Az A2O-MBBR + épített vizes élőhelyek kombinált eljárásának hatása a vidéki háztartási szennyvíz kezelésére

Az A2O-MBBR + CWs kombinált technológia hatása a vidéki háztartási szennyvíz kezelésére

Az állam az elmúlt években mélyen támogatta a vidék revitalizációs fejlesztési stratégiáját, a lakókörnyezet javítására fókuszálva, és magasabb követelményeket támaszt a vidéki háztartási szennyvízkezeléssel szemben. Jelenleg a vidéki háztartási szennyvízkezelés fő folyamatai közé tartoznak a biológiai módszerek, az ökológiai módszerek és a kombinált eljárások, amelyek többsége a települési szennyvíztisztításból származik. A vidéki területeket azonban a szórványos lakosság jellemzi, ami számos problémához vezet, mint például a szennyvíz nagy szétszóródása, a begyűjtés nehézségei, a kis mennyiségű tisztítás, az erőforrások alacsony kihasználtsága és az elégtelen tisztítóberendezések. Ezenkívül jelentős különbségek vannak a szennyvíz minősége és mennyisége, a földrajzi elhelyezkedés, az éghajlat és a gazdasági szint tekintetében a régiók között, ami megnehezíti a tisztítási technológiák szabványosítását; a települési szennyvízkezelési technológiák egyszerű alkalmazása nem kivitelezhető. A szennyvízgyűjtés infrastruktúrája, például a csatornahálózatok gyakran nem megfelelőek a vidéki területeken. A szennyvízgyűjtést könnyen befolyásolja a csatorna túlfolyás és a talajvíz beszivárgása, aminek következtében a szennyvíz alacsony szervesanyag-koncentrációja és megnehezíti a biológiai nitrogén eltávolítását. A szennyvíz minőségének és mennyiségének nagy ingadozása a vidéki területeken megnehezíti a biomassza stabil koncentrációjának fenntartását a tisztító létesítményekben. Ezenkívül az alacsony téli hőmérséklet korlátozza a biológiai tisztítási kapacitást, ami alacsony hatékonysághoz és instabil szennyvízminőséghez vezet, amely hajlamos a hagyományos eleveniszapos eljárások szabványainak túllépésére. Ezért sürgősen szükség van a helyi viszonyoknak megfelelő szennyvízkezelési technológiák kifejlesztésére, amelyek erős ütésállósággal, stabil, hosszú távú működéssel, alacsony energiafogyasztással és magas tisztítási hatékonysággal rendelkeznek.

