Toimivuse optimeerimine ja mikroobide kogukonna järelkasv pidevas-vooluvabas MBBR-AAO protsessis lämmastiku ja fosfori tõhusamaks eemaldamiseks olmereoveest

Toimivuse optimeerimine ja mikroobide Pideva{0}}Flow Anoxic MBBR-AAO protsessi kogukonna järgnevus

Viimastel aastatel on veekeskkonna vallas kuumaks teemaks saanud asulareovee täiustatud puhastamine ja ressursside taaskasutamise realiseerimine. Kuid traditsioonilised lämmastiku ja fosfori eemaldamise protsessid, mida reoveepuhastid laialdaselt kasutavad, ei põhjusta mitte ainult ressursside liigset raiskamist, vaid suurendavad ka tegevuskulusid [1]. Veelgi enam, asulareovee süsiniku---lämmastiku suhte (C/N) järkjärguline vähenemine ja erinevate funktsionaalsete mikroobikoosluste elukeskkondade erinevused on muutunud veepuhastustehnoloogiate olulisteks piiravateks teguriteks.

Muda-kile hübriidne MBBR-protsess ühendab aktiivmuda protsessi suspendeeritud kandja biokile protsessiga, et saavutada funktsionaalsete mikroorganismide parem rikastamine, mis lahendab suure maa hõivamise ja traditsioonilise aktiivmudaprotsessi halva -temperatuuri taluvuse probleemid [2]. 2008. aastal parandas Jiangsu provintsis asuv Wuxi Lucuni reoveepuhastusjaam kui esimene Hiina reoveepuhastusjaam, mis viis läbi IA klassi standarditele vastava ajakohastamise ja rekonstrueerimise, puhastusefekti edukalt, lisades mudasüsteemi rippuvad kandurid [3]; Hu Youbiao et al. [4] uuris temperatuuri mõju ammoniaaklämmastiku ja orgaanilise aine eemaldamisele MBBR-is ja aktiivmudas ning tulemused näitasid, et temperatuur avaldas väiksemat mõju MBBR-le, kuid suurem mõju aktiivmudale; Zhang Ming et al. [5] kasutas A²O-MBBR protsessi maapiirkondade olmereovee puhastamiseks, saavutades kõrge KHT, ammoniaaklämmastiku, TP ja TN eemaldamise määra; Zhou Jiazhong et al. [2] leiti väikesemahulistes{13}katsetes, et temperatuur oli positiivses korrelatsioonis muda{14}kile hübriidse MBBR süsteemiga, samas kui mõjuva C/N suhe oli negatiivses korrelatsioonis.

Anoksiline MBBR (AM{0}}MBBR) protsess võib teostada anoksilises paagis samaaegset denitrifikatsiooni ja fosfori eemaldamist, mis on ka denitrifitseeriv fosfori eemaldamise (DPR) protsess. Võrreldes traditsiooniliste reoveepuhastusprotsessidega võib DPR-protsess säästa orgaanilise süsiniku allikaid ja vähendada hapnikutarbimist. Zhang Yongsheng [6] jt. töötati välja pideva -vooluga biokilereaktor ja tulemused näitasid, et temperatuuril 20 kraadi, DO kontsentratsioonil 5,5 mg/L, koormusel 2,2 kg/(m³·d) ja vahelduva aeratsiooni tingimustes anaeroobsel 3 h/aeroobsel 6 h oli KHT ja efffluensi keskmised kontsentratsioonid phos76 mg/l. 0,67 mg/L, eemaldamismääradega vastavalt 72,9% ja 78,5%.

Muda{0}}kile hübriid-AM-AAO süsteemi puhul on hõljuva helbemuda ja sellega seotud biokile vahel siiski keeruline seos. Varasemad uuringud on keskendunud inseneritavadele, nagu pakkumine ja reoveepuhastite rekonstrueerimine, kuid vähe on uuringuid sünkroonse nitrifikatsiooni ja DPR-i kohta, et tõhustada lämmastiku ja fosfori eemaldamist pideva -voolumuda-kilehübriid-AM-AAO süsteemides, ning saasteainete eemaldamise tehnoloogia üks rasketest protsessidest on ka selle protsessi stabiilsus.

See uuring optimeeris pideva-voolu (AAO) ja pideva-voolu muda-kilehübriid (AM-AAO) protsesside käivitamise- ja tööstrateegiaid, keskendudes aeratsioonikiiruse, täiteaine doseerimise, hüdraulilise retentsiooniaja (HRT), C/N suhte, nitrifikatsioonivedeliku tagasivoolu temperatuuri ja nitrifikatsiooni suhte AM-MBBR protsessi pikaajaline lämmastiku- ja fosforieemaldus ning denitrifitseeriva fosfori eemaldamise efektiivsus anoksilises paagis. Samal ajal uuriti mikroobikoosluste suktsessiooni ja funktsionaalsete mikroobikoosluste muutumisreegleid aktiivmudas ja biokiles.

