Optimeiddio Perfformiad Ac Olyniaeth Gymunedol Microbaidd mewn Proses -Llif Anocsig MBBR-AAO Parhaus ar gyfer Tynnu Nitrogen A Ffosfforws Gwell O Garthffosiaeth Dinesig

Optimeiddio Perfformiad a Microbaidd Olyniaeth Cymunedol o Broses MBBR Anocsig -Flow Anocsic Parhaus-AAO

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae trin carthion trefol uwch a gwireddu ailgylchu adnoddau wedi dod yn bynciau llosg ym maes amgylchedd dŵr. Fodd bynnag, mae'r prosesau tynnu nitrogen a ffosfforws traddodiadol a fabwysiadwyd yn eang gan weithfeydd trin dŵr gwastraff nid yn unig yn arwain at wastraff gormodol o adnoddau ond hefyd yn cynyddu costau gweithredu [1]. At hynny, mae'r gostyngiad graddol yn y gymhareb carbon i nitrogen (C/N) mewn carthion trefol a'r gwahaniaethau yn amgylcheddau byw gwahanol gymunedau microbaidd swyddogaethol wedi dod yn ffactorau cyfyngu pwysig ar gyfer technolegau trin dŵr.

Mae proses MBBR ffilm hybrid slwtsh yn cyfuno'r broses llaid wedi'i actifadu â'r broses biofilm cludwr crog i gyflawni cyfoethogi micro-organebau swyddogaethol yn well, gan ddatrys problemau meddiannaeth tir mawr a goddefgarwch tymheredd isel gwael y broses slwtsh actifedig draddodiadol [2]. Yn 2008, llwyddodd Gwaith Trin Dŵr Gwastraff Wuxi Lucun yn Nhalaith Jiangsu, fel y gwaith trin dŵr gwastraff cyntaf yn Tsieina i gyflawni'r gwaith uwchraddio ac ailadeiladu i safonau Dosbarth IA, wella'r effaith driniaeth yn llwyddiannus trwy ychwanegu cludwyr crog i'r system llaid [3]; Roedd Hu Youbiao et al. [4] ymchwilio i effaith tymheredd ar gael gwared ar nitrogen amonia a mater organig yn MBBR a llaid wedi'i actifadu, a dangosodd y canlyniadau fod tymheredd yn cael effaith lai ar MBBR ond yn cael mwy o effaith ar slwtsh wedi'i actifadu; Dywedodd Zhang Ming et al. [5] defnyddio'r broses A²O-MBBR i drin carthion domestig gwledig, gan gyflawni cyfraddau symud uchel o COD, nitrogen amonia, TP, a TN; Mae Zhou Jiazhong et al. [2] canfuwyd trwy arbrofion ar raddfa fach a WNA, roedd cydberthynas gadarnhaol rhwng tymheredd a system MBBR hybrid ffilm llaid, tra bod cydberthynas negyddol rhwng y gymhareb C/N dylanwadol.

Gall proses anocsig MBBR (AM-MBBR) wireddu dadnitreiddiad cydamserol a thynnu ffosfforws yn y tanc anocsig, sef y broses tynnu ffosfforws dadnitreiddio (DPR) hefyd. O'i gymharu â phrosesau trin dŵr gwastraff traddodiadol, gall y broses DPR arbed ffynonellau carbon organig a lleihau'r defnydd o ocsigen. Zhang Yongsheng [6] et al. datblygu adweithydd biofilm llif parhaus-, a dangosodd y canlyniadau ar dymheredd o 20 gradd, bod crynodiad DO o 5.5 mg/L, llwyth o 2.2 kg/(m³·d), a chyflwr awyru ysbeidiol o 3 h/aerobig 6 h anaerobig, y crynodiadau cyfartalog o COD a ffosfforws yn yr elifiant mg.7, mg.7 a thyniad mg.6 mg. cyfraddau o 72.9% a 78.5%, yn y drefn honno.

Fodd bynnag, ar gyfer y system AAO ffilm hybrid AM- slwtsh, mae perthynas gymhleth rhwng llaid dlifcwlaidd crog a bioffilm ynghlwm. Mae astudiaethau blaenorol wedi canolbwyntio ar arferion peirianneg megis bidio ac ailadeiladu gweithfeydd trin dŵr gwastraff, ond prin yw'r astudiaethau ar nitreiddiad cydamserol a DPR i wella'r broses o dynnu nitrogen a ffosfforws mewn systemau AAO hybrid ffilm AM{5} parhaus, ac mae sefydlogrwydd perfformiad tynnu llygryddion y broses hon trwy dechnoleg DPR hefyd yn un o'r anawsterau.

Gwnaeth yr astudiaeth hon optimeiddio'r strategaethau cychwyn a gweithredu prosesau llif parhaus (AAO) a llif parhaus-hybrid ffilm (AM-AAO), gan ganolbwyntio ar ymchwilio i effeithiau cyfradd awyru, dos llenwi, amser cadw hydrolig (HRT), nitrification hylif adlifiad, cymhareb adlifiad hylif nitrification, tymheredd dylanwadol a thymheredd hirdymor, C/N y gymhareb tynnu nitrogen a thymheredd hirdymor. o'r broses AM-MBBR a'r effeithlonrwydd tynnu ffosfforws dadnitreiddio yn y tanc anocsig. Ar yr un pryd, astudiwyd olyniaeth cymunedau microbaidd a rheolau newid cymunedau microbaidd swyddogaethol mewn llaid wedi'i actifadu a biofilm.