A kínai vidéki területek általában az alacsony-költségű, könnyen-kezelhető- háztartási szennyvízkezelési technológiákat részesítik előnyben, a biológiai és ökológiai kombinált folyamatok pedig a fő kutatási irány. A vidéki területeken jelenleg széles körben használt integrált csomagolt szennyvíztisztító berendezések főként olyan eljárásokat alkalmaznak, mint az anaerob-anoxikus-oxikus (A2O) és a mozgóágyas biofilmes reaktor (MBBR). Tanulmányok azt mutatják, hogy az MBBR folyamat inkább a létesítmény tervezésén alapul, mint a pontos működési irányításon, és nincs szükség professzionális műszaki személyzetre a szabályozáshoz, így kényelmes az üzemeltetés és a karbantartás. Ez jobban megfelel a vidéki háztartási szennyvíztisztítás gyakorlati szükségleteinek, ahol szűkös a műszaki személyzet. Előnyei közé tartozik a magas biomassza-koncentráció, az erős ütésállóság, a magas kezelési hatékonyság és a kis helyigény. Luo Jiawen et al. azt jelzi, hogy MBBR közeg hozzáadása az A2O folyamathoz jelentősen javíthatja a szennyvízkezelési kapacitást. Zhou Zhengbing és munkatársai egy tényleges vidéki háztartási szennyvízprojektben egy kétlépcsős anaerob/anoxikus-biológiai levegőztetett szűrős kombinált eljárást terveztek, amely stabil szennyvízminőséget ért el, amely megfelel a GB 18918-2002-es "Szennyezővíz-kezelési Terv a települési szennyvízkezelési szabvány" A-szabványának. Ezenkívül a kiépített vizes élőhelyeket (CW) gyakran használják vidéki háztartási szennyvízkezelésre. Például Zhang Yang et al. bioszenet használtak töltőanyagként egy megépített vizes élőhely módosításához, így a TN, TP és KOI eltávolítási aránya elérte a 99,41%-ot, a 91,40%-ot és a 85,09%-ot. Csoportunk korábbi kutatásai azt is kimutatták, hogy az iszap-bioszén töltőanyag javíthatja az épített vizes élőhelyek nitrogén- és foszforeltávolítási teljesítményét, javítva a teljes rendszer kezelési hatékonyságát és eredményességét, valamint ellenállóbbá teheti a rendszert a sokkterhelésekkel szemben. A fenti kutatásra építve a vidéki háztartási szennyvíztisztításra alkalmas kombinált technológia feltárására és az olyan kihívások kezelésére, mint a stabil biomassza-koncentráció fenntartásának nehézsége, a lökésterhelésekkel szembeni gyenge ellenállás, valamint a vidéki szennyvíztisztító létesítményekben az ingadozásokra hajlamos és a szabványokat meghaladó szennyvízminőség, a szerző egy A2O-MBBR fixfilm-eljárást helyezett el előre, és megtöltötte egy integrált biofilm-hordozóval, hogy létrehozzon egy felfüggesztett3}3}. iszap (IFAS) környezet, növelve a rendszer iszapkoncentrációját és javítva a kezelés hatékonyságát. Figyelembe véve a rendelkezésre álló üres területek, például tavak és mélyedések ökológiai hasznosítását a vidéki területeken, valamint a megépített vizes élőhelyek polírozó kezelési eljárásként való kombinálását, olyan módszereket alkalmaztak, mint az iszap bioszén töltőanyag alkalmazása, a nitrifikált folyadék recirkulációja és a víz alatti növények telepítése a kompozit vizes élőhely üzemi stabilitásának növelésére. Így létrejött egy A2O-MBBR + CWs kombinált eljárás.

Ebben a tanulmányban, egy hefei falusi szennyvíztisztító telep nyers szennyvizét használva tisztítási objektumként, az A2O-MBBR + CWs kombinált folyamat kísérleti-léptékű kísérleti elrendezését hozták létre. Vizsgálták a szezonális vízhőmérséklet-változások hatását a kezelési teljesítményre. A befolyó és a szennyvíz szennyezőanyag-mutatóit az üzemeltetés során figyelték, hogy feltárják az eltávolítási hatékonyságot és az üzemi stabilitást. Ezzel párhuzamosan a folyamat gazdasági megvalósíthatóságának elemzésére is sor került. A cél az, hogy adatreferenciát és alapot adjon az A2O + épített vizes élőhely kombinált technológia alkalmazásához a vidéki háztartási szennyvízkezelési projektekben Kínában, valamint referenciákat kínáljon a háztartási szennyvíztisztítás népszerűsítéséhez és szép, ökológiailag élhető falvak építéséhez vidéken.

1. Kísérleti összeállítás és kutatási módszerek

1.1 Kombinált folyamatfolyamat

Az A2O-MBBR + CWs kombinált folyamatkísérlet egy A2O egység, egy szén-alapú felszín alatti áramlású vizes élőhely és egy ökológiai tó sorozatos működését alkalmazta. Az A2O egység egy zavart anaerob -anoxikus kontakttartályból és egy aerob membrántartályból (MBBR) állt. Mind a terelt anaerob tartályt, mind az aerob MBBR tartály levegőztető zónáját szuszpendált biofilm hordozó közeggel töltötték fel, hogy a mikroorganizmusok számára rögzítési felületeket biztosítsanak a biofilmek kialakításához. Az eleveniszap és a biofilm a tartályokban együtt létezett, így egy IFAS rendszert alkottak, amely stabilan fenntartotta a rendszer biomasszáját. A zavart anoxikus tartály a nitrifikált folyadék recirkulációja révén fokozta a denitrifikációs folyamatot. Az aerob MBBR tartály alján levegőztető rendszer volt, hogy javítsa a nitrifikációs teljesítményét. A tartály belsejében egy polialumínium-klorid (PAC) adagolónyílást helyeztek el a kiegészítő kémiai foszforeltávolításhoz, amely lehetővé teszi a hatékony foszforeltávolítást. A CWs egység tartalmazott egy szén{14}}alapú felszín alatti áramlású vizes élőhelyet és egy víz alatti növényökológiai tavat. A szén-alapú, felszín alatti áramlással épített vizes élőhely három-lépcsős töltőszűrőrendszert alkalmazott. A töltőzóna aljára levegőztető tárcsákat szereltek fel a hordozó visszamosására az eltömődés csökkentése érdekében. A víz alá süllyesztett növényökológiai tó alján mészkő aljzatréteg volt, és hidegtűrő, Vallisneria natans és Potamogeton crispus növényekkel ültették be. A berendezést a szabadban helyezték el. Az ökológiai tóban hőmérőt szereltek fel a szezonális vízhőmérséklet-változások figyelésére. Az A2O-MBBR + CWs kombinált folyamat részletes folyamata a következőben látható1. ábra.

1.2 Beállítás tervezése és működési paraméterei

A kísérleti elrendezés 10 mm vastag polipropilén lemezek felhasználásával készült. A terelőlemezes anaerob tartályt négyzet alakú biofilm-hordozó közeggel töltöttük meg, és terelőlemezeket tartalmazott. A kevert folyadék recirkulációs aránya a terelőlemezes anoxikus tartályban 50% ~ 150% volt, és terelőlemezeket is tartalmazott. Az aerob MBBR tartályt terelőlappal osztották fel aerob levegőztető zónára és ülepítő zónára. A levegőztető zónát MBBR felfüggesztett hordozóanyaggal töltötték fel, amelynek levegő{7}}/-víz aránya 6:1-10:1. Az ülepítési zónában PAC adagolónyílás és ferde lemezek voltak az ülepítés elősegítésére. A szén-alapú felszín alatti áramlásos vizes élőhely: az elsődleges töltőzónát mészkővel (~5 cm átmérőjű), a másodlagos töltőzónát zeolittal (~3 cm átmérőjű), a harmadlagos töltőzónát pedig iszapos bioszén töltőanyaggal (~0,5-1,0 cm átmérőjű) töltöttük fel. Az egyes zónák töltőanyag-magassága 75 cm volt. Körülbelül 4 cm széles részónát állítottunk be az elsődleges és a másodlagos töltőzóna közé olyan funkciókhoz, mint a külső szénforrások hozzáadása, megfigyelés és karbantartás/ürítés (a kísérlet során szénforrást nem adtak hozzá). A víz alá süllyesztett növényökológiai tavat 20 cm magasságban mészkő töltőanyaggal (~3 cm átmérőjű) töltöttük fel. A víz alatti növényeket 10 cm-es sortávolságra, 10 cm-es növénytávolságra ültettük. A kísérletben egy hefei falusi szennyvíztisztító telep nyers szennyvizét használták befolyóként. A kísérleti időszak 2022. május 25-től 2023. január 17-ig tartott, összesen 239 napig. A víz alatti növényeket december 2-án egyszer betakarították, körülbelül 6 havonta egyszer. A tervezett szennyvíztisztító kapacitás 50-210 l/d volt. A beállítás részletes tervezési paraméterei az alábbiakban láthatók1. táblázat.

1.3 Kísérleti módszerek

1.3.1 Kísérleti tervezés

1.3.1.1 Optimális szennyvíztisztítási kapacitás vizsgálata

A kísérleti berendezés sikeres próbaüzeme után (stabil szennyvízminőség) 2022. május 25. és 2022. június 30. között megtörtént az optimális szennyvíztisztító kapacitás vizsgálata. Az aerob tartály levegő-/-víz aránya 6:1, nitrifikált folyadék recirkulációja (PAC10Al2 %), O3 usage 8 %). 3,7 g/d körüli értékkel a berendezés szennyvíztisztító kapacitását fokozatosan növeltük (50, 60, 70, 80, 100, 120, 150, 180, 210 l/d). A szennyvíz minőségének változásait nyomon követték, hogy feltárják a berendezés optimális szennyvíztisztító kapacitását. Ebben az időszakban a víz hőmérséklete 24,5-27,1 fok között változott. A télen a stabil szennyvíz-megfelelőség biztosítása érdekében az elfogadott szennyvíz-szabvány a GB 18918-2002 "Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepeken" volt.

1.3.1.2 Kombinált folyamat teljes kezelési teljesítményteszt

A tesztidőszak 2022. július 1-től 2023. január 17-ig tartott. Az optimális szennyvíztisztítási kapacitás 120 l/nap volt. Az aerob tartály levegő-/víz aránya 6:1-10:1, a kevert lúg recirkulációs aránya 50-150%. Befolyó és elfolyó víz minőségi mutatói (TN, TP, NO₃^--N, NH₄⁺-N és KOI) figyelték meg minden egyes folyamategységből. Feljegyeztük a vízhőmérséklet változásait a tesztidőszak alatt (a szezonális éghajlat által befolyásolva). Elemezték az A2O-MBBR + CWs kombinált eljárás vidéki háztartási szennyvíz tisztítási teljesítményét, és megvizsgálták a szezonális vízhőmérséklet-változások hatását a kombinált folyamat teljesítményére.

1.3.2 Mintavétel

A vizsgálati időszak alatt rendszertelenül (kb. heti 1-2 alkalommal) vettünk mintát a vízminőség vizsgálatára. A mintákat a telepítési befolyóból, a zavart anaerob -anoxikus tartályból, az aerob MBBR tartályból, a szén-alapú felszín alatti áramlású vizes élőhelyekből és a víz alatti növényi ökológiai tavak szennyvízéből gyűjtöttük. A befolyó mintákat a berendezés bemeneti csövéből, az elfolyó mintákat pedig minden egység kimenetéből vettük. A vízminőségi mutató vizsgálata a mintavétel napján befejeződött. A tesztelt mutatók közé tartozott a TN, TP, NO₃^--N, NH₄⁺-N és COD. Minden alkalommal, amikor mintát vettek, rögzítettük az ökológiai tóban lévő hőmérő vízhőmérsékletét (0-32 fok között). Az ökológiai tóban a vízhőmérséklet természetesen évszakos hőmérséklet-különbségekkel változott. A kísérleti berendezés tervezett szennyvíz szabványa követte a DB 34/3527-2019 „Vízszennyező anyagok kibocsátási szabványa vidéki háztartási szennyvízkezelő létesítményekhez” A. fokozatú szabványát. A tervezett befolyó koncentrációk és a szennyvíz szabványok részletezése a2. táblázat.

1.3.3 Vízminőség-elemzési módszerek

A vízminták TN-koncentrációját a HJ 636-2012 "Vízminőség - Összes nitrogén meghatározása - Lúgos kálium-perszulfát roncsolás UV spektrofotometriás módszerrel" módszerrel határoztuk meg. NEM₃^--N-koncentrációt a HJ/T 346-2007 "Vízminőség - Nitrát-nitrogén meghatározása - Ultraibolya spektrofotometria (próba)" segítségével határoztuk meg. NH₄⁺-N koncentrációt a HJ 535-2009 "Vízminőség - Az ammónia-nitrogén meghatározása - Nessler-reagens spektrofotometria" segítségével határoztuk meg. A KOI meghatározása a HJ 828-2017 "Vízminőség - Kémiai oxigénigény meghatározása - Dikromát módszer" szerint történt. A TP koncentrációját a GB 11893-1989 "Vízminőség - Összes foszfor meghatározása - Ammónium-molibdát spektrofotometriás módszer" című dokumentumban határozták meg.

2. Eredmények és megbeszélés

2.1 A szennyvíztisztító kapacitás hatása a kombinált folyamat teljesítményére

Ahogy az ábrán látható2. ábra (a) (b), mivel a napi szennyvíztisztító kapacitás 50 l/d-ről 210 l/d-ra emelkedett, a TN és az NH eltávolítási hatékonysága₄⁺-N a kombinált folyamat egyes egységeinél csökkenő tendenciát mutatott. A TN eltávolítási sebessége 91,55%-ról (50 l/nap) 52,17%-ra (210 l/nap) csökkent, az NH pedig₄⁺-N-eltávolítási arány 97,47%-ról (70 l/nap) 80,68%-ra (210 l/nap) csökkent. A napi szennyvíztisztító kapacitás növelése ugyanis csökkenti a hidraulikus visszatartási időt, így lerövidül a mikroorganizmusok számára rendelkezésre álló idő a szennyező anyagok lebontására, ami gyengébb tisztítási teljesítményt eredményez. Közülük az A2O egység járult hozzá a legnagyobb mértékben a TN-hez és az NH-hoz₄⁺-N eltávolítás. Az átlagos befolyó TN koncentráció ennél az egységnél 38,68 mg/L, a kifolyó 16,87 mg/L volt, 56,29%-os eltávolítási arány mellett. Az átlagos befolyású NH₄⁺-N-koncentráció 36,29 mg/L, a kifolyó víz 5,50 mg/L, az eltávolítási arány 84,85%. A szén-alapú felszín alatti áramlású vizes élőhely esetében az átlagos befolyó TN-koncentráció 16,87 mg/L, a szennyvíz 11,96 mg/L volt, 29,10%-os eltávolítási arány mellett. A víz alatti növényökológiai tó esetében az átlagos befolyó TN koncentráció 11,96 mg/L, a szennyvíz 9,47 mg/L, 20,82%-os eltávolítási arány mellett. A szén{14}}alapú felszín alatti áramlásos vizes élőhely nitrogéneltávolítási teljesítménye jobb volt, mint az ökológiai tavaké, mivel a felszín alatti áramlásos vizes élőhely anaerob-anoxikus környezete alkalmasabb a denitrifikációra. Azonban az NH₄⁺-Az ökológiai tó N-eltávolítási teljesítménye jobb volt, mint a felszín alatti áramlásos vizes élőhelyé. Az átlagos befolyású NH₄⁺-N-koncentráció a szén-alapú felszín alatti áramlású vizes élőhely esetében 5,50 mg/L, a szennyvíz 4,04 mg/L, az eltávolítási arány mindössze 26,53%. Az ökológiai tó esetében az átlagos befolyó NH₄⁺-N-koncentráció 4,04 mg/L, a szennyvíz 2,38 mg/L, az eltávolítási arány 41,07%. Ennek az az oka, hogy az ökológiai tó aerob környezete alkalmasabb a nitrifikációra, több NH átalakítására₄⁺-N a NO-ba₃^--N, ami magasabb NH-t eredményez₄⁺-N eltávolítási arány. Amikor a szennyvíztisztító kapacitás elérte a 150 l/d értéket, a szennyvíz TN koncentrációja 15,11 mg/l volt, ami meghaladta a GB 18918-2002 A fokozatú szabványt. Ezért a stabil TN-megfelelőség biztosítása érdekében a maximális szennyvíztisztító kapacitás 120 l/d volt. Amikor a szennyvíztisztító kapacitás elérte a 210 l/d értéket, a szennyvíz NH₄⁺-N-koncentrációja 7,07 mg/l volt, ami meghaladta a GB 18918-2002-es A fokozatú szabványt. Ezért az NH maximális szennyvíztisztító kapacitása₄⁺-N megfelelőség 180 l/nap.

Ahogy az ábrán látható2. ábra (c), az átlagos befolyó KOI 100 mg/L alatt volt, ami alacsony szervesanyag-tartalomra utal. A szennyvíztisztító kapacitás növekedése nem befolyásolta szignifikánsan a KOI eltávolítást, a KOI eltávolítási arány 75% ~ 90% között volt. Ahogy a szennyvíztisztító kapacitása 50 l/d-ről 210 l/d-re nőtt, az átlagos szennyvíz KOI 19,16 mg/l volt, a maximális szennyvíz KOI 26,07 mg/L, ami még mindig messze elmarad a GB 18918 szabvány 50 mg/l-es előírásától, mivel a 2002-es COD fokozatú A 2002-es fokozatú A készülék hozzájárult a legtöbb COD-hoz. Az aerob MBBR tartályban aerob környezetet hozott létre, növelve az aerob mikroorganizmusok biokémiai kapacitását és erősítve a KOI eltávolítását. Ezenkívül a nitrifikált folyadék A2O egységben történő recirkulációja lehetővé tette a zavart anoxikus tartály számára, hogy tovább hasznosítsa a szennyvízben lévő szerves anyagokat szénforrásként, eltávolítva a KOI egy részét, miközben fokozza a denitrifikációt. A szén-alapú felszín alatti áramlású vizes élőhely járult hozzá a második legnagyobb mértékben a KOI eltávolításához. Anaerob-anoxikus környezete kedvez a szennyvíz szerves anyagának szénforrásként való felhasználásának, a szerves anyagok egy részét lebontva, miközben fokozza a denitrifikációt, ezért is volt jobb a TN eltávolítása. Továbbá a felszín alatti áramlásos vizes élőhely szubsztrátrétege bizonyos szerves anyagokat adszorbeálhat. Az ökológiai tó korlátozott hatással volt a KOI degradációjára. Az ökológiai tó átlagos befolyó KOI értéke 22,21 mg/L volt, és a biológiailag legkönnyebben lebomló szerves anyagok már lebomlanak, így nehezebben lebomló szerves anyagok maradtak.

Ahogy az ábrán látható2. ábra (d), a szennyvíztisztító kapacitás növekedésével a kifolyó TP koncentrációja stabil maradt. A szennyvíztisztító kapacitás növekedése nem befolyásolta jelentősen a TP eltávolítását. Az átlagos befolyó TP-koncentráció 3,7 mg/L, az átlagos kifolyó koncentráció 0,18 mg/L volt, átlagosan 95,14%-os eltávolítási sebességgel, ami jó TP-eltávolítást jelez. A TP-t főként az A2O egységben távolították el. A befolyó TP-koncentráció az A2O egységnél 3,7 mg/l volt, a kifolyó víz pedig csak 0,29 mg/l volt, ami jobb, mint a GB 18918-2002 Grade A 0,5 mg/l-es szabványa. Ennek az az oka, hogy az A2O egység nem csak biológiai foszfor-eltávolító szervezetet, hanem PAO foszfort is távolított el. kémiai foszforeltávolítással kiegészítve 3,7 g/nap PAC adagolásával. A biológiai és kémiai foszforeltávolítás kombinációja az A2O egységben a foszfor több mint 90%-át eltávolította. A felszín alatti áramlási vizes élőhely és az ökológiai tavak főként olyan mechanizmusokra támaszkodtak, mint a szubsztrát adszorpciója, ülepedése, a növények felvétele és a mikrobiális lebontás a foszfor eltávolításához. Ráadásul a vizes élőhelybe belépő TP koncentrációja már 0,29 mg/l-nél alacsonyabb volt, ami megnehezítette a további eltávolítást. Ezek az okok együttesen vezettek a vizes élőhely és az ökológiai tó általános TP eltávolítási teljesítményéhez.

Ezért annak biztosítása érdekében, hogy az összes szennyvízmutató stabilan megfeleljen a GB 18918-2002 Grade A szabványnak, ennek a folyamatnak az optimális szennyvízkezelési kapacitása 120 l/nap.

2.2 A kombinált folyamat szennyezőanyag-eltávolítási teljesítménye

2.2.1 COD eltávolítási teljesítmény

Ahogy az ábrán látható3. ábra, a teljes tisztítási teljesítményteszt időszakában (2022. július 1-től 2023. január 17-ig, szennyvíztisztítási kapacitás 120 l/d) a víz hőmérséklete ingadozó csökkenő tendenciát mutatott, 32 fokról 0 fokra csökkent. A KOI eltávolítási sebesség ingadozott, és a víz hőmérsékletének csökkenése nem volt nyilvánvaló hatással a KOI eltávolításra. -vel kombinálva4. ábra, a KOI eltávolítási arány 66,16% és 82,51% között változott, elsősorban a befolyó KOI koncentrációtól. A vizsgálatