjustab kergesti ka filamentset täitumist, pidevat kasvu, mis mõjutab flokulatsiooni, mis põhjustab muda täitumist ja ujuvat muda. Kõrge C/N suhe on ebasoodne mikroobide biolagunemisele ja kasvule, suurendades mikroorganismide orgaanilist koormust.
1,4 MBBR Biofilmi{1}}käivitamine
Biofilmi käivitamine-: kasutati inokuleeritud muda + voolu{2}}kiiruse suurendamise meetodit. Reaktorisse inokuleeriti MBR-rikastatud aktiivmuda, mille esialgne segatud vedela suspendeeritud tahke aine (MLSS) kontsentratsioon oli ligikaudu 5,82 g/l. Alustati õhutamist ja reaktorisse lisati polüetüleenkandjaid atäiteaste umbes 60%. TheTEEreaktoris kontrollitiüle 4,0 mg/l. Sissevoolu voolukiirust suurendati astmeliselt 20 l/h sammuga: 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 l/h, kusjuures iga voolukiirust hoiti 1 päev. Selles etapis muda raisku ei läinud. Kandjate pinnale tekkis helekollane biokile, kus mikroorganismid kinnitusid ja kasvasid. Pärast biokile edukat käivitamist{13}}jätkus stabiilne töö, säilitades aMuda retentsiooniaeg (SRT) 30 päeva. Stabiilse töötamise ajal reguleeriti MBBR orgaanilist laadimiskiirust, et jälgida selle mõju COD-le, lämmastikule ja fosfori eemaldamisele.
2. Tulemused ja arutelu
2.1 MBBR heitvee kvaliteedi analüüs Biofilmi käivitamise ajal
MBBR õhutamise intensiivsust reguleeriti DO kontsentratsiooni kontrollimiseks. Kui DO oli alla 4,0 mg/l, ei olnud aeratsiooni intensiivsus piisav, et toetada kandjate ühtlast, suure -voolu turbulentset liikumist, mis takistas piisavat segunemist ja raskendas kandepindadele biokile moodustumist. Kui DO oli vahemikus 4, 0–6, 0 mg / l, segunesid kandjad põhjalikult aktiivmuda ja reoveega. Täheldati kandjatel värvimuutust valgest kollakaspruuniks{7}}, mis näitab edukat mikroobide kinnitumist ja kasvu sellise õhutamise intensiivsuse juures, nagu on näidatudJoonis 2.
Sisse- ja heitvee COD variatsioonikõver käivitusfaasis-on näidatudJoonis 3(a). Ravi efektiivsuse esialgne langus oli tingitud väga väikesest kinnitunud mikroorganismide kogusest kandjatel; Ainuüksi aktiivmudas sisalduv mikroorganismide lagunemine ei olnud piisav suure hulga orgaaniliste ainete eemaldamiseks. Käivitamise -edenedes suurenes kandjatel kinnitunud mikroorganismide hulk, moodustades järk-järgult biokile. Heitvee KHT kontsentratsioon stabiliseerus järk-järgult ja KHT eemaldamise efektiivsus stabiliseerus üle 90%.
MBBR sissevoolu ja heitvee NH₃-N variatsioonikõver on näidatudJoonis 3(b). Aktiivmudas sisalduv aeroobsete bakterite nitrifikatsioon eemaldas tõhusalt ammoniaaklämmastiku. Alates 7. päevast suurenes NH₃-N kontsentratsioon järk-järgult. 23. päevaks, kuigi sissevoolu NH₃-N veel kasvas, suurenes ka eemaldamise määr. Selle põhjuseks oli asjaolu, et nitrifitseerivad bakterid kasvavad alguses aeglaselt; aja jooksul nende populatsioon suurenes, biokile küpses ning NH₃-N eemaldamise kiirus järk-järgult suurenes ja stabiliseerus.
