Gwell Triniaeth Microbaidd o Ddŵr Gwastraff Garlleg Gan Ddefnyddio Proses MBBR + A/O
Trosolwg
Dŵr gwastraff garllegyn tarddu'n bennaf o brosesau sleisio a rinsio yn ystod prosesu garlleg. Fe'i nodweddir gancrynodiadau uchel o ddeunydd organig, slefelau sylweddol o nitrogen a ffosfforws, ac yn cynnwys symiau sylweddol o allicin. Mae allicin (diallyl thiosylfinad) yn hylif anweddol sy'n gyfrifol am aroglau llym garlleg ac mae'n gemegol ansefydlog ac yn adweithiol iawn. Gall Allicin atal twf micro-organebau amrywiol. Mae gollwng dŵr gwastraff garlleg crynodiad uchel heb driniaeth yn achosi effeithiau amgylcheddol difrifol. Mae rhai ymchwilwyr wedi defnyddio technegau fel hidlo pilen, ocsidiad Fenton, a micro-electrolysis, ond nid yw'r dulliau hyn wedi bod yn effeithiol ar gyfer trin dŵr gwastraff garlleg, ac mae defnyddio dosau mawr o gemegau yn cynyddu costau trin dilynol. Mae llawer o ysgolheigion wedi cynnig dulliau triniaeth fiolegol gan ddefnyddio prosesau cyfun anaerobig. Fodd bynnag, oherwydd priodweddau gwrthfacterol allicin, mae'n anodd meithrin micro-organebau, ac nid yw'r effeithlonrwydd triniaeth yn ddelfrydol. Felly, ffocws triniaeth fiolegol ywmeithrin ac ymgynefino â straenau microbaidd sy'n gallu addasu i ddŵr gwastraff garlleg a gwella eu bioddiraddio.
Roedd yr astudiaeth hon yn cynnwys tyfu a sgriniostraen bacteriol yn effeithiol wrth ddiraddio dŵr gwastraff garlleg, a gyflwynwyd wedi hynny i aAdweithydd Biofilm Gwely Symudol (MBBR). Gan ddefnyddio llaid wedi'i frechu a dull ffurfio biofilm sy'n cynyddu'r gyfradd llif, sefydlwyd bioffilmiau i wella'r broses o dynnu nitrogen a ffosfforws o'r dŵr gwastraff. Dilynwyd hyn gan driniaeth biocemegol A/O (Anocsig/Ocsig) bellach. Yn ôl safon GB18918-2002, gall y lefelau COD elifiant ac Amonia Nitrogen (NH₃{{{}}N) gyrraedd y safon uwchradd (COD: 100 mg/L, NH₃-N: 25-30 mg/L). Mae'r broses hon yn lleihau'r cynnwys organig yn yr elifiant yn effeithiol, gan leihau anhawster y camau triniaeth dilynol.
1. Adran Arbrofol
1.1 Dyluniad Llif Proses
Dangosir llif y broses gyffredinol ar gyfer trin dŵr gwastraff garlleg ynFfigur 1, a'r gydran graidd yw'rbioddiraddio yn y system MBBR + A/O. Tri math wedi'u sgrinio a'u hynysu sy'n effeithiol wrth ddiraddio dŵr gwastraff garlleg - Alcaligenes sp., Acinetobacter sp., ac Achromobacter sp. – wedi'u cymysgu â llaid wedi'i actifadu a'u cyflwyno i'r uned MBBR er mwyn hwyluso'r broses o gychwyn yn gyflym.