1 Defnyddiau a Dulliau

1.1 Dyfais Arbrofol a Pharamedrau Gweithredu

Defnyddiwyd dyfais adwaith AAO llif parhaus (Ffigur 1) yn yr astudiaeth hon. Fe'i gwnaed o wydr organig, gyda chyfanswm o 7 adran, pob un â maint o 10 cm × 10 cm × 40 cm; y cyfaint gweithio oedd 21 L, ac roedd cymhareb cyfaint pob tanc adwaith yn anaerobig: anocsig: ​​aerobig=2:2:3. Mabwysiadwyd troi mecanyddol yn y tanciau anaerobig ac anocsig; defnyddiodd y tanc aerobig pennau tywod awyru fel awyryddion mandyllog micro a grym allanol ar gyfer cymysgu dŵr llaid, a rheolwyd y gyfradd awyru gan fesurydd llif nwy. Rheolwyd y crynodiad DO yn y tanc aerobig yr adweithydd ar 2 ~ 3 mg/L; roedd y tanc gwaddodiad eilaidd yn silindr gyda chyfaint gweithio o tua 40 L; yr amser cadw llaid (SRT) oedd 40 d, a'r gymhareb adlif llaid oedd 50%. Bu'r adweithydd yn gweithredu am gyfanswm o 263 d (wedi'i rannu'n 6 cham gweithredu), ac ychwanegwyd llenwyr polyethylen at y tanc anocsig gan ddechrau o'r 159fed diwrnod i weithredu yn y modd AM{-AAO. Dangosir yr amodau gweithredu penodol yn Nhabl 1.

(Ffigur 1 Diagram sgematig o offer proses AM-AAO: Mae'r ffigur yn cynnwys bwced mewnfa dŵr, pwmp peristaltig, tanc anaerobig, tanc anocsig, tanc aerobig, tanc gwaddodi, bwced allfa dŵr, yn ogystal ag adlif mewnol, piblinellau adlif llaid, a falfiau draenio)

Tabl 1 Math o system broses a pharamedrau gweithredu

1.2 Slwtsh wedi'i Brechu ac Ansawdd Dŵr Dylanwadol

Cymerwyd y llaid brechu yn yr arbrawf hwn o'r llaid gormodol a ollyngwyd o danc gwaddodiad eilaidd gwaith trin dŵr gwastraff. Ar ôl brechu, y crynodiad llaid (MLSS) yn yr adweithydd oedd 2.3 g/L, a'r solidau anweddol llaid (MLVSS) oedd 2.1 g/L.

Mewnlifiad yr adweithydd oedd carthion domestig gwirioneddol o fwytai, a ychwanegwyd at yr adweithydd ar ôl hidlo amhureddau trwy sgrin hidlo. Roedd ei lygryddion yn cynnwys NH₄⁺-N (35.0456.54 mg/L), NA₂⁻-N (00.42 mg/L), NA₃⁻-N (00.05 mg/L), COD (362.1605.1 mg/L), a PO₄³⁻-P (1~5.08 mg/L).

1.3 Eitemau Canfod a Dulliau Dadansoddi

1.3.1 Dulliau Canfod Arferol

Casglwyd samplau dŵr llaid o'r tanc anaerobig, mewnlifol, tanc aerobig, tanc gwaddodi ac elifiant, a'i hidlo â phapur hidlo 0.45 μm. NH₄⁺-Cafodd N ei bennu gan sbectroffotomedr Nessler; NO₂⁻-Cafodd N ei bennu gan N-(1-naphthyl) ffotometreg ethylenediamine; NO₃⁻-Cafodd N ei bennu gan sbectrophotometreg uwchfioled; Penderfynwyd COD gan Lianhua 5B-3A COD synhwyrydd cyflym aml-baramedr; Pennwyd pH/DO a thymheredd gan synhwyrydd WTW Multi3620; Penderfynwyd ar MLSS trwy ddull grafimetrig; Penderfynwyd MLVSS gan ddull colli pwysau hylosgi ffwrnais muffle [7].

1.3.2 Echdynnu a Chanfod Sylweddau Polymerig Allgellog

Ystyrir bod sylweddau polymerig allgellog (EPS) yn cynnwys polysacaridau (PS), proteinau (PN), ac asidau hwmig (HA). Cafodd tri math o EPS, sef sylweddau polymerig allgellog hydawdd (S-EPS), sylweddau polymerig allgellog wedi'u rhwymo'n llac (LB-EPS), a sylweddau polymerig allgellog wedi'u rhwymo'n dynn (TB{{{}}EPS), eu gwahanu a'u hechdynnu. Dull penderfynu PS oedd dull anthrone asid sylffwrig, ac addaswyd dulliau pennu PN a HA Folin-dull Lowry [7].

1.3.3 Dull Cyfrifo Cyfradd Symud Llygrydd

Defnyddiwyd y gyfradd tynnu llygryddion (SRE) i nodweddu'r broses gyffredinol o dynnu llygrydd o'r system broses AM-AAO. Yn eu plith, mae Sinf a Seff yn grynodiadau llygryddion o'r mewnlifiad a'r elifiant, yn y drefn honno, sy'n gallu cynrychioli crynodiadau màs llygryddion megis NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD, a PO₄³⁻{ influn , mg.

