Pilotna -študija o več-stopenjskem A/O-MBBR sistemu za odstranjevanje dušika pri srednje-nizkih temperaturah
Pregled
V zadnjih letih je Kitajska dosegla pomembne rezultate pri upravljanju vodnega okolja, vendar se še vedno sooča s težavami, kot so pomanjkanje vodnih virov, onesnaževanje vodnega okolja in škoda vodnemu ekološkemu okolju. Z vidika varovanja vodnih virov, preprečevanja onesnaževanja vode in ponovne vzpostavitve vodne ekologije je nenehno spodbujanje izboljšanja učinkovitosti in uspešnosti čiščenja odpadne vode velikega pomena za povečanje stopnje izkoriščenosti vodnih virov, izboljšanje kakovosti vodnega okolja, izboljšanje nacionalne kakovosti življenja, pospešitev izgradnje ekološkega okolja in zmago v bitki za čisto vodo. Trenutno na podlagi obstoječega nacionalnega "Standarda izpusta onesnaževal za mestne čistilne naprave" (GB18918-2002) so lokalne vlade zaporedoma predlagale nove zahteve za kakovost odplak iz mestnih čistilnih naprav, s posebej strožjimi zahtevami glede indikatorjev, kot so organske snovi, amonijakov dušik in skupni dušik. Tradicionalne tehnologije čiščenja vode, ki jih predstavlja postopek z aktivnim blatom, se soočajo z ozkimi grli, kot je omejena biološka nitrifikacija pri nizkih temperaturah. Številne študije so pokazale, da se učinkovitost nitrifikacije procesa z aktivnim blatom bistveno zmanjša pri nizkih-temperaturnih pogojih, ki jih spremljajo težave, kot sta močno kopičenje blata in biološki odpadki. Zato je prebijanje nizkotemperaturnega ozkega grla in doseganje stabilnega in učinkovitega biološkega odstranjevanja dušika postalo nujen problem, ki ga je treba rešiti na področju čiščenja odpadnih voda. Tehnologija biofilmskega reaktorja z gibljivo posteljo (MBBR) je bila uporabljena v stotinah čistilnih naprav po vsem svetu. Zaradi pritrjenega stanja rasti biofilma v reaktorju in njegove zmožnosti nenehnega obnavljanja ne le da ima visoko biomaso, ampak tudi ohranja visoko aktivnost. Rezultati uporabe v nordijskih državah prav tako kažejo, da ima večjo prilagodljivost na nizke temperature v primerjavi s postopkom z aktivnim blatom.
Iz tega razloga ta študija, ki se osredotoča na značilnosti mestne odpadne vode na Kitajskem, uporablja prednosti MBBR in več-stopenjskega anoksičnega/oksičnega (A/O) postopka za biološko odstranjevanje dušika za izdelavotri{0}}stopenjski A/O-MBBR pilot-sistem. Raziskana je bila zmogljivost sistema za odstranjevanje organskih snovi, dušika iz amonijaka in celotnega anorganskega dušika pri srednje-nizkih temperaturah. Analizirane so bile nitrifikacijska zmogljivost in morfološke spremembe biofilma v statičnih eksperimentalnih pogojih, kar zagotavlja tehnično podporo za doseganje stabilnega in učinkovitega odstranjevanja dušika iz komunalne odpadne vode pri nizkih-temperaturnih pogojih ter za konstrukcijo in regulacijo več-stopenjskih A/O-MBBR sistemov.
1. Materiali in metode
1.1 Eksperimentalna nastavitev in način delovanja-sistema v pilotnem merilu
Potek procesa izdelanega tri-stopenjskega A/O-MBBR pilot-sistema je prikazan vSlika 1. Pilotni -sistem je sestavljen iz treh stopenj anoksičnega/oksičnega (A/O), razdeljenih v skupno 10 reakcijskih con.Prva-fazaPodsistem A/O-MBBR je sestavljen iz anoksičnih reakcijskih con (A1, A2) in aerobnih reakcijskih con (O3, O4).Druga-stopnjaPodsistem A/O-MBBR je sestavljen iz anoksičnih reakcijskih con (A5, A6) in aerobnih reakcijskih con (O7, O8).Tretja-stopnjaPodsistem A/O-MBBR je sestavljen iz anoksične reakcijske cone (A9) in aerobne reakcijske cone (O10). Efektivni volumenvsaka prej omenjena reakcijska cona je 1,4 m³ (1 m * 1 m * 1,4 m), z efektivno globino vode 1,4 m. V vsak segment reakcijske cone so bili dodani suspendirani nosilci biofilma (mediji) s specifično površino 500 m²/m³, s 35-odstotnim razmerjem polnjenja nosilca za vse. Mehansko mešanje je bilo uporabljeno v anoksičnih reakcijskih conah, da so nosilci ostali fluidizirani, medtem ko je bilo v aerobnih reakcijskih conah uporabljeno prezračevanje s perforirano cevjo, ki je nadzorovalakoncentracija raztopljenega kisika pri 3-9 mg/L.
Dejanska stopnja dotoka pilotnega -sistema je bila (23.6 + 5.4) m³/d z uporabo dvo-točkovne porazdelitve dotoka, z vstopnimi točkami, nastavljenimi na reakcijskih območjih A1 in O5, in dotočnim razmerjem 1:1. Pilotni -sistem je imel dva niza recirkulacije nitrificirane tekočine (od O4 do A1 in od O8 do A5), z razmerjem recirkulacije od 100 % do 200 % (glede na stopnjo dotoka vsake stopnje). Da bi zagotovili ustrezno post{15}}denitrifikacijo, smo kot zunanji vir ogljika v reakcijsko cono A9 dodali 50-90 mg/l natrijevega acetata (izračunano kot COD). Celotna eksperimentalna študija je bila razdeljena na 2 fazi: faza I - normalna temperatura (18-29 stopinj); Faza II - srednje nizka temperatura (10-16 stopinj).
1.2 Preskusna voda
Pilotni preizkus je bil opravljen-na mestni čistilni napravi za odpadne vode v mestu Qingdao. Testna voda je bila vzeta iz iztoka primarnega sedimentacijskega rezervoarja te naprave in vstopila v pilotni sistem po izboljšani predobdelavi s flotacijo. Pogoji kakovosti vode po izboljšani flotacijski predobdelavi so prikazani vTabela 1.
1.3 Indikatorji in metode odkrivanja
1.3.1 Običajni indikatorji
Konvencionalni indikatorji, kot so SCOD, NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, SS, MLSS in MLVSS, so bili izmerjeni s standardnimi metodami iz "Metod za spremljanje in analizo vode in odpadne vode". Raztopljeni kisik, temperaturo, pH in ORP so izmerili z uporabo aprenosni merilnik raztopljenega kisika (HACH HQ40d). Debelina biofilma je bila izmerjena z uporaboinvertni fluorescenčni mikroskop (Olympus, IX71).
1.3.2 Statični poskus nitrifikacije
Med delovanjem sistema so bili nosilci iz aerobnih con periodično vzorčeni za merjenje nitrifikacijske zmogljivosti biofilma v statičnih reakcijskih pogojih. Nosilci iz vsake aerobne reakcijske cone so bili postavljeni v 5L reaktor s 35-odstotnim polnilnim razmerjem, enakim pilotnemu sistemu. Testna voda je bila umetno konfigurirana raztopina NH₄Cl z masno koncentracijo 20-25 mg/L (izračunano kot N). Med poskusom je bila za prezračevanje uporabljena majhna zračna črpalka, da so nosilci ostali fluidizirani, medtem ko je bila koncentracija raztopljenega kisika 7-11 mg/L. Preizkus je trajal 2 uri, z intervali vzorčenja 30 minut, merjenje spremembe koncentracije NH4⁺-N za izračun nitrifikacijske zmogljivosti biofilma v statičnih reakcijskih pogojih.