1.2 MBBR + Proses Driniaeth A/O
Ar ôl pasio trwy sgriniau bras a mân i gael gwared ar solidau crog, mae'r dŵr gwastraff garlleg yn cael ei bwmpio'n uniongyrchol i'r MBBR. Dangosir yr ansawdd dylanwadol ynTabl 1. Mae'r elifiant o'r MBBR yn llifo'n uniongyrchol i'r system A/O. Oherwydd cynnwys organig isel yr elifiant MBBR, mae dŵr gwastraff garlleg amrwd yn cael ei ychwanegu'n briodol at y tanc Oxic (O) i ategu'r ffynhonnell garbon ar gyfer y broses A/O. Er mwyn profi ymwrthedd effaith y system, cynyddwyd cyfradd llwytho organig y MBBR yn raddol yn ystod gweithrediad parhaus, a chafodd ansawdd yr elifiant ei fonitro.
1.3 Paramedrau Proses
1.3.1 Ocsigen Toddedig (DO)
Gall DO rhy uchel o fewn y biofilm atal dadnitreiddiad, gan achosi i'r MBBR golli ei allu nitreiddiad a dadnitreiddiad ar yr un pryd. Gall DO rhy isel arwain at ymlediad bacteria ffilamentaidd, gan effeithio ar ansawdd elifiant ac atal y broses nitreiddiad.
1.3.2 Amser Cadw Hydrolig (HRT)
Mae HRT rhy fyr yn achosi amodau adwaith dwys, lle mae dŵr gwastraff sy'n cynnwys y rhan fwyaf o ddeunydd organig yn cael ei ollwng cyn cael ei amsugno'n llawn. Mae mewnlif parhaus yn cadw micro-organebau mewn cyflwr bioddiraddio cyson, gan leihau effeithlonrwydd a chynyddu'r defnydd o ynni. Mae HRT rhy hir yn arwain at ddisbyddu maetholion; heb faetholion, mae micro-organebau'n lleihau eu gweithgaredd a'u gofynion metabolaidd er mwyn cynnal goroesiad yn unig.
1.3.3 Cymhareb Carbon i-Nitrogen (C/N)
Gall cymhareb C/N isel arwain at gatalysis trosi amonia yn sylweddau eraill, gan effeithio ar dynnu nitrogen amonia. Mae hefyd yn hawdd achosi swmpio ffilamentaidd, twf parhaus sy'n effeithio ar flocculation, gan arwain at swmpio llaid a llaid arnofio. Mae cymhareb C/N uchel yn anffafriol ar gyfer bioddiraddio a thwf microbaidd, gan gynyddu'r llwyth organig ar y micro-organebau.
Cychwyn-Biofilm 1.4 MBBR
Cychwyn{0}}Biofilm: Defnyddiwyd y dull cynyddu cyfradd llif a llif slwtsh wedi'i frechu-. Cafodd llaid wedi'i actifadu wedi'i gyfoethogi gan MBR ei frechu yn yr adweithydd, gyda chrynodiad cychwynnol Solidau Wedi'i Atal o Ddiodydd Cymysg (MLSS) o tua 5.82 g/L. Dechreuwyd awyru, ac ychwanegwyd cludwyr polyethylen at yr adweithydd gydag acymhareb llenwi o tua 60%. Mae'rGWNEUDyn yr adweithydd ei reoliuwch na 4.0 mg/L. Cynyddwyd y gyfradd llif mewnlifiad fesul cam mewn cynyddiadau o 20 L/h: 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 L/h, gyda phob cyfradd llif yn cael ei chynnal am 1 diwrnod. Ni wastraffwyd unrhyw slwtsh yn ystod y cyfnod hwn. Ffurfiwyd biofilm melyn golau ar wyneb y cludwyr lle'r oedd micro-organebau'n atodi ac yn tyfu. Ar ôl dechrau biofilm llwyddiannus, parhaodd y gweithrediad sefydlog, gan gynnal aAmser Cadw Llaid (SRT) o 30 diwrnod. Yn ystod gweithrediad sefydlog, addaswyd cyfradd llwytho organig y MBBR i arsylwi ei effaith ar COD, nitrogen, a thynnu ffosfforws.
