Pengoptimuman Prestasi Dan Penggantian Komuniti Mikrob dalam Proses-Aliran MBBR Anoxic-Ao Berterusan Untuk Penyingkiran Nitrogen Dan Fosforus Yang Dipertingkatkan Daripada Kumbahan Perbandaran

Pengoptimuman Prestasi dan Mikrob Penggantian Komuniti dalam-Alir Proses MBBR Anoksik-Berterusan

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, rawatan lanjutan kumbahan bandar dan merealisasikan kitar semula sumber telah menjadi topik hangat dalam bidang persekitaran air. Walau bagaimanapun, proses penyingkiran nitrogen dan fosforus tradisional yang diterima pakai secara meluas oleh loji rawatan air sisa bukan sahaja mengakibatkan pembaziran sumber yang berlebihan tetapi juga meningkatkan kos operasi [1]. Selain itu, penurunan beransur-ansur dalam karbon-kepada-nisbah nitrogen (C/N) kumbahan bandar dan perbezaan dalam persekitaran hidup komuniti mikrob berfungsi yang berbeza telah menjadi faktor pengehad yang penting untuk teknologi rawatan air.

Proses MBBR hibrid-filem enap cemar menggabungkan proses enap cemar diaktifkan dengan proses biofilem pembawa terampai untuk mencapai pengayaan mikroorganisma berfungsi yang dipertingkatkan, menyelesaikan masalah pendudukan tanah yang besar dan toleransi suhu rendah-yang rendah bagi proses enap cemar teraktif tradisional [2]. Pada tahun 2008, Loji Rawatan Air Sisa Wuxi Lucun di Wilayah Jiangsu, sebagai loji rawatan air sisa pertama di China yang menjalankan peningkatan dan pembinaan semula kepada piawaian Kelas IA, berjaya meningkatkan kesan rawatan dengan menambahkan pembawa terampai pada sistem enapcemar [3]; Hu Youbiao et al. [4] menyiasat kesan suhu pada penyingkiran nitrogen ammonia dan bahan organik dalam MBBR dan enap cemar teraktif, dan keputusan menunjukkan bahawa suhu mempunyai kesan yang lebih kecil pada MBBR tetapi kesan yang lebih besar terhadap enap cemar diaktifkan; Zhang Ming et al. [5] menggunakan proses A²O-MBBR untuk merawat kumbahan domestik luar bandar, mencapai kadar penyingkiran COD, nitrogen ammonia, TP dan TN yang tinggi; Zhou Jiazhong et al. [2] didapati melalui-percubaan berskala kecil yang DO, suhu berkorelasi positif dengan-sistem MBBR hibrid filem, manakala nisbah C/N influen berkorelasi secara negatif.

Proses MBBR anoksik (AM-MBBR) boleh merealisasikan denitrifikasi serentak dan penyingkiran fosforus dalam tangki anoksik, yang juga merupakan proses penyingkiran fosforus denitrifikasi (DPR). Berbanding dengan proses rawatan air sisa tradisional, proses DPR boleh menjimatkan sumber karbon organik dan mengurangkan penggunaan oksigen. Zhang Yongsheng [6] et al. membangunkan reaktor biofilem aliran-yang berterusan, dan keputusan menunjukkan bahawa pada suhu 20 darjah, kepekatan DO 5.5 mg/L, beban 2.2 kg/(m³·d), dan keadaan pengudaraan terputus-putus anaerobik 3 jam/aerobik 6 jam, purata kepekatan COD dan fosforus dengan 706 mg/L dan 706 mg/L adalah dalam es. kadar penyingkiran 72.9% dan 78.5%, masing-masing.

Walau bagaimanapun, untuk sistem AAO-filem hibrid AM-enapcemar, terdapat hubungan yang kompleks antara enap cemar flokulan terampai dan biofilem yang melekat. Kajian terdahulu telah menumpukan pada amalan kejuruteraan seperti pembidaan dan pembinaan semula loji rawatan air sisa, tetapi terdapat beberapa kajian tentang nitrifikasi segerak dan DPR untuk mempertingkatkan penyingkiran nitrogen dan fosforus dalam-enapcemar aliran-sistem AM hibrid filem-AAO, dan kestabilan prestasi penyingkiran bahan pencemar juga merupakan salah satu prestasi penyingkiran bahan pencemar bagi proses ini melalui teknologi DPR yang sukar.

Kajian ini mengoptimumkan-permulaan dan strategi operasi aliran-berterusan (AAO) dan-enap cemar aliran{3}}berterusan{3}}proses filem hibrid (AM{-AAO), menumpukan pada penyiasatan kesan kadar pengudaraan, dos pengisi, masa pengekalan hidraulik (HRT), nisbah refluks cecair nitrifikasi/N, dan nisbah refluks jangka panjang{5} cecair nitrifikasi, dan{5} suhu nitrogen. prestasi penyingkiran fosforus proses AM-MBBR dan kecekapan penyingkiran fosforus pendenitrifikasi dalam tangki anoksik. Pada masa yang sama, penggantian komuniti mikrob dan peraturan perubahan komuniti mikrob berfungsi dalam enapcemar teraktif dan biofilm telah dikaji.