1 Materjalid ja meetodid

1.1 Katseseade ja tööparameetrid

Selles uuringus kasutati pideva -vooluga AAO reaktsiooniseadet (joonis 1). See oli valmistatud orgaanilisest klaasist, kokku 7 sektsiooniga, millest igaüks oli mõõtmetega 10 cm × 10 cm × 40 cm; töömaht oli 21 L ja iga reaktsioonipaagi mahusuhe oli anaeroobne: anoksiline: aeroobne=2:2:3. Mehaaniline segamine võeti kasutusele anaeroobsetes ja anoksilistes mahutites; aeroobne paak kasutas mikro-poorsete aeraatoritena õhutusliivapäid ja muda{12}}vee segamiseks välist jõudu ning aeratsioonikiirust kontrolliti gaasivoolumõõturiga. DO kontsentratsiooni reaktori aeroobses paagis reguleeriti tasemel 2-3 mg/l; sekundaarne settepaak oli umbes 40 L töömahuga silinder; muda retentsiooniaeg (SRT) oli 40 päeva ja muda tagasivoolu suhe oli 50%. Reaktor töötas kokku 263 päeva (jagatuna 6 tööetappi) ja alates 159. päevast lisati anoksilise paaki polüetüleentäiteaineid, et töötada AM-AAO režiimis. Konkreetsed töötingimused on näidatud tabelis 1.

(Joonis 1 AM-AAO protsessiseadmete skemaatiline diagramm: joonisel on vee sisselaskeanum, peristaltiline pump, anaeroobne paak, anoksiline paak, aeroobne paak, settepaak, vee väljalaskeanum, samuti sisemine tagasivool, muda tagasivoolutorustikud ja tühjendusventiilid)

Tabel 1 Protsessi süsteemi tüüp ja tööparameetrid

1.2 Inokuleeritud muda ja sissevooluvee kvaliteet

Selles katses nakatatud muda võeti reoveepuhasti sekundaarsest settepaagist välja lastud liigmudast. Pärast inokuleerimist oli muda kontsentratsioon (MLSS) reaktoris 2,3 g/l ja muda lenduvad tahked ained (MLVSS) 2,1 g/l.

Reaktori mõjuallikaks oli restoranide tegelik olmereovesi, mis lisati reaktorisse pärast lisandite filtreerimist läbi filtersõela. Selle saasteainete hulka kuulusid NH₄⁺-N (35.0456,54 mg/L), NO₂⁻-N (00,42 mg/L), NO₃⁻-N (00,05 mg/L), KHT (362,1605,1 mg/l) ja PO₄³⁻-P (1-5,08 mg/L).

1.3 Tuvastamiselemendid ja analüüsimeetodid

1.3.1 Tavalised tuvastamismeetodid

Muda-veeproovid koguti sissevoolust, anaeroobsest mahutist, anoksilisest mahutist, aeroobsest mahutist, settepaagist ja heitveest ning filtreeriti 0,45 μm filterpaberiga. NH₄⁺-N määrati Nessleri spektrofotomeetriga; NO2⁻-N määrati N-(1-naftüül)etüleendiamiini fotomeetria abil; NO₃⁻-N määrati ultraviolettspektrofotomeetria abil; KHT määrati Lianhua 5B-3A COD mitmeparameetrilise kiirdetektoriga; pH/DO ja temperatuur määrati WTW Multi3620 detektoriga; MLSS määrati gravimeetrilise meetodiga; MLVSS määrati muhvelahju põletamise kaalukaotuse meetodil [7].

1.3.2 Rakuväliste polümeersete ainete ekstraheerimine ja tuvastamine

Ekstratsellulaarsed polümeersed ained (EPS) koosnevad polüsahhariididest (PS), valkudest (PN) ja humiinhapetest (HA). Eraldati ja ekstraheeriti kolme tüüpi EPS-i, nimelt lahustuvad ekstratsellulaarsed polümeersed ained (S-EPS), lõdvalt seotud rakuvälised polümeersed ained (LB-EPS) ja tihedalt seotud rakuvälised polümeersed ained (TB-EPS). PS määramismeetodiks oli väävelhappe-antroni meetod ning PN ja HA määramismeetoditeks modifitseeritud Folin-Lowry meetod [7].

1.3.3 Saasteainete eemaldamise määra arvutamise meetod

Saasteainete eemaldamise määra (SRE) kasutati AM{0}}AAO protsessisüsteemi üldise saasteainete eemaldamise iseloomustamiseks. Nende hulgas on Sinf ja Seff vastavalt sisse- ja väljavoolu saasteainete kontsentratsioonid, mis võivad esindada selliste saasteainete massikontsentratsioone nagu NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD ja PO₻ in{5}₁ in{5}₁}fluent heitvesi, mg/l.