1.3.4 Uchel-Dull Dilyniannu Trwybwn

Defnyddiwyd dull dilyniannu trwybwn uchel Illumina -. Casglwyd samplau llaid o'r tanc anaerobig, y tanc anocsig, a'r tanc aerobig ar ddiwrnodau 1, 110, 194, a 237 a'u henwi fel grŵp D01 (D01_A1, D01_A2, D01_O), grŵp D110 (D110_A1, D110_A2), D119_O, grŵp D110_A2, D119_O D194_A2, D194_O), a grŵp D237 (D237_A1, D237_A2, D237_O), yn y drefn honno; Casglwyd samplau llaid biofilm ar ddiwrnodau 194 a 237 a'u henwi fel M194 a M237, yn y drefn honno. Dadansoddwyd cyfanswm o 14 sampl llaid ar gyfer newidiadau mewn cymunedau microbaidd. Echdynnwyd DNA gan ddefnyddio pecyn SPIN DNA Cyflym (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, UDA). Cafodd rhanbarth V3-V4 y genyn rRNA 16S bacteriol ei chwyddo gyda phaent preimio 338F/806R. Cafodd yr amplicons puro eu dilyniannu ar lwyfan Illumina MiSeq PE300 (Illumina, UDA) gan Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co, Ltd (Shanghai, Tsieina) [7].

2 Canlyniadau a Thrafodaeth

2.1 Rheolau Tynnu Llygrydd Tymor Hir mewn Prosesau AAO ac AM-AAO

Tynnu llygrydd tymor hir yn ystod gweithrediad y broses llif AAO parhaus (Camau 13) a'r broses AM-AAO gyda llenwyr polyethylen crog wedi'u hychwanegu (Camau 46) a ddangosir yn Ffigur 2.

Yng Ngham 1 (1 ~ 45 d), swm rhyddhau PO₄³⁻-P (PRA) yn y tanc anaerobig, PO₄³⁻-Swm cymeriant P yn y tanc anocsig (PUAA), a PO₄³⁻-Swm y defnydd o P yn y tanc aerobig (PUAO.8, 6,1 mg) yn y tanc anaerobig (PUAO.8, 6, 2, 8, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 8, 2 , 2 , 2 , 1 , 2 , 1 , 1 mg) yn y tanc aerobig (PUAO). mg, yn y drefn honno, a chyflawnwyd y broses o gymryd ffosfforws yn bennaf yn y tanc aerobig. Cyfraddau tynnu NH₄⁺-N a chyfanswm nitrogen anorganig (TIN) oedd 92.85% a 86.37%, yn y drefn honno, gan sicrhau'r effaith dadnitreiddio. Ar ôl tiwnio'r awyru'n fân (DO=2~3 mg/L), cynyddodd yr effaith tynnu NH₄⁺-N i 98.68%, ac roedd crynodiad a chyfradd tynnu tin elifiant yn 1.75 mg/L a 95.75%, yn y drefn honno, sy'n nodi bod addasiad priodol o brosesau denicrification niter a DO yn addasu; gwanhaodd yr effaith tynnu COD yn y tanc anaerobig (91.60%). Yn ogystal, ni chafodd mân-diwnio DO unrhyw effaith ar yr elifiant PO₄³⁻-P, gyda chyfartaledd o 0.47 mg/L, sy'n gyson â chasgliad Yang Sijing et al. [8].

Yng Ngham 2 (46 ~ 120 d), ar ôl addasu HRT=8 h, amrywiodd y perfformiad tynnu COD ychydig; cyrhaeddodd gwerthoedd uchaf PRA, PUAA, a PUAO 148.01 mg, 81.95 mg, a 114.15 mg, sy'n dangos nad oedd y cynnydd yn y llif mewnlif yn effeithio ar dynnu ffosfforws, a'i fod wedi cynnal perfformiad tynnu NH₄⁺-N a TIN uchel. Ar ddiwrnod 72, cynyddwyd y gymhareb adlif hylif nitrification i 300% a 400%. Gostyngodd y cynnydd yn y gymhareb adlif yr effaith tynnu TIN, gyda chyfraddau symud o 80.37% (300%) a 68.68% (400%), yn y drefn honno. O ddiwrnod 108 i 120, penderfynwyd bod y gymhareb adlif hylif nitrification yn 250%. Roedd y swm tynnu COD yn y tanc anaerobig ar gymhareb adlif hylif nitrification o 250% (127.1 mg/L) yn uwch neu'n hafal i swm eraill (86.2 mg/L, 124.7 mg/L, a 128.0 mg/L ar gyfer 200%, 300%, a 400% yn y drefn honno); y crynodiadau ffosfforws elifiant sy'n cyfateb i wahanol gymarebau adlif oedd 0.52 mg/L, 0.35 mg/L, a 0.06 mg/L, sy'n dangos y gall cynyddu'r gymhareb adlif hylif nitreiddiad o fewn ystod benodol hyrwyddo tynnu ffosfforws. Yn ogystal, roedd gan y gymhareb adlif o 250% berfformiad dadnitreiddiad da, gyda chyfradd tynnu TIN o 86.86%.