2. Rezultati in analiza
2.1 Operativna zmogljivost tri-stopenjskega pilotnega sistema A/O-MBBR
Operativna zmogljivost tri{0}}stopenjskega pilotnega sistema A/O-MBBR je prikazana vSlika 2. V normalni temperaturni fazi (faza I) z reakcijsko temperaturo 18-29 stopinj, hitrostjo pretoka obdelave (23.6+5.4) m³/d in dozo vira ogljika 50 mg/L (izračunano kot KPK, enako spodaj) v anoksičnem območju podsistema tretje-stopnje A/O-MBBR, vplivni SCOD sistema, Koncentracije NH4⁺-N in TIN so bile (160±31), (35,0±7,2) oziroma (35,8±7,0) mg/L, koncentracije obdelane odpadne vode pa (27±8), (0,6±0,5) oziroma (2,7±2,2) mg/L zpovprečna stopnja odstranitve doseže 83,1 %, 98,3 % in 92,5 %. V fazi srednje-nizke temperature (faza II), z reakcijsko temperaturo 10-16 stopinj, enakim pretokom obdelave (23.6+5.4) m³/d in odmerkom vira ogljika 50-90 mg/L v anoksičnem območju podsistema tretje-stopnje A/O-MBBR, vplivni SCOD sistema, Koncentracije NH4⁺-N in TIN so bile (147±30), (38,3±2,1) oziroma (39,6±2,3) mg/L, koncentracije v iztoku pa (26±6), (0,4±0,6) oziroma (6,8±3,6) mg/L, zpovprečna stopnja odstranitve doseže 82,3 %, 99,0 % in 82,8 %. Poleg tega se je med dnevi 56-62 delovanja sistema, ko je bil odmerek vira ogljika 50 mg/L, pojavilo znatno kopičenje NO₂⁻-N v reakcijskem območju A9. Vendar pa je po postopnem povečanju odmerka vira ogljika na 90 mg/L kopičenje NO₂⁻-N v reakcijski coni A9 postopoma izginilo in koncentracija TIN v iztoku se je zmanjšala na razumno raven.
2.2 Spremembe v zmogljivosti nitrifikacije biofilma v vsaki aerobni reakcijski coni pri različnih reakcijskih temperaturah
Za ovrednotenje sprememb nitrifikacijske zmogljivosti tri{0}}stopenjskega A/O-MBBR sistema s splošnega vidika sta bili analizirani stopnja nitrifikacije NH₄⁺-N in nitrifikacijska zmogljivost biofilma v vsaki aerobni reakcijski coni pri različnih reakcijskih temperaturah, z rezultati, prikazanimi vSliki 3 in 4, oz.
Slika 4 Obremenitev odstranjevanja nitrifikacije in prilagoditvene krivulje v aerobnih conah podsistemov 1. in 2. stopnje A/O-MBBR pri različnih reakcijskih temperaturah
OdSlika 3je razvidno, da so znotraj tri-stopenjskega A/O-MBBR sistema zaradi dvo-točkovnega dotoka reakcijski območji O3 in O4 prve-stopenjske A/O-MBBR podsistema ter reakcijski coni O7 in O8 druge-stopenjske A/O-MBBR podsistema nosili glavno nitrifikacijsko obremenitev sistem. V normalnih in srednje{12}}nizkih temperaturnih pogojihStopnje prispevka nitrifikacije NH4⁺-N teh dveh podsistemov so bile 43,1 %, 49,6 % oziroma 33,8 %, 54,0 %. To kaže, da je bila pri srednje{1}}nizkih temperaturnih pogojih stopnja prispevka nitrifikacije NH₄⁺-N podsistema druge-stopnje 20,2 % višja kot stopnja podsistema prve-stopnje.
