SISSEJUHATUS
Linnastumise kiirenemine on muutnud üha enam esile reostusprobleemid, mille hulgas on oluliseks probleemiks saanud linnade kanalisatsioon. Tööstuslikus tootmises ja igapäevaelus tekkiv reovesi ei saa mitte ainult tõsiselt jõgesid ja veeallikaid, vaid kujutab endast suurt ohtu ka inimeste tervisele ja ökoloogilisele keskkonnale. Seetõttu on linnade reoveepuhastuse kvaliteedi parandamine linnade tervisliku arengu tagamiseks muutunud kiireloomuliseks lahendamist vajavaks probleemiks.
Traditsioonilised keemilised puhastusmeetodid, kui neid kasutatakse valesti, võivad kergesti põhjustada sekundaarset reostust ja muuta saastamata veekogude looduslikku struktuuri. Seevastu biokilel põhinev bioaugmentatsioonitehnoloogia kui linnareoveepuhastuse uus vahend näitab ainulaadseid eeliseid. See tehnoloogia ei saa mitte ainult vältida teisest reostust, vaid sellel on ka lihtsa toimimise ja reaalajas töötlemise-omadused. Veelgi olulisem on see, et bioaugmentatsiooni tehnoloogiat mõjutab vähem saasteainete kontsentratsioon ja soolsus, säilitades kõrge aktiivsuse ka ebasoodsates tingimustes ega põhjusta mürgise reovee puhastamisel saasteainete ülekandumist.
Biokile tegelikku raviefekti mõjutavad aga paljud tegurid, mille hulgas on kandja tüüp üks võtmetegureid. Erinevatel kandjatel on biokile kasvule ja jõudlusele erinev mõju. Seetõttu on sobivate kandjate valimine ülioluline, et parandada bioaugmentatsiooni tehnoloogia tõhusust veereostuse puhastamisel. Selleks viiakse käesolevas artiklis läbi eksperimentide põhjal-linnaveereostuse bioaugmentatsiooni puhastusmeetodi süvaanalüüs ja uuringud keskkonnakaitsetehnikas, mille eesmärk on leida parim kandjatüüp ja töötingimused ning pakkuda tõhusamat tehnilist tuge linnaveereostuse puhastamiseks.
1 EKSPERIMENTAALSED MATERJALID JA MEETODID
1.1 Eksperimentaalne häälestus
Katses kasutati pleksiklaasist biokilereaktorit mõõtmetega 20 cm x 50 cm ja efektiivse mahuga 6,85 L. Aeratsiooniseadmeks oli hapniku- suurendamise pump, mille põhiülesanne oli varustada mikroorganisme hapnikuga ja tagada hõljuvate kandjate piisav suspensioon. 3-tunnise vahelduva õhutamise perioodi jooksul kasutati tahke vedeliku (mikroobikandjad ja kanalisatsioon) täielikuks segamiseks segajat. Reaktsioonitemperatuuri reguleeriti 28 ± 1 kraadi juures, kasutades temperatuuri kontrollseadet. Katse üldine seadistus on näidatud joonisel 1.
Nagu on näidatud joonisel fig 1, inokuleeriti reaktorid (a) ja (b) settega, kandjateks olid vastavalt suspendeeritud kandjad ja elastsed kandjad; reaktorid (c) ja (d) inokuleeriti aktiivmudaga, kusjuures kandjad olid vastavalt suspendeeritud kandjad ja elastsed kandjad. Nelja reaktori (a) ~ (d) tööparameetrid olid põhimõtteliselt samad. Töörežiimiks oli 3 h + 3 h vahelduv õhutamine järk-järgult suureneva õhutamise intensiivsuse ja vahelduva muda väljajuhtimisega. Aeratsiooni kiirus oli päevadel 1–2 3 l/min, päevadel 3–9 2 l/min ja pärast 9. päeva 3 l/min. Biokile kinnitamise meetod oli täielik tühjenemine pärast 2-päevast katkendlikku tööd.