Yng Ngham 3 (121 ~ 158 d), roedd y gymhareb adlif hylif nitrification yn sefydlog ar 250%. Ar ddiwrnod 131, cynyddwyd y llif mewnlifiad i 5 L / h, gostyngodd yr effeithiau tynnu COD a ffosfforws, a'r crynodiadau elifiant oedd 73.3 mg / L a 3.92 mg / L, yn y drefn honno, gan nodi bod y cynnydd yn y llif mewnlif wedi arwain at ryddhau mwy o COD heb driniaeth. Yn ogystal, y cyfraddau tynnu uchaf o NH₄⁺-N a thun oedd 93.82% a 79.12%, yn y drefn honno, a daeth NO₃⁻-N yn brif lygrydd yn yr elifiant (4.70 mg/L). Ar ddiwrnod 139, gostyngwyd y llif mewnlifiad i 4 L/h, y COD elifiant a'r gyfradd symud yn 55.7 mg/L ac 85.97%, yn y drefn honno, a oedd yn uwch na'r perfformiad tynnu carbon yn HRT=5.6 h, sy'n nodi y gallai lleihau HRT arwain at ostyngiad yn yr effaith tynnu COD. Yn ogystal, y cyfraddau tynnu uchaf o NH₄⁺{-N a TIN oedd 100% a 97.41%, sy'n dangos bod addasu HRT yn hybu nitreiddiad a dadnitreiddiad, ond gallai HRT rhy fyr arwain at ostyngiad yn yr effaith dadnitreiddiad. Felly, pan fydd HRT=7 h, mae'n ddigon i'r adweithiau ym mhob tanc fynd rhagddynt yn llawn, ac nid yw cynnydd sylweddol mewn HRT yn cael fawr o effaith hyrwyddo ar yr effaith dadnitreiddiad.

Ar ddiwrnod 159, ychwanegwyd llenwyr polyethylen crog 20% ​​at danc anocsig y broses AAO. Yng Ngham 4 (159 ~ 209 d), gwellwyd y perfformiadau tynnu COD a PO₄³⁻-P. Gan ddechrau o ddiwrnod 172, cynyddwyd y crynodiad NH₄⁺-N mewnlifol i 64.17 mg/L (C/N=8.59), roedd y COD elifiant a'r gyfradd symud yn 77.7 mg/L a 86.06%, yn y drefn honno. Efallai mai'r rheswm yw bod y biofilm wedi tyfu'n araf, a gwnaeth y llaid wedi'i actifadu'r prif gyfraniad at ddileu'r rhan fwyaf o COD; cynyddodd y llenwyr a ataliwyd y gyfradd tynnu PO₄³⁻-P 1.18%. Fodd bynnag, arweiniodd y cynnydd mewn NH₄⁺-N mewnlifol yn y tanc anocsig at yr angen am fwy o ffynonellau carbon ar gyfer y broses dadnitreiddio NO₃⁻-N, nad oedd yn ffafriol i ryddhau ffosfforws a'r defnydd o PAO; ar yr un pryd, ni wnaeth y llawdriniaeth hon leihau NO₃⁻{-N yn llwyr, a'r crynodiad lleiaf o elifiant oedd 7.30 mg/L. Ar ddiwrnod 185, gan newid HRT i 5.6 h, canfuwyd bod yr effaith tynnu COD yn amrywio ychydig, gyda chyfradd tynnu o 86.05%; cynyddodd crynodiad yr elifiant PO₄³⁻-P 0.05 mg/L, ynghyd â chynnydd mewn PUAA (o 13.02 mg i 18.90 mg), sy'n dangos bod y llaid a'r bioffilm yn synergyddol yn cyflawni effeithlonrwydd tynnu ffosfforws penodol. Yn ogystal, roedd y crynodiadau elifiant NH₄⁺{-N, NO₃⁻-N, a chrynodiadau TIN yn 10.23 mg/L, 6.52 mg/L, a 16.82 mg/L, yn y drefn honno, sy'n nodi y byddai lleihau HRT yn arwain at ostyngiad yn effeithiau tynnu TIN 6 6.52 mg/L a HRT. Ar ddiwrnod 195, addaswyd HRT yn ôl i 7 h, ac ar yr adeg hon, gostyngodd y cynnwys llygrydd yn yr elifiant, ac adenillwyd perfformiadau tynnu nitrogen a ffosfforws a thynnu deunydd organig y system yn raddol.

Yng Ngham 5 (210~240 d), cynyddwyd y crynodiad NH₄⁺-N dylanwadol i 84.06 mg/L (C/N=6.28), a'r llaid wedi'i actifadu oedd yn dal i wneud y prif gyfraniad at gael gwared ar ddeunydd organig. Ni chafodd y cynnydd mewn NH₄⁺-N fawr o effaith ar ddileu COD. Cyfran y COD a amsugnwyd yn y tanc anaerobig oedd 68.02%, a chafodd y rhan fwyaf o'r deunydd organig ei amsugno gan PAO yn y tanc anaerobig a'i syntheseiddio i ffynonellau carbon mewnol (PHAs), a chwblhawyd y rhyddhau ffosfforws anaerobig yn llawn [9]. Y PRA uchaf oedd 72.75 mg, a PUAA a PUAO oedd 35.82 mg/L a 48.20 mg/L, yn y drefn honno, ond daeth y prif gyfraniad at y defnydd o ffosfforws o'r tanc aerobig o hyd. Ar ddiwrnod 221, cynyddwyd y gymhareb llenwi i 30%, a gostyngwyd y crynodiadau elifiant NH₄⁺-N a TIN 4.49 mg/L a 5.16 mg/L, yn y drefn honno; yn eu plith, roedd NH₄⁺-N a NO₃⁻-N yn cyfrif am 70.11% a 28.75% o'r TIN elifiant, yn y drefn honno. Ar ddiwrnod 231, addaswyd y crynodiad NH₄⁺-N mewnlifol i 66.34 mg/L, ac roedd perfformiad tynnu llygryddion y system yn sefydlog yn y bôn.

