Suorituskyvyn optimointi ja mikrobiyhteisön seuraaminen jatkuvassa-virtauksen anoksisessa MBBR-AAO-prosessissa tehostetun typen ja fosforin poistamiseksi kunnallisista jätevesistä

Suorituskyvyn optimointi ja mikrobit Jatkuvan-Flow Anoxic MBBR-AAO-prosessin yhteisöperäisyys

Viime vuosina kaupunkijätevesien edistynyt käsittely ja resurssien kierrätyksen toteuttaminen ovat nousseet kuumiksi aiheiksi vesiympäristön alalla. Kuitenkin perinteiset typen ja fosforin poistoprosessit, joita jätevedenpuhdistamot käyttävät laajalti, eivät ainoastaan ​​aiheuta liiallista resurssien tuhlausta, vaan myös lisäävät käyttökustannuksia [1]. Lisäksi yhdyskuntajäteveden hiili-typpisuhteen- (C/N) asteittainen aleneminen ja erilaisten toiminnallisten mikrobiyhteisöjen elinympäristöjen erot ovat tulleet tärkeiksi vedenkäsittelyteknologioiden rajoittaviksi tekijöiksi.

Liete{0}}kalvohybridi-MBBR-prosessi yhdistää aktiivilieteprosessin suspendoituneen kantoaineen biofilmiprosessiin, jotta toiminnalliset mikro-organismit rikastuvat paremmin, mikä ratkaisee laajan maankäytön ja perinteisen aktiivilieteprosessin huonon -lämpötilan sietokyvyn [2]. Vuonna 2008 Jiangsun maakunnassa sijaitseva Wuxi Lucun Wastewater Treatment Plant -jätevedenpuhdistamo, joka oli ensimmäinen jätevedenpuhdistamo Kiinassa, joka suoritti luokan IA standardien mukaisen päivityksen ja jälleenrakentamisen, paransi onnistuneesti käsittelytehoa lisäämällä lietejärjestelmään ripustettuja kantoaineita [3]; Hu Youbiao et ai. [4] tutki lämpötilan vaikutusta ammoniakkitypen ja orgaanisen aineen poistoon MBBR:stä ja aktiivilieteestä, ja tulokset osoittivat, että lämpötilalla oli pienempi vaikutus MBBR:ään, mutta suurempi vaikutus aktiivilietteeseen; Zhang Ming et ai. [5] käytti A²O-MBBR-prosessia maaseudun kotitalouksien jäteveden käsittelyyn, mikä saavutti korkeat COD-, ammoniakkitypen, TP:n ja TN:n poistonopeudet; Zhou Jiazhong et ai. [2] Pienen mittakaavan kokeilla havaittiin, että lämpötila korreloi positiivisesti liete{14}filmihybridi-MBBR-järjestelmän kanssa, kun taas vaikuttavan C/N-suhde korreloi negatiivisesti.

Anoksinen MBBR (AM{0}}MBBR) -prosessi voi toteuttaa samanaikaisen denitrifikaation ja fosforinpoiston hapettomassa säiliössä, mikä on myös denitrifikoivaa fosforinpoistoprosessia (DPR). Perinteisiin jätevedenkäsittelymenetelmiin verrattuna DPR-prosessi voi säästää orgaanisia hiilen lähteitä ja vähentää hapen kulutusta. Zhang Yongsheng [6] et ai. kehitti jatkuvatoimisen -virtausbiofilmireaktorin, ja tulokset osoittivat, että 20 asteen lämpötilassa, DO-pitoisuudessa 5,5 mg/L, kuormassa 2,2 kg/(m³·d) ja jaksottaisessa ilmastusolosuhteissa anaerobisessa 3 h/aerobisessa 6 h, COD:n ja infuusionesteen keskimääräiset pitoisuudet olivat phos7 mg/l 7 mg/l. 0,67 mg/l, poistumisasteet 72,9 % ja 78,5 %.

Liete{0}}kalvohybridi AM-AAO-järjestelmässä suspendoituneen flokkuloivan lietteen ja kiinnitetyn biokalvon välillä on kuitenkin monimutkainen suhde. Aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet teknisiin käytäntöihin, kuten jätevedenpuhdistamoiden tarjouskilpailuihin ja jälleenrakentamiseen, mutta synkronisesta nitrifikaatiosta ja DPR:stä on vain vähän tutkimuksia, jotka parantavat typen ja fosforin poistoa jatkuvassa -virtausliete-kalvohybridi AM-AAO-järjestelmissä, ja myös epäpuhtauksien poistoteknologian vaikeiden DPR-suorituskykyisten prosessien stabiilius on.

Tämä tutkimus optimoi jatkuvan-virtauksen (AAO) ja jatkuvan-virtauksen liete-kalvohybridi (AM-AAO) käynnistys- ja AM-MBBR-prosessin pitkäaikainen typen ja fosforin poistokyky ja denitrifioivan fosforin poistoteho hapettomassa säiliössä. Samalla tutkittiin mikrobiyhteisöjen peräkkäisyyttä ja toiminnallisten mikrobiyhteisöjen muutossääntöjä aktiivilieteessä ja biofilmissä.