2. Canlyniadau a Thrafodaeth
2.1 Dadansoddiad o Ansawdd Elifiant MBBR yn ystod-Dechreuad Biofilm
Addaswyd y dwyster awyru yn y MBBR i reoli'r crynodiad DO. Pan oedd DO yn is na 4.0 mg/L, roedd y dwysedd awyru yn annigonol i gynnal symudiad cythryblus llif uchel, unffurf y cludwyr, gan atal cymysgu digonol a'i gwneud hi'n anodd ffurfio biofilm ar arwynebau'r cludwyr. Pan oedd DO rhwng 4.0-6.0 mg/L, cymysgodd y cludwyr yn drylwyr â'r llaid wedi'i actifadu a'r dŵr gwastraff. Gwelwyd newid lliw o wyn i felyn-frown ar y cludwyr, sy'n dangos ymlyniad microbaidd llwyddiannus a thwf o dan y dwyster awyru hwn, fel y dangosir ynFfigur 2.
Dangosir cromlin amrywiad COD mewnlifiad ac elifiant yn ystod y cam cychwyn-ynFfigur 3(a). Roedd y gostyngiad cychwynnol mewn effeithlonrwydd triniaeth oherwydd y nifer isel iawn o ficro-organebau cysylltiedig ar y cludwyr; nid oedd y diraddiad gan ficro-organebau yn y llaid wedi'i actifadu yn unig yn ddigon i gael gwared ar y swm mawr o organig. Wrth i'r cychwyn fynd yn ei flaen, cynyddodd nifer y micro-organebau cysylltiedig ar y cludwyr, gan ffurfio bioffilm yn raddol. Sefydlogodd y crynodiad COD elifiant yn raddol, a sefydlogodd effeithlonrwydd tynnu COD uwchlaw 90%.
Dangosir cromlin amrywiad mewnlifiad ac elifiant MBBR NH₃-N ynFfigur 3(b). Roedd y nitreiddiad gan facteria aerobig yn y llaid wedi'i actifadu yn dileu nitrogen amonia yn effeithiol. Gan ddechrau o ddiwrnod 7, cynyddodd y crynodiad NH₃{-N dylanwadol yn raddol. Erbyn diwrnod 23, er bod y NH₃-N dylanwadol yn dal i gynyddu, cynyddodd y gyfradd ddileu hefyd. Roedd hyn oherwydd bod bacteria nitreiddio yn tyfu'n araf i ddechrau; gydag amser, cynyddodd eu poblogaeth, aeddfedodd y biofilm, a chynyddodd a sefydlogodd y gyfradd tynnu NH₃-N yn raddol.
Dangosir cromlin amrywiad TN mewnlifiad ac elifiant MBBR ynFfigur 3(c). Yn wahanol i dynnu nitrogen amonia, gostyngodd effeithlonrwydd tynnu TN i ddechrau. Roedd hyn oherwydd bod gan amgylchedd yr adweithydd ddigon o ocsigen a ffynhonnell carbon, gan gyfyngu ar dwf bacteria dadnitreiddio. Fodd bynnag, wrth i'r biofilm ffurfio, dechreuodd effeithlonrwydd tynnu TN wella. Erbyn diwrnod 20, er bod y crynodiad TN dylanwadol wedi cynyddu, sefydlogodd y gyfradd TN elifiant a thynnu, gan amrywio rhwng 50% a 60%.
Dangosir cromlin amrywiad TP mewnlifiad ac elifiant MBBR ynFfigur 3(d). O'r cychwyn-hyd at weithrediad sefydlog, arhosodd cyfradd tynnu TP yn sefydlog. Er bod y crynodiad TP mewnlifol yn uchel i ddechrau ac yn gostwng yn ddiweddarach, ni ddangosodd yr effeithlonrwydd tynnu unrhyw newid sylweddol, gan nodi gallu'r system i gael gwared â ffosfforws. Cynhaliwyd y gyfradd tynnu TP yn y system rhwng 80%-90%.