MBBR sissevoolu ja heitvee TN variatsioonikõver on näidatud jooniselJoonis 3(c). Erinevalt ammoniaaklämmastiku eemaldamisest vähenes TN eemaldamise efektiivsus esialgu. Selle põhjuseks oli asjaolu, et reaktori keskkonnas oli piisavalt hapniku- ja süsinikuallikat, mis piiras denitrifitseerivate bakterite kasvu. Kuid biokile moodustumisel hakkas TN eemaldamise efektiivsus paranema. 20. päevaks, kuigi sissevoolu TN kontsentratsioon suurenes, stabiliseerus äravoolu TN ja eemaldamise määr, jäädes vahemikku 50–60%.
MBBR sissevoolu ja heitvee TP variatsioonikõver on näidatud jooniselJoonis 3(d). Algusest-kuni stabiilse tööni püsis TP eemaldamise määr stabiilsena. Kuigi sissevoolava TP kontsentratsioon oli algselt kõrge ja hiljem vähenes, ei näidanud eemaldamise efektiivsus olulist muutust, mis näitab süsteemi võimet fosforit eemaldada. TP eemaldamise määr süsteemis hoiti vahemikus 80–90%.
Kokkuvõtteshoides MBBR-süsteemi DO vahemikus 4–6 mg/l, pärast 20-päevast pidevat söötmist tekkis küps biokile. Võrreldes traditsiooniliste aktiivmudaprotsessidega pakub MBBR-süsteem tugevat löögikindlust ja kõrget puhastusefektiivsust, vähendades tõhusalt küüslaugu töötlemise reovee järgnevate puhastusetappide raskusi.
2.2 Heitvee kvaliteedi analüüs stabiilse töötamise ajal
Pärast biokile käivitamise{0}}faasi biokile küpses. MBBR-süsteemi löögikindluse testimiseks suurendati stabiilse töö ajal pidevalt orgaanilist koormust.
MBBR sissevoolu ja heitvee COD variatsioonikõver stabiilse töötamise ajal on näidatudJoonis 4(a). Päevadel 1–5 püsis pideva sissevoolu korral KHT eemaldamise efektiivsus üle 95% ja heitvee KHT kontsentratsioon jõudis umbes 100 mg / l. Päevadel 5–20 suurendati sissevoolukiirust, suurendades järk-järgult orgaanilist koormust 20 kg KHT/m³·d-lt 30 kg KHT/m³·d. Eemaldamise efektiivsuses olulist muutust ei täheldatud ja heitvee COD jäi vahemikku 80–100 mg/L, mis näitab tugevat löögikindlust. Pärast 20. päeva suurendati sissevoolu kiirust veelgi, tõstes reaktori orgaanilist koormust pidevalt 30 kg COD/m3·d tasemele 37 kg COD/m³·d, säilitades seda 5 päeva. MBBR-i COD eemaldamise võime püsis üle 95%.
Joonised 4(b) ja (c)näitavad vastavalt NH₃-N ja TN variatsioonikõveraid stabiilse töötamise ajal. Päevadel 1–5, pideva sissevooluga, näitas MBBR biokile samaaegset nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni. Biokile välimise kihi külge kinnitatud aeroobsed nitrifitseerivad bakterid, mis olid täielikult segunenud aeratsiooni all oleva reoveega, tarbisid nitrifikatsiooni kaudu olulisi lämmastikuallikaid. Sisemise anoksilise kihi denitrifitseerivad bakterid eemaldasid denitrifikatsiooni kaudu tõhusalt nitraatlämmastiku. Alates 5.–20. päevast, kui sissevoolu kiirus suurenes, vähenes NH₃-N ja TN eemaldamise efektiivsus esialgu oluliselt. Pärast umbes 7-päevast pidevat töötamist süsteem kohanes järk-järgult. Kuigi NH₃-N ja TN eemaldamise efektiivsus seejärel suurenes, jäi see madalamaks kui madala{14}}voolu perioodil. Pideva sissevoolu korral jõudis NH₃-N eemaldamine üle 90%, heitvee NH₃-N vahemikus 10–15 mg/l ja TN eemaldamine püsis põhimõtteliselt üle 80%, heitvee TN ligikaudu 30 mg/L. Pärast sissevoolu suurendamist ja süsteem saavutas pideva mõju all uue tasakaalu, stabiliseerus NH₃-N eemaldamine umbes 80%, heitvee NH₃-N vahemikus 50–70 mg/L ja TN eemaldamine umbes 60%, heitvee TN alla 50 mg/L.