1 Bahan dan Kaedah

1.1 Peranti Eksperimen dan Parameter Operasi

Peranti tindak balas AAO aliran berterusan- (Rajah 1) telah digunakan dalam kajian ini. Ia diperbuat daripada kaca organik, dengan jumlah 7 petak, setiap satu dengan saiz 10 cm × 10 cm × 40 cm; isipadu kerja ialah 21 L, dan nisbah isipadu setiap tangki tindak balas adalah anaerobik: anoksik: aerobik=2:2:3. Kacau mekanikal telah diterima pakai dalam tangki anaerobik dan anoksik; tangki aerobik menggunakan kepala pasir pengudaraan sebagai-pengudara berliang mikro dan daya luaran untuk enapcemar-pencampuran air, dan kadar pengudaraan dikawal oleh meter aliran gas. Kepekatan DO dalam tangki aerobik reaktor dikawal pada 2~3 mg/L; tangki pemendapan sekunder adalah silinder dengan isipadu kerja kira-kira 40 L; masa pengekalan enap cemar (SRT) ialah 40 hari, dan nisbah refluks enap cemar ialah 50%. Reaktor beroperasi selama 263 d (dibahagikan kepada 6 peringkat operasi), dan pengisi polietilena telah ditambahkan pada tangki anoksik bermula dari hari ke-159 untuk beroperasi dalam mod AM-AAO. Keadaan operasi khusus ditunjukkan dalam Jadual 1.

(Rajah 1 Gambar rajah skematik AM-peralatan proses AAO: Rajah termasuk baldi salur masuk air, pam peristaltik, tangki anaerobik, tangki anoksik, tangki aerobik, tangki pemendapan, baldi salur keluar air serta refluks dalaman, saluran paip refluks enapcemar dan injap longkang)

Jadual 1 Jenis sistem proses dan parameter pengendalian

1.2 Enapcemar Terinokulasi dan Kualiti Air Berpengaruh

Enap cemar yang disuntik dalam eksperimen ini diambil daripada lebihan enap cemar yang dibuang dari tangki pemendapan sekunder loji rawatan air sisa. Selepas inokulasi, kepekatan enap cemar (MLSS) dalam reaktor ialah 2.3 g/L, dan pepejal meruap enap cemar (MLVSS) ialah 2.1 g/L.

Pengaruh reaktor adalah kumbahan domestik sebenar dari restoran, yang ditambahkan ke reaktor selepas menapis kekotoran melalui skrin penapis. Bahan pencemarnya termasuk 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), dan PO₄³⁻-P (1~5.08 mg/L).

1.3 Item Pengesanan dan Kaedah Analisis

1.3.1 Kaedah Pengesanan Rutin

Sampel air enapcemar-dikumpul daripada influen, tangki anaerobik, tangki anoksik, tangki aerobik, tangki pemendapan dan efluen, dan ditapis dengan kertas penapis 0.45 μm. NH₄⁺-N ditentukan oleh spektrofotometer Nessler; NO₂⁻-N ditentukan oleh N-(1-naphthyl) fotometri etilenadiamina; NO₃⁻-N ditentukan oleh spektrofotometri ultraungu; COD ditentukan oleh pengesan pantas pelbagai parameter COD Lianhua 5B-3A; pH/DO dan suhu ditentukan oleh pengesan WTW Multi3620; MLSS ditentukan dengan kaedah gravimetrik; MLVSS ditentukan oleh kaedah penurunan berat pembakaran relau meredam [7].

1.3.2 Pengekstrakan dan Pengesanan Bahan Polimer Ekstraselular

Bahan polimer ekstraselular (EPS) dianggap terdiri daripada polisakarida (PS), protein (PN), dan asid humik (HA). Tiga jenis EPS, iaitu bahan polimer ekstraselular larut (S-EPS), bahan polimer ekstraselular terikat longgar (LB-EPS), dan bahan polimer ekstraselular terikat ketat (TB-EPS), telah diasingkan dan diekstrak. Kaedah penentuan PS ialah kaedah anthrone-asid sulfurik dan kaedah penentuan PN dan HA telah diubah suai kaedah Folin-Lowry [7].

1.3.3 Kaedah Pengiraan Kadar Penyingkiran Bahan Pencemaran

Kadar penyingkiran bahan pencemar (SRE) digunakan untuk mencirikan penyingkiran pencemar keseluruhan sistem proses AM-AAO. Antaranya, Sinf dan Seff ialah kepekatan pencemar bagi influen dan efluen, masing-masing, yang boleh mewakili kepekatan jisim bahan pencemar seperti NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD, dan PO₄ dalam-N, COD dan PO₄ efluen, mg/L.