I grynhoi,cynnal y system MBBR DO rhwng 4-6 mg/L, biofilm aeddfed a ddatblygwyd ar ôl 20 diwrnod o fwydo parhaus. O'i gymharu â phrosesau llaid wedi'i actifadu traddodiadol, mae'r system MBBR yn cynnig ymwrthedd effaith gref ac effeithlonrwydd triniaeth uchel, gan leihau anhawster camau trin dilynol ar gyfer dŵr gwastraff prosesu garlleg yn effeithiol.
2.2 Dadansoddiad Ansawdd Elifion Yn ystod Gweithred Sefydlog
Ar ôl y cam-dechrau biofilm, aeddfedodd y biofilm. Er mwyn profi ymwrthedd effaith y system MBBR, cynyddwyd y gyfradd llwytho organig yn barhaus yn ystod gweithrediad sefydlog.
Dangosir cromlin amrywiad COD mewnlifiad ac elifiant MBBR yn ystod gweithrediad sefydlogFfigur 4(a). O ddiwrnodau 1-5, gyda mewnlif cyson, arhosodd effeithlonrwydd tynnu COD yn uwch na 95%, a chyrhaeddodd crynodiad COD elifiant tua 100 mg/L. O ddyddiau 5-20, cynyddwyd y gyfradd mewnlif, gan godi'r llwyth organig yn raddol o 20 kgCOD/m³·d i 30 kgCOD/m³·d. Ni welwyd unrhyw newid sylweddol mewn effeithlonrwydd symud, ac arhosodd COD elifiant rhwng 80-100 mg/L, gan ddangos ymwrthedd effaith cryf. Ar ôl diwrnod 20, cynyddwyd y gyfradd mewnlif ymhellach, gan godi'r llwyth organig yn yr adweithydd yn barhaus o 30 kgCOD/m³·d i 37 kgCOD/m³·d, a gynhelir am 5 diwrnod. Arhosodd gallu'r MBBR i gael gwared ar COD yn uwch na 95%.
Ffigurau 4(b) ac (c)dangos y cromliniau amrywiad ar gyfer NH₃-N a TN, yn y drefn honno, yn ystod gweithrediad sefydlog. O ddyddiau 1-5, gyda mewnlif cyson, roedd biofilm MBBR yn arddangos nitreiddiad a dadnitreiddiad ar yr un pryd. Roedd bacteria nitreiddio aerobig ynghlwm wrth haen allanol y biofilm, wedi'i gymysgu'n llawn â'r dŵr gwastraff o dan awyru, yn bwyta ffynonellau nitrogen sylweddol trwy nitreiddiad. Roedd dadnitreiddio bacteria yn yr haen anocsig fewnol yn dileu nitrogen nitrad yn effeithiol trwy ddadnitreiddiad. O ddiwrnodau 5–20, wrth i’r gyfradd mewnlif gynyddu, gostyngodd effeithlonrwydd tynnu NH₃{-N a TN yn sylweddol i ddechrau. Ar ôl tua 7 diwrnod o weithrediad parhaus, addasodd y system yn raddol. Er i effeithlonrwydd tynnu NH₃{{-N a TN gynyddu wedyn, arhosodd yn is nag yn ystod y cyfnod llif isel. O dan fewnlif cyson, cyrhaeddodd y broses o dynnu NH₃{-N fwy na 90%, gydag elifiant NH₃{{-N rhwng 10–15 mg/L, a chafodd gwarediad TN ei gynnal yn y bôn uwchlaw 80%, gydag elifiant TN tua 30 mg/L. Ar ôl cynyddu'r mewnlif a chyrhaeddodd y system gydbwysedd newydd o dan effaith barhaus, sefydlogodd y broses o dynnu NH₃{{{{{{1}N) tua 80%, gydag elifiant NH₃{-N rhwng 50–70 mg/L, a thynnu TN tua 60%, gydag elifiant TN o dan 50 mg/L.