TP variatsioonikõver stabiilse töötamise ajal on näidatud jooniselJoonis 4(d). Heitvee TP kontsentratsiooni hoiti põhimõtteliselt umbes 10 mg/l. Algselt oli pideva madala voolu ja madala sissevoolu TP kontsentratsiooniga raviefekt piiratud. Kui sissevoolu kiirus ja sissevoolava TP kontsentratsioon suurenesid, saavutati kogu kokkupõrkefaasi ja sellele järgnenud suure -koormusega operatsiooni ajal kõrge töötlemise efektiivsus, kusjuures TP eemaldamise määr kõikus umbes 90%.
Kokkuvõttessuure orgaanilise koormusega šoki korral jäi süsteemi KHT eemaldamise efektiivsus suures osas muutumatuks, kuid NH₃-N ja TN eemaldamine vähenes oluliselt. Kui orgaaniline koormus saavutas maksimumi 37 kgCOD/m³·d, vähenes süsteemi NH₃-N ja TN eemaldamise efektiivsus märgatavalt.
2.3 MBBR + A/O süsteemi heitvee kvaliteedi analüüs
Pärast biokile käivitusfaasi-ja ühekuulist stabiilset töötamist lisati allavoolu A/O-protsess MBBR-i heitvee täiustatud töötlemiseks. Üldise orgaanilise koormuse suurendamiseks rakendati sissevoolukiiruse gradiendi suurendamist, eesmärgiga määrata optimaalne sissevoolukiirus, mis vastab optimaalsele HRT-le.
COD variatsioonikõver on näidatudJoonis 5(a). Sissevoolukiirus suurenes järjestikku: 100, 120, 130, 150, 170 l/h. Algusest kuni maksimaalse voolukiiruseni tõusis orgaaniline koormus MBBR-süsteemile 20 kgCOD/m³·d-lt 37 kgCOD/m³·d-ni. Kombineeritud süsteemi lõplik heitvesi jäi stabiilseks, COD kontsentratsioon oli alla 100 mg/l. Püsiva suure orgaanilise koormuse šoki korral toimis MBBR-süsteem hästi, kuigi selle heitvee COD näitas veidi tõusu, kui voolukiirus jõudis 150 l/h. Pärast 170 l/h voolukiiruse hoidmist mitu päeva täheldati MBBR heitvee COD märgatavat tõusutrendi. Kuid järgneva A/O protsessiga hoiti lõplik kombineeritud süsteemi heitvesi siiski alla 100 mg/l. See näitab, et isegi suure orgaanilise koormuse šoki korral 37 kg COD/m³·d on kombineeritud protsessil siiski tugev küüslaugu töötlemise reovee eemaldav toime.