1.3.4 Tinggi-Kaedah Penjujukan Melalui

Kaedah penjujukan daya-tinggi Illumina telah digunakan. Sampel enap cemar dari tangki anaerobik, tangki anoksik dan tangki aerobik pada hari 1, 110, 194, dan 237 telah dikumpulkan dan dinamakan sebagai kumpulan D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), kumpulan D110 (D110_A1_, D110_A2, D1 kumpulan, D19). D194_A2, D194_O), dan kumpulan D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O), masing-masing; sampel enap cemar biofilm pada hari 194 dan 237 telah dikumpulkan dan dinamakan sebagai M194 dan M237, masing-masing. Sebanyak 14 sampel enap cemar telah dianalisis untuk perubahan dalam komuniti mikrob. DNA diekstrak menggunakan kit Fast DNA SPIN (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, USA). Rantau V3-V4 gen 16S rRNA bakteria telah dikuatkan dengan primer 338F/806R. Amplikon yang telah disucikan telah disusun pada platform Illumina MiSeq PE300 (Illumina, Amerika Syarikat) oleh Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Shanghai, China) [7].

2 Keputusan dan Perbincangan

2.1 Peraturan-Penyingkiran Bahan Pencemaran Jangka Panjang dalam Proses AAO dan AM-AAO

Pembuangan-pencemar jangka panjang semasa pengendalian proses AAO aliran-yang berterusan (Peringkat 13) dan proses AM-AAO dengan pengisi polietilena terampai ditambah (Peringkat 46) ditunjukkan dalam Rajah 2.

Dalam Peringkat 1 (1~45 d), amaun pelepasan PO₄³⁻-P (PRA) dalam tangki anaerobik, amaun serapan PO₄³⁻-P dalam tangki anoksik (PUAA), dan amaun serapan PO₄³⁻-P dalam tangki aerobik (PUA.O) adalah mg 66,2 mg dan 6. 87.81 mg, masing-masing, dan proses pengambilan fosforus terutamanya dicapai dalam tangki aerobik. Kadar penyingkiran NH₄⁺-N dan jumlah nitrogen tak organik (TIN) masing-masing ialah 92.85% dan 86.37%, memastikan kesan denitrifikasi. Selepas-menala pengudaraan (DO=2~3 mg/L) dengan halus, kesan penyingkiran NH₄⁺-N meningkat kepada 98.68%, dan kepekatan dan kadar penyingkiran TIN efluen masing-masing ialah 1.75 mg/L dan 95.75%, yang menunjukkan proses penyahtintrifikasian dan penyahitan DO yang betul; kesan penyingkiran COD dalam tangki anaerobik menjadi lemah (91.60%). Selain itu, penalaan halus-DO tidak mempunyai kesan ke atas efluen PO₄³⁻-P, dengan purata 0.47 mg/L, yang konsisten dengan kesimpulan Yang Sijing et al. [8].

Dalam Peringkat 2 (46~120 d), selepas melaraskan HRT=8 h, prestasi penyingkiran COD turun naik sedikit; nilai maksimum PRA, PUAA dan PUAO mencapai 148.01 mg, 81.95 mg dan 114.15 mg, menunjukkan bahawa peningkatan aliran influen tidak menjejaskan penyingkiran fosforus dan mengekalkan prestasi penyingkiran NH₄⁺-N dan TIN yang tinggi. Pada hari ke-72, nisbah refluks cecair nitrifikasi dinaikkan kepada 300% dan 400%. Peningkatan nisbah refluks mengurangkan kesan penyingkiran TIN, dengan kadar penyingkiran masing-masing 80.37% (300%) dan 68.68% (400%). Dari hari 108 hingga 120, nisbah refluks cecair nitrifikasi ditentukan menjadi 250%. Jumlah penyingkiran COD dalam tangki anaerobik pada nisbah refluks cecair nitrifikasi 250% (127.1 mg/L) adalah lebih tinggi daripada atau sama dengan yang lain (86.2 mg/L, 124.7 mg/L dan 128.0 mg/L masing-masing untuk 200%, 300% dan 400%); kepekatan fosforus efluen yang sepadan dengan nisbah refluks yang berbeza ialah 0.52 mg/L, 0.35 mg/L, dan 0.06 mg/L, menunjukkan bahawa meningkatkan nisbah refluks cecair nitrifikasi dalam julat tertentu boleh menggalakkan penyingkiran fosforus. Selain itu, nisbah refluks 250% mempunyai prestasi denitrifikasi yang baik, dengan kadar penyingkiran TIN sebanyak 86.86%.