1.3.4 Suure läbilaskevõimega-järjestusmeetod

Kasutati Illumina suure läbilaskevõimega{0}}järjestusmeetodit. Päevadel 1, 110, 194 ja 237 koguti mudaproovid anaeroobsest mahutist, anoksilisest paagist ja aeroobsest mahutist ning nimetati rühmaks D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), rühmaks D110 (D110_A1, D110_A4, D1 rühm (D110_O2, D1 914). vastavalt D194_A2, D194_O ja rühm D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O); biokile muda proovid päevadel 194 ja 237 koguti ja nimetati vastavalt M194 ja M237. Mikroobikooslustes toimunud muutuste suhtes analüüsiti kokku 14 mudaproovi. DNA ekstraheeriti Fast DNA SPIN komplekti (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, USA) abil. Bakteriaalse 16S rRNA geeni V3-V4 piirkond amplifitseeriti 338F/806R praimeritega. Puhastatud amplikonid sekveneeris Illumina MiSeq PE300 platvormil (Illumina, USA) Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Shanghai, Hiina) [7].

2 Tulemused ja arutelu

2.1 Pikaajalised-Saasteainete eemaldamise reeglid AAO ja AM{2}}AAO protsessides

Pikaajaline-saasteainete eemaldamine pideva-voolu AAO protsessi käigus (1. etapp3) ja AM-AAO protsess, millele on lisatud suspendeeritud polüetüleentäiteaineid (4. etapp6) on näidatud joonisel 2.

1. etapis (1–45 päeva) oli PO₄³⁻-P vabanemise kogus (PRA) anaeroobses paagis, PO₄³⁻-P neeldumiskogus anoksilises paagis (PUAA) ja PO₄³⁻-P neeldumiskogus aeroobses paagis (6 PUA.06 mg). 14,22 mg ja 87,81 mg vastavalt ning fosfori omastamise protsess saavutati peamiselt aeroobses paagis. NH₄⁺-N ja kogu anorgaanilise lämmastiku (TIN) eemaldamise kiirused olid vastavalt 92,85% ja 86.37%, mis tagab denitrifikatsiooniefekti. Pärast õhustamise peenhäälestamist (DO=2~3 mg/L) tõusis NH₄⁺-N eemaldamise efekt 98,68%-ni ning väljavoolu TIN-i kontsentratsioon ja eemaldamise määr olid vastavalt 1,75 mg/l ja 95,75%, mis näitab, et DO=2-denitrifitseerimise ja denitreerimise õige reguleerimine. KHT eemaldamise efekt anaeroobses paagis nõrgenes (91,60%). Lisaks ei avaldanud DO peenhäälestus mingit mõju väljavoolule PO₄³⁻-P, keskmiselt 0,47 mg/L, mis on kooskõlas Yang Sijingi jt järeldusega. [8].

2. etapis (46–120 päeva) kõikus KHT eemaldamise jõudlus pärast HRT=8 h reguleerimist veidi; PRA, PUAA ja PUAO maksimaalsed väärtused jõudsid 148,01 mg, 81,95 mg ja 114,15 mg-ni, mis näitab, et sissevoolu suurenemine ei mõjutanud fosfori eemaldamist ning säilitas kõrge NH₄⁺-N ja TIN eemaldamise jõudluse. 72. päeval suurendati nitrifikatsioonivedeliku tagasivoolu suhet 300% ja 400%ni. Refluksi suhte suurenemine vähendas TIN-i eemaldamise efekti, eemaldamise määrad olid vastavalt 80,37% (300%) ja 68,68% (400%). Päeval 108 kuni 120 määrati nitrifikatsioonivedeliku tagasijooksu suhe 250%. KHT eemaldamise kogus anaeroobses paagis nitrifikatsioonivedeliku tagasijooksu suhtel 250% (127,1 mg/L) oli suurem või võrdne teiste omaga (86.2 mg/L, 124,7 mg/L ja 128,0 mg/L vastavalt 200%, 300% ja 400% puhul); erinevatele tagasivoolu suhetele vastavad heitvee fosfori kontsentratsioonid olid 0,52 mg/L, 0,35 mg/L ja 0,06 mg/L, mis näitab, et nitrifikatsioonivedeliku tagasijooksu suhte suurendamine teatud vahemikus võib soodustada fosfori eemaldamist. Lisaks oli 250% tagasivoolu suhtarvul hea denitrifikatsioonivõime ja TIN-i eemaldamise määr oli 86.86%.

