A2O-MBBR + rajatud märgalade kombineeritud protsessi mõju maapiirkondade olmereovee puhastamiseks

A2O-MBBR + CW-de kombineeritud tehnoloogia mõju maapiirkondade olmereovee puhastamiseks

Riik on viimastel aastatel süvitsi propageerinud maaelu elavdamise arengustrateegiat, keskendudes elukeskkonna parandamisele ning maapiirkondade olmereovee puhastamisele kõrgemaid nõudmisi. Praegu hõlmavad maapiirkondade olmereovee puhastamise peamised protsessid bioloogilisi meetodeid, ökoloogilisi meetodeid ja kombineeritud protsesse, millest enamik pärineb asulareovee puhastamisest. Maapiirkondi iseloomustab aga hajutatud asustus, mis toob kaasa arvukalt probleeme, nagu reovee suur hajuvus, kogumisraskused, väikesed puhastusmahud, madal ressursikasutuse määr ja ebapiisavad puhastusrajatised. Lisaks on reovee kvaliteedis ja koguses, geograafilises asukohas, kliimas ja majandustasemetes piirkonniti olulisi erinevusi, mistõttu on puhastustehnoloogiate standardimine keeruline; asulareoveepuhastustehnoloogiate lihtne kasutuselevõtt ei ole teostatav. Reovee kogumise infrastruktuur, näiteks kanalisatsioonivõrgud, on maapiirkondades sageli ebapiisav. Reovee kogumist mõjutavad kergesti kombineeritud kanalisatsiooni ülevoolud ja põhjavee imbumine, mille tulemuseks on madal orgaanilise kontsentratsiooni sisaldus reovees ja raskused lämmastiku bioloogilisel eemaldamisel. Reovee kvaliteedi ja kvantiteedi suured kõikumised maapiirkondades raskendavad stabiilse biomassi kontsentratsiooni säilitamist puhastites. Lisaks piiravad madalad talvised temperatuurid bioloogilise puhastusvõimsust, mis põhjustab madala efektiivsuse ja ebastabiilse heitvee kvaliteedi, mis võib traditsioonilistes aktiivmudaprotsessides ületada standardeid. Seetõttu on kiireloomuline vajadus välja töötada kohalikele tingimustele sobivad reoveepuhastustehnoloogiad, millel on tugev põrutuskoormuste vastupidavus, stabiilne pikaajaline töö, madal energiatarbimine ja kõrge puhastuse efektiivsus.

Hiina maapiirkonnad kipuvad eelistama madalat-kulu,-lihtsasti-haldatavat olmereoveepuhastustehnoloogiat, kusjuures peamine uurimissuund on bioloogilised ja ökoloogilised kombineeritud protsessid. Praegu maapiirkondades laialdaselt kasutatavad integreeritud pakendatud reoveepuhastusseadmed kasutavad peamiselt selliseid protsesse nagu anaeroobne-anoksiline-oksik (A2O) ja liikuva kihiga biofilmireaktor (MBBR). Uuringud näitavad, et MBBR-protsess tugineb rohkem rajatise projekteerimisel kui täpsel tööjuhtimisel, mis ei vaja reguleerimiseks professionaalset tehnilist personali, mistõttu on see mugav kasutada ja hooldada. See sobib rohkem maapiirkondade olmereovee puhastamise praktiliste vajaduste jaoks, kus tehnilist personali napib. Selle eelised hõlmavad kõrget biomassi kontsentratsiooni, tugevat vastupidavust põrutuskoormustele, kõrget töötlemise efektiivsust ja väikest jalajälge. Luo Jiaweni et al. näitab, et MBBR kandja lisamine A2O protsessi võib oluliselt parandada selle reoveepuhastusvõimet. Zhou Zhengbing jt töötasid tegelikus maapiirkondade olmereoveeprojektis välja kaheetapilise anaeroobse/anoksilise-bioloogilise aereeritud filtri kombineeritud protsessi, mis saavutas stabiilse heitvee kvaliteedi, mis vastab A-klassi standardile GB 18918{28}}2002. aasta "Saasteveepuhastuskava munitsipaalveepuhastuskava". Lisaks kasutatakse maapiirkondade olmereovee puhastamiseks sageli ehitatud märgalasid (CW). Näiteks Zhang Yang et al. kasutas ehitatud märgala muutmiseks täiteainena biosütt, leides TN, TP ja COD eemaldamise määrad vastavalt 99,41%, 91,40% ja 85,09%. Meie grupi varasemad uuringud näitasid ka, et muda biosöe täiteaine võib parandada rajatud märgalade lämmastiku ja fosfori eemaldamise jõudlust, parandades kogu süsteemi töötlemise tõhusust ja tõhusust ning muutes süsteemi vastupidavamaks löökkoormustele. Tuginedes ülaltoodud uuringutele, et uurida kombineeritud tehnoloogiat, mis sobib maapiirkondade olmereovee puhastamiseks ja lahendada probleeme, nagu raskused stabiilse biomassi kontsentratsiooni säilitamisel, nõrk vastupidavus põrutuskoormustele ja heitvee kvaliteet, mis on kalduvus maapiirkondade reoveepuhastusseadmetesse ja ületab standardeid, paigutas autor A2O-MBBR-i fikseeritud protsessi, täites selle integreeritud biokile kandjaga, et luua peatatud3}. muda (IFAS) keskkond, suurendades süsteemi muda kontsentratsiooni ja parandades töötlemise tõhusust. Arvestades olemasoleva seisva maa (nt tiigid ja nõgud) ökoloogilist kasutamist maapiirkondades ning rajatud märgalade kombineerimist poleerimistöötlusprotsessina, kasutati liitmärgala tööstabiilsuse suurendamiseks selliseid meetodeid nagu muda biosöe täiteaine kasutamine, nitrifitseeritud vedeliku retsirkuleerimine ja vee all olevate taimede istutamine. Seega konstrueeriti A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsess.