Dalam Peringkat 3 (121~158 d), nisbah refluks cecair nitrifikasi ditetapkan pada 250%. Pada hari ke-131, aliran influen meningkat kepada 5 L/j, kesan penyingkiran COD dan fosforus berkurangan, dan kepekatan efluen masing-masing adalah 73.3 mg/L dan 3.92 mg/L, menunjukkan bahawa peningkatan aliran influen mengakibatkan lebih banyak COD dilepaskan tanpa rawatan. Selain itu, kadar penyingkiran maksimum NH₄⁺-N dan TIN ialah 93.82% dan 79.12%, masing-masing, antaranya NO₃⁻-N menjadi pencemar utama dalam efluen (4.70 mg/L). Pada hari ke-139, aliran influen dikurangkan kepada 4 L/j, COD efluen dan kadar penyingkiran masing-masing ialah 55.7 mg/L dan 85.97%, yang lebih tinggi daripada prestasi penyingkiran karbon pada HRT=5.6 h, menunjukkan bahawa pengurangan HRT mungkin membawa kepada penurunan kesan penyingkiran COD. Di samping itu, kadar penyingkiran maksimum NH₄⁺-N dan TIN ialah 100% dan 97.41%, menunjukkan bahawa pelarasan HRT menggalakkan nitrifikasi dan penyahtindahan, tetapi HRT yang terlalu pendek boleh menyebabkan penurunan dalam kesan denitrifikasi. Oleh itu, apabila HRT=7 h, adalah memadai untuk tindak balas dalam setiap tangki untuk diteruskan sepenuhnya, dan peningkatan ketara dalam HRT mempunyai sedikit kesan menggalakkan pada kesan denitrifikasi.

Pada hari ke-159, 20% pengisi polietilena terampai telah ditambah ke dalam tangki anoksik proses AAO. Dalam Peringkat 4 (159~209 d), prestasi penyingkiran COD dan PO₄³⁻-P telah dipertingkatkan. Bermula dari hari ke-172, kepekatan NH₄⁺-N influen dinaikkan kepada 64.17 mg/L (C/N=8.59), COD efluen dan kadar penyingkiran masing-masing ialah 77.7 mg/L dan 86.06%. Sebabnya mungkin biofilm berkembang dengan perlahan, dan enap cemar yang diaktifkan memberikan sumbangan utama kepada penyingkiran kebanyakan COD; pengisi yang digantung meningkatkan kadar penyingkiran PO₄³⁻-P sebanyak 1.18%. Walau bagaimanapun, peningkatan dalam influen NH₄⁺-N dalam tangki anoksik membawa kepada keperluan untuk lebih banyak sumber karbon untuk proses denitrifikasi NO₃⁻-N, yang tidak kondusif untuk pembebasan fosforus dan pengambilan PAO; pada masa yang sama, operasi ini tidak mengurangkan NO₃⁻-N sepenuhnya, dan kepekatan efluen minimum ialah 7.30 mg/L. Pada hari ke-185, menukar HRT kepada 5.6 jam, didapati bahawa kesan penyingkiran COD turun naik sedikit, dengan kadar penyingkiran sebanyak 86.05%; kepekatan efluen PO₄³⁻-P meningkat sebanyak 0.05 mg/L, disertai dengan peningkatan PUAA (daripada 13.02 mg kepada 18.90 mg), menunjukkan bahawa enapcemar dan biofilem secara sinergi memberikan kecekapan penyingkiran fosforus tertentu. Di samping itu, kepekatan efluen NH₄⁺-N, NO₃⁻-N dan TIN masing-masing ialah 10.23 mg/L, 6.52 mg/L dan 16.82 mg/L, menunjukkan bahawa pengurangan HRT akan membawa kepada penurunan NH₄6 dan - TIN. Pada hari 195, HRT telah dilaraskan kembali kepada 7 jam, dan pada masa ini, kandungan pencemar dalam efluen berkurangan, dan prestasi penyingkiran nitrogen dan fosforus serta penyingkiran bahan organik sistem pulih secara beransur-ansur.

Dalam Peringkat 5 (210~240 d), kepekatan influen NH₄⁺-N dinaikkan kepada 84.06 mg/L (C/N=6.28), dan enap cemar teraktif masih memberikan sumbangan utama kepada penyingkiran bahan organik. Peningkatan NH₄⁺-N mempunyai sedikit kesan pada penyingkiran COD. Perkadaran COD yang diserap dalam tangki anaerobik ialah 68.02%, dan kebanyakan bahan organik telah diserap oleh PAO dalam tangki anaerobik dan disintesis menjadi sumber karbon dalaman (PHA), dan pelepasan fosforus anaerobik telah siap sepenuhnya [9]. PRA maksimum ialah 72.75 mg, dan PUAA dan PUAO masing-masing ialah 35.82 mg/L dan 48.20 mg/L, tetapi sumbangan utama kepada pengambilan fosforus masih datang daripada tangki aerobik. Pada hari ke-221, nisbah pengisian telah dinaikkan kepada 30%, dan kepekatan efluen NH₄⁺-N dan TIN dikurangkan masing-masing sebanyak 4.49 mg/L dan 5.16 mg/L; antaranya, NH₄⁺-N dan NO₃⁻-N masing-masing menyumbang 70.11% dan 28.75% daripada TIN efluen. Pada hari ke-231, kepekatan NH₄⁺-N yang berpengaruh telah dilaraskan kepada 66.34 mg/L, dan prestasi penyingkiran bahan pencemar sistem pada asasnya stabil.