3. etapis (121–158 päeva) fikseeriti nitrifikatsioonivedeliku tagasijooksu suhe 250%. 131. päeval suurendati sissevoolu voolu 5 l/h-ni, KHT ja fosfori eemaldamise efektid vähenesid ning heitvee kontsentratsioonid olid vastavalt 73,3 mg/L ja 3,92 mg/L, mis näitab, et sissevooluhulga suurenemise tulemusena väljus ilma ravita rohkem KHT-d. Lisaks olid NH₄⁺-N ja TIN maksimaalsed eemaldamismäärad vastavalt 93,82% ja 79,12%, millest NO₃⁻-N sai heitvee peamiseks saasteaineks (4,70 mg/L). 139. päeval vähendati sissevoolu voolu 4 l/h-ni, heitvee KHT ja eemaldamise kiirus olid vastavalt 55,7 mg/l ja 85,97%, mis oli kõrgem kui süsiniku eemaldamise jõudlus HRT juures =5.6 h, mis näitab, et HRT vähendamine võib kaasa tuua KHT eemaldamise efekti vähenemise. Lisaks olid NH₄⁺-N ja TIN maksimaalsed eemaldamismäärad 100% ja 97,41%, mis näitab, et HAR kohandamine soodustas nitrifikatsiooni ja denitrifikatsiooni, kuid liiga lühike HAR võib viia denitrifikatsiooniefekti vähenemiseni. Seega, kui HRT=7 h, piisab reaktsioonide täielikust kulgemisest igas paagis ja HRT olulisel suurenemisel on denitrifikatsiooniefektile vähe soodustavat mõju.

159. päeval lisati AAO protsessi anoksilisesse paaki 20% suspendeeritud polüetüleenist täiteaineid. 4. etapis (159–209 d) paranesid COD ja PO₄³⁻-P eemaldamise jõudlus. Alates 172. päevast suurendati sissevoolu NH₄⁺-N kontsentratsiooni 64,17 mg/L-ni (C/N=8.59), heitvee COD ja eemaldamise määr olid vastavalt 77,7 mg/L ja 86.06%. Põhjus võib olla selles, et biokile kasvas aeglaselt ja aktiivmuda andis peamise panuse enamiku KHT eemaldamisse; suspendeeritud täiteained suurendasid PO₄³⁻-P eemaldamise määra 1,18%. Kuid NH₄⁺-N sissevoolu suurenemine anoksilises mahutis tõi kaasa vajaduse rohkem süsinikuallikaid NO₃⁻-N denitrifikatsiooniprotsessi jaoks, mis ei soodustanud fosfori vabanemist ja PAO-de omastamist; samal ajal ei vähendanud see operatsioon täielikult NO₃⁻-N sisaldust ja minimaalne heitvee kontsentratsioon oli 7,30 mg/L. 185. päeval, muutes HRT 5,6 tunniks, leiti, et KHT eemaldamise efekt kõikus veidi, eemaldamise määr oli 86.05%; heitvee PO₄³⁻-P kontsentratsioon suurenes 0,05 mg/l, millega kaasnes PUAA suurenemine (13,02 mg-lt 18,90 mg-ni), mis näitab, et muda ja biokile avaldasid sünergiliselt teatud fosfori eemaldamise efektiivsust. Lisaks olid heitvee NH₄⁺-N, NO₃⁻-N ja TIN kontsentratsioonid vastavalt 10,23 mg/L, 6,52 mg/L ja 16,82 mg/L, mis näitab, et HRT vähendamine tooks kaasa NH₺N{3.6} eemaldamise mõju vähenemise. 195. päeval reguleeriti HRT tagasi 7 tunnile ja sel ajal vähenes heitvee saasteainete sisaldus ning süsteemi lämmastiku ja fosfori eemaldamise ning orgaanilise aine eemaldamise jõudlus taastus järk-järgult.

5. etapis (210–240 d) suurendati sissevoolu NH₄⁺-N kontsentratsiooni 84,06 mg/L-ni (C/N=6.28) ja orgaanilise aine eemaldamisel aitas siiski kaasa aktiivmuda. NH₄⁺-N suurenemine mõjutas KHT eemaldamist vähe. Anaeroobses mahutis neeldunud COD osakaal oli 68,02% ja suurem osa orgaanilisest ainest neelasid anaeroobses paagis olevad PAO-d ja sünteesiti sisemisteks süsinikuallikateks (PHA) ning anaeroobse fosfori vabanemine oli täielikult lõpule viidud [9]. Maksimaalne PRA oli 72,75 mg ning PUAA ja PUAO vastavalt 35,82 mg/L ja 48,20 mg/L, kuid põhilise panuse fosfori omastamisesse andis ikkagi aeroobne paak. 221. päeval suurendati täiteastet 30%-ni ning heitvee NH₄⁺-N ja TIN kontsentratsiooni vähendati vastavalt 4,49 mg/L ja 5,16 mg/L võrra; nende hulgas moodustasid NH₄⁺-N ja NO₃⁻-N vastavalt 70,11% ja 28,75% heitvee TIN-st. 231. päeval reguleeriti sissevoolu NH₄⁺-N kontsentratsioon väärtusele 66,34 mg/L ja süsteemi saasteainete eemaldamise jõudlus oli põhimõtteliselt stabiilne.