Selles uuringus, kasutades puhastusobjektina Hefeis asuva külareoveepuhasti toorreovett, koostati A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsessi piloot-mastaabis eksperimentaalne seadistus. Uuriti vee temperatuuri hooajaliste muutuste mõju selle puhastustulemusele. Käitamise ajal jälgiti saasteainete näitajaid sisse- ja heitvees, et uurida eemaldamise efektiivsust ja töö stabiilsust. Samal ajal analüüsiti protsessi majanduslikku otstarbekust. Eesmärk on anda andmete viide ja alus A2O + ehitatud märgala kombineeritud tehnoloogia rakendamiseks maapiirkondade olmereoveepuhastusprojektides Hiinas ning pakkuda viiteid olmereovee puhastamise edendamiseks ja kaunite, ökoloogiliselt elamisväärsete külade rajamiseks maapiirkondadesse.

1. Eksperimentaalne seadistus ja uurimismeetodid

1.1 Kombineeritud protsessivoog

A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsessi katses võeti kasutusele A2O-üksuse, süsiniku-põhise maa-aluse vooluga märgala ja ökoloogilise tiigi seeriatöö. A2O-üksus koosnes segatud anaeroobsest -anoksilisest kontaktpaagist ja aeroobsest membraanpaagist (MBBR). Nii segane anaeroobne paak kui ka aeroobse MBBR-paagi aeratsioonitsoon täideti suspendeeritud biokile kandjaga, et luua mikroorganismidele kinnituspinnad biokilede moodustamiseks. Aktiivmuda ja biokile mahutites eksisteerisid koos, moodustades IFAS-süsteemi, mis suudab süsteemi biomassi stabiilselt säilitada. Hämmeldunud anoksiline paak parandas denitrifikatsiooniprotsessi nitrifitseeritud vedeliku retsirkulatsiooni kaudu. Aeroobse MBBR paagi põhjas oli õhutussüsteem, et parandada selle nitrifikatsiooni. Paagi sisse oli paigaldatud polüalumiiniumkloriidi (PAC) doseerimisport täiendavaks keemiliseks fosfori eemaldamiseks, võimaldades tõhusat fosfori eemaldamist. CW-de üksus hõlmas süsiniku{14}}põhist maa-aluse voolu märgala ja vee all olevat taimeökoloogilist tiiki. Süsiniku{16}}põhisel maa-alusel voolul rajatud märgalal võeti kasutusele kolmeastmeline täitefiltrisüsteem. Täitetsooni põhja paigaldati õhutuskettad kandja tagasipesuks, et leevendada ummistumist. Sukeldatud taimeökoloogilise tiigi põhjas oli lubjakivist substraadikiht ja sinna istutati külmakindlad vee all olevad taimed Vallisneria natans ja Potamogeton crispus. Seade paigutati õue. Ökoloogilisse tiiki paigaldati termomeeter, mis jälgib hooajalisi veetemperatuuri muutusi. A2O-MBBR + CW-de kombineeritud protsessi üksikasjalik protsessivoog on näidatudJoonis 1.

1.2 Seadistuse ülesehitus ja tööparameetrid

Eksperimentaalne seadistus konstrueeriti 10 mm paksuste polüpropüleenplaatide abil. Häiritud anaeroobne paak täideti kandilise biokile kandjaga ja sisaldas deflektoriplaate. Deflektoriga anoksilise paagi segavedeliku retsirkulatsiooni suhe oli 50–150% ja see sisaldas ka deflektoriplaate. Aeroobne MBBR paak jagati deflektoriga aeroobseks aeratsioonitsooniks ja settimistsooniks. Aeratsioonitsoon täideti MBBR-i rippuva kandjaga õhu---vee suhtega 6:1–10:1. Settetsoonis oli PAC doseerimisport ja kaldplaadid settimise abistamiseks. Süsiniku-põhine maa-aluse vooluga märgala: esmane täitetsoon täideti lubjakiviga (läbimõõt ~5 cm), sekundaarne täitetsoon tseoliidiga (läbimõõt ~3 cm) ja tertsiaarne täitetsoon muda biosöe täiteainega (läbimõõt ~0,5-1,0 cm). Iga tsooni täitekõrgus oli 75 cm. Primaarse ja sekundaarse täitetsooni vahele määrati umbes 4 cm laiune tühimik selliste funktsioonide jaoks nagu väliste süsinikuallikate lisamine, vaatlus ja hooldus/tühjendus (selle katse ajal süsinikuallikat ei lisatud). Sukeldunud taimeökoloogiline tiik täideti 20 cm kõrgusel lubjakivitäiteainega (läbimõõt ~3 cm). Sukeldatud taimed istutati reavahega 10 cm ja taimede vahedega 10 cm. Katses kasutati sissevooluna Hefei küla reoveepuhasti toorreovett. Katseperiood kestis 25. maist 2022 kuni 17. jaanuarini 2023, kokku 239 päeva. Sukeldatud taimi koguti üks kord 2. detsembril, sagedusega ligikaudu kord 6 kuu jooksul. Projekteeritud reoveepuhastusvõimsus oli 50~210 L/d. Seadistuse üksikasjalikud konstruktsiooniparameetrid on näidatudTabel 1.

1.3 Katsemeetodid

1.3.1 Eksperimentaalne disain

1.3.1.1 Optimaalse reoveepuhastusvõimsuse test

Pärast katseseadise edukat katsetamist (stabiilne heitvee kvaliteet) viidi 25. maist 2022 kuni 30. juunini 2022 läbi optimaalse reoveepuhastusvõimsuse test. Tingimustes, kus aeroobse paagi õhu - ja -vee suhe on 6:1, nitrifitseeritud vedeliku retsirkulatsiooni suhe (PAC10Al2%) (PAC10Al2 %) umbes 3,7 g/d, suurendati järk-järgult seadistuse reoveepuhastusvõimsust (50, 60, 70, 80, 100, 120, 150, 180, 210 l/d). Seadise optimaalse reoveepuhastusvõimsuse uurimiseks jälgiti heitvee kvaliteedi muutusi. Sel perioodil oli veetemperatuur 24,5–27,1 kraadi. Stabiilse heitvee nõuetele vastavuse tagamiseks talvel võeti vastu heitveestandardiks A-klassi standard GB 18918-2002 "Saasteainete väljalaskestandard olmereoveepuhastitesse".

1.3.1.2 Kombineeritud protsessi üldise ravi tulemuslikkuse test

Katseperiood oli 1. juulist 2022 kuni 17. jaanuarini 2023. Optimaalseks reoveepuhastusvõimsuseks määrati 120 L/d. Aeroobse paagi õhu - ja -vee suhe oli 6:1–10:1 ja segavedeliku retsirkulatsiooni suhe oli 50–150%. Sisse- ja heitvee kvaliteedinäitajad (TN, TP, NO₃^--N, NH₄⁺-N ja COD) jälgiti igast protsessiüksusest. Registreeriti vee temperatuuri muutused katseperioodil (mõjutatud hooajalisest kliimast). Analüüsiti maapiirkondade olmereovee A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsessi puhastustulemusi ning uuriti vee temperatuuri hooajaliste muutuste mõju kombineeritud protsessi toimivusele.

1.3.2 Proovide võtmine

Katseperioodil võeti veekvaliteedi kontrollimiseks proove ebaregulaarselt (ligikaudu 1-2 korda nädalas). Proovid koguti seadistuse sissevoolust, segatud anaeroobsest -anoksilisest paagi heitveest, aeroobse MBBR paagi heitveest, süsiniku-põhisest maa-aluse voolu märgalade heitveest ja sukeldatud taimeökoloogilise tiigi heitveest. Sissevoolu proovid võeti seadise sisselasketorust ja heitvee proovid iga üksuse väljalaskeavast. Veekvaliteedi näitajate testimine lõpetati samal proovivõtupäeval. Testitud indikaatorite hulka kuulusid TN, TP, NO₃^--N, NH₄⁺-N ja COD. Iga kord, kui proovid võeti, registreeriti ökoloogilise tiigi termomeetri veetemperatuuri näit (muutus vahemikus 0–32 kraadi). Ökoloogilise tiigi veetemperatuur muutus loomulikult koos hooajaliste temperatuuride erinevustega. Eksperimentaalse seadistuse kavandatud heitvee standard järgis A-klassi standardit DB 34/3527-2019 "Maapiirkondade olmereoveepuhastusrajatiste veesaasteainete heitestandard". Projekteeritud sissevoolu kontsentratsioonid ja heitvee normid on üksikasjalikult kirjeldatudTabel 2.

1.3.3 Veekvaliteedi analüüsi meetodid

TN kontsentratsioon veeproovides määrati HJ 636-2012 "Vee kvaliteedi - Üldlämmastiku määramine - Leeliselise kaaliumpersulfaadi lagundamise UV spektrofotomeetriline meetod" abil. EI₃^--N kontsentratsioon määrati HJ/T 346-2007 "Vee kvaliteedi - Nitraatlämmastiku määramine – ultraviolettkiirguse spektrofotomeetria (katsetus)" abil. NH₄⁺-N kontsentratsioon määrati HJ 535-2009 "Vee kvaliteedi - Ammoniaaklämmastiku määramine - Nessleri reaktiivi spektrofotomeetria" abil. KHT määrati HJ 828-2017 "Vee kvaliteedi - Keemilise hapnikutarbe määramine - Dikromaadi meetod" abil. TP kontsentratsioon määrati GB 11893-1989 "Vee kvaliteet - Üldfosfori määramine - Ammooniummolübdaadi spektrofotomeetriline meetod" abil.

2. Tulemused ja arutelu

2.1 Reoveepuhastusvõimsuse mõju kombineeritud protsesside toimivusele

Nagu näidatudJoonis 2(a)(b), kuna igapäevane reoveepuhastusvõimsus tõusis järk-järgult 50 l/d-lt 210 l/d, on TN ja NH eemaldamise efektiivsus₄⁺-N iga kombineeritud protsessi ühiku järgi näitas vähenevat trendi. TN eemaldamise kiirus vähenes 91,55%-lt (50 l/d) 52,17%-le (210 l/d) ja NH₄⁺-N eemaldamise määr vähenes 97,47%-lt (70 l/d) 80,68%-le (210 l/d). Seda seetõttu, et igapäevase reoveepuhastusvõimsuse suurenemine vähendab hüdraulilist retentsiooniaega, lühendades mikroorganismide jaoks aega saasteainete lagundamiseks, mille tulemuseks on kehvem puhastustulemus. Nende hulgas andis A2O üksus kõige rohkem TN ja NH₄⁺-N eemaldamine. Selle seadme keskmine sissevoolu TN kontsentratsioon oli 38,68 mg/L, heitvesi 16,87 mg/L, eemaldamismäär 56,29%. Keskmine mõju NH₄⁺-N kontsentratsioon oli 36,29 mg/L, heitvesi 5,50 mg/L, eemaldamismäär 84,85%. Süsiniku -põhise maa-aluse vooluga märgala puhul oli keskmine sissevoolu TN kontsentratsioon 16,87 mg/L, heitvesi 11,96 mg/L ja eemaldamismäär 29,10%. Sukeldatud taimeökoloogilise tiigi keskmine sissevoolu TN kontsentratsioon oli 11,96 mg/L, heitvesi 9,47 mg/L, eemaldamismäär 20,82%. Süsiniku{14}}põhise maa-aluse vooluga märgala lämmastikueemaldusvõime oli parem kui ökoloogilise tiigi oma, kuna maa-aluse vooluga märgala anaeroobne -anoksiline keskkond on denitrifikatsiooniks sobivam. Kuid NH₄⁺-Ökoloogilise tiigi lämmastiku eemaldamise jõudlus oli parem kui maa-aluse vooluga märgala oma. Keskmine mõju NH₄⁺-Ni kontsentratsioon süsiniku-põhise maa-aluse vooluga märgala puhul oli 5,50 mg/L, heitvesi 4,04 mg/L, eemaldamismäär vaid 26,53%. Ökoloogilise tiigi puhul keskmine sissevooluga NH₄⁺-N kontsentratsioon oli 4,04 mg/L, heitvesi 2,38 mg/L, eemaldamismäär 41,07%. Selle põhjuseks on asjaolu, et ökoloogilise tiigi aeroobne keskkond on sobivam nitrifikatsiooniks, muutes rohkem NH-d₄⁺-N sisse NO₃^--N, mille tulemuseks on suurem NH₄⁺-N eemaldamise määr. Kui reoveepuhastusvõimsus jõudis 150 l/d, oli heitvee TN kontsentratsioon 15,11 mg/l, ületades A-klassi standardit GB 18918-2002. Seetõttu oli TN-i stabiilse vastavuse tagamiseks maksimaalne reoveepuhastusvõimsus 120 L/d. Kui reoveepuhastusvõimsus jõudis 210 L/d, siis heitvesi NH₄⁺-N kontsentratsioon oli 7,07 mg/l, ületades A-klassi standardit GB 18918-2002. Seetõttu on NH maksimaalne reoveepuhastusvõimsus₄⁺-N vastavus oli 180 l/päevas.

Nagu näidatudJoonis 2 (c), oli keskmine sissevoolu KHT alla 100 mg/l, mis viitab madalale orgaanilisele sisaldusele. Reoveepuhastusvõimsuse suurenemine ei mõjutanud oluliselt KHT eemaldamist, KHT eemaldamise määrad olid vahemikus 75–90%. Kuna reoveepuhastusvõimsus kasvas 50 l/päevas 210 liitrini päevas, oli keskmine heitvee KHT 19,16 mg/l ja maksimaalne heitvee KHT 26,07 mg/l, mis on endiselt palju alla GB 18918 standardi 50 mg/l, kuna 2002. aasta COD-taseme eemaldamise ühik aitas kaasa kõige enam A2OD. aeroobses MBBR paagis lõi aeroobse keskkonna, suurendades aeroobsete mikroorganismide biokeemilist võimekust ja tugevdades KHT eemaldamist. Lisaks võimaldas nitrifitseeritud vedeliku retsirkulatsioon A2O-üksuses segatud anoksilisel paagil edasi kasutada reovees sisalduvat orgaanilist ainet süsinikuallikana, eemaldades osa COD-st, suurendades samal ajal denitrifikatsiooni. Süsinik{18}}põhine maa-aluse vooluga märgala aitas KHT eemaldamisel kõige rohkem kaasa. Selle anaeroobne-anoksiline keskkond soodustab orgaanilise aine kasutamist reovees süsinikuallikana, lagundades osa orgaanilisest ainest, suurendades samal ajal denitrifikatsiooni, mistõttu oli sellel ka parem TN-i eemaldamine. Lisaks võib maa-aluse voolu märgala substraadikiht adsorbeerida mõnda orgaanilist ainet. Ökoloogilisel tiigil oli KHT degradatsioonile piiratud mõju. Ökoloogilise tiigi keskmine sissevoolu KHT oli 22,21 mg/L ja kõige kergemini biolagunev orgaanika oli juba lagunenud, jättes alles raskemini laguneva orgaanika.

Nagu näidatudJoonis 2 (d), kui reoveepuhastusvõimsus suurenes, jäi heitvee TP kontsentratsioon stabiilseks. Reoveepuhastusvõimsuse suurenemine TP eemaldamist oluliselt ei mõjutanud. Keskmine sissevoolava TP kontsentratsioon oli 3,7 mg/L ja keskmine väljavoolu kontsentratsioon oli 0,18 mg/L, keskmise eemaldamiskiirusega 95,14%, mis näitab head TP eemaldamist. TP eemaldati peamiselt A2O üksuses. Sissevoolava TP kontsentratsioon A2O ühiku jaoks oli 3,7 mg/l ja väljavool ainult 0,29 mg/l, mis on parem kui GB 18918-2002 klassi A standard 0,5 mg/l. Selle põhjuseks on asjaolu, et A2O ühikul ei olnud mitte ainult bioloogiline fosfori eemaldamine, vaid ka fosfori eemaldamine fosfori abil. millele on lisatud keemiline fosfori eemaldamine PAC doseerimisega 3,7 g/päevas. Fosfori bioloogilise ja keemilise eemaldamise kombinatsiooni tulemusel eemaldati A2O-üksuses üle 90% fosforist. Maa-aluse voolu märgala ja ökoloogiline tiik tuginesid fosfori eemaldamiseks peamiselt sellistele mehhanismidele nagu substraadi adsorptsioon, settimine, taimede omastamine ja mikroobide lagunemine. Veelgi enam, märgalale sisenev TP kontsentratsioon oli juba nii madal kui 0, 29 mg / l, muutes edasise eemaldamise keerulisemaks. Need kombineeritud põhjused viisid märgala ja ökoloogilise tiigi üldise TP eemaldamise tulemuslikkuseni.

Seetõttu, et tagada kõigi heitvee näitajate stabiilne vastavus GB 18918-2002 klassi A standardile, määrati selle protsessi optimaalseks reoveepuhastusvõimsuseks 120 l/d.

2.2 Kombineeritud protsessi saasteainete eemaldamise toimivus

2.2.1 COD-i eemaldamise jõudlus

Nagu näidatudJoonis 3, kogu puhastusvõime testi perioodil (1. juuli 2022 kuni 17. jaanuar 2023, reoveepuhastusvõimsus 120 L/d) näitas veetemperatuur kõikuvat langustrendi, langedes 32 kraadilt 0 kraadini. KHT eemaldamise kiirus kõikus ja vee temperatuuri langus ei avaldanud KHT eemaldamisele ilmset mõju. KombineeritudJoonis 4, varieerus KHT eemaldamise määr vahemikus 66,16–82,51%, mida mõjutas peamiselt sissevoolava KHT kontsentratsioon. Uuringud näitavad, et anaeroobsetes/anoksilistes tingimustes sõltub KHT eemaldamine peamiselt mikroobse toimest. Protsess A2O-MBBR+CWs vaheldub anaeroobsete-anoksiliste-oksiliste-anoksiliste-tingimuste vahel, suurendades COD eemaldamist. Töö ajal, kui vee temperatuur langes, kuigi sissevoolu KHT oli vahemikus 80–136 mg/L, jäi heitvee KHT stabiilseks alla 50 mg/L, mis vastab A-klassi standardile DB 34/3527{20}}2019, mis näitab head orgaanilist lagunemist. KOK-i eemaldamisele aitas kõige rohkem kaasa A2O sektsioon. Hämmeldunud anaeroobse -anoksilise kontaktpaagi keskmine KHT-eemaldusmäär oli 43,38%, mis moodustab 65,43% kogu KHT-eemaldamisest. Aeroobse MBBR paagi keskmine eemaldamismäär oli 14,69%, mis moodustab 19,87% koguarvust. A2O sektsioon aitas KOK-i eemaldamisele kaasa üle 85%, saades kasu segatud anaeroobse paagi ja aeroobse MBBR paagi söötme suurest eripinnast, suurest muda kontsentratsioonist ja toiduahela moodustumisest bakteritest → algloomadest → metaloomadest, mis lagundab tõhusalt orgaanilist ainet vees. IFAS-süsteemi suur bioloogiline mitmekesisus tagas hea orgaanilise eemaldamise isegi temperatuurimuutuste korral. Lisaks kasutaksid denitrifitseerivad bakterid süsinikuallikana osa anaeroobses-anoksilises kontaktpaagis olevas reovees lahustuvast orgaanilisest ainest. Vahepeal suurendas retsirkuleeritud segavedelik NO₃^--N kontsentratsioon segaduses anoksilises paagis, mis soodustab süsinikuallikate kasutamist denitrifitseerivate bakterite abil NO muundamiseks₃^--EI/EI₂^--N lämmastikgaasiks. Kõrge COD eemaldamise kiirus segatud anaeroobses -anoksilises kontaktpaagis kinnitab veelgi, et see protsess suudab tõhusalt kasutada reovees olevat orgaanilist ainet denitrifikatsiooni süsinikuallikana. Süsiniku-põhise maa-aluse vooluga märgala keskmine KHT eemaldamise määr oli 7,18%, mis moodustab 9,18% kogu KHT eemaldamisest. Maa-aluse voolu märgala anaeroobne/anoksiline keskkond soodustab mikroorganisme, mis kasutavad süsinikuallikana orgaanilist ainet, saavutades KHT eemaldamise, suurendades samal ajal denitrifikatsiooni. Seotud uuringud näitavad ka, et biosöe täiteaine võib adsorbeerida orgaanilist ainet elektrostaatilise külgetõmbe ja molekulidevahelise vesiniksideme kaudu. Seetõttu adsorbeeriks pinnasevoolu märgalal olev muda biosöe täiteaine osa orgaanilisest ainest. Sukeldatud taimeökoloogilises tiigis oli KHT keskmine eemaldamise määr vaid 3,68%, kuna tiiki sisenev KHT oli juba madal, keskmiselt 30,59 mg/L ja koosnes enamasti tulekindlast orgaanilisest ainest, mis eemaldati peamiselt adsorptsiooni ja taimede omastamise teel, piiratud toimega.

2.2.2 Lämmastiku eemaldamise jõudlus

Nagu näidatudJoonis 3, kuna vee temperatuur langes järk-järgult 32 kraadilt 12 kraadile, TN ja NH₄⁺-N eemaldamismäär kõikus. Keskmine TN eemaldamise määr oli 75,61% ja keskmine NH₄⁺-N eemaldamismäär saavutas 95,70%. Kui vee temperatuur langes alla 12 kraadi, TN ja NH₄⁺-N eemaldamismäärad näitasid kiiret langustrendi, kuid keskmised eemaldamismäärad ulatusid siiski vastavalt 58,56% ja 80,40%ni. Selle põhjuseks on asjaolu, et hooajaline veetemperatuuri langus pärssis mikroobide aktiivsust, nõrgendades denitrifikatsiooni jõudlust. Vastavalt kombineeritud protsessi tööperioodi (1. juuli 2022 kuni 17. jaanuar 2023) sissevoolu ja heitvee saasteainete kontsentratsioonide statistiliste tulemuste põhjal on näidatudTabel 3, keskmine mõjuv TN ja NH₄⁺-N kontsentratsioonid olid vastavalt 36,56 mg/L ja 32,47 mg/L. NH₄⁺-N moodustas 88,81% TN-st. Mõjutaja EI₃^--N (0,01 mg/L) oli peaaegu tühine. Keskmine heitvesi TN ja NH₄⁺-N kontsentratsioonid olid vastavalt 11,69 mg/L ja 3,5 mg/L, mis mõlemad vastasid DB 34/3527-2019 A-klassi standardile. Keskmine heitvesi NO₃^--N kontsentratsioon oli 6,03 mg/L, mis näitab selle protsessi head nitrifikatsioonivõimet, mis muudab NH₄⁺-N kuni NO₃^--N. Kuid NO kogunemine₃^--N heitvees viitab sellele, et edasiseks denitrifikatsiooniks on veel ruumi. Nagu näidatudJoonis 5 (a), TN eemaldamine oli suurim A2O sektsioonis. Hämmeldunud anaeroobse -anoksilise kontaktpaagi keskmine TN eemaldamise määr oli 44,25% ja aeroobse MBBR paagi keskmine TN eemaldamise määr oli 9,55%. See on aeroobses tsoonis nitrifitseerivate bakterite ja anoksilise tsooni denitrifitseerivate bakterite koostoime tulemus. Süsiniku -põhise rajatud märgala keskmine TN eemaldamise määr oli 11,07%, kuna selle võime vabastada süsinikuallikaid ja selle anaeroobne/anoksiline keskkond soodustavad denitrifikatsiooni, säilitades teatud lämmastiku eemaldamise võime. Sukeldatud taimeökoloogilises tiigis oli TN-i eemaldamise määr üldiselt vaid 3,54%, kuna selle aeroobne keskkond ei soodusta denitrifikatsiooni. Nagu näidatudJoonis 5 (b), NH₄⁺-N eemaldamine viidi peamiselt lõpule A2O jaotises. Hämmeldunud anaeroobsel-anoksilisel kontaktpaagil oli NH₄⁺-N eemaldamise määr 59,46% ja aeroobsel MBBR paagil oli NH₄⁺-N eemaldamise määr 24,24%. A2O sektsioon moodustas 93,57% kogu NH-st₄⁺-N eemaldamine. Kõrge NH₄⁺-N eemaldamine A2O sektsioonist on tingitud pidevast aeratsioonist aeroobse MBBR paagis, mis võimaldab nitrifitseerivatel bakteritel DO täielikult ära kasutada NH muundamiseks₄⁺-N kuni NO₃^--N. Seejärel tsirkuleeritakse see anoksilisse paaki, kus denitrifitseerivad bakterid muudavad NO₃^--N kuni N2 eemaldamiseks. Katseperioodil oli keskmine TN eemaldamise määr 68,40% ja keskmine NH₄⁺-N eemaldamise määr oli 89,45%, mis näitab head lämmastiku eemaldamise jõudlust.