Dangosir y gromlin amrywiad ar gyfer TP yn ystod gweithrediad sefydlog ynFfigur 4(d). Yn y bôn, cynhaliwyd crynodiad TP yr elifion tua 10 mg/L. I ddechrau, gyda llif isel cyson a chrynodiad TP dylanwadol isel, roedd yr effaith driniaeth yn gyfyngedig. Wrth i'r gyfradd mewnlif a'r crynodiad TP dylanwadol gynyddu, cyflawnwyd effeithlonrwydd triniaeth uchel trwy gydol y cyfnod effaith a'r gweithrediad llwyth uchel dilynol, gyda chyfradd tynnu TP yn amrywio o gwmpas 90%.
I grynhoi,o dan sioc llwytho organig uchel, arhosodd effeithlonrwydd tynnu COD y system yn ddigyfnewid i raddau helaeth, ond gostyngodd tynnu NH₃-N a TN yn fwy arwyddocaol. Pan gyrhaeddodd y llwytho organig ei uchafswm o 37 kgCOD/m³·d, gostyngodd effeithlonrwydd tynnu'r system ar gyfer NH₃{{{}}N a TN yn amlwg.
2.3 Dadansoddiad Ansawdd Elifiant o System MBBR + A/O
Ar ôl y cam cychwyn-biofilm a mis o weithrediad sefydlog, ychwanegwyd proses A/O i lawr yr afon ar gyfer trin yr elifiant MBBR ymlaen llaw. Cymhwyswyd codiadau graddiant yn y gyfradd mewnlif i gynyddu'r llwyth organig cyffredinol, gyda'r nod o bennu'r gyfradd mewnlif optimaidd, sy'n cyfateb i'r HRT gorau posibl.
Dangosir y gromlin amrywiad COD ynFfigur 5(a). Cynyddodd y gyfradd mewnlif yn olynol: 100, 120, 130, 150, 170 L/h. O'r cychwyn cyntaf i'r gyfradd llif uchaf, cynyddodd y llwyth organig ar y system MBBR o 20 kgCOD/m³·d i 37 kgCOD/m³·d. Arhosodd yr elifiant terfynol o'r system gyfunol yn sefydlog, gyda chrynodiad COD o dan 100 mg/L. O dan sioc llwytho organig uchel parhaus, perfformiodd y system MBBR yn dda, er bod ei COD elifiant yn dangos cynnydd bach pan gyrhaeddodd y gyfradd llif 150 L/h. Ar ôl cynnal y gyfradd llif o 170 L/h am sawl diwrnod, gwelwyd tuedd amlwg ar i fyny yn COD elifiant MBBR. Fodd bynnag, gyda'r broses A/O ddilynol, roedd elifiant y system gyfunol derfynol yn dal i gael ei gynnal o dan 100 mg/L. Mae hyn yn dangos, hyd yn oed o dan y sioc llwytho organig uchel o 37 kgCOD/m³·d, mae'r broses gyfunol yn dal i gael effaith symud cryf ar ddŵr gwastraff prosesu garlleg.