6. etapis (241–263 päeva) reguleeriti reaktori temperatuuri, et uurida selle mõju saasteainete eemaldamisele. 241. päeval langes temperatuur 18 kraadini, KHT eemaldamise määr langes 84,37%-ni, kuid KHT muutuse reegel temperatuuri languse tõttu ei muutunud. Anaeroobse paagi eemaldamise osakaal oli suurim, 62,02%, denitrifitseeriv fosfori eemaldamise protsess anoksilises paagis tarbis 26,72% KHT-st, NO₃⁻-N kontsentratsioon aeroobse paagi heitvees oli 10,44 mg/L ja 8}5NH₺{0 mg/L 8}50 mg/L. jäi; lisaks mõjutas PRA-d vähem temperatuur, kuid anoksilise paagi fosfori omastamise jõudlus vähenes, PUAA oli ainult 19,77 mg ja fosforit eemaldati aeroobses paagis 3,94 mg/l. Enamik psührofiilseid PAO-sid viis läbi aeroobse fosfori omastamise protsessi [10]. Kui temperatuuri alandati veelgi 13 kraadini, vähenesid NH₄⁺-N ja TIN eemaldamise määrad vastavalt 6,38% ja 6,25%; samal ajal vähenesid PUAA ja PUAO vastavalt 7,77 mg ja 15,00 mg, mis võib olla seotud temperatuuri langusest tingitud mikroobide aktiivsuse ning kasvu- ja ainevahetusvõime vähenemisega. Jin Yu [11] leidis, et kui temperatuur on alla 14 kraadi, on raske tagada süsteemi heitvee saasteainete kontsentratsiooni.

(Joonis 2 Saasteainete eemaldamine AAO ja AM-AAO protsessidest pikaajalise-töö ajal: sealhulgas (c) NH₄⁺-N kontsentratsiooni ja eemaldamiskiiruse kõverad, mis muutuvad tööpäevadega, (d) NOₓ⁻-N kontsentratsiooni kõverad, mis muutuvad koos tööpäevade muutumisega, (e) Horisontaalne telje eemaldamise kõverad tööpäevade muutumisega, (e) (0-260 d) ja vertikaalteljed on vastavalt ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹) ja eemaldamise kiirus/%, mis on kõveratele märgitud.

2.2 Saasteainete muutmise reeglid AAO ja AM{1}}AAO protsesside tüüpilistes tsüklites

AAO ja AM{0}}AAO protsesside saasteainete eemaldamise mehhanismi edasiseks uurimiseks analüüsiti saasteainete kontsentratsiooni muutusi erinevate tööetappide tüüpilistes tsüklites, nagu on näidatud joonisel 3.

42. päeval (1. etapp) oli AAO protsessil hea denitrifikatsiooni ja fosfori eemaldamise jõudlus. Suure sissevooluga COD ei parandanud aga fosfori vabanemist ja PRA oli sel ajal 9,13 mg/l. Lisaks tarbiti NH₄⁺-N anoksiidpaaki sisenemisel ette; seejärel vähendas anoksiline paak tekkiva NO3⁻-N N2-ks; aga aeroobne paak eemaldas ainult 3,52 mg/l NH₄⁺-N-i, mis võib olla tingitud 1. etapi pikast HRT-st, mis põhjustas DO suurenemise, mis tagastati hapnikuvabasse paaki, ja suurem osa NH₄⁺-N-st oli lõpetanud nitrifikatsiooni anoksilises paagis, mille tulemuseks oli madal kontsentratsioon aeroobsesse paaki.

118. päeval (2. etapp) sissevoolu KHT vähenemisega fosfori vabanemise ja denitrifikatsiooni jõudlus halvenes. Fosfori vabanemise kontsentratsioon anaeroobses paagis oli 5,91 mg/l ja NO₃⁻-N kontsentratsioon aeroobse paagi heitvees oli 8,20 mg/L. PO₄³⁻-P kontsentratsioon anoksilises paagis langes 2,78 mg/L-ni, mis näitab, et PO₄³⁻-P eemaldati anoksilisest paagist. Lisaks fikseeriti nitrifikatsioonivedeliku tagasivoolu suhe sel ajal 250%. Võrreldes tagasijooksu suhtega 300% ja 400%, paranesid protsessi lämmastiku ja fosfori eemaldamise ja orgaanilise aine eemaldamise jõudlus, mis näitab, et nitrifikatsioonivedeliku tagasivoolu suurendamine teatud vahemikus võib suurendada saasteainete eemaldamise efekti.

207. päeval (4. etapp) pärast sissevoolu NH₄⁺-N ja HRT reguleerimist AM-AAO protsessis oli KHT eemaldamise määr 86.15%; aeroobne paak eemaldas 13,34 mg/l NH₄⁺-N, järelejäänud TIN-i kontsentratsioon oli 7,51 mg/L ja NO₃⁻-N tekkis 4,39 mg/l ning NO₃⁻-N sai domineerivaks saasteaineks väljavoolus. Fosfori eemaldamise panuses anoksilise paagi ja aeroobse paagi vahel ei olnud olulist erinevust. Lisaks ei mõjutanud sissetuleva NH₄⁺-N suurendamine nitrifikatsiooni, kuid sissetuleva TIN-i kontsentratsiooni suurenemine vähendas AM-AAO protsessi denitrifikatsiooni jõudlust, mõjutades seeläbi TIN-i eemaldamist.