Nagu näidatudJoonis 3, kuna vee temperatuur langes 32 kraadilt 0 kraadile, vähenes TN eemaldamise kiirus maksimaalselt 79,19%-lt 51,38%-le. KombineeritudJoonis 5 (a), when water temperature was >20 kraadi juures ületas keskmine TN eemaldamise määr 75%, heitvee keskmise kontsentratsiooniga 8,41 mg/l, kuna mikroobide aktiivsus on kõrgem vahemikus 20–32 kraadi, mis viib parema denitrifikatsioonini, mis on kooskõlas Zhang Na jt uuringutega. Kui vee temperatuur langes 20 kraadilt 5 kraadile, vähenes keskmine TN eemaldamise kiirus 65,44%-ni ja keskmine heitvee kontsentratsioon tõusis 12,70 mg/L-ni. Kui vee temperatuur oli 0–5 kraadi, vähenes keskmine TN eemaldamise kiirus 52,75%-ni ja keskmine heitvee kontsentratsioon tõusis 17,62 mg/L-ni, mis näitab teatud mõju TN eemaldamisele. Uuringud näitavad, et kui vee temperatuur langeb, pärsitakse mikroobide aktiivsust. Kui vee temperatuur<5.6°C, microorganisms are basically dormant, and population numbers sharply decrease, limiting pollutant degradation. When water temperature <4°C, microorganisms begin to die. However, in this process, even when water temperature dropped to 0°C, the TN removal rate still reached 51.52%, and effluent always met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. This is because the IFAS system in the A2O section maintained high biomass concentration. During the test period, MLSS concentration in the baffled anaerobic-anoxic contact tank and aerobic MBBR tank reached 6,000~8,000 mg/L. Additionally, recirculation of nitrified liquid further enhanced denitrification. Furthermore, wastewater passed sequentially through the limestone, zeolite, and sludge biochar filler zones of the subsurface flow wetland, where anaerobic and aerobic reactions occurred simultaneously. Various organics adsorbed on filler surfaces and the slow-release of carbon sources from biochar filler promoted denitrification, further enhancing nitrogen removal. Research indicates that biochar can increase the abundance and diversity of denitrifying microorganisms in wetlands. Also, due to its structure, subsurface flow wetlands have some thermal insulation effect, helping maintain internal microbial activity. Under the influence of multiple factors, the combined process exhibited strong resistance to low-temperature shock, maintaining over 50% TN removal even at 0°C. In summary, when water temperature is >5 kraadi, TN eemaldamise jõudlus on hea, heitvesi on stabiilne alla 15 mg / l. Siinkohal saab muude saasteainete eemaldamist arvesse võttes reoveepuhastusvõimsust asjakohaselt suurendada.

Nagu näidatudJoonis 3, kui vee temperatuur järk-järgult langes, vähenes NH₄⁺-N eemaldamise määr vähenes maksimaalselt 99,52%-lt minimaalselt 74,77%-le ja heitvee NH₄⁺-N kontsentratsioon tõusis minimaalselt 0,17 mg/L-lt 8,40 mg/L-ni. Veetemperatuuri langus pärsib nitrifitseerivate ja nitritivate bakterite tegevust, vähendades NH-d₄⁺-N removal. However, when water temperature >12 kraadi, keskmine heitvesi NH₄⁺-N kontsentratsioon oli 1,58 mg/l. Kui vee temperatuur on alla 12 kraadi või sellega võrdne, siis keskmine heitvesi NH₄⁺-N kontsentratsioon tõusis 6,58 mg/L-ni, kuid heitvees NH₄⁺-N vastas alati DB 34/3527-2019 A-klassi standardile. Kui vee temperatuur oli 20-32 kraadi, siis keskmine NH₄⁺-N eemaldamismäär ületas 96%. KombineeritudJoonis 5 (b), heitvesi NH₄⁺-N kontsentratsioon oli selles vahemikus alla 2 mg/l, mis viitab kõrgele nitrifitseerivate bakterite aktiivsusele ja suurepärasele üldisele NH-le₄⁺-N eemaldamine. Kui veetemperatuur langes järk-järgult 20 kraadilt 12 kraadini, siis keskmine NH₄⁺-N removal rate still exceeded 90%, showing good removal, as research indicates water temperature >12 kraadi sobib bakterite kasvu nitrifitseerimiseks, soodustades nitrifikatsiooni. Seetõttu NH₄⁺-N säilitas kõrge eemaldamismäära vahemikus 12–20 kraadi. Kui veetemperatuur langes järk-järgult 12 kraadilt 0 kraadile, siis keskmine NH₄⁺-N eemaldamise määr jõudis endiselt 80%-ni. Olemasolevad uuringud näitavad, et nitrifitseerivad bakterid peaaegu kaotavad nitrifikatsioonivõime 0 kraadi juures. Selle uuringu tulemused näitavad aga, et isegi 0 kraadi juures on NH₄⁺-N eemaldamise määr ületas 75%, mis näitab selle protsessi head nitrifikatsioonijõudlust madalatel temperatuuridel. Selle põhjuseks on asjaolu, et selle uuringu jaotises A2O-MBBR olevas IFAS-süsteemis on biokile muda pikk, kuni umbes 1 kuu vanus, mistõttu nitrifikatsioonikiirust biokeemiapaagis mõjutab temperatuur palju vähem kui traditsioonilised aktiivmudaprotsessid, parandades oluliselt nitrifikatsiooni jõudlust madalatel talvistel temperatuuridel. Wei Xiaohani et al. viitab ka sellele, et mittevastava NH peamine põhjus-₄⁺-N heitvesi madala veetemperatuuri tingimustes on aktiivmuda ebapiisav vanus, kusjuures temperatuuri mõju nitrifikaatori aktiivsusele on sekundaarne. Seega, kuigi vee temperatuuri langus mõjutas mingil määral nitrifikaatori aktiivsust, tagas selle protsessi piisav muda vanus NH₄⁺-N eemaldamine madalatel temperatuuridel. Katseperioodil keskmine heitvesi NH₄⁺-N kontsentratsioon oli 3,50 mg/l ja kombineeritud protsess näitas head ja stabiilset nitrifikatsiooni.