Dangosir y cromliniau amrywiad ar gyfer NH₃-N a TN ynFfigurau 5(b) ac (c), yn y drefn honno. Mae gan ddŵr gwastraff prosesu garlleg grynodiadau uchel o nitrogen amonia a chyfanswm nitrogen, a all gynyddu ymhellach dros amser oherwydd ocsidiad. Yn nodweddiadol, mae crynodiad nitrogen amonia yn amrywio o 300-500 mg/L, a chyfanswm nitrogen o 450-600 mg/L. O dan y nitreiddiad a dadnitreiddiad cydamserol yn y MBBR, roedd tynnu nitrogen amonia yn fwy effeithiol, yn debygol oherwydd bod bacteria nitreiddio yn defnyddio'r dŵr gwastraff yn fwy effeithlon o dan awyru. Mae bacteria dadnitreiddio angen amodau anocsig ac yn aml yn dibynnu ar garbon organig a ddefnyddir ar gyfer dadnitreiddiad. Wrth gynyddu'r gyfradd mewnlif, effeithlonrwydd tynnu NH₃{-N a TN oedd y brif ystyriaeth. O ddiwrnodau 1–4, oherwydd cyfradd llif isel a NH₃{-N gymedrol, arhosodd cyfradd tynnu NH₃{-N yn uwch na 90%, a chynyddodd effeithlonrwydd tynnu TN yn raddol. Yn dilyn hynny, cynyddwyd y gyfradd mewnlif yn sylweddol. Gwelwyd yn glir, wrth i'r gyfradd mewnlif gynyddu, bod crynodiadau elifiant NH₃{{{-N a TN) ar wahanol gamau wedi codi'n ddilyniannol, gyda chyfraddau mewnlif uwch yn arwain at grynodiadau uwch o elifiant. Wrth i'r gyfradd llif gynyddu, cynyddodd y biomas ar y cludwyr biofilm, gan wella nitreiddiad, lle mae nitrogen amonia yn cael ei ocsidio trwy nitreiddio bacteria i nitrad a nitraid o dan ocsigen.
Dangosir cromlin amrywiad crynodiad TP ynFfigur 5(d). O ystyried y crynodiadau COD a TN dylanwadol uchel, mae'r crynodiad TP optimaidd damcaniaethol ar gyfer twf microbaidd yn uwch na 100 mg/L. Fodd bynnag, roedd y crynodiad TP dylanwadol yn llawer is na'r gofyniad damcaniaethol hwn. Felly, arhosodd crynodiad TP elifiant MBBR o gwmpas 10 mg/L, a chynhaliwyd crynodiad TP elifiant system gyfunol derfynol rhwng 2-3 mg/L.
Mesurwyd nodweddion llaid y system MBBR a'r system A/O ddilynol cyn ac ar ôl gweithredu, fel y dangosir ynTabl 2.
I grynhoi,pan gynyddwyd y gyfradd llif i 150 L/h, roedd y cyfraddau tynnu COD, NH₃-N, TN, a TP yn well na'r rhai ar gyfraddau llif eraill. Yr HRT ar y gyfradd llif hon oedd 27 awr. At hynny, cynyddodd y crynodiad llaid yn y systemau MBBR ac A/O yn sylweddol ar ôl gweithredu.
3. Casgliad
Ar ôl ffurfio biofilm yn y MBBR, roedd yr effeithlonrwydd tynnu ar gyfer COD, NH₃-N, TN, a TP yn sefydlog. Yn ystod un mis o weithredu parhaus o dan amodau sefydlog, cyrhaeddodd tynnu COD dros 95%, sefydlogodd tynnu NH₃{-N a TN tua 80%, a sefydlogodd tynnu TP tua 90%.
Cafodd yr elifiant MBBR ei drin ymhellach yn y system A/O. Gallai'r broses gyfunol wrthsefyll llwyth organig hyd at 37 kgCOD/m³·d. Y gweithrediad gorau posibl ar gyfer y broses gyffredinol oedd o dan HRT o 27 awr. Sefydlogodd COD yr elifiant terfynol o dan 100 mg/L, NH₃{-N rhwng 10-20 mg/L, TN o dan 30 mg/L, a TP o dan 10 mg/L. Y crynodiad llaid yn y system MBBR ar ôl gweithredu oedd 8.5 g/L, ac yn y system A/O roedd 4.1 g/L, y ddau yn sylweddol uwch na chyn gweithredu, gan ddangos cynnydd sylweddol mewn biomas microbaidd. Roedd y lefelau COD ac amonia nitrogen ar ôl triniaeth fiolegol yn bodloni safon gollwng eilaidd GB18918-2002. Ar gyfer triniaeth bellach, gellid defnyddio technoleg ocsideiddio uwch Fenton ar gyfer trin yr elifiant sy'n cael ei drin yn fiolegol yn ddwfn i gyrraedd y safon rhyddhau lefel gyntaf.