1 Materiaalit ja menetelmät

1.1 Kokeellinen laite ja toimintaparametrit

Tässä tutkimuksessa käytettiin jatkuvan -virtauksen AAO-reaktiolaitetta (kuva 1). Se oli valmistettu orgaanisesta lasista, ja siinä oli yhteensä 7 osastoa, joiden jokaisen koko oli 10 cm × 10 cm × 40 cm; työtilavuus oli 21 l, ja kunkin reaktiosäiliön tilavuussuhde oli anaerobinen: hapeton: aerobinen=2:2:3. Mekaaninen sekoitus käytettiin anaerobisissa ja hapettomissa säiliöissä; aerobinen säiliö käytti ilmastushiekkapäitä mikro-huokoisina ilmastimina ja ulkoista voimaa lietteen-veden sekoittamiseen, ja ilmastusnopeutta säädettiin kaasun virtausmittarilla. DO-konsentraatio reaktorin aerobisessa säiliössä säädettiin arvoon 2-3 mg/l; toissijainen sedimentointisäiliö oli sylinteri, jonka työtilavuus oli noin 40 litraa; lietteen retentioaika (SRT) oli 40 d ja lietteen palautussuhde oli 50 %. Reaktori toimi yhteensä 263 vuorokautta (jaettu 6 käyttövaiheeseen), ja hapettomaan säiliöön lisättiin polyeteenitäyteaineita 159. päivästä alkaen toimimaan AM-AAO-tilassa. Erityiset käyttöolosuhteet on esitetty taulukossa 1.

(Kuva 1 Kaaviokaavio AM-AAO-prosessilaitteistosta: Kuva sisältää veden tuloaukon, peristalttisen pumpun, anaerobisen säiliön, hapettoman säiliön, aerobisen säiliön, sedimentointisäiliön, vedenpoistosäiliön sekä sisäisen palautusjäähdyttimen, lietteen palautusputkistot ja tyhjennysventtiilit)

Taulukko 1 Prosessijärjestelmän tyyppi ja toimintaparametrit

1.2 Inokuloitu liete ja virtaavan veden laatu

Tässä kokeessa siirrostettu liete otettiin jätevedenpuhdistamon toissijaisesta sedimentaatiosäiliöstä poistetusta ylimääräisestä lieteestä. Inokuloinnin jälkeen lietepitoisuus (MLSS) reaktorissa oli 2,3 g/l ja lietteen haihtuva kiintoaine (MLVSS) oli 2,1 g/l.

Reaktorin tulovesi oli varsinaista ravintoloiden talousjätevettä, joka lisättiin reaktoriin epäpuhtauksien suodattamisen jälkeen suodatinseulan läpi. Sen epäpuhtauksia olivat NH₄⁺-N (35.0456,54 mg/l), NO2⁻-N (00,42 mg/l), NO3⁻-N (00,05 mg/l), COD (362,1605,1 mg/l) ja PO₄3⁻-P (1-5,08 mg/l).

1.3 Havaitsemiskohteet ja analyysimenetelmät

1.3.1 Rutiininomaiset tunnistusmenetelmät

Liete{0}}vesinäytteet otettiin sisäänvirtauksesta, anaerobisesta säiliöstä, hapettomasta säiliöstä, aerobisesta säiliöstä, sedimentaatiosäiliöstä ja jätevedestä ja suodatettiin 0,45 μm:n suodatinpaperilla. NH₄⁺-N määritettiin Nesslerin spektrofotometrillä; NO2⁻-N määritettiin N-(1-naftyyli)etyleenidiamiinifotometrialla; NO3⁻-N määritettiin ultraviolettispektrofotometrialla; COD määritettiin Lianhua 5B-3A COD moniparametrisella nopealla ilmaisimella; pH/DO ja lämpötila määritettiin WTW Multi3620 -detektorilla; MLSS määritettiin gravimetrisellä menetelmällä; MLVSS määritettiin muhveliuunipolton painonpudotusmenetelmällä [7].

1.3.2 Solunulkoisten polymeeristen aineiden uuttaminen ja havaitseminen

Solunulkoisten polymeeristen aineiden (EPS) katsotaan koostuvan polysakkarideista (PS), proteiineista (PN) ja humushapoista (HA). Erotettiin ja uutettiin kolmenlaisia ​​EPS:itä, nimittäin liukoisia solunulkoisia polymeeriaineita (S-EPS), löyhästi sitoutuneita solunulkoisia polymeeriaineita (LB-EPS) ja tiiviisti sitoutuneita solunulkoisia polymeeriaineita (TB-EPS). PS:n määritysmenetelmänä oli rikkihappo-antronimenetelmä, ja PN:n ja HA:n määritysmenetelmiä muunneltiin Folin-Lowryn menetelmällä [7].

1.3.3 Epäpuhtauksien poistumisnopeuden laskentamenetelmä

Saastuttavien aineiden poistonopeutta (SRE) käytettiin kuvaamaan AM{0}}AAO-prosessijärjestelmän epäpuhtauksien poistoa. Niiden joukossa Sinf ja Seff ovat tulo- ja jätevesien epäpuhtauspitoisuudet, jotka voivat edustaa epäpuhtauksien massapitoisuuksia, kuten NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD ja PO₁ in{5}₁ in{5}₁ jätevesi, mg/l.