2.2.3 Fosfori eemaldamise jõudlus

Nagu näidatudJoonis 3, varieerus TP eemaldamise määr vee temperatuuri muutustega vähe, jäädes stabiilseks üle 94%. KombineeritudJoonis 6, sissevoolava TP kontsentratsioon oli vahemikus 3,03–4,14 mg/L ja väljavoolu TP kontsentratsioon vahemikus 0,14–0,28 mg/L, mis vastab A-klassi standardile DB 34/3527-2019. See protsess põhineb bioloogilise fosfori eemaldamise (PAO-de) ja keemilise fosfori eemaldamise (PAC-ga) kombineeritud toimel. Kui vee temperatuur langeb, inhibeeritakse PAO aktiivsus, mis mõjutab bioloogilist fosfori eemaldamist. Kuid see protsess täiendab keemilist fosfori eemaldamist, doseerides 3,7 g/päevas PAC-d, säilitades stabiilse TP eemaldamise kiiruse ja vähendades vee temperatuuri muutuste mõju fosfori eemaldamisele kombineeritud protsessis. A2O seadmel oli parim TP eemaldamise jõudlus. Anaeroobse -anoksilise ühiku heitvee keskmine TP kontsentratsioon oli 2,48 mg/l, eemaldamismäär 32,61%. Aeroobse ühiku heitvee keskmine TP kontsentratsioon oli 0,29 mg/L, eemaldamismäär 59,51%. A2O üksuse üldine TP eemaldamise määr oli 92,12%. A2O-MBBR sektsiooni segane disain võib suures osas eemaldada tsirkuleeritavas segavedelikus sisalduva nitraatlämmastiku, võimaldades anaeroobsetel PAO-del vabastada anaeroobses sektsioonis põhjalikumalt fosforit ja absorbeerida fosfori täielikumalt aeroobses sektsioonis, parandades fosfori bioloogilist eemaldamist. Lisaks säilitas keemiline fosfori eemaldamine aeroobse MBBR paagi ühele küljele doseerimisega stabiilse TP eemaldamise kiiruse ning heitvee kvaliteet oli stabiilselt parem kui A-klassi standard DB 34/3527-2019. Fosfori bioloogiline eemaldamine A2O-MBBR sektsioonis toimub peamiselt siis, kui segatud anaeroobses paagis olevad PAO-d kasutavad süsinikuallikaid, et muuta osa orgaanilisest ainest ja lenduvatest rasvhapetest polühüdroksüalkanoaatideks (PHA). Kui reovesi voolab segatud anaeroobsest paagist aeroobsesse MBBR-mahutisse, kasutavad PAO-d seejärel fosfori omastamise lõpetamiseks elektronide doonoritena PHA-sid. Siiski mõjutab PAO aktiivsus kergesti bioloogilist fosfori eemaldamist ja madal veetemperatuur piirab PAO aktiivsust. Seetõttu lisati fosfori stabiilse eemaldamise saavutamiseks protsessi kavandamisse keemiline fosfori eemaldamine. Lisaks neelavad osa fosforit ka substraadikihi adsorptsioon süsinikul põhineval maa-alusel voolu märgalal ja sukeldatud taimede kasv ökoloogilises tiigis.

Kokkuvõtteks võib öelda, et seadistus töötas katseperioodi jooksul stabiilselt ja saasteainete eemaldamise üldise jõudlusega. A2O-MBBR + CW-de kombineeritud protsess saavutas TN, NH puhul keskmised eemaldamismäärad 68,40%, 89,45%, 73,94% ja 94,04%.₄⁺-N, COD ja TP vastavalt. Heitvee keskmised kontsentratsioonid olid vastavalt 11,69 mg/L, 3,50 mg/L, 26,9 mg/L ja 0,22 mg/L, mis kõik vastasid A-klassi standardile DB 34/3527-2019. Wu Qiongi et al. näitab, et A2O-MBBR on aktiivmuda ja biokile liitprotsess, millel on suur mikroobikogus, muda pikk vanus, suur mahtkoormus, väike maht ja jalajälg, tugev vastupidavus löökkoormusele, hea heitvee kvaliteet ja stabiilne töö. Lisaks on biokileprotsesside denitrifikatsiooniomadused talvel paremad kui aktiivmudaprotsesside omad, mistõttu sobib see talvel paremini madala temperatuuriga reovee puhastamiseks. See on ka selle uuringu jaotise A2O-MBBR hea saasteainete eemaldamise peamiseks põhjuseks. Selle uuringu A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsess lisab A2O-MBBR protsessi alusel CWs poleerimistöötlustsooni, parandades veelgi üldist puhastusjõudlust ja protsessi tööstabiilsust. TN ja NH eemaldamine₄⁺-N-i mõjutasid hooajalised veetemperatuuri muutused vähem, samas kui KHT ja TP eemaldamist hooajaline veetemperatuur peaaegu ei mõjutanud. Katseperioodil näitas see tugevat vastupidavust põrutuskoormustele, muutes selle sobivaks kasutamiseks maapiirkondades, kus olmereovee kvaliteet ja kogus kõikuvad.