Dalam Peringkat 6 (241~263 d), suhu reaktor telah dikawal untuk meneroka kesannya terhadap penyingkiran bahan pencemar. Pada hari ke-241, suhu dikurangkan kepada 18 darjah, kadar penyingkiran COD menurun kepada 84.37%, tetapi peraturan perubahan COD tidak berubah kerana penurunan suhu. Perkadaran penyingkiran dalam tangki anaerobik adalah yang tertinggi, 62.02%, proses penyingkiran fosforus denitrifikasi dalam tangki anoksik menggunakan 26.72% COD, kepekatan NO₃⁻-N dalam efluen tangki aerobik ialah 10.44 mg/L, dan 10.44 mg/L. NH₄⁺-N kekal; di samping itu, PRA kurang terjejas oleh suhu, tetapi prestasi pengambilan fosforus tangki anoksik menurun, dengan PUAA hanya 19.77 mg, dan fosforus dikeluarkan sebanyak 3.94 mg/L dalam tangki aerobik. Kebanyakan PAO psikrofilik menjalankan proses pengambilan fosforus aerobik [10]. Apabila suhu dikurangkan lagi kepada 13 darjah , kadar penyingkiran NH₄⁺-N dan TIN menurun masing-masing sebanyak 6.38% dan 6.25%; pada masa yang sama, PUAA dan PUAO masing-masing menurun sebanyak 7.77 mg dan 15.00 mg, yang mungkin berkaitan dengan penurunan aktiviti mikrob dan pertumbuhan serta kapasiti metabolisme yang disebabkan oleh penurunan suhu. Jin Yu [11] mendapati bahawa apabila suhu lebih rendah daripada 14 darjah, adalah sukar untuk menjamin kepekatan bahan pencemar efluen sistem.

(Rajah 2 Penyingkiran bahan pencemar dalam proses AAO dan AM-AAO semasa operasi jangka-panjang: Termasuk (c) Keluk NH₄⁺-N kepekatan dan kadar penyingkiran berubah mengikut hari operasi, (d) Keluk NOₓ⁻-N kepekatan berubah dengan hari operasi, (d) Kepekatan N berubah dengan hari operasi, perubahan kepekatan dengan hari operasi, paksi ialah hari operasi (0~260 d), dan paksi menegak ialah ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹), dan kadar penyingkiran/%, masing-masing ditandakan.

2.2 Peraturan Perubahan Pencemaran dalam Kitaran Biasa Proses AAO dan AM-AAO

Untuk meneroka lebih lanjut mekanisme penyingkiran bahan pencemar proses AAO dan AM-AAO, perubahan kepekatan pencemar dalam kitaran biasa peringkat operasi yang berbeza telah dianalisis, seperti ditunjukkan dalam Rajah 3.

Pada hari ke-42 (Tahap 1), proses AAO mempunyai prestasi denitrifikasi dan penyingkiran fosforus yang baik. Walau bagaimanapun, COD berinfluen tinggi tidak meningkatkan prestasi pelepasan fosforus, dan PRA ialah 9.13 mg/L pada masa ini. Selain itu, NH₄⁺-N telah digunakan terlebih dahulu apabila memasuki tangki anoksik; kemudian, tangki anoksik mengurangkan NO₃⁻-N yang dihasilkan kepada N₂; walau bagaimanapun, tangki aerobik hanya mengeluarkan 3.52 mg/L NH₄⁺-N, yang mungkin disebabkan oleh HRT yang panjang dalam Peringkat 1 yang membawa kepada peningkatan dalam DO kembali ke tangki anoksik, dan kebanyakan NH₄⁺-N telah melengkapkan nitrifikasi dalam tangki anoksik, mengakibatkan tangki kepekatan aerobik yang rendah.

Pada hari ke-118 (Tahap 2), dengan penurunan COD influen, pelepasan fosforus dan prestasi denitrifikasi merosot. Kepekatan pelepasan fosforus dalam tangki anaerobik ialah 5.91 mg/L, dan kepekatan NO₃⁻-N dalam efluen tangki aerobik ialah 8.20 mg/L. Kepekatan PO₄³⁻-P dalam tangki anoksik menurun kepada 2.78 mg/L, menunjukkan bahawa PO₄³⁻-P telah dikeluarkan dalam tangki anoksik. Di samping itu, nisbah refluks cecair nitrifikasi telah ditetapkan pada 250% pada masa ini. Berbanding dengan nisbah refluks 300% dan 400%, penyingkiran nitrogen dan fosforus dan prestasi penyingkiran bahan organik dalam proses itu dipertingkatkan, menunjukkan bahawa meningkatkan refluks cecair nitrifikasi dalam julat tertentu boleh meningkatkan kesan penyingkiran bahan pencemar.