1.3.4 Korkean suorituskyvyn-sekvensointimenetelmä

Käytettiin Illumina high{0}}throughput -sekvensointimenetelmää. Lietenäytteet anaerobisesta säiliöstä, hapettomasta säiliöstä ja aerobisesta säiliöstä päivinä 1, 110, 194 ja 237 kerättiin ja nimettiin ryhmäksi D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), ryhmäksi D110 (D110_A1, D110_A4, D110_A, D114, D14 D194_A2, D194_O) ja ryhmä D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O), vastaavasti; Biofilmilietenäytteet päivinä 194 ja 237 kerättiin ja nimettiin M194:ksi ja M237:ksi. Yhteensä 14 lietenäytettä analysoitiin mikrobiyhteisöjen muutosten varalta. DNA uutettiin käyttämällä Fast DNA SPIN -kittiä (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, USA). Bakteerin 16S-rRNA-geenin V3-V4-alue monistettiin 338F/806R-alukkeilla. Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Shanghai, Kiina) sekvensoi puhdistetut amplikonit Illumina MiSeq PE300 -alustalla (Illumina, USA) [7].

2 Tulokset ja keskustelu

2.1 Pitkäaikaiset-epäpuhtauksien poistosäännöt AAO- ja AM{2}}AAO-prosesseissa

Pitkäaikainen-epäpuhtauksien poisto jatkuvan-virtauksen AAO-prosessin aikana (vaiheet 13) ja AM-AAO-prosessi, johon on lisätty suspendoituja polyeteenitäyteaineita (vaiheet 46) näkyy kuvassa 2.

Vaiheessa 1 (1-45 d) PO₄³⁻-P:n vapautumismäärä (PRA) anaerobisessa säiliössä, PO₄³⁻-P:n ottomäärä hapettomassa säiliössä (PUAA) ja PO₄³⁻-P:n ottomäärä aerobisessa säiliössä (PUA.06) mg 14,22 mg ja 87,81 mg, vastaavasti, ja fosforinottoprosessi saavutettiin pääasiassa aerobisessa säiliössä. NH₄⁺-N:n ja epäorgaanisen kokonaistypen (TIN) poistonopeudet olivat 92,85 % ja 86.37 %, mikä varmisti denitrifikaatiovaikutuksen. Ilmastuksen hieno-säädön (DO=2~3 mg/L) jälkeen NH₄⁺-N:n poistovaikutus nousi 98,68 %:iin ja poistovirtauksen TIN-pitoisuus olivat 1,75 mg/l ja poistonopeus 95,75 %, mikä osoittaa, että DO=2-denitrifikaatioprosessit tapahtuivat oikein COD-poistovaikutus anaerobisessa säiliössä heikkeni (91,60 %). Lisäksi DO:n hienosäädöllä ei ollut vaikutusta jäteveden PO₄³⁻-P keskiarvoon 0,47 mg/l, mikä on yhdenmukainen Yang Sijingin et al. [8].

Vaiheessa 2 (46-120 d) HRT=8 h säätämisen jälkeen COD-poistoteho vaihteli hieman; PRA:n, PUAA:n ja PUAO:n maksimiarvot saavuttivat 148,01 mg, 81,95 mg ja 114,15 mg, mikä osoittaa, että tulovirtauksen kasvu ei vaikuttanut fosforin poistoon ja säilytti korkean NH₄⁺-N- ja TIN-poistotehokkuuden. Päivänä 72 nitrifikaationesteen palautussuhde nostettiin 300 %:iin ja 400 %:iin. Refluksisuhteen kasvu vähensi TIN-poistovaikutusta, poistoasteet olivat 80,37 % (300 %) ja 68,68 % (400 %). Päivästä 108 - 120 nitrifikaationesteen refluksointisuhteeksi määritettiin 250 %. COD-poistomäärä anaerobisessa säiliössä nitrifikaationesteen palautussuhteella 250 % (127,1 mg/L) oli suurempi tai yhtä suuri kuin muiden (86.2 mg/L, 124,7 mg/L ja 128,0 mg/L 200 %:lla, 300 %:lla ja 400 %:lla); eri refluksointisuhteita vastaavat jäteveden fosforipitoisuudet olivat 0,52 mg/L, 0,35 mg/L ja 0,06 mg/L, mikä osoittaa, että nitrifikaationesteen palautussuhteen lisääminen tietyllä alueella voi edistää fosforin poistumista. Lisäksi 250 %:n refluksointisuhteella oli hyvä denitrifikaatiokyky, ja TIN-poistoaste oli 86.86 %.