OdSliki 4(a) in (c)je razvidno, da so biofilmi v aerobnih reakcijskih conah O3 in O7 pri normalni temperaturi glavni reakcijski coni v tri-stopenjskem A/O-MBBR sistemu za razgradnjo organske snovi v kombinaciji s funkcijo nitrifikacije. Ko je bila obremenitev odstranjevanja SCOD na površino nosilca (skrajšano kot "obremenitev odstranjevanja SCOD", izračunana kot COD) manjša od 2,0 g/(m²·d) in je bila nitrifikacijska obremenitev na površino nosilca (skrajšano kot "nitrifikacijska obremenitev", izračunana kot N) manjša od 1,6 g/(m²·d), je razmerje med obremenitvijo odstranjevanja nitrifikacije na površino nosilca (skrajšano kot "obremenitev odstranjevanja nitrifikacije", izračunano kot N) in nitrifikacijska obremenitev je sledila-linearni reakciji prvega reda z naklonoma 0,83 oziroma 0,84. Ko se je nitrifikacijska obremenitev povečala na 1,6-6,0 g/(m²·d), je razmerje med nitrifikacijsko obremenitvijo odstranjevanja in nitrifikacijsko obremenitvijo sledilo reakciji ničelnega-vrste, z ustreznimi povprečnimi nitrifikacijskimi obremenitvami odstranjevanja 1,31 oziroma 1,34 g/(m²·d). Ko je bila obremenitev odstranjevanja SCOD 2,0-4,0 g/(m²·d) in obremenitev nitrifikacije 1,6-6,0 g/(m²·d), čeprav je reakcijsko razmerje ničelnega reda med obremenitvijo odstranjevanja nitrifikacije in obremenitvijo nitrifikacije ostalo nespremenjeno, so se ustrezne povprečne obremenitve odstranjevanja nitrifikacije zmanjšale na 0,95 oziroma 0,97 g/(m²·d). Za biofilme v aerobnih reakcijskih območjih O3 in O7 pri srednje nizki temperaturi, ko je bila obremenitev odstranjevanja SCOD manjša od 2,0 g/(m²·d) in nitrifikacijska obremenitev manjša od 1,1 g/(m²·d), so se linearni nagibi obremenitve odstranjevanja nitrifikacije v primerjavi z obremenitvijo nitrifikacije zmanjšali na 0,71 oziroma 0,81. Ko se nitrifikacijska obremenitev poveča na 1,1–6,0 g/(m²·d), se ustrezna povprečna nitrifikacijska obremenitev odstranitve zmanjša na 0,78 oziroma 0,94 g/(m²·d), kar predstavlja zmanjšanje za 40,4 % oziroma 19,4 % v primerjavi z normalnimi temperaturnimi pogoji. Ko se je obremenitev odstranjevanja SCOD povečala na 2,0–4,0 g/(m²·d), so se ustrezne povprečne obremenitve odstranjevanja nitrifikacije zmanjšale na 0,66 oziroma 0,91 g/(m²·d), kar predstavlja zmanjšanje za 30,5 % oziroma 6,2 % v primerjavi z normalnimi temperaturnimi pogoji. Zmogljivost nitrifikacije biofilma v reakcijski coni O3 je bila skladna z rezultati raziskave HEM et al. pod ustreznimi pogoji. Vendar pa je treba omeniti, da je biofilm reakcijske cone O7 v razmerah srednje nizke temperature v primerjavi z biofilmom reakcijske cone O3 pokazal močnejšo nitrifikacijsko zmogljivost.