NH₃-N ja TN variatsioonikõverad on näidatudJoonised 5(b) ja (c), vastavalt. Küüslaugu töötlemise reovees on kõrge ammoniaaklämmastiku ja üldlämmastiku kontsentratsioon, mis võib aja jooksul oksüdatsiooni tõttu veelgi suureneda. Tavaliselt on ammoniaaklämmastiku kontsentratsioon vahemikus 300–500 mg/l ja üldlämmastiku kontsentratsioon vahemikus 450–600 mg/l. MBBR-i samaaegse nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni korral oli ammoniaaklämmastiku eemaldamine tõhusam, tõenäoliselt seetõttu, et nitrifitseerivad bakterid kasutavad reovett aereerimisel tõhusamalt. Denitrifitseerivad bakterid vajavad anoksilisi tingimusi ja sõltuvad sageli denitrifikatsiooniks tarbitud orgaanilisest süsinikust. Sissevoolukiiruse suurendamisel oli esmatähtis NH₃-N ja TN eemaldamise efektiivsus. Alates 1.–4. päevast püsis NH₃-N eemaldamise kiirus madala voolukiiruse ja mõõduka NH₃-N tõttu üle 90% ja TN eemaldamise efektiivsus tõusis järk-järgult. Seejärel suurendati sissevoolu kiirust oluliselt. Täheldati selgelt, et sissevoolukiiruse suurenedes tõusid NH₃-N ja TN heitvee kontsentratsioonid erinevates etappides järjestikku, kusjuures suurem sissevoolukiirus tõi kaasa suurema heitvee kontsentratsiooni. Voolukiiruse suurenedes suurenes biokilekandjate biomass, suurendades nitrifikatsiooni, kus ammoniaaklämmastik oksüdeeritakse nitrifitseerivate bakterite poolt hapniku all nitraadiks ja nitritiks.
TP kontsentratsiooni variatsioonikõver on näidatud jooniselJoonis 5(d). Arvestades kõrget sissevoolu COD ja TN kontsentratsiooni, on teoreetiline optimaalne TP kontsentratsioon mikroobide kasvu jaoks üle 100 mg/l. Mõjuva TP kontsentratsioon oli aga sellest teoreetilisest nõudest palju madalam. Seetõttu jäi MBBR heitvee TP kontsentratsioon ligikaudu 10 mg / l ja lõplik kombineeritud süsteemi heitvee TP kontsentratsioon jäi vahemikku 2–3 mg / l.
Mõõdeti MBBR-süsteemi ja sellele järgneva A/O-süsteemi mudaomadused enne ja pärast tööd, nagu on näidatudTabel 2.
Kokkuvõtteskui voolukiirust suurendati 150 l/h-ni, olid COD, NH₃-N, TN ja TP eemaldamise kiirused paremad kui muude voolukiiruste korral. Selle voolukiirusega HAR oli 27 tundi. Lisaks suurenes muda kontsentratsioon nii MBBR-is kui ka A/O-süsteemides pärast töötamist oluliselt.
3. Järeldus
Pärast biokile moodustumist MBBR-is olid COD, NH₃-N, TN ja TP eemaldamise efektiivsus stabiilsed. Ühekuulise pideva töötamise ajal stabiilsetes tingimustes saavutas KHT eemaldamine üle 95%, NH₃-N ja TN eemaldamine stabiliseerus umbes 80% ja TP eemaldamine umbes 90%.
MBBR heitvett töödeldi täiendavalt A/O süsteemis. Kombineeritud protsess võib taluda orgaanilist koormust kuni 37 kg KHT/m³·d. Optimaalne operatsioon kogu protsessi jaoks oli 27-tunnise HAR all. Lõpliku heitvee COD stabiliseerus alla 100 mg/L, NH₃-N vahemikus 10–20 mg/L, TN alla 30 mg/L ja TP alla 10 mg/L. Muda kontsentratsioon MBBR süsteemis oli pärast käitamist 8,5 g/L ja A/O süsteemis 4,1 g/L, mõlemad oluliselt kõrgemad kui enne kasutamist, mis viitab mikroobse biomassi olulisele suurenemisele. KHT ja ammoniaaklämmastiku tase pärast bioloogilist töötlemist vastas sekundaarse heitestandardi GB18918-2002 nõuetele. Edasiseks töötlemiseks võib Fentoni täiustatud oksüdatsioonitehnoloogiat kasutada bioloogiliselt töödeldud heitvee süvapuhastamiseks, et saavutada esimese taseme väljalaskestandard.