Vaiheessa 3 (121-158 d) nitrifikaationesteen palautussuhde vahvistettiin arvoon 250 %. Päivänä 131 tulovirtaus nostettiin arvoon 5 l/h, COD- ja fosforinpoistovaikutukset vähenivät ja jäteveden pitoisuudet olivat vastaavasti 73,3 mg/l ja 3,92 mg/l, mikä osoittaa, että tulovirtauksen kasvu johti siihen, että COD-päästöjä poistui enemmän ilman käsittelyä. Lisäksi NH₄⁺-N:n ja TIN:n enimmäispoistomäärät olivat 93,82 % ja 79,12 %, joista NO₃⁻-N:sta tuli pääasiallinen jäteveden saaste (4,70 mg/L). Päivänä 139 sisäänvirtaus pieneni 4 litraan tunnissa, jäteveden COD ja poistonopeus olivat 55,7 mg/l ja 85,97 %, mikä oli korkeampi kuin hiilenpoistokyky HRT:llä=5.6 h, mikä osoittaa, että HRT:n vähentäminen voi johtaa COD-poistovaikutuksen heikkenemiseen. Lisäksi NH₄⁺-N:n ja TIN:n maksimipoistoasteet olivat 100 % ja 97,41 %, mikä osoittaa, että hormonikorvaushoidon säätäminen edisti nitrifikaatiota ja denitrifikaatiota, mutta liian lyhyt HRT voi johtaa denitrifikaatiovaikutuksen heikkenemiseen. Siksi kun HRT=7 h, riittää, että reaktiot kussakin säiliössä etenevät täysin, ja HRT:n merkittävällä lisäyksellä on vain vähän edistävää vaikutusta denitrifikaatiovaikutukseen.

Päivänä 159 AAO-prosessin hapettomaan säiliöön lisättiin 20 % suspendoituja polyeteenitäyteaineita. Vaiheessa 4 (159-209 d) COD- ja PO₄³⁻-P-poistosuorituskykyä parannettiin. Vuodesta 172 alkaen sisäänvirtaavan NH₄⁺-N-pitoisuus nousi arvoon 64,17 mg/L (C/N=8.59), jäteveden COD ja poistumisnopeus olivat vastaavasti 77,7 mg/L ja 86.06%. Syynä voi olla se, että biofilmi kasvoi hitaasti ja aktiiviliete vaikutti pääasiallisesti useimpien COD-päästöjen poistoon; suspendoituneet täyteaineet lisäsivät PO₄³⁻-P-poistonopeutta 1,18 %. Kuitenkin sisäänvirtaavan NH₄⁺-N:n lisääntyminen hapettomassa säiliössä johti siihen, että NO3⁻-N:n denitrifikaatioprosessiin tarvittiin lisää hiililähteitä, mikä ei edistänyt PAO:iden fosforin vapautumista ja ottoa; samaan aikaan tämä toimenpide ei täysin vähentänyt NO3⁻-N-arvoa, ja jäteveden minimipitoisuus oli 7,30 mg/l. Päivänä 185, kun hormonikorvaushoito vaihdettiin 5,6 tuntiin, havaittiin, että COD-poistovaikutus vaihteli hieman, poistumisasteella 86.05 %; jäteveden PO₄³⁻-P-pitoisuus nousi 0,05 mg/l, ja samalla PUAA:n nousu (13,02 mg:sta 18,90 mg:aan), mikä osoittaa, että liete ja biofilmi saavuttivat synergistisesti tietyn fosforinpoistotehokkuuden. Lisäksi jäteveden NH₄⁺-N-, NO₃⁻-N- ja TIN-pitoisuudet olivat vastaavasti 10,23 mg/L, 6,52 mg/L ja 16,82 mg/L, mikä viittaa siihen, että HRT:n vähentäminen johtaisi NH₺⁄- ja 6}N-poistovaikutusten vähenemiseen. Päivänä 195 HRT säädettiin takaisin 7 tuntiin, jolloin jäteveden epäpuhtauspitoisuus pieneni ja järjestelmän typen- ja fosforinpoisto- ja orgaanisen aineksen poistokyky palautui vähitellen.

Vaiheessa 5 (210-240 d) sisäänvirtaavan NH₄⁺-N-pitoisuus nostettiin arvoon 84,06 mg/L (C/N=6.28), ja aktiiviliete vaikutti edelleen pääasiallisesti orgaanisen aineksen poistoon. NH₄⁺-N:n kasvulla oli vain vähän vaikutusta COD:n poistoon. Anaerobisessa säiliössä absorboituneen COD:n osuus oli 68,02 %, ja PAO:t absorboivat suurimman osan orgaanisesta aineesta anaerobisessa säiliössä ja syntetisoivat sisäisiksi hiililähteiksi (PHA), ja anaerobinen fosforin vapautuminen oli täysin valmis [9]. Maksimi PRA oli 72,75 mg ja PUAA ja PUAO olivat 35,82 mg/l ja PUAO 48,20 mg/l, vastaavasti, mutta suurin osa fosforin imeytymisestä tuli silti aerobisesta säiliöstä. Päivänä 221 täyttösuhde nostettiin 30 %:iin ja jäteveden NH₄⁺-N- ja TIN-pitoisuudet pienenivät vastaavasti 4,49 mg/L ja 5,16 mg/L; niistä NH₄⁺-N ja NO₃⁻-N osuus oli 70,11 % ja 28,75 % jätevesien TIN:stä. Päivänä 231 sisäänvirtaavan NH₄⁺-N-pitoisuus säädettiin arvoon 66,34 mg/L, ja järjestelmän epäpuhtauksien poistokyky oli periaatteessa vakaa.