OdSliki 4(b) in (d)je razvidno, da so biofilmi v aerobnih reakcijskih območjih O4 in O8 pri normalni temperaturi reakcijska območja v tri-stopenjskem sistemu A/O-MBBR, ki služijo predvsem dodatni funkciji nitrifikacije. Ko je bila obremenitev odstranjevanja SCOD manjša od 1,0 g/(m²·d) in je bila obremenitev nitrifikacije manjša od 1,3 g/(m²·d), je razmerje med obremenitvijo odstranjevanja nitrifikacije in obremenitvijo nitrifikacije sledilo linearni reakciji prvega -vrste z naklonoma 0,86 oziroma 0,88. Ko se je nitrifikacijska obremenitev povečala na 1,3-3,0 g/(m²·d), je razmerje med nitrifikacijsko obremenitvijo odstranjevanja in nitrifikacijsko obremenitvijo sledilo reakciji ničelnega -vrste, z ustreznimi povprečnimi nitrifikacijskimi obremenitvami odstranjevanja 1,11 oziroma 1,13 g/(m²·d). V pogojih srednje nizke temperature, ko je bila obremenitev odstranjevanja SCOD manjša od 1,0 g/(m²·d) in obremenitev nitrifikacije manjša od 1,0 g/(m²·d), so se linearni nakloni obremenitve odstranjevanja nitrifikacije v primerjavi z obremenitvijo nitrifikacije zmanjšali na 0,72 oziroma 0,84. Ko se je nitrifikacijska obremenitev povečala na 1,0–3,0 g/(m²·d), so bile ustrezne povprečne nitrifikacijske obremenitve odstranjevanja 0,72 oziroma 0,86 g/(m²·d), kar predstavlja zmanjšanje za 35,1 % oziroma 23,9 % v primerjavi z običajnimi temperaturnimi pogoji.
Iz zgornje analize je razvidno, da so se pri srednje-nizkih temperaturah prevojne točke razmerja med nitrifikacijsko obremenitvijo in nitrifikacijsko obremenitvijo za biofilm v vsaki reakcijski coni pojavile prej v primerjavi z normalno temperaturo. Ta pojav je relativno skladen z rezultati raziskave SAFWAT. Na splošno, čeprav je nitrifikacijska zmogljivost biofilma v vsaki aerobni coni sistema pokazala trend padanja pri srednje-nizkih temperaturah,nitrifikacijska zmogljivost biofilma v reakcijski coni O7 podsistema druge -stopnje A/O-MBBR se je povečala za 20,5 %-37,9 % v primerjavi z reakcijsko cono O3, nitrifikacijska zmogljivost biofilma v reakcijski coni O8 pa se je povečala za približno 19,4 % v primerjavi z reakcijsko cono O4. To kaže, da je nastavitev druge-stopenjske reakcijske cone v tri-stopenjskem A/O-MBBR sistemu koristna za izboljšanje celotne nitrifikacijske zmogljivosti sistema.
2.3 Spremembe v zmogljivosti denitrifikacije biofilma v vsaki anoksični reakcijski coni pri različnih reakcijskih temperaturah
Za ovrednotenje sprememb denitrifikacijske zmogljivosti tri-stopenjskega A/O-MBBR sistema s splošnega vidika je ta študija analizirala denitrifikacijsko zmogljivost biofilma v vsaki anoksični reakcijski coni pri različnih reakcijskih temperaturah, z rezultati, prikazanimi vSlika 5.
Slika 5 Obremenitev odstranjevanja denitrifikacije v vsaki anoksični coni tri-stopenjskega A/O-MBBR sistema pri različnih reakcijskih temperaturah
OdSliki 5(a) in (c)je razvidno, da sta za anoksični reakcijski coni A1 in A5 glavni denitrifikacijski coni v tri-stopenjskem sistemu A/O-MBBR, ki kot substrat uporablja vire ogljika iz surove vode. V pogojih normalne in srednje{5}}nizke temperature, ko je bilo ustrezno anoksično denitrifikacijsko razmerje med ogljikom-in-dušikom (ΔCBSCOD / CNOx--N) večje od 5,0 in denitrifikacijska obremenitev na nosilno površino (skrajšano kot "denitrifikacijska obremenitev", izračunana kot NOx--N) je bil manjši od 0,95 g/(m²·d), razmerje med obremenitvijo odstranjevanja denitrifikacije na nosilno površino (skrajšano kot "obremenitev odstranitve denitrifikacije", izračunano kot NOx--N) in obremenitvijo denitrifikacije je sledilo linearni reakciji prvega-vrste z nakloni 0,87, 0,88 in 0,82 oziroma 0,84. Ko se je denitrifikacijska obremenitev povečala nad 0,95 g/(m²·d), je razmerje med denitrifikacijsko odstranitveno obremenitvijo in denitrifikacijsko obremenitvijo sledilo reakciji ničelnega -vrste, z ustreznimi povprečnimi denitrifikacijskimi odstranitvenimi obremenitvami 0,82, 0,82 g/(m²·d) oziroma 0,78, 0,77 g/(m²·d). Ko se je ΔCBSCOD / CNOx--N zmanjšal, se je prevojna točka razmerja med obremenitvijo odstranjevanja denitrifikacije in obremenitvijo denitrifikacije premaknila naprej, linearni naklon v pogojih nizke obremenitve je pokazal trend padanja, hkrati pa je povprečna obremenitev odstranjevanja denitrifikacije v pogojih visoke obremenitve prav tako pokazala trend padanja. Ti rezultati kažejo, da je za denitrifikacijo biofilma v reakcijskih conah A1 in A5 z uporabo virov ogljika v surovi vodi razmerje med ogljikom in dušikom glavni dejavnik, ki določa denitrifikacijsko funkcijo, in pod pogoji kakovosti preskusne vode bi moralo biti idealno razmerje med ogljikom in dušikom za anoksični reakcijski coni A1 in A5 večje od 5.