1.2 Katsematerjalid
1.2.1 Mikroobikandjate konfigureerimine
Elastse kandja konfiguratsioon: katses kasutati elastse kandjana 4 mm läbimõõduga korrosioonikindlat{1}}korrosioonikindlat kesknööri, mis koosnes umbes 600 kõrge tihedusega polüetüleenist filamentset ainet, mis kinnitati biokilereaktori ülaossa ja riputati loomulikult. Selle kandja täitmiskõrgus oli 26 mm, hõõgniidi läbimõõt 10 mm, mass 0,978 g/cm3, eripind 500 m²/cm⁻3, poorsus üle 95% ja täiteaste 60%.
Suspendeeritud kandja konfiguratsioon: suspendeeritud kandjad olid polüvinüülkloriidist valmistatud granuleeritud ained, umbes 260 osakest, mis olid õhutamise ajal keevkihis. Kandja läbimõõt oli 150 mm, osakeste läbimõõt 0,5 mm, mass 100 g/cm3, eripind 311 m2/cm-3, poorsus üle 99% ja täiteaste 60%.
1.2.2 Katsevee valmistamine
Katsevesi valmistati Shandongi provintsis Weifangi linnas Mihe jõe veekvaliteedi põhjal. Lisati Mihe jõe vees levinud saasteained, nagu KNO3, NH4Cl, C₆H₁2O6 ja NaNO₂. Veetemperatuuri hoiti vahemikus 7,8–31,8 kraadi, pH 7,01–8,66, DO 6,46–11,35 mg/L, NH₄⁺-N 0,35–6,51 mg/L ja KHT 102–273 mg/L. Mikroorganismidele hea elukeskkonna tagamiseks lisati ka selliseid mikroelemente nagu Cu²⁺, Mg²⁺ ja Mn²⁺. Pärast lisamist olid kontsentratsioonid järgmised: CuSO4·5H2O 9,68 ug/L, MgSO4 15,2 ug/L, MnCl2·4H2O 211 ug/L, FeCl3 5,88 ug/L, ZnSO₂0g/7H₂,49 CoCl2·6H2O 3,85 ug/l.
1.2.3 Eksperimentaalne nakatatud muda
Inokuleeritud sete võeti Shandongi provintsis Weifangi linnas asuvast Mihe jõe mudast ja nakatatud aktiivmuda võeti Weifangi linnas asuva reoveepuhasti aeratsioonipaagist. Inokuleeritud setet pesti destilleeritud veega ja filtriti läbi 0,45 mm roostevabast terasest sõela. Sette ja aktiivmuda asetati vastavalt biokilereaktori põhja vahekorras 1:10.
1.3 Analüüsimeetodid
1.3.1 Veekvaliteedi indikaatorite analüüsimeetodid
Kõik katses kasutatud veekvaliteedi näitajate analüüsimeetodid järgisid riiklikke standardmeetodeid. Iga indikaatori lõplik väärtus oli kolme katse keskmine. Konkreetsed mõõtmisprotseduurid on järgmised:
pH, DO, T:Mõõdetud Mettler{0}}Toledo lahustunud hapniku mõõturiga. Konkreetsed sammud olid järgmised: veenduge, et arvesti oleks heas töökorras; mõõta pH-d; mõõta lahustunud hapnikku (DO); mõõta temperatuuri (T).
NH₄⁺-N:Mõõdetud Nessleri reaktiivi kolorimeetrilise meetodiga. Etapid olid järgmised: lisage veeproovile sobiv kogus naatriumhüdroksiidi lahust, et muuta NH4⁺ NH3-ks. Tavaliselt lisatakse 0,2 g NaOH 10 ml veeproovi kohta. Lisage töödeldud veeproovile tilkhaaval Nessleri reaktiiv, et reageerida tekkinud NH3-ga, moodustades kollase sademe. Täieliku sademe moodustumiseks oodake 15–30 minutit. Mida suurem on NH₄⁺-N sisaldus, seda tumedam on lahuse värvus. Arvutage NH₄⁺-N kontsentratsioon kolorimeetriliste tulemuste või neeldumisnäitude põhjal.