Pada hari 207 (Peringkat 4), selepas melaraskan pengaruh NH₄⁺-N dan HRT dalam proses AM-AAO, kadar penyingkiran COD ialah 86.15%; tangki aerobik mengeluarkan 13.34 mg/L NH₄⁺-N, baki kepekatan TIN ialah 7.51 mg/L, dan 4.39 mg/L NO₃⁻-N dihasilkan, dan NO₃⁻-N menjadi bahan pencemar yang dominan. Tidak terdapat perbezaan yang ketara dalam sumbangan penyingkiran fosforus antara tangki anoksik dan tangki aerobik. Selain itu, peningkatan NH₄⁺-N influen tidak menjejaskan nitrifikasi, tetapi peningkatan kepekatan TIN influen menurunkan prestasi denitrifikasi proses AM-AAO, sekali gus menjejaskan penyingkiran TIN.

Pada hari 262 (Tahap 6), suhu reaktor ialah 13 darjah, dan kadar penyingkiran COD ialah 83.67% pada masa ini. Pada masa yang sama, 6.95 mg/L fosforus dikeluarkan dalam tangki anaerobik; 20.22 mg/L NH₄⁺-N telah dimakan oleh tangki anoksik dan denitrifikasi telah dijalankan, dan kepekatan NO₃⁻-N dalam efluen tangki anoksik ialah 5.07 mg/L; tangki aerobik mempunyai kehilangan TIN sebanyak 1.32 mg/L; kadar penyingkiran TIN ialah 77.00%, dan TIN efluen mengandungi 11.24 mg/L NH₄⁺-N, menunjukkan bahawa suhu rendah mengurangkan aktiviti bakteria nitrifikasi dan bakteria denitrifikasi, mengakibatkan penyingkiran bahan pencemar yang tidak lengkap dalam kumbahan. Di samping itu, PRA menurun kepada 6.95 mg/L, dan prestasi pengambilan fosforus tangki anoksik dan tangki aerobik menurun kepada 2.41 mg/L dan 3.61 mg/L, masing-masing, menunjukkan bahawa penurunan suhu reaktor menghalang prestasi penyingkiran fosforus PAO, yang membawa kepada penurunan kepekatan anaerobik PRA. tangki yang tinggi.

(Rajah 3 Perubahan bahan cemar dalam kitaran biasa: Termasuk (a) Hari ke-42 proses AAO, (b) Hari ke-118 proses AAO, (c) Hari ke-207 AM-proses AAO, (d) Keluk perubahan kepekatan bahan pencemar pada hari ke-262 AM-proses AAO. Paksi mendatar ialah proses AAO/L (paksi menegak) setiap pencemar (COD, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3 Perubahan dalam Komposisi dan Kandungan Bahan Polimer Ekstraselular (EPS) dalam Proses AAO dan AM-AAO

Semasa percubaan, perubahan dalam komposisi dan kandungan EPS pada hari ke-101 (proses AAO) dan hari ke-255 (proses AM-AAO) telah ditentukan dan dianalisis, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Secara keseluruhannya, jumlah kandungan EPS pada hari ke-101 dan 255 boleh dikaitkan dengan peningkatan dalam TB-dan bahagian kandungan PS, PPN dan bahagian utama kandungan PS. TB-EPS; pada hari ke-101, jumlah kandungan EPS dalam tangki anaerobik, tangki anoksik dan tangki aerobik menunjukkan trend yang meningkat (masing-masing 0.12 mg/gVSS, 0.29 mg/gVSS, dan 0.37 mg/gVSS); antaranya, kandungan EPS meningkat dengan ketara semasa peringkat nitrifikasi, yang mungkin disebabkan oleh metabolisme aktif mikroorganisma dalaman apabila sistem dikendalikan dalam keadaan karbon tinggi-ke-nisbah nitrogen (C/N=5.9) [12]. Walau bagaimanapun, TB-EPS memainkan peranan positif dalam pembentukan flok enap cemar, manakala S-EPS dan LB-EPS mempunyai kesan negatif [8]; dalam percubaan ini, kandungan S-EPS dan LB-EPS adalah agak rendah, yang mewujudkan keadaan untuk pertumbuhan enap cemar; dalam sistem-enap cemar aliran-filem yang berterusan, peranan enap cemar flokulan tidak boleh diganti [2].

Di samping itu, peraturan perubahan PN/PS dalam lapisan enapcemar yang berbeza dalam setiap tangki tindak balas adalah berbeza. PN dalam setiap tangki tindak balas sentiasa lebih tinggi daripada PS. Pada hari ke-101, nisbah PN/PS dalam S-EPS, LB-EPS dan TB-EPS enapcemar masing-masing ialah 0.06, 1.62 dan 2.67, manakala pada hari ke-255, ia adalah 0.03, 1.27, dan PN menunjukkan nisbah yang meningkat daripada 3. lapisan luar ke lapisan dalam sel enapcemar. Walau bagaimanapun, apabila suhu reaktor dikurangkan kepada 13 darjah , jumlah kandungan EPS dalam tiga tangki menunjukkan arah aliran yang meningkat (masing-masing 0.28 mg/gVSS, 0.41 mg/gVSS dan 0.63 mg/gVSS). Sebabnya mungkin mikroorganisma yang tidak dapat menyesuaikan diri dengan suhu rendah mati atau autolisis, dan mikroorganisma mati ini mengeluarkan EPS, yang membawa kepada peningkatan kandungan EPS enapcemar, atau suhu rendah menyebabkan beberapa mikroorganisma psikrofilik merembeskan lebih banyak EPS untuk menyesuaikan diri dengan penurunan suhu dalam reaktor [13].