Vaiheessa 6 (241-263 d) reaktorin lämpötilaa säädettiin sen vaikutuksen tutkimiseksi epäpuhtauksien poistoon. Päivänä 241 lämpötila laskettiin 18 asteeseen, COD-poistonopeus laski 84,37 prosenttiin, mutta COD-muutossääntö ei muuttunut lämpötilan laskun vuoksi. Poistoosuus anaerobisessa säiliössä oli suurin, 62,02 %, denitrifioiva fosforinpoistoprosessi hapettomassa säiliössä kulutti 26,72 % COD:stä, NO₃⁻-N-pitoisuus aerobisen säiliön jätevedessä oli 10,44 mg/L ja 8.5NH₄₺}5NH₂{0 mg/L 8. jäi; lisäksi lämpötila vaikutti vähemmän PRA:han, mutta hapettoman säiliön fosforinottokyky heikkeni, PUAA:ta vain 19,77 mg, ja fosforia poistui 3,94 mg/l aerobisessa säiliössä. Useimmat psykofiiliset PAO:t suorittivat aerobisen fosforinottoprosessin [10]. Kun lämpötilaa laskettiin edelleen 13 asteeseen, NH₄⁺-N:n ja TIN:n poistonopeudet laskivat 6,38 % ja 6,25 %; samaan aikaan PUAA laski 7,77 mg ja PUAO 15,00 mg, mikä saattaa liittyä lämpötilan laskun aiheuttamaan mikrobiaktiivisuuden sekä kasvu- ja aineenvaihduntakapasiteetin vähenemiseen. Jin Yu [11] havaitsi, että kun lämpötila on alle 14 astetta, on vaikea taata järjestelmän jätevesien saastepitoisuutta.

(Kuva 2 Epäpuhtauksien poisto AAO- ja AM{1}}AAO-prosesseista pitkän-käytön aikana: Sisältää (c) NH₄⁺-N-pitoisuuden ja poistumisnopeuden käyrät, jotka muuttuvat käyttöpäivien mukaan, (d) NOₓ⁻-N-pitoisuuden käyrät muuttuvat käyttöpäivien muuttuessa, (e) Vaaka-akselin poistokäyrät toimintapäivien vaihtuessa. (0-260 d), ja pystyakselit ovat ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹) ja poistonopeus/%, vastaavasti.

2.2 Saastuttavien aineiden muutossäännöt AAO- ja AM{1}}AAO-prosessien tyypillisissä sykleissä

AAO- ja AM{0}}AAO-prosessien epäpuhtauksien poistomekanismin tutkimiseksi tarkemmin analysoitiin epäpuhtauspitoisuuden muutokset eri toimintavaiheiden tyypillisissä sykleissä kuvan 3 mukaisesti.

Päivänä 42 (vaihe 1) AAO-prosessilla oli hyvä denitrifikaatio- ja fosforinpoistokyky. Suuri COD-arvo ei kuitenkaan parantanut fosforin vapautumista, ja PRA oli tällä hetkellä 9,13 mg/l. Lisäksi NH₄⁺-N kulutettiin etukäteen tullessaan hapettomaan säiliöön; sitten hapeton säiliö vähensi syntyneen NO3--N:n N2:ksi; aerobinen säiliö poisti kuitenkin vain 3,52 mg/L NH₄⁺-N:a, mikä saattaa johtua vaiheen 1 pitkästä HRT:stä, mikä johti DO:n nousuun, joka palasi hapettomaan säiliöön, ja suurin osa NH₄⁺-N:stä oli päässyt nitrifikaation loppuun hapettomassa säiliössä, mikä johti alhaiseen pitoisuuteen.

Päivänä 118 (vaihe 2) sisäänvirtaavan COD:n pienentyessä fosforin vapautumisen ja denitrifikaation suorituskyky heikkeni. Fosforin vapautumispitoisuus anaerobisessa säiliössä oli 5,91 mg/l ja NO3⁻-N-pitoisuus aerobisen säiliön jätevedessä oli 8,20 mg/l. PO₄3⁻-P-pitoisuus hapettomassa säiliössä laski arvoon 2,78 mg/L, mikä osoittaa, että PO₄3⁻-P poistettiin hapettomassa säiliössä. Lisäksi nitrifikaationesteen refluksointisuhde oli tällä hetkellä 250 %. Verrattuna refluksointisuhteisiin 300 % ja 400 %, prosessin typen ja fosforin poisto- ja orgaanisen aineksen poistotehokkuus parani, mikä osoittaa, että nitrifikaationesteen palautusvirtauksen lisääminen tietyllä alueella voi parantaa epäpuhtauksien poistovaikutusta.