Yng Ngham 6 (241 ~ 263 d), rheoleiddiwyd tymheredd yr adweithydd i archwilio ei effaith ar dynnu llygryddion. Ar ddiwrnod 241, gostyngwyd y tymheredd i 18 gradd, gostyngodd y gyfradd tynnu COD i 84.37%, ond ni newidiodd y rheol newid COD oherwydd y gostyngiad tymheredd. Y gyfran symud yn y tanc anaerobig oedd yr uchaf, 62.02%, roedd y broses tynnu ffosfforws dadnitreiddio yn y tanc anocsig yn defnyddio 26.72% o COD, y crynodiad NO₃⁻-N yn elifiant y tanc aerobig oedd 10.44 mg/L, ac arhosodd 8.50 mg{/L o 8.50 mg{/L o 8.50 mg {/L} yn ogystal, roedd PRA yn cael ei effeithio llai gan dymheredd, ond gostyngodd perfformiad derbyniad ffosfforws y tanc anocsig, gyda PUAA yn unig 19.77 mg, a chafodd ffosfforws ei dynnu gan 3.94 mg / L yn y tanc aerobig. Cynhaliodd y rhan fwyaf o PAO seicroffilig broses cymryd ffosfforws aerobig [10]. Pan ostyngwyd y tymheredd ymhellach i 13 gradd, gostyngodd y cyfraddau tynnu NH₄⁺{-N a TIN 6.38% a 6.25%, yn y drefn honno; ar yr un pryd, gostyngodd PUAA a PUAO 7.77 mg a 15.00 mg, yn y drefn honno, a allai fod yn gysylltiedig â'r gostyngiad mewn gweithgaredd microbaidd a chynhwysedd twf a metaboledd a achosir gan y gostyngiad tymheredd. Canfu Jin Yu [11] pan fydd y tymheredd yn is na 14 gradd, mae'n anodd gwarantu crynodiad llygrydd elifiant y system.

(Ffigur 2 Tynnu llygryddion mewn prosesau AAO ac AM-AAO yn ystod gweithrediad tymor hir: Gan gynnwys (c) Cromliniau NH₄⁺-Cromliniau NH₄⁺-Cromliniau NH₄⁺-Cromliniau o NOₓ⁻-Cromliniau o NOₓ⁻-Cromliniau gweithrediad N newid gyda dyddiau gweithrediad, (e) cromliniau gweithrediad yn newid gyda dyddiau gweithredu, (e) cromliniau gweithrediad yn newid gyda dyddiau gweithrediad, (e) cromliniau gweithrediad yn newid gyda dyddiau gweithrediad, (e) cromliniau gweithrediad. (0~260 d), a'r echelinau fertigol yw ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹), a chyfradd tynnu/%, yn y drefn honno.

2.2 Rheolau Newid Llygryddion mewn Cylchoedd Nodweddiadol o Brosesau AAO ac AM-AAO

Er mwyn archwilio ymhellach fecanwaith tynnu llygryddion prosesau AAO ac AM-AAO, dadansoddwyd y newidiadau i grynodiad llygryddion mewn cylchoedd arferol o wahanol gamau gweithredu, fel y dangosir yn Ffigur 3.

Ar ddiwrnod 42 (Cam 1), roedd gan y broses AAO berfformiad da o ran dadnitreiddio a thynnu ffosfforws. Fodd bynnag, ni wnaeth y COD dylanwadol uchel wella'r perfformiad rhyddhau ffosfforws, ac roedd y PRA yn 9.13 mg/L ar hyn o bryd. Yn ogystal, defnyddiwyd NH₄⁺-N ymlaen llaw wrth fynd i mewn i'r tanc anocsig; yna, gostyngodd y tanc anocsig y NO₃⁻-N a gynhyrchwyd i N₂; fodd bynnag, dim ond 3.52 mg/L o NH₄⁺-N wnaeth y tanc aerobig dynnu, a all fod oherwydd yr HRT hir yng Ngham 1 a arweiniodd at gynnydd mewn DO yn dychwelyd i'r tanc anocsig, ac roedd y rhan fwyaf o'r NH₄⁺-N wedi cwblhau nitreiddiad yn y tanc anocsig, gan arwain at grynodiad isel yn mynd i mewn i'r tanc anocsig.

Ar ddiwrnod 118 (Cam 2), gyda gostyngiad mewn COD dylanwadol, dirywiodd y perfformiadau rhyddhau ffosfforws a dadnitreiddiad. Y crynodiad rhyddhau ffosfforws yn y tanc anaerobig oedd 5.91 mg/L, a'r crynodiad NO₃⁻-N yn elifiant y tanc aerobig oedd 8.20 mg/L. Gostyngodd y crynodiad PO₄³⁻-P yn y tanc anocsig i 2.78 mg/L, sy'n dangos bod PO₄³⁻-P wedi'i dynnu yn y tanc anocsig. Yn ogystal, roedd y gymhareb adlif hylif nitrification yn sefydlog ar 250% ar hyn o bryd. O'i gymharu â'r cymarebau adlif o 300% a 400%, gwellwyd perfformiad tynnu nitrogen a ffosfforws a thynnu deunydd organig y broses, sy'n dangos y gall cynyddu'r adlif hylif nitreiddiad o fewn ystod benodol wella'r effaith tynnu llygrydd.