COD:Mõõdetud kiire seedimise meetodil. Sammud olid järgmised: lisage sobiv kogus veeproovi seedekolbi ja lisage sobiv kogus perkloorhapet ja väävelhapet, et saavutada proovi happeline lagunemine. Veenduge, et proovi pH on alla 2. Kuumutamine: asetage seedekolb konstantse temperatuuriga veevanni või loksutuskuumutisse, kuumutage keemiseni ja hoidke seda teatud aja jooksul (tavaliselt 2 tundi). Jahuta seedekolb toatemperatuurini. Indikaatori lisamine: ülejäänud kloorhappe absorbeerimiseks lisage indikaatoriks väike kogus hõbesulfiidi. Tiitrimine: kasutage tiitrimiseks Rhodamine B-d. Lisage proovile tilkhaaval rodamiin B, kuni värvus muutub roosast kollaseks{8}}roheliseks. Arvutage KHT kontsentratsioon.
1.3.2 Biokile karakteristikute analüüsi meetod
Biokile kogus määrati täitmise meetodil. Polüsahhariidide sisaldus ja valgusisaldus määrati lämmastikhappe-destilleerimise meetodil ja Coomassie Brilliant Blue meetodil, kasutades standardina veise seerumi albumiini. Nende kahe summa oli EPS-i sisu. EPS-i sisaldust kasutati indikaatorina biokile omaduste analüüsimisel. Katses analüüsiti peamiselt EPS-i rolli mikroobirakkude agregatsioonis. Biokile proovid enne ja pärast EPS eemaldamist kaaluti ning suspensiooni valmistamiseks lisati 0,9% NaCl lahust. Suspensiooni OD600 väärtus reguleeriti spektrofotomeetril 0,6-ni. Sobiv kogus suspensiooni pandi 5 ml tsentrifuugitorusse ja OD600 mõõtmiseks võeti iga 1 tunni järel 3 ml supernatanti. Mikroobirakkude agregatsiooni protsent ajahetkel t arvutati valemi järgi.
Liitmisprotsess järgis esimest{0}}kineetilist võrrandit.
2 TULEMUSED JA ARUTELU
2.1 Reovee kvaliteedi analüüs biokile kinnitamise{1}}käivitamisel erinevate kandjatega
Vastavalt tööparameetritele käivitati reaktorid ning NH₄⁺-N ja KHT kontsentratsiooni kanalisatsioonis testiti vastavalt protseduuridele, et võrrelda NH₄⁺-N ja KHT eemaldamise jõudlust erinevate inokulatsiooniallikate ja erinevate kandjatega.
Jooniselt 2(a) on näha, et NH₄⁺-N eemaldamise efektiivsuse järgi jagunes biokile kinnitamise käivitamise-protsess kolmeks etapiks: kohanemine, kiire kasv ja stabiliseerumine. Käivitusprotsessi ajal oli aktiivmudaga nakatatud suspendeeritud ja elastsete kandjate biokile kinnitamise efektiivsus parem kui settega nakatatud kandjatel. Nende hulgas saavutas reaktor (b) eduka biokile kinnitamise päeval 12, samas kui reaktor (a) oli veidi aeglasem. Struktuursete eeliste tõttu nõudis elastne kandja biokile kinnitamiseks lühemat aega, samas kui rippkandur oli tänu oma materjalile biokile eraldumisele kalduv, vähendades kinnituse efektiivsust. See näitab, et aktiivmudas sisalduvad rohked aktiivsed mikroorganismid parandasid biokile kinnitamise käivitamise{9}}tõhusust.
Jooniselt fig 2(b) on näha, et reaktorite (a) ~ (d) KHT eemaldamise kiirused esmalt suurenesid ja seejärel stabiliseerusid. Nende hulgas saavutas reaktor (b) 80% eemaldamise kiiremini kui (a), samas kui mõlemad (c) ja (d) stabiliseerusid 9. päeval üle 80%. Selle põhjuseks on asjaolu, et elastse kandja tugev adsorptsioonivõime ja ristseotud võrgustruktuur suurendasid mikroorganismide ja kanalisatsiooni vahelist kontaktpinda, parandades orgaanilise aine sidumise tõhusust. Lisaks parandas aktiivmuda kleepuvus ja rikkalikkus ka KHT eemaldamist.
2.2 Erinevate tegurite mõju biofilmi jõudlusele analüüs
Ülaltoodud analüüsitulemuste põhjal valiti reaktori (d) poolt moodustunud biokile (inokuleeritud aktiivmuda ja elastse kandjaga), millel oli parim saasteaineid eemaldav toime, järgnevate katsete jaoks, et analüüsida täiendavalt erinevate tegurite mõju biokile jõudlusele. Tulemused on näidatud joonisel 3.
2.2.1 TEE
Katsevee temperatuur määrati 26–28 kraadi, pH 6,8–7,2 ja vee voolukiirus 7,8–8,1 l/min. NH₄⁺-N ja COD eemaldamise kiirust võrreldi, kuna DO kontsentratsioon tõusis 1,5 mg/l-lt 4,5 mg/l-ni, nagu on näidatud joonisel 3(a).
Jooniselt 3(a) on näha, et DO kontsentratsiooni suurenedes suurenesid NH₄⁺-N ja COD eemaldamise kiirused. Kui DO oli 1,5 mg/l, olid NH₄⁺-N ja COD eemaldamise määrad vastavalt umbes 34% ja 48%. Sel ajal oli veekogu anoksilises olekus, hapniku ülekandmine biokile oli ebapiisav, mis raskendas nitrifitseerivate bakterite kasvu, mille tulemuseks oli madal eemaldamismäär. Seejärel, kui DO tõusis 3, 5 mg / l-ni, suurenesid mõlemad eemaldamise määrad märkimisväärselt ja seejärel muutus järk-järgult tasaseks. See tähendab, et pärast seda, kui DO ületas 3,5 mg/l, ei olnud DO enam NH₄⁺-N ja COD eemaldamist mõjutav võtmetegur.
2.2.2 pH
Katsevee temperatuur määrati 26–28 kraadi, vee voolukiirus 7,8–8,1 l/min ning pH reguleerimiseks kasutati HCl ja NaHCO₃. NH₄⁺-N ja COD eemaldamise kiirust võrreldi, kui pH tõusis 6-lt 9-le. On näha, et pH tõustes NH₄⁺-N ja COD eemaldamise kiirus esmalt suurenes ja seejärel vähenes, saavutades mõlemad maksimumi pH 7 juures. pH mõjutab oluliselt nitrifitseerivaid baktereid. Optimaalne pH nitrifitseerivate bakterite kasvuks on 7,5–8,0 ja nende aktiivsus on kõige tugevam pH 7,0–7,8 juures. Sellest vahemikust väljapoole langeb nende aktiivsus järsult, mis viib NH₄⁺-N ja COD eemaldamise määra vähenemiseni, mis on kooskõlas joonisega.
2.2.3 Veevoolu kiirus
Katse veetemperatuuriks määrati 26–28 kraadi, pH 6,8–7,2, DO 3,5–4,5 mg/L. NH₄⁺-N ja COD eemaldamise kiirust võrreldi, kui veevoolu kiirus kasvas 6,5 l/min-lt 9,5 l/min. On näha, et enne, kui voolukiirus jõudis 8,0 l/min-ni, suurenesid eemaldamiskiirused voolukiiruse suurenedes, saavutades maksimumi 8,0 l/min juures ja hakkasid seejärel vähenema. Seda seetõttu, et sobiv voolukiirus soodustab vee liikumist, kiirendades ainete ja hapniku transporti biokile, kuid liiga suur voolukiirus mõjutab biokile, põhjustades mõningast biokile kadu, mõjutades seeläbi töötlemise efektiivsust.