Päivänä 207 (vaihe 4) sisäänvirtaavan NH₄⁺-N:n ja HRT:n säätämisen jälkeen AM-AAO-prosessissa COD-poistonopeus oli 86.15 %; aerobinen säiliö poisti 13,34 mg/l NH₄⁺-N:a, jäljelle jäänyt TIN-pitoisuus oli 7,51 mg/L ja NO₃⁻-N:a muodostui 4,39 mg/l, ja NO₃⁻-N:stä tuli hallitseva epäpuhtaus. Fosforinpoistoosuudessa ei ollut merkittävää eroa hapettoman säiliön ja aerobisen säiliön välillä. Lisäksi sisään tulevan NH₄⁺-N:n lisääminen ei vaikuttanut nitrifikaatioon, mutta sisään tulevan TIN-pitoisuuden kasvu heikensi AM-AAO-prosessin denitrifikaatiokykyä, mikä vaikutti TIN:n poistoon.

Päivänä 262 (vaihe 6) reaktorin lämpötila oli 13 astetta ja COD-poistonopeus oli tällä hetkellä 83,67 %. Samaan aikaan anaerobiseen säiliöön vapautui 6,95 mg/l fosforia; 20,22 mg/L NH₄⁺-N:a kului hapettomassa säiliössä ja denitrifikaatio suoritettiin, ja NO3⁻-N-pitoisuus hapettoman säiliön jätevedessä oli 5,07 mg/L; aerobisen säiliön TIN-häviö oli 1,32 mg/l; TIN-poistoaste oli 77,00 % ja jätevesi TIN sisälsi 11,24 mg/l NH₄⁺-N, mikä osoittaa, että alhainen lämpötila vähensi nitrifioivien bakteerien ja denitrifioivien bakteerien toimintaa, mikä johti epäpuhtauksien poistumiseen jätevedestä. Lisäksi PRA laski arvoon 6,95 mg/l, ja hapettoman säiliön ja aerobisen säiliön fosforinottokyky laski 2,41 mg/l:aan ja 3,61 mg/l:aan, mikä osoittaa, että reaktorin lämpötilan lasku esti PAO:iden fosforinpoistotehokkuutta, mikä johti Pefrabisen säiliön korkeaan laskuun. fosforipitoisuus.

(Kuva 3 Epäpuhtauksien muutokset tyypillisissä sykleissä: Mukaan lukien (a) AAO-prosessin päivä 42, (b) AAO-prosessin päivä 118, (c) AM-AAO-prosessin päivä 207, (d) saastepitoisuuden muutoskäyrät AM-AAO-prosessin päivänä 262. Kukin vaaka-akseli on prosessin akseli ja pitoisuus m) saaste (COD, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3 Muutokset solunulkoisten polymeeristen aineiden (EPS) koostumuksessa ja sisällössä AAO- ja AM{1}}AAO-prosesseissa

Kokeen aikana määritettiin ja analysoitiin muutokset EPS:n koostumuksessa ja pitoisuudessa päivänä 101 (AAO-prosessi) ja päivänä 255 (AM-AAO-prosessi), kuten kuvasta 4. Kaiken kaikkiaan EPS-pitoisuuden päivinä 101 ja 255 voidaan katsoa johtuvan TB-EPS-sisällön kasvusta, ja PN:n ja pääosan {7}EPS; päivänä 101 kokonais-EPS-pitoisuus anaerobisessa säiliössä, hapettomassa säiliössä ja aerobisessa säiliössä osoitti kasvavaa suuntausta (0,12 mg/gVSS, 0,29 mg/gVSS ja 0,37 mg/gVSS, vastaavasti); muun muassa EPS-pitoisuus nousi merkittävästi nitrifikaatiovaiheen aikana, mikä saattaa johtua sisäisten mikro-organismien aktiivisesta aineenvaihdunnasta, kun järjestelmää käytettiin korkean hiili-/-typpisuhteen (C/N=5.9) olosuhteissa [12]. TB-EPS:llä oli kuitenkin myönteinen rooli lietteen flokkien muodostumisessa, kun taas S-EPS:llä ja LB-EPS:llä oli kielteisiä vaikutuksia [8]; tässä kokeessa S-EPS:n ja LB-EPS:n pitoisuudet olivat suhteellisen alhaiset, mikä loi olosuhteet lietteen kasvulle; jatkuvassa -virtausliete-kalvohybridijärjestelmässä flokkuloivan lietteen rooli on korvaamaton [2].

Lisäksi PN/PS:n muutossäännöt eri lietekerroksissa kussakin reaktiosäiliössä olivat erilaiset. Jokaisen reaktiosäiliön PN oli aina korkeampi kuin PS. Päivänä 101 PN/PS-suhteet lietteen S-EPS:ssä, LB-EPS:ssä ja TB-EPS:ssä olivat vastaavasti 0,06, 1,62 ja 2,67, kun taas päivänä 255 ne olivat 0,03, 1,30 ja PN-suhteesta 3, 27, dic/PS. ulomman kerroksen lietekennojen sisäkerrokseen. Kuitenkin, kun reaktorin lämpötila laskettiin 13 asteeseen, EPS:n kokonaispitoisuus kolmessa säiliössä osoitti nousevaa suuntausta (0,28 mg/gVSS, 0,41 mg/gVSS ja 0,63 mg/gVSS, vastaavasti). Syynä voi olla se, että alhaiseen lämpötilaan sopeutumattomat mikro-organismit kuolivat tai autolysoituivat, ja nämä kuolleet mikro-organismit vapautuivat EPS:ää, mikä johti lietteen EPS-pitoisuuden kasvuun, tai alhainen lämpötila indusoi jotkin psykofiiliset mikro-organismit erittämään enemmän EPS:ää sopeutuakseen reaktorin lämpötilan laskuun [13].