Iz slik 5(b) in (d), je razvidno, da sta bili anoksični reakcijski coni A2 in A6, ker sta anoksični reakcijski coni A1 in A5 odstranili in porabili vire ogljika v surovi odpadni vodi in večino nitratov, ki jih je prenašal recirkulacijski tok, bili anoksični reakcijski coni A2 in A6 dolgoročno-substratom-pomanjkljivo nizko-obremenjeno stanje. Zato so bili pri normalnih in srednje{10}}nizkih temperaturnih pogojih, ko je bil ΔCBSCOD / CNOx--N med 1,0–2,0 in je bila denitrifikacijska obremenitev manjša od 0,50 g/(m²·d), linearni naklon denitrifikacijske odstranitvene obremenitve v primerjavi z denitrifikacijsko obremenitvijo le 0,51, 0,40 oziroma 0,47, 0,37. Poleg tega, ko se je denitrifikacijska obremenitev povečala na 0,50–1,50 g/(m²·d), so bile ustrezne povprečne denitrifikacijske obremenitve odstranitve le 0,25, 0,20 oziroma 0,20, 0,17 g/(m²·d). Vendar pa so rezultati statičnega eksperimenta v tej študiji pokazali, da lahko pod pogoji zadostnega vira ogljika in nitratnega substrata obremenitev biofilma pri odstranjevanju denitrifikacije v anoksičnih reakcijskih conah A2 in A6 doseže (0,66±0,14) oziroma (0,68±0,11) g/(m²·d). Ta rezultat odraža, da ima biofilm v anoksičnih reakcijskih conah A2 in A6 dejansko razmeroma močno denitrifikacijsko zmogljivost, ki je omejena s pomanjkanjem vira ogljika in nitratnih substratov v tem pilotnem sistemu.
OdSlika 5(e), je razvidno, da za anoksično reakcijsko cono A9 nosi denitrifikacijsko obremenitev za ves nitrat, ki teče iz prvih dveh stopenj tri-stopenjskega A/O-MBBR sistema, pri čemer se kot denitrifikacijski vir ogljika uporablja natrijev acetat, dodan od zunaj. Pri normalnih in srednje{4}}nizkih temperaturnih pogojih, ko je bil ΔCBSCOD / CNOx--N večji od 5 in je bila denitrifikacijska obremenitev manjša od 2,5 g/(m²·d), je razmerje med denitrifikacijsko odstranitveno obremenitvijo in denitrifikacijsko obremenitvijo sledilo linearni reakciji prvega -vrste z naklonoma 0,93 oziroma 0,94. Ko pa se je ΔCBSCOD / CNOx--N zmanjšal, je linearni naklon razmerja med obremenitvijo odstranjevanja denitrifikacije in obremenitvijo denitrifikacije pokazal padajoči trend. Ta rezultat tudi kaže, da je za denitrifikacijo biofilma v reakcijski coni A9 z uporabo zunanjega vira ogljika razmerje med ogljikom in dušikom prav tako glavni dejavnik, ki določa denitrifikacijsko funkcijo, pri čemer je zahtevano denitrifikacijsko razmerje med ogljikom in dušikom večje od 3. Hkrati je vpliv sprememb reakcijske temperature na njegovo denitrifikacijsko funkcijo relativno majhen.