Ar ddiwrnod 207 (Cam 4), ar ôl addasu'r NH₄⁺-N a HRT mewnlifol yn y broses AM-AAO, y gyfradd tynnu COD oedd 86.15%; tynnodd y tanc aerobig 13.34 mg/L o NH₄⁺-N, y crynodiad tun oedd yn weddill oedd 7.51 mg/L, a chynhyrchwyd 4.39 mg/L o NO₃⁻-N, a daeth NO₃⁻-N yn llygrydd trech yn yr elifiant. Nid oedd unrhyw wahaniaeth arwyddocaol yn y cyfraniad tynnu ffosfforws rhwng y tanc anocsig a'r tanc aerobig. Yn ogystal, nid oedd cynyddu'r NH₄⁺-N mewnlifol yn effeithio ar y nitreiddiad, ond mae'r cynnydd yn y crynodiad TIN mewnlifol wedi lleihau perfformiad dadnitreiddio'r broses AM{-AAO, gan effeithio ar dynnu TIN.

Ar ddiwrnod 262 (Cam 6), tymheredd yr adweithydd oedd 13 gradd, a'r gyfradd tynnu COD oedd 83.67% ar hyn o bryd. Ar yr un pryd, rhyddhawyd 6.95 mg/L o ffosfforws yn y tanc anaerobig; Cafodd 20.22 mg/L o NH₄⁺-N ei yfed gan y tanc anocsig a dadnitreiddio wedi'i wneud, a'r crynodiad NO₃⁻-N yn elifiant y tanc anocsig oedd 5.07 mg/L; roedd colled TIN o 1.32 mg/L yn y tanc aerobig; y gyfradd tynnu TIN oedd 77.00%, ac roedd y TIN elifiant yn cynnwys 11.24 mg/L o NH₄⁺-N, sy'n dangos bod y tymheredd isel yn lleihau gweithgaredd bacteria nitreiddio a dadnitreiddio bacteria, gan arwain at dynnu llygryddion yn y carthion yn anghyflawn. Yn ogystal, gostyngodd PRA i 6.95 mg/L, a gostyngodd perfformiad cymeriant ffosfforws y tanc anocsig a'r tanc aerobig i 2.41 mg/L a 3.61 mg/L, yn y drefn honno, gan nodi bod y gostyngiad yn nhymheredd yr adweithydd yn atal perfformiad tynnu ffosfforws PAO, gan arwain at ostyngiad mewn PRA yn y tanc anaerobig a'r crynodiad uchel o ffosfflif.

(Ffigur 3 Newidiadau halogion mewn cylchoedd nodweddiadol: Gan gynnwys (a) Diwrnod 42 y broses AAO, (b) Diwrnod 118 o broses AAO, (c) Diwrnod 207 o AM-proses AAO, (d) Cromliniau newid crynodiad llygryddion ar ddiwrnod 262 o'r AM-proses AAO, (b) proses grynodiad/ echelin lorweddol yw'r broses AAO, fertigol ac echelin llorweddol. pob llygrydd (COD, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3 Newidiadau yng Nghyfansoddiad a Chynnwys Sylweddau Polymerig Allgellog (EPS) mewn Prosesau AAO ac AM-AAO

Yn ystod yr arbrawf, penderfynwyd a dadansoddwyd y newidiadau yng nghyfansoddiad a chynnwys EPS ar ddiwrnod 101 (proses AAO) a diwrnod 255 (AM-proses AAO), fel y dangosir yn Ffigur 4. At ei gilydd, gellir priodoli cyfanswm cynnwys EPS ar ddiwrnodau 101 a 255 i'r cynnydd mewn TB-prif gynnwys EPS, a PN{EP} y prif gynnwys a gyfrifir am PN a PS7; ar ddiwrnod 101, dangosodd cyfanswm y cynnwys EPS yn y tanc anaerobig, y tanc anocsig, a'r tanc aerobig duedd gynyddol (0.12 mg / gVSS, 0.29 mg / gVSS, a 0.37 mg / gVSS, yn y drefn honno); yn eu plith, cynyddodd y cynnwys EPS yn sylweddol yn ystod y cam nitreiddiad, a allai fod oherwydd metaboledd gweithredol micro-organebau mewnol pan weithredwyd y system o dan amodau cymhareb carbon uchel i nitrogen (C/N=5.9) [12]. Fodd bynnag, chwaraeodd TB{17}}EPS rôl gadarnhaol wrth ffurfio fflociau llaid, tra bod S-EPS a LB-EPS wedi cael effeithiau negyddol [8]; yn yr arbrawf hwn, roedd cynnwys S{-EPS a LB{-EPS) yn gymharol isel, a oedd yn creu amodau ar gyfer tyfiant llaid; yn y{23}}llid llif-system hybrid ffilm barhaus, mae rôl slwtsh fflocwlent yn anadferadwy [2].