262. päeval (6. etapp) oli reaktori temperatuur 13 kraadi ja COD eemaldamise määr oli sel ajal 83,67%. Samal ajal vabanes anaeroobses mahutis 6,95 mg/l fosforit; NH₄⁺-N tarbiti 20,22 mg/L anoksilise paagiga ja viidi läbi denitrifikatsioon ning NO₃⁻-N kontsentratsioon anoksilise paagi heitvees oli 5,07 mg/L; aeroobse paagi TIN-i kadu oli 1,32 mg/l; TIN-i eemaldamise määr oli 77,00% ja heitvee TIN sisaldas NH₄⁺-N 11,24 mg/L, mis näitab, et madal temperatuur vähendas nitrifitseerivate ja denitrifitseerivate bakterite aktiivsust, mille tulemuseks oli saasteainete mittetäielik eemaldamine kanalisatsioonist. Lisaks vähenes PRA 6,95 mg/l-ni ning anoksilise paagi ja aeroobse paagi fosfori omastamise jõudlus langes vastavalt 2,41 mg/l ja 3,61 mg/L-ni, mis näitab, et reaktori temperatuuri langus pärssis PAO-de fosforieemaldusvõimet, mis põhjustas PEFRAenti kõrge vähenemise fosfori kontsentratsioon.

(Joonis 3 Saasteainete muutused tüüpilistes tsüklites: sealhulgas (a) AAO protsessi 42. päev, (b) AAO protsessi 118. päev, (c) AM-AAO protsessi 207. päev, (d) saasteainete kontsentratsiooni muutumise kõverad AM-AAO protsessi 262. päeval. Iga protsessi horisontaaltelg, kontsentratsioon on g/protsessi telg ja m saasteaine (COD, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3 Muutused rakuväliste polümeersete ainete (EPS) koostises ja sisus AAO ja AM{1}}AAO protsessides

Katse käigus määrati ja analüüsiti EPS-i koostise ja sisu muutused päeval 101 (AAO protsess) ja päeval 255 (AM-AAO protsess), nagu on näidatud joonisel 4. Kokkuvõttes võib EPS-i kogusisaldus päevadel 101 ja 255 olla tingitud TB-EPS-i sisalduse suurenemisest ning PN-i {7}EPS-i põhiosa; päeval 101 näitas kogu EPS-i sisaldus anaeroobses paagis, anoksilises paagis ja aeroobses paagis tõusutrendi (vastavalt 0,12 mg/gVSS, 0,29 mg/gVSS ja 0,37 mg/gVSS); nende hulgas suurenes EPS-i sisaldus märkimisväärselt nitrifikatsioonifaasis, mis võib olla tingitud sisemiste mikroorganismide aktiivsest metabolismist, kui süsteem töötati kõrge süsiniku ---lämmastiku suhte (C/N=5.9) tingimustes [12]. Siiski mängis TB-EPS muda helvete moodustumisel positiivset rolli, samas kui S-EPS ja LB-EPS avaldasid negatiivset mõju [8]; selles katses oli S-EPS ja LB-EPS sisaldus suhteliselt madal, mis lõi tingimused muda kasvuks; pideva -voolumuda-kilehübriidsüsteemis on flokuleeriva muda roll asendamatu [2].

Lisaks olid iga reaktsioonipaagi erinevates mudakihtides PN/PS muutmise reeglid erinevad. Iga reaktsioonipaagi PN oli alati kõrgem kui PS. 101. päeval olid muda PN/PS suhted S-EPS-is, LB-EPS-is ja TB-EPS-is vastavalt 0,06, 1,62 ja 2,67, samal ajal kui päeval 255 olid need 0,03, 1,30 ja PN/PS, mis näitasid tõusutendentsi 3-st. välimine kiht mudarakkude sisemisele kihile. Kui aga reaktori temperatuuri alandati 13 kraadini, näitas EPS kogusisaldus kolmes paagis tõusutrendi (vastavalt 0,28 mg/gVSS, 0,41 mg/gVSS ja 0,63 mg/gVSS). Põhjuseks võib olla see, et madala temperatuuriga kohanematud mikroorganismid surid või autolüüsisid ning need surnud mikroorganismid vabastasid EPS-i, mis viis muda EPS-i sisalduse suurenemiseni, või kutsus madal temperatuur esile mõned psührofiilsed mikroorganismid eritama rohkem EPS-i, et kohaneda reaktori temperatuuri langusega [13].

(Joonis 4 EPS-i sisalduse ja koostise muutused päeval 101 (AAO protsess) ja päeval 255 (AM-AAO protsess): vasak pool on AAO protsess ja parem pool AM-AAO protsess. Horisontaalne telg on reaktsioonipaak (anaeroobse faasi lõpp, anoksilisuse ots, vasakpoolne telg, TB tüüp (S) ja EB telje ots. sisu (mg·gVSS⁻¹) ja parem vertikaaltelg on PN/PS suhe. See sisaldab PN-i, PS-i ja kogu EPS-i sisu histogramme ning PN/PS-suhte joondiagrammi.

2.4 Mikroobide mitmekesisuse ja populatsiooni dünaamilise kogukonna pärimise reeglid

Suure -läbilaskevõimega sekveneerimise tulemused näitasid, et 14 mudaproovi järjestuste arv oli 1 027 419 ja iga proovi OTU järjestuste arv on näidatud tabelis 2. Proovide katvus oli üle 0,995, mis näitab, et sekveneerimistulemuste täpsus oli kõrge. Rühm D01 kirjeldas algset mikroobikoosluse struktuuri kõrge Ace indeksiga, mis näitab, et mudas oli süsteemi käivitamisel suur mikroobide liigirikkus. Süsteemi muutmisega AAO-lt AM{11}}AAO-protsessiks vähenes Ace-indeks ja AM-AAO-süsteemi mikroobikoosluse rikkus vähenes. Lisaks vähenes Simpsoni indeks, mis näitab, et mikroobikoosluse mitmekesisus vähenes. Ace indeksi muutuse järgi näitas anoksilise paagi biokile mikroobikoosluse liikide üldarv langustrendi; Shannoni indeksi langus tõestas, et biokile mikroobikoosluse mitmekesisus vähenes.

Tabel 2 Mikroobide mitmekesisuse indeksi varieerumine

The main phyla with relative abundance >14 proovist analüüsiti 10% (joonis 5a). Domineerivad sugukonnad rühmas D01 olid Actinobacteriota (25,76%)32,90%, proteobakterid (21,98%)27,16%, Bacteroidota (15,50%)18,36% ja Firmicutes (10,37%)13,77%); aga Actinobacteriota suhteline arvukus (16,89%)19,16%) ja Firmicutes (3,83%)6,52%) D110 rühmas vähenes ja proteobakterite suhteline arvukus suurenes (32,96% ~ 40,75%). AM-AAO protsessisüsteemis vähenes Actinobacteriota kiiresti, isegi alla 3% rühmas D237, samas kui Proteobacteria (33,72%43,54%, Bacteroidota (17,40%)24.19%), and Chloroflexi (12.46%~12.77%) have become the phyla with relatively high abundances. In addition, in sample M194, the phyla with relative abundance >10% olid Proteobakterid (35, 26%) ja Bacteroidota (30, 61%), mis näitab, et biokile mikroobikoosluse struktuur oli sarnane aktiivmuda omaga. Proovis M237 vähenes Firmicutes'i suhteline arvukus alla 2% ja Acidobacteriota arvukus (5,33%) suurenes.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Leiti, et domineerivad perekonnad rühmas D01 olid Candidatus_Microthrix (11,32%)20,65%), norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3,97%6,36%, Trichococcus (6,99%)9,95%) ja Ornithinibacter (3,99%)6,41%); pärast seda, kui süsteemi kasutati AM-AAO protsessis, langes Candidatus_Microthrixi suhteline arvukus järsult 0,02%-ni (rühm D237); samas kui norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 näitas esmalt suurenemise ja seejärel kahanemise trendi (rühm D237, 1,91%2,91%). Kui protsess toimis stabiilselt, sai Azospira üheks suhteliselt domineerivaks perekonnaks (rühm D237, 7,37%18,41%). Lisaks olid biokile perekonnad põhimõtteliselt sarnased mudaga ning norank_f__norank_o__Run-SP154 suhteline arvukus M194 ja M237 puhul oli vastavalt 6,61% ~ 7,66% ja 7,43%.

Süsteemis valiti analüüsimiseks kokku 12 perekonda ja 1 perekond ammoniaaki -oksüdeerivaid baktereid (AOB), nitrit-oksüdeerivaid baktereid (NOB), glükogeeni-akumuleerivaid organisme (GAO-d) ja fosforit{5}}akumuleerivaid organisme (PAO-sid) (Table). Selgus, et rühmas D01 oli Nitrosomonas (0,02%)0,03%), Ellin6067 (0,01%0,02% ja Nitrospira (0,04%)0,07%) võib tagada NH₄⁺-N oksüdatsioonivõime. Nitrosomonase ja Nitrospira vähenemine rühmas D110 võib olla tingitud kõrgest sisemisest refluksi suhtarvust, kuid Ellin6067 (0,01%)0,02%) ei häirinud. Rühmas D194 kasutati süsteemi AM-AAO protsessis ja HRT vähendamine uhus välja NOB ja mõned AOB. Sissejuhatava ammoniaaklämmastiku suurenemine võib olla põhjuseks ülaltoodud kolme perekonna suhtelise arvukuse suurenemisele rühmas D237 (joonis 5b). Lisaks AOB (Nitrosomonas ja Ellin6067, 0,03%0,07% ja NOB (Nitrospira, 0,01%)0,02%) proovis M237 näitas kerget tõusu, mis näitab, et biokile aitas mudasüsteemil saavutada denitrifikatsiooniprotsessi.