2.3 Kombineeritud protsessi majanduslik analüüs

Selle kombineeritud protsessi kulud hõlmavad peamiselt ehituskulusid ja reoveepuhastuskulusid. Ehituskulud olid eksperimentaalse seadistuse seadistamiseks, sealhulgas paakide korpuste, täiendavate elektriseadmete, kandjate, sukeldatud seadmete ja toruliitmike ostmiseks, kokku ligikaudu 3000 CNY. Võttes arvesse katse ajal maksimaalset reoveepuhastusvõimsust 0,18 m³/d, on ehitusmaksumus puhastatud reovee m³ kohta ligikaudu 16 700 CNY. Kasutuskulud tulenevad peamiselt seadistamisest, sealhulgas seadmete energiatarbimisest, kemikaalide kuludest, muda kõrvaldamiskuludest ja tööjõukuludest. Elektriseadmete hulka kuuluvad: toitepump (võimsus 2 W, Q=2.8 m³/d), retsirkulatsioonipump (võimsus 2 W, Q=2.8 m³/d), aeraator (võimsus 5 W, õhutuskiirus =5 l/min) ja peristaltiline doseerimispump (võimsus 2 W). Arvutatud tegeliku maksimaalse kasutusvõimsuse põhjal: etteandepump 0,13 W, tsirkulatsioonipump 0,19 W, aeraator 1,25 W, doseerimispump 2 W. Tegelik kasutusvõimsus kokku 0,00357 kW, päevane voolutarve 0,086 kWh. Elektrikulu puhastatud reovee m³ kohta on 0,48 kWh. Tööstusliku elektrihinnaga 0,7 CNY/kWh on elektrikulu 0,33 CNY/m³. PAC-i kemikaalide maksumus on umbes 2,4 CNY/kg, tarbimine 3,7 g/päevas. PAC nõutav reovee m³ kohta on 20,56 g, maksumus 0,05 CNY/m³. Muda kõrvaldamise maksumus=muda kogus × ruumalaühiku muda kõrvaldamise maksumus. Kuiva muda toodang tonni vee kohta on 0,09 kg. Põhineb reoveepuhastusjaama muda transpordi ja kõrvaldamise ühiku hinnal 60 CNY/tonn, muda kõrvaldamise maksumus tonni vee kohta=0.09 kg × 0,06 CNY/kg=0.054 CNY. Kuna piloot seadistus nõudis ainult perioodilist kontrolli pärast kasutamist, hinnati tööjõukulusid tegeliku insenerikogemuse põhjal. 10 000 tonni päevas töötavat tehast juhib 1–2 inimest. Eeldusel, et üksiku inimese palk on 3000 CNY/kuus, siis 2 inimese kohta on tööjõukulu näitaja ca 0,02 CNY/tonn vett. Kulude üksikasjad on näidatudTabel 4. Kokkuvõttes on operatsiooni ravi maksumus ligikaudu 0,46 CNY/m³. Reoveepuhastusvõimsuse kasvades aga väheneksid ehitus- ja ekspluatatsioonikulud tonni vee kohta. Ehitus- ja kasutuskulud piloottesti ajal on üksnes viitamiseks.

3. Järeldused

A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsess näitas maapiirkondade olmereovee puhastamisel häid tulemusi. TP ja COD eemaldamist vee temperatuuri muutused suures osas ei mõjutanud. TN, NH keskmised eemaldamismäärad₄⁺-N, TP, and COD reached 68.4%, 89.45%, 94.02%, and 73.94%, respectively. When water temperature ≤5°C, effluent quality stably met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. When water temperature >5 kraadi, heitvee kvaliteet võib vastata A-klassi standardile GB 18918-2002 "Saasteainete heitestandard olmereoveepuhastitesse". See protsess võib tõhusalt kasutada süsteemis olevat orgaanilist ainet süsinikuallikana, et tõhustada denitrifikatsiooni, säilitades üle 50% TN eemaldamise isegi veetemperatuuril kuni 0 kraadi.

A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsessi optimaalne reoveepuhastusvõimsus talvel oli 120 l/p ja mitte-talvehooajal 180 l/p. Hooajalised veetemperatuuri muutused (järk-järgult 32 kraadilt 0 kraadini) avaldasid kombineeritud protsessiga lämmastiku eemaldamisele ainult teatud mõju. TN eemaldamise määr vähenes 79,19%-lt 51,38%-le ja NH₄⁺-N eemaldamise määr vähenes 99,52%-lt 74,77%-le. Isegi 0 kraadi juures vastas heitvee kvaliteet stabiilselt A-klassi standardile DB 34/3527-2019 ja NH₄⁺-N eemaldamise määr jõudis siiski 74,77%-ni. Selle eeliseks on IFAS-süsteem, kus muda kuni 1 kuu vanus tagas nitrifikatsiooni madalatel temperatuuridel. Protsess toimis katseperioodi jooksul stabiilselt, avaldades tugevat vastupidavust vee temperatuurimuutustele.

Algne A2O-MBBR-protsess kasutas mikroobide kinnitamiseks kahte tüüpi rippuvaid biokilekandjaid, moodustades IFAS-süsteemi. Süsiniku-põhisel maa-alusel voolul põhineval märgalal kasutati mitut täiteainet, sealhulgas muda biosütt, lubjakivi ja tseoliiti, mis parandas selle filtreerimisvõimet, pakkudes samas piisavat kinnituspinda mikroorganismidele, parandades selle bioloogilise töötlemise võimet. Algsel A2O-MBBR-protsessil koos IFAS-iga on kõrge biomassi kontsentratsioon. Tagumine CW komposiitmärgala toimib poleerimispuhastuse etapina, puhastades reovett edasi, muutes kogu süsteemi löögikoormustele vastupidavamaks.

A2O-MBBR + CWs kombineeritud protsess sobib olmereovee puhastamiseks maapiirkondades, kus on suured kvaliteedi- ja kogusekõikumised. See töötab stabiilselt ja tõhusalt ning töötlemiskulu on ligikaudu 0,46 CNY/m³. Lisaks saab A2O-MBBR+CWs protsessisektsioone paindlikult kohandada vastavalt erinevatele heitvee standarditele, stsenaariumidele ja eesmärkidele. See kombineeritud protsess võib anda andmete viiteid ja alust kodumaiste reoveepuhastusprojektide jaoks Hiinas, pakkuda ressursside kasutamise võimalust jõudeolevate tühermaade jaoks maapiirkondades ja sellel on laialdane turupotentsiaal vastavalt riiklikule suundumusele (rõhutades maapiirkondade keskkonnakvaliteedi parandamist.