Yn ogystal, roedd rheolau newid PN/PS mewn gwahanol haenau o laid ym mhob tanc adwaith yn wahanol. Roedd y PN ym mhob tanc adwaith bob amser yn uwch na PS. Ar ddiwrnod 101, roedd y cymarebau PN/PS yn S-EPS, LB-EPS, a TB-EPS o slwtsh yn 0.06, 1.62, a 2.67, yn y drefn honno, tra ar ddiwrnod 255, eu bod yn 0.03, 1.30, a 3.7 yn dangos y duedd gynyddol o haen PN, a dangosodd yr haen PN o duedd gynyddol o'r haen PN/3.2. i'r haen fewnol o gelloedd llaid. Fodd bynnag, pan ostyngwyd tymheredd yr adweithydd i 13 gradd, dangosodd cyfanswm y cynnwys EPS yn y tri thanc duedd gynyddol (0.28 mg / gVSS, 0.41 mg / gVSS, a 0.63 mg / gVSS, yn y drefn honno). Efallai mai'r rheswm yw bod micro-organebau nad oeddent yn gallu addasu i dymheredd isel wedi marw neu wedi'u autolyzed, a bod y micro-organebau marw hyn wedi rhyddhau EPS, gan arwain at gynnydd yn y cynnwys EPS mewn llaid, neu ysgogodd tymheredd isel rai micro-organebau seicroffilig i secrete mwy o EPS i addasu i'r gostyngiad tymheredd yn yr adweithydd [13].

(Ffigur 4 Newidiadau yng nghynnwys a chyfansoddiad EPS ar Ddiwrnod 101 (proses AAO) a Diwrnod 255 (AM-proses AAO): Yr ochr chwith yw'r broses AAO, a'r ochr dde yw'r broses AM-AAO. Yr echelin lorweddol yw'r tanc adwaith (diwedd anaerobig, diwedd anocsig, diwedd anocsig, diwedd aerobig), echelin chwith EPS yw'r echelin chwith (TB). (mg·gVSS⁻¹), a'r echelin fertigol dde yw'r gymhareb PN/PS Mae'n cynnwys histogramau o PN, PS, a chyfanswm cynnwys EPS a siart llinell o gymhareb PN/PS.

2.4 Amrywiaeth Microbaidd a Rheolau Olyniaeth Gymunedol Ddeinamig y Boblogaeth

Dangosodd y canlyniadau dilyniannu trwybwn uchel mai nifer dilyniannau'r 14 sampl llaid oedd 1,027,419, a dangosir nifer y dilyniannau OTU o bob sampl yn Nhabl 2. Roedd cwmpas y samplau yn uwch na 0.995, sy'n dangos bod y canlyniadau dilyniannu yn hynod gywir. Disgrifiodd Grŵp D01 y strwythur cymunedol microbaidd cychwynnol, gyda mynegai Ace uchel, gan nodi bod gan y llaid gyfoeth rhywogaethau microbaidd uchel ar ddechrau'r system. Gyda thrawsnewid y system o broses AAO i AM-AAO, gostyngodd mynegai Ace, a gostyngodd cyfoeth y gymuned ficrobaidd yn y system AM-AAO. Yn ogystal, gostyngodd mynegai Simpson, gan ddangos bod amrywiaeth y gymuned ficrobaidd wedi lleihau. Yn ôl y newid mynegai Ace, roedd cyfanswm nifer y rhywogaethau yng nghymuned ficrobaidd y biofilm tanc anocsig yn dangos tueddiad gostyngol; profodd gostyngiad mynegai Shannon fod amrywiaeth y gymuned ficrobaidd yn y biofilm wedi lleihau.

Tabl 2 Amrywiad o fynegai amrywiaeth microbaidd

The main phyla with relative abundance >dadansoddwyd 10% yn y 14 sampl (Ffigur 5a). Y ffyla amlycaf yng ngrŵp D01 oedd Actinobacteriota (25.76%32.90%), Proteobacteria (21.98%27.16%), Bacteroidota (15.50%18.36%), a Fimicutes (10.37%13.77%); fodd bynnag, digonedd cymharol Actinobacteriota (16.89%19.16%) a Fimicutes (3.83%Gostyngodd 6.52%) yng ngrŵp D110, a chynyddodd helaethrwydd cymharol Proteobacteria (32.96% ~ 40.75%). Yn y system broses AM-AAO, gostyngodd Actinobacteriota yn gyflym, hyd yn oed i lai na 3% yng ngrŵp D237, tra bod 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 >Roedd 10% yn Proteobacteria (35.26%) a Bacteroidota (30.61%), sy'n dangos bod strwythur cymunedol microbaidd y bioffilm yn debyg i strwythur llaid wedi'i actifadu. Yn sampl M237, gostyngodd digonedd cymharol Firmicutes i lai na 2%, a chynyddodd helaethrwydd Acidobacteriota (5.33%).

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Canfuwyd mai'r genera amlycaf yng ngrŵp D01 oedd Candidatus_Microthrix (11.32%20.65%), norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3.97%6.36%), Trichococcus (6.99%9.95%), ac Ornithinibacter (3.99%6.41%); ar ôl i'r system gael ei gweithredu yn y broses AM-AAO, gostyngodd niferoedd cymharol Candidatus_Microthrix yn sydyn i 0.02% (grŵp D237); tra dangosodd norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 duedd o gynyddu yn gyntaf ac yna gostwng (grŵp D237, 1.91%2.91%). Pan weithredwyd y broses yn sefydlog, daeth Azospira yn un o'r genera cymharol amlycaf (grŵp D237, 7.37%18.41%). Yn ogystal, roedd y genera biofilm yn debyg yn y bôn i'r llaid, ac roedd cyflenwadau cymharol norank_f__norank_o__Run-SP154 yn M194 ac M237 yn 6.61% ~ 7.66% a 7.43%, yn y drefn honno.