(Kuva 4 Muutokset EPS-pitoisuudessa ja koostumuksessa päivänä 101 (AAO-prosessi) ja päivänä 255 (AM-AAO-prosessi): Vasen puoli on AAO-prosessi ja oikea puoli AM-AAO-prosessi. Vaaka-akseli on reaktiosäiliö (anaerobisen pää, pystysuora pää, vasen akseli, TB-tyyppi (SPS) ja EB-akseli). sisältö (mg·gVSS⁻¹), ja oikea pystyakseli on PN/PS-suhde. Se sisältää PN-, PS- ja kokonais-EPS-sisällön histogrammit sekä PN/PS-suhteen viivakaavion.

2.4 Mikrobien monimuotoisuus ja väestön dynaamiset yhteisön periytymissäännöt

Korkean -suorituskyvyn sekvensointitulokset osoittivat, että 14 lietenäytteen sekvenssien lukumäärä oli 1 027 419, ja kunkin näytteen OTU-sekvenssien lukumäärä on esitetty taulukossa 2. Näytteiden kattavuus oli yli 0,995, mikä osoittaa, että sekvensointitulokset olivat erittäin tarkkoja. Ryhmä D01 kuvasi alkuperäisen mikrobiyhteisön rakenteen korkealla Ace-indeksillä, mikä osoitti, että lietteessä oli paljon mikrobilajeja järjestelmän käynnistyessä. Kun järjestelmä muuttui AAO:sta AM{11}}AAO-prosessiksi, Ace-indeksi laski ja AM-AAO-järjestelmän mikrobiyhteisön rikkaus väheni. Lisäksi Simpson-indeksi laski, mikä osoittaa, että mikrobiyhteisön monimuotoisuus väheni. Ace-indeksin muutoksen mukaan hapettoman säiliöbiofilmin mikrobiyhteisön lajien kokonaismäärä osoitti laskevaa trendiä; Shannon-indeksin lasku osoitti, että mikrobiyhteisön monimuotoisuus biofilmissä väheni.

Taulukko 2 Mikrobien monimuotoisuusindeksin vaihtelu

The main phyla with relative abundance >10 % 14 näytteestä analysoitiin (kuva 5a). Dominoiva fyla ryhmässä D01 oli Actinobacteriota (25,76 %32,90 %, proteobakteerit (21,98 %27,16 %, Bacteroidota (15,50 %18,36 %) ja Firmicutes (10,37 %)13,77 %; kuitenkin Actinobacteriotan suhteellinen runsaus (16,89 %19,16 %) ja Firmicutes (3,83 %)6,52 %) ryhmässä D110 laski ja proteobakteerien suhteellinen runsaus lisääntyi (32,96 % ~ 40,75 %). AM-AAO-prosessijärjestelmässä Actinobacteriota väheni nopeasti, jopa alle 3 %:iin ryhmässä D237, kun taas proteobakteerit (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 % oli proteobakteereja (35,26 %) ja Bacteroidota (30,61 %), mikä osoittaa, että biofilmin mikrobiyhteisörakenne oli samanlainen kuin aktiivilietteen. Näytteessä M237 Firmicuten suhteellinen runsaus laski alle 2 %:iin ja Acidobacteriotan (5,33 %) lisääntyi.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3 %). Todettiin, että hallitsevat suvut ryhmässä D01 olivat 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 %; sen jälkeen kun järjestelmää käytettiin AM-AAO-prosessissa, Candidatus_Microthrixin suhteellinen määrä putosi jyrkästi 0,02 %:iin (ryhmä D237); kun taas norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 osoitti ensin kasvun ja sitten laskevan trendin (ryhmä D237, 1,91 %2,91 %). Kun prosessi toimi vakaasti, Azospirasta tuli yksi suhteellisen hallitsevista suvuista (ryhmä D237, 7,37 %18,41 %). Lisäksi biofilmisuvut olivat pohjimmiltaan samanlaisia ​​kuin liete, ja norank_f__norank_o__Run-SP154:n suhteellinen määrä M194:ssä ja M237:ssä oli 6,61 % ~ 7,66 % ja 7,43 %.