2.2.4 COD-koormus
Katsevee temperatuur määrati 26 kraadi – 28 kraadi, DO 3,5 mg/L, pH 7, veevoolu kiirus 8 L/min. NH₄⁺-N ja KHT eemaldamise kiirust võrreldi, kuna KHT-koormus kasvas 15 g/m²·d-lt 30 g/m²·d-ni. On näha, et kui KHT-koormus tõusis 15 g/m²-d kuni 30 g/m²-d, suurenesid eemaldamiskiirused kiiresti ja seejärel järk-järgult stabiliseerusid, saavutades maksimumi KHT-koormusel 25 g/m²-d. Sel hetkel oli NH₄⁺-N eemaldamise määr peaaegu 90% ja COD eemaldamise määr ületas 90%. Kui KHT-koormus ületas 25 g/m²·d, ei muutnud koormuse edasine suurendamine eemaldamismäärasid oluliselt. Katses kasutatud biokile optimaalne KHT koormus oli 25 g/m²·d.
2.2.5 Mõjutava C/N suhe
Katsevee temperatuur määrati 26 kraadi – 28 kraadi, DO 3,5 mg/L, pH 7, veevoolu kiirus 8 L/min. NH₄⁺-N ja COD eemaldamise kiirust võrreldi sissevoolu C/N suhtega 5,3, 10,2 ja 14,6, tulemustega, mis on näidatud joonisel 3(e).
Jooniselt 3(e) on näha, et kui sissevoolu C/N suhe oli 5,3, saavutas biokile hea NH₄⁺-N eemaldamise kiiruse 90%, kuid COD eemaldamise määr oli madal. Selle põhjuseks on asjaolu, et madal C / N suhe soodustab autotroofsete nitrifitseerivate bakterite kasvu, pannes need toitainete ja DO pärast tugevamini konkureerima kui heterotroofsed nitrifitseerivad bakterid, mis põhjustab heterotroofsete ja autotroofsete nitrifitseerivate bakterite tasakaalustamatust, mille tulemuseks on halb KHT eemaldamine. Kui sissetungiv C/N suhe oli 10,2, saavutas biokile suhteliselt kõrge eemaldamiskiiruse nii NH₄⁺-N kui ka COD puhul, kuna nendes tingimustes kasvasid heterotroofsed ja autotroofsed nitrifitseerivad bakterid tasakaalus ning biokile puhastamise efektiivsus oli kõrge. Kui mõjuva C/N suhe oli 14,6, oli KHT eemaldamise määr kõrge, ületades 90%, kuid NH₄⁺-N eemaldamise määr langes järsult, vaid umbes 65%. Seetõttu tuleks mõjuva C/N suhte valimisel arvestada nii NH₄⁺-N kui ka COD eemaldamise tõhusust.
3 KOKKUVÕTE
Veereostuspuhastuse mõju parandamiseks pakuti välja biokilel põhinev linnavee reostuse bioaugmentatsiooni puhastusmeetod. Konstrueeriti biokile reaktor, et võrrelda biokile kinnituse käivitamise jõudlust erinevate inokulatsiooniallikate ja erinevate kandjatega, samuti DO, pH, veevoolu kiiruse, KHT koormuse ja mõjuva C/N suhte mõju biokile reoveepuhastuse efektiivsusele. Analüüs näitas, et aktiivmudaga nakatatud elastse kandja biokilel oli suurem NH₄⁺-N ja COD eemaldamise kiirus, mis saavutas parema ravitulemuse. Veelgi enam, kui DO kontsentratsiooni hoiti 3,5 mg/l, pH reguleeriti sobivas vahemikus 7,0 kuni 7,8, veevoolu kiirus stabiliseerus 8,0 l/min, COD koormus 25 g/m²·d ja sissevoolu C/N suhe reguleeriti väärtusele 10,2, näitas biokile optimaalset saasteainete eemaldamise efekti. Kokkuvõttes näitab biokilel põhinev linnaveereostuse bioaugmentatsiooni puhastusmeetod olulisi eeliseid ja potentsiaali. Kohalikele tingimustele kohandatud biokile genereerimine linnade veereostuse puhastamiseks annab ideid linnade veereostuse parandamiseks ja linnade ökoloogilise tasakaalu säilitamiseks.