Rühmas D01 oli lai valik PAO-sid, sealhulgas Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas ja Tetrasphaera. Candidatus_Microthrixi (10,93% ~ 11,88%) ja PAO-de muutused suhtelise arvukusega<5% in group D110 may be the reasons for the decrease of PRA in Stage 2. In group D194, the relative abundances of Candidatus_Microthrix and Tetrasphaera decreased to 0.711,14 ja 0,31%0,39% [14]. Rühmas D237 oli Candidatus_Microthrix peaaegu elimineeritud (0,02%) ja PAO-d, mis asendasid selle fosfori eemaldamise funktsiooni avaldamiseks, olid Defluviimonas (0,70%)1,07%) ja Dechloromonas (0,95%)1,06%); lisaks on kinnitust leidnud ka sugukonna Comamonadaceae fosforieemaldusvõime [8] ja Comamonadaceae suhteline arvukus anaeroobses või anoksilises paagis oli suhteliselt kõrge, umbes kaks korda suurem kui aeroobses paagis. Lisaks olid Candidatus_Competibacter ja Defluviicoccus domineerivad GAO perekonnad kõigis proovides, kuid kahe perekonna arvukus rühmas D01 oli<1%. In the remaining samples, the growth of Defluviicoccus lagged behind that of Candidatus_Competibacter. In group D237, the abundances of the two genera were 2.96%~3.89% and 0.54%~0.57%, respectively. GAOs are considered to compete with PAOs for organic matter, thereby causing the deterioration of biological phosphorus removal performance, but recent studies have found that GAOs can carry out endogenous denitrification to achieve denitrification (the average TIN removal rate was 83.08% when the system was stable) [7].

(Joonis 5 Mikroobikoosluse koosseis: (a) tulpdiagramm suhtelise arvukuse kohta varjupaiga tasandil. Horisontaalne telg on valim ja vertikaaltelg suhteline arvukus/%. See hõlmab peamisi sugukondi, nagu Actinobacteriota ja Proteobacteria; (b) Suhtelise arvukuse soojuskaart perekonna tasemel. Horisontaalne telg on proovi suhteline sügavus ja generatsiooni tase. küllus)

Tabel 3 Funktsionaalrühmade arvukus 14 bioloogilises proovis

3 Järeldused

Kasutades puhastusobjektina tegelikku kanalisatsiooni, optimeeriti AM{0}}AAO protsessi töötingimused. Leiti, et kui protsessi kasutati HRT=7 h, temperatuuri umbes 25 kraadi, sisemise tagasijooksu =250%, SRT=40 d, muda tagasivoolu=50% ja anoksilise paagi täiteaine täitmiskiiruse=30% tingimustes, oli saasteainete eemaldamise efekt parim. Maksimaalne NH₄⁺-N eemaldamise määr oli 98,57%; heitvee NO₃⁻-N kontsentratsioon, PO₄³⁻-P kontsentratsioon, TIN eemaldamise kiirus ja COD eemaldamise kiirus olid vastavalt 6,64 mg/L, 0,42 mg/L, 83,08% ja 86.16%.

Anaeroobne paak teostas häid orgaanilise aine eemaldamise ja fosfori vabastamise protsesse, samal ajal eemaldati 64,51% KHT ja vabanes 9,77 mg/l fosforit; anoksiline paak sooritas häid denitrifitseerivaid fosfori eemaldamise reaktsioone; aeroobne paak viis läbi täielikud nitrifikatsiooni- ja fosfori neeldumisprotsessid, NH₄⁺-N eemaldamise määr ja PUAO olid vastavalt 97,85% ja 59,12 mg.

Kui AM{0}}AAO protsess toimis stabiilselt, suurenes AOB (Ellin6067 ja Nitrosomonas, 0,02% ~ 0,04% → 0,04%0,12%) ja NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0,04%) tagas nitrifikatsiooni piisava edenemise ja NH₄⁺-N eemaldamise määr suurenes 8,35%; GAO-d (Candidatus_Competibacter ja Defluviicoccus, 1,31%1.61% → 3.49%4,46%) domineeris endogeense denitrifikatsiooni protsessis; PAO-de (Defluviimonas, Dechloromonas ja Comamonadaceae perekond, 3,29%) kasv8,67% → 3,79%~9,35%) oli hea fosforieemaldusvõime säilitamise põhjuseks; lisaks oli anoksilise paagi biokile mikroobikoosluse struktuur põhimõtteliselt sarnane aktiivmuda omaga, mis tagas ühiselt süsteemi lämmastiku ja fosfori eemaldamise.