Yhteensä 12 sukua ja 1 perhe ammoniakkia-hapettavia bakteereja (AOB), nitriitti-hapettavia bakteereja (NOB), glykogeeni-akkumuloivia organismeja (GAO) ja fosforia-akkumuloivia organismeja (PAO) järjestelmässä valittiin 3 analysoitavaksi. Todettiin, että ryhmässä D01 Nitrosomonas (0,02 %0,03 %, Ellin6067 (0,01 %0,02 %) ja Nitrospira (0,04 %)0,07 %) voi varmistaa NH₄⁺-N:n hapetuskyvyn. Nitrosomonasin ja Nitrospiran väheneminen ryhmässä D110 saattaa johtua korkeasta sisäisestä refluksisuhteesta, mutta Ellin6067 (0,01 %0,02 %) ei häirinnyt. Ryhmässä D194 järjestelmää käytettiin AM-AAO-prosessissa, ja HRT:n vähentäminen huuhtoi pois NOB:n ja osan AOB:sta. Sisään tulevan ammoniakkitypen lisääntyminen saattaa olla syynä edellä mainittujen kolmen suvun suhteellisen runsauden kasvuun ryhmässä D237 (kuva 5b). Lisäksi AOB (Nitrosomonas ja Ellin6067, 0,03 %0,07 %) ja NOB (Nitrospira, 0,01 %0,02 %) näytteessä M237 osoitti lievää nousua, mikä osoittaa, että biofilmi auttoi lietejärjestelmää saavuttamaan denitrifikaatioprosessin.

Ryhmässä D01 oli laaja valikoima PAO:ita, mukaan lukien Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas ja Tetrasphaera. Candidatus_Microthrixin (10,93–11,88 %) ja PAO:n muutokset suhteellisella runsaudella<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]. Ryhmässä D237 Candidatus_Microthrix oli lähes eliminoitunut (0,02 %), ja PAO:t, jotka korvasivat sen fosforinpoistotoiminnolla, olivat Defluviimonas (0,70 %).1,07 %) ja Dechloromonas (0,95 %1,06 %; Lisäksi Comamonadaceae-perheellä on myös vahvistettu fosforinpoistokykyä [8], ja Comamonadaceae-heimon suhteellinen määrä anaerobisessa tai hapettomassa säiliössä oli suhteellisen korkea, noin kaksinkertainen aerobiseen säiliöön verrattuna. Lisäksi Candidatus_Competibacter ja Defluviicoccus olivat hallitsevia GAO-sukuja kaikissa näytteissä, mutta näiden kahden suvun runsaus ryhmässä 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].

(Kuva 5 Mikrobiyhteisön koostumus: (a) Pylväskaavio suhteellisesta runsaudesta syrjätasolla. Vaaka-akseli on näyte ja pystyakseli on suhteellinen runsaus/%. Se sisältää suuret kasvilajit, kuten Actinobacteriota ja Proteobacteria; (b) Lämpökartta suhteellisesta runsaudesta suvun tasolla. Vaaka-akseli on suhteellinen syvyys suvun tasolla. runsaus)

Taulukko 3 Funktionaalisten ryhmien runsaus 14 biologisessa näytteessä

3 Johtopäätökset

AM{0}}AAO-prosessin toimintaolosuhteet optimoitiin käyttämällä todellista jätevettä käsittelykohteena. Todettiin, että kun prosessia käytettiin HRT=7 h, lämpötila noin 25 astetta, sisäinen palautusvirtaus=250%, SRT=40 d, lietteen palautusvirtaus=50% ja hapettoman säiliön täyttöaste=30%, epäpuhtauksien poistovaikutus oli paras. Suurin NH₄⁺-N-poistonopeus oli 98,57 %; jäteveden NO₃⁻-N-pitoisuus, PO₄³⁻-P-pitoisuus, TIN-poistonopeus ja COD-poistonopeus olivat vastaavasti 6,64 mg/L, 0,42 mg/L, 83,08 % ja 86.16%.

Anaerobinen säiliö suoritti hyviä orgaanisen aineksen poisto- ja fosforinvapautusprosesseja, jolloin 64,51 % COD:stä poistettiin ja fosforia vapautui 9,77 mg/l samanaikaisesti; hapeton säiliö suoritti hyviä denitrifioivan fosforinpoistoreaktioita; aerobinen säiliö suoritti täydelliset nitrifikaatio- ja fosforinottoprosessit NH₄⁺-N-poistonopeuden ja PUAO:n ollessa vastaavasti 97,85 % ja 59,12 mg.

Kun AM-AAO-prosessi toimi vakaasti, AOB (Ellin6067 ja Nitrosomonas, 0,02 % ~ 0,04 % → 0,04 %0,12 %) ja NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0,04 %) varmisti nitrifikaation riittävän etenemisen, ja NH₄⁺-N:n poistonopeus kasvoi 8,35 %; GAO:t (Candidatus_Competibacter ja Defluviicoccus, 1,31 %1.61% → 3.49%4,46 %) hallitsi endogeenistä denitrifikaatioprosessia; PAO:iden (Defluviimonas, Dechloromonas ja Comamonadaceae perhe, 3,29 %) kasvu8,67 % → 3,79 %~9,35 %) oli syynä hyvän fosforinpoistokyvyn säilyttämiseen; lisäksi hapettoman säiliöbiofilmin mikrobiyhteisörakenne oli pohjimmiltaan samanlainen kuin aktiivilietteen, mikä yhdessä takasi järjestelmän typen ja fosforin poistokyvyn.