2.4 Zmogljivost nitrifikacije in morfološke značilnosti biofilma v vsaki aerobni reakcijski coni v statičnih eksperimentalnih pogojih
Nitrifikacijska zmogljivost biofilma v vsaki aerobni reakcijski coni v statičnih eksperimentalnih pogojih je prikazana vSlika 6. Iz slike 6 je razvidno, da so bile pri normalni temperaturi nitrifikacijske zmogljivosti biofilma v aerobnih reakcijskih conah O3, O4, O7 in O8 (1,37±0,21), (1,23±0,15), (1,40±0,20) oziroma (1,25±0,13) g/(m²·d). Pri srednje-nizki temperaturi so bile nitrifikacijske zmogljivosti biofilma v ustreznih aerobnih reakcijskih območjih (1,07±0,01), (1,00±0,04), (1,08±0,09) oziroma (1,03±0,05) g/(m²·d) in so se zmanjšale za 21,9 %, 18,7 %, 22,9 % oz. 17,6 % v primerjavi z normalno temperaturo. Ti rezultati statičnega eksperimenta so skladni s trendom izmerjenih vrednosti v pilotnem sistemu. Poleg tega je mogoče opaziti, da je bila izmerjena nitrifikacijska zmogljivost biofilma v vsaki aerobni coni v statičnih eksperimentalnih pogojih nekoliko višja od dejanskih vrednosti v pilotnem sistemu. Analiza to pripisuje uporabi enega samega substrata amonijevega dušika in skoraj-nasičenih pogojev z visoko vsebnostjo raztopljenega kisika med statičnimi poskusi, kar vodi do višje stopnje nitrifikacije biofilma. Pri normalni temperaturi so bile dejanske nitrifikacijske zmogljivosti v reakcijskih conah O3, O4, O7 in O8 tri-stopenjskega A/O-MBBR sistema 95,6 %, 90,6 %, 95,7 % oziroma 90,4 % največje nitrifikacijske zmogljivosti pri statičnih poskusih. Pri srednje-nizki temperaturi so se dejanske zmogljivosti nitrifikacije v reakcijskih conah O3, O4, O7 in O8 zmanjšale na 72,9 %, 72,0 %, 87,0 % oziroma 84,5 %.
Nadaljnja analiza je pokazala, da so bile pri normalni temperaturi specifične stopnje oksidacije amoniaka (stopnja nitrifikacije na enoto mase MLVSS, izračunana kot N) biofilma v aerobnih reakcijskih conah O3, O4, O7 in O8 (0,062±0,0095), (0,059±0,0072), (0,060±0,0086) in (0,060±0,0063) g/(g·d). Pri srednje-nizki temperaturi so bile specifične stopnje oksidacije amoniaka biofilma v aerobnih reakcijskih območjih O3 in O4 samo (0,046±0,0004) oziroma (0,041±0,0016) g/(g·d), kar se je zmanjšalo za 25,8 % oziroma 30,5 % v primerjavi z normalno temperaturo. V nasprotju s tem so bile specifične stopnje oksidacije amoniaka biofilma v aerobnih reakcijskih conah O7 in O8 (0,062±0,0051) oziroma (0,060±0,0029) g/(g·d). V primerjavi z normalnimi temperaturnimi pogoji je oksidacijska kapaciteta amoniaka biofilma O8 reakcijske cone ostala nespremenjena, medtem ko se je oksidacijska kapaciteta amoniaka biofilma aerobne reakcijske cone O7 celo povečala za 3,3 %. Ta rezultat dobro dokazuje, da ima biofilm v reakcijskem območju druge-stopnje pilotnega sistema v pogojih srednje-nizke temperature boljšo nitrifikacijsko zmogljivost in racionalnost prispevka podsistema druge-stopnje k nitrifikaciji celotnega sistema.