(Rajah 4 Perubahan dalam kandungan dan komposisi EPS pada Hari 101 (proses AAO) dan Hari 255 (AM-proses AAO): Bahagian kiri ialah proses AAO, dan bahagian kanan ialah proses AM-AAO. Paksi mendatar ialah tangki tindak balas (hujung anaerobik, hujung anoksik, paksi jenis kiri aerobik (TBS) dan ELBPS menegak). kandungan (mg·gVSS⁻¹), dan paksi menegak kanan ialah nisbah PN/PS Ia termasuk histogram PN, PS dan jumlah kandungan EPS dan carta garis nisbah PN/PS).

2.4 Kepelbagaian Mikrob dan Peraturan Penggantian Komuniti Dinamik Populasi

Keputusan penjujukan daya-yang tinggi menunjukkan bahawa bilangan jujukan 14 sampel enap cemar ialah 1,027,419 dan bilangan jujukan OTU bagi setiap sampel ditunjukkan dalam Jadual 2. Liputan sampel adalah melebihi 0.995, menunjukkan bahawa keputusan penjujukan mempunyai ketepatan yang tinggi. Kumpulan D01 menerangkan struktur komuniti mikrob awal, dengan indeks Ace yang tinggi, menunjukkan bahawa enap cemar mempunyai kekayaan spesies mikrob yang tinggi pada permulaan-sistem. Dengan transformasi sistem daripada proses AAO kepada AM-AAO, indeks Ace berkurangan dan kekayaan komuniti mikrob dalam sistem AM-AAO menurun. Di samping itu, indeks Simpson menurun, menunjukkan bahawa kepelbagaian komuniti mikrob menurun. Mengikut perubahan indeks Ace, jumlah bilangan spesies dalam komuniti mikrob biofilm tangki anoksik menunjukkan trend menurun; penurunan indeks Shannon membuktikan bahawa kepelbagaian komuniti mikrob dalam biofilm berkurangan.

Jadual 2 Variasi indeks kepelbagaian mikrob

The main phyla with relative abundance >10% dalam 14 sampel telah dianalisis (Rajah 5a). Filum yang dominan dalam kumpulan D01 ialah Actinobacteriota (25.76%32.90%), Proteobacteria (21.98%27.16%), Bacteroidota (15.50%18.36%), dan Firmicutes (10.37%13.77%); bagaimanapun, kelimpahan relatif Actinobacteriota (16.89%19.16%) dan Firmicutes (3.83%6.52%) dalam kumpulan D110 menurun, dan kelimpahan relatif Proteobacteria meningkat (32.96%~40.75%). Dalam sistem proses AM-AAO, Actinobacteriota menurun dengan cepat, malah kepada kurang daripada 3% dalam kumpulan D237, manakala 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% adalah Proteobacteria (35.26%) dan Bacteroidota (30.61%), menunjukkan bahawa struktur komuniti mikrob biofilm adalah serupa dengan enap cemar diaktifkan. Dalam sampel M237, kelimpahan relatif Firmicutes menurun kepada kurang daripada 2%, dan kelimpahan Acidobacteriota (5.33%) meningkat.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Didapati bahawa genera yang dominan dalam kumpulan D01 ialah Candidatus_Microthrix (11.32%20.65%), norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3.97%6.36%), Trichococcus (6.99%9.95%), dan Ornihinibacter (3.99%6.41%); selepas sistem dikendalikan dalam proses AM-AAO, kelimpahan relatif Candidatus_Microthrix menurun secara mendadak kepada 0.02% (kumpulan D237); manakala norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 menunjukkan trend pertama meningkat dan kemudian menurun (kumpulan D237, 1.91%2.91%). Apabila proses itu dikendalikan secara stabil, Azospira menjadi salah satu genera yang agak dominan (kumpulan D237, 7.37%18.41%). Di samping itu, genera biofilem pada asasnya serupa dengan enapcemar, dan kelimpahan relatif norank_f__norank_o__Run-SP154 dalam M194 dan M237 masing-masing ialah 6.61%~7.66% dan 7.43%.