Dewiswyd cyfanswm o 12 genera ac 1 teulu o facteria ocsideiddio amonia (AOB), nitraid-bacteria sy’n ocsideiddio (NOB), glycogen-organebau cronnus (GAO), ac organebau sy’n cronni ffosfforws (PAO) yn y system i’w dadansoddi (Tabl 3). Canfuwyd bod Nitrosomonas (0.02%) yng ngrŵp D010.03%), Elin6067 (0.01%0.02%), a Nitrospira (0.04%gall 0.07%) sicrhau perfformiad ocsideiddio NH₄⁺-N. Gall y gostyngiad mewn Nitrosomonas a Nitrospira yn grŵp D110 gael ei achosi gan y gymhareb adlif mewnol uchel, ond Ellin6067 (0.01%ni aflonyddwyd 0.02%). Yng ngrŵp D194, gweithredwyd y system yn y broses AM-AAO, ac roedd y gostyngiad mewn HRT yn golchi NOB a rhywfaint o UFA i ben. Efallai mai’r cynnydd mewn nitrogen amonia mewnlifol yw’r rheswm dros y cynnydd yn helaethrwydd cymharol y tri genera uchod yng ngrŵp D237 (Ffigur 5b). Yn ogystal, UFA (Nitrosomonas ac Ellin6067, 0.03%0.07%) a NOB (Nitrospira, 0.01%0.02%) yn sampl M237 yn dangos cynnydd bach, sy'n dangos bod y biofilm yn cynorthwyo'r system llaid i gyflawni'r broses dadnitreiddiad.

Roedd ystod eang o PAOs yng ngrŵp D01, gan gynnwys Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas, a Tetrasphaera. Newidiadau Candidatus_Microthrix (10.93% ~11.88%) a PAO gyda digonedd cymharol<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 a 0.31%0.39% [14]. Yng ngrŵp D237, roedd Candidatus_Microthrix bron wedi'i ddileu (0.02%), a'r PAOs a ddisodlodd i gyflawni swyddogaeth tynnu ffosfforws oedd Defluviimonas (0.70%1.07%) a Dechloromonas (0.95%1.06%); yn ogystal, cadarnhawyd bod gan y teulu Comamonadaceae hefyd berfformiad tynnu ffosfforws [8], ac roedd digonedd cymharol Comamonadaceae yn y tanc anaerobig neu'r tanc anocsig yn gymharol uchel, tua dwywaith cymaint â'r tanc aerobig. Yn ogystal, Candidatus_Competibacter a Defluviicoccus oedd y genera amlycaf o GAOs ym mhob sampl, ond helaethrwydd y ddau genera yng ngrŵp D01 oedd<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].

(Ffigur 5 Cyfansoddiad cymuned ficrobaidd: (a) Siart bar o ddigonedd cymharol ar lefel ffylwm Yr echel lorweddol yw'r sampl, a'r echelin fertigol yw'r helaethrwydd cymharol/%. Mae'n cynnwys ffyla mawr megis Actinobacteriota a Proteobacteria; (b) Map gwres o ddigonedd cymharol ar lefel y genws. Yr echel lorweddol yw'r sampl, a'r echelin fertigol yw'r lefel amlycaf o ran dyfnder lliw.

Tabl 3 Digonedd o grwpiau gweithredol mewn 14 sampl biolegol

3 Casgliadau

Gan ddefnyddio carthffosiaeth go iawn fel y gwrthrych trin, cafodd amodau gweithredu'r broses AM-AAO eu hoptimeiddio. Canfuwyd pan weithredwyd y broses o dan amodau HRT=7 h, tymheredd tua 25 gradd, adlif mewnol=250%, SRT=40 d, adlif llaid=50%, a chyfradd llenwi tanc anocsig=30%, yr effaith tynnu llygrydd oedd y gorau. Yr uchafswm cyfradd tynnu NH₄⁺-N oedd 98.57%; yr elifiant NO₃⁻.crynodiad N, PO₄³⁻-crynodiad P, cyfradd tynnu tuniau, a chyfradd tynnu COD oedd 6.64 mg/L, 0.42 mg/L, 83.08%, a 86.16%, yn y drefn honno.

Perfformiodd y tanc anaerobig brosesau tynnu deunydd organig a rhyddhau ffosfforws da, gyda 64.51% o COD wedi'i dynnu a 9.77 mg/L o ffosfforws yn cael ei ryddhau ar yr un pryd; perfformiodd y tanc anocsig adweithiau tynnu ffosfforws dadnitreiddio da; cyflawnodd y tanc aerobig brosesau derbyniad nitreiddiad a ffosfforws cyflawn, gyda chyfradd tynnu NH₄⁺-N a PUAO yn 97.85% a 59.12 mg, yn y drefn honno.

Pan weithredwyd y broses AM-AAO yn sefydlog, bu cynnydd AOB (Ellin6067 a Nitrosomonas, 0.02%~0.04% → 0.04%0.12%) a NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0.04%) wedi sicrhau cynnydd digonol o nitreiddiad, a chynyddodd cyfradd tynnu NH₄⁺-N 8.35%; GAOs (Candidatus_Competibacter a Defluviicoccus, 1.31%1.61% → 3.49%roedd 4.46%) yn dominyddu'r broses dadnitreiddio mewndarddol; twf PAO (teulu Defluviimonas, Dechloromonas, a Comamonadaceae, 3.29%8.67% → 3.79%~9.35%) oedd y rheswm dros gynnal perfformiad da o ran tynnu ffosfforws; yn ogystal, roedd strwythur cymunedol microbaidd y biofilm tanc anocsig yn y bôn yn debyg i strwythur llaid wedi'i actifadu, a oedd ar y cyd yn gwarantu perfformiad tynnu nitrogen a ffosfforws y system.