Rezultati opazovanja morfologije biofilma v vsaki aerobni reakcijski coni podsistema prve in druge stopnje A/O-MBBR so prikazani vSlika 7. Pri normalni temperaturi so bile debeline biofilma v aerobnih reakcijskih conah O3, O4, O7 in O8 (217,6±54,6), (175,7±38,7), (168,1±38,2) oziroma (152,4±37,8) μm. Pri srednje -nizki temperaturi so bile debeline biofilma v reakcijskih območjih O3 in O4 (289,4±59,9) oziroma (285,3±61,9) μm, kar predstavlja povečanje za 33,0 % oziroma 62,4 % v primerjavi z debelino biofilma pri normalni temperaturi. V nasprotju s tem so bile debeline biofilma v reakcijskih območjih O7 in O8 (173,1 ± 40,2) oziroma (178,3 ± 31,2) μm, kar se je povečalo le za 3,0 % oziroma 17,0 % v primerjavi z normalno temperaturo. Nekatere študije so pokazale, da imajo tanjši biofilmi močnejšo oksidacijsko sposobnost amoniaka, kar je relativno skladno z eksperimentalnimi rezultati te študije. Analiza to pripisuje dejstvu, da so nitrifikacijske bakterije v biofilmu navpično razporejene v plastni strukturi biofilma; prevelika debelina biofilma vodi do zmanjšane učinkovitosti prenosa mase substrata in afinitete substrata. Poleg tega je bila v pogojih srednje-nizke temperature koncentracija raztopljenega kisika v vsaki aerobni coni pilotnega sistema veliko nižja kot v reaktorju statičnega poskusa (razlika za 3,0–5,0 mg/L). Zlasti pri debelejših biofilmih v reakcijskih območjih O3 in O4 je zmanjšanje zmogljivosti prenosa mase kisika znotraj biofilma povzročilo zmanjšanje njihove dejanske nitrifikacijske zmogljivosti (samo približno 70 % največje nitrifikacijske zmogljivosti, izmerjene v statičnih pogojih). Zato je za čisti biofilm MBBR potrebno izboljšati obnovo biofilma s krepitvijo strižne intenzivnosti in razumno nadzorovati debelino biofilma, da se ohrani sposobnost nitrifikacije biofilma.
3. Zaključek
① V pogojih reakcijske temperature 10-16 stopinj (srednje-nizke temperature), hitrosti pretoka obdelave (23,6±5,4) m³/d in odmerka vira ogljika 50-90 mg/L (izračunano kot COD) v anoksičnem območju podsistema tretje-stopnje A/O-MBBR, Koncentracije SCOD v iztoku, NH4⁺-N in TIN tristopenjskega pilotnega sistema A/O-MBBR so bile (26±6), (0,4±0,6) oziroma (6,8±3,6) mg/L zpovprečna stopnja odstranitve doseže 82,3 %, 99,0 % in 82,8 %.
② V pogojih srednje-nizke temperature je zaradi razlik v biofilmu aerobnih reakcijskih območij med prvo-stopnjo in drugo-stopnjo A/O-MBBR podsistemov nastala razlika v nitrifikacijski zmogljivosti biofilma med obema podsistemoma. Zlasti pri prvi-stopenjski podsistem A/O-MBBR se je zmogljivost nitrifikacije zmanjšala zaradi povečane debeline biofilma. Da bi ohranili zmogljivost nitrifikacije biofilma, je treba razumno nadzorovati debelino biofilma.
③ V tri-stopenjskem pilotnem sistemu A/O-MBBR je bil učinek sprememb reakcijske temperature na funkcijo denitrifikacije relativno majhen. Pri različnih reakcijskih temperaturah mora biti razmerje med denitrifikacijskim ogljikom-in-dušikom z uporabo surove vode kot vira ogljika večje od 5, razmerje med denitrifikacijskim ogljikom-in-dušikom z uporabo zunanje dodanega natrijevega acetata kot vira ogljika pa mora biti večje od 3.