Sebanyak 12 genera dan 1 famili ammonia-bakteria pengoksida (AOB), nitrit-bakteria pengoksida (NOB), glikogen-organisma terkumpul (GAO) dan fosforus-organisma terkumpul (PAO) dalam sistem telah dipilih untuk analisis (Jadual 3). Didapati bahawa dalam kumpulan D01, Nitrosomonas (0.02%0.03%), Ellin6067 (0.01%0.02%), dan Nitrospira (0.04%0.07%) boleh memastikan prestasi pengoksidaan NH₄⁺-N. Penurunan Nitrosomonas dan Nitrospira dalam kumpulan D110 mungkin disebabkan oleh nisbah refluks dalaman yang tinggi, tetapi Ellin6067 (0.01%0.02%) tidak terganggu. Dalam kumpulan D194, sistem telah dikendalikan dalam proses AM-AAO, dan pengurangan HRT menghilangkan NOB dan beberapa AOB. Peningkatan dalam nitrogen ammonia influen mungkin menjadi sebab peningkatan kelimpahan relatif ketiga-tiga genera di atas dalam kumpulan D237 (Rajah 5b). Di samping itu, AOB (Nitrosomonas dan Ellin6067, 0.03%0.07%) dan NOB (Nitrospira, 0.01%0.02%) dalam sampel M237 menunjukkan sedikit peningkatan, menunjukkan bahawa biofilem membantu sistem enap cemar untuk mencapai proses denitrifikasi.

Terdapat pelbagai PAO dalam kumpulan D01, termasuk Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas dan Tetrasphaera. Perubahan Candidatus_Microthrix (10.93%~11.88%) dan PAO dengan kelimpahan relatif<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 dan 0.31%0.39% [14]. Dalam kumpulan D237, Candidatus_Microthrix hampir disingkirkan (0.02%), dan PAO yang menggantikannya untuk melaksanakan fungsi penyingkiran fosforus ialah Defluviimonas (0.70%1.07%) dan Dechloromonas (0.95%1.06%); selain itu, keluarga Comamonadaceae juga telah disahkan mempunyai prestasi penyingkiran fosforus [8], dan kelimpahan relatif Comamonadaceae dalam tangki anaerobik atau tangki anoksik adalah agak tinggi, kira-kira dua kali ganda daripada tangki aerobik. Di samping itu, Candidatus_Competibacter dan Defluviicoccus adalah genera dominan GAO dalam semua sampel, tetapi banyaknya dua genera dalam kumpulan D01 adalah<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].

(Rajah 5 Komposisi komuniti mikrob: (a) Carta bar bagi kelimpahan relatif pada peringkat filum. Paksi mendatar ialah sampel, dan paksi menegak ialah kelimpahan relatif/%. Ia termasuk filum utama seperti Actinobacteriota dan Proteobacteria; (b) Peta haba bagi kelimpahan relatif pada peringkat genus. Paksi mendatar ialah paksi gen yang dominan ialah sampel, dan tahap menegak gen yang mendatar kelimpahan relatif)

Jadual 3 Kelimpahan kumpulan berfungsi dalam 14 sampel biologi

3 Kesimpulan

Menggunakan kumbahan sebenar sebagai objek rawatan, keadaan pengendalian proses AM-AAO telah dioptimumkan. Didapati bahawa apabila proses itu dikendalikan di bawah keadaan HRT=7 h, suhu kira-kira 25 darjah , refluks dalaman=250%, SRT=40 d, refluks enap cemar=50% dan kadar pengisian tangki anoksik=30%, kesan penyingkiran bahan pencemar adalah yang terbaik. Kadar penyingkiran NH₄⁺-N maksimum ialah 98.57%; kepekatan NO₃⁻-N efluen efluen, kepekatan PO₄³⁻-P, kadar penyingkiran TIN dan kadar penyingkiran COD masing-masing ialah 6.64 mg/L, 0.42 mg/L, 83.08% dan 86.16%.

Tangki anaerobik melakukan proses penyingkiran bahan organik dan pembebasan fosforus yang baik, dengan 64.51% COD dikeluarkan dan 9.77 mg/L fosforus dikeluarkan pada masa yang sama; tangki anoksik melakukan tindak balas penyingkiran fosforus denitrifikasi yang baik; tangki aerobik melakukan proses nitrifikasi dan pengambilan fosforus lengkap, dengan kadar penyingkiran NH₄⁺-N dan PUAO masing-masing ialah 97.85% dan 59.12 mg.

Apabila proses AM-AAO dikendalikan secara stabil, peningkatan AOB (Ellin6067 dan Nitrosomonas, 0.02%~0.04% → 0.04%0.12%) dan NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0.04%) memastikan kemajuan nitrifikasi yang mencukupi, dan kadar penyingkiran NH₄⁺-N meningkat sebanyak 8.35%; GAO (Candidatus_Competibacter dan Defluviicoccus, 1.31%1.61% → 3.49%4.46%) mendominasi proses denitrifikasi endogen; pertumbuhan PAO (Defluviimonas, Dechloromonas, dan keluarga Comamonadaceae, 3.29%8.67% → 3.79%~9.35%) adalah sebab untuk mengekalkan prestasi penyingkiran fosforus yang baik; selain itu, struktur komuniti mikrob biofilm tangki anoksik pada asasnya serupa dengan enap cemar teraktif, yang secara bersama menjamin prestasi penyingkiran nitrogen dan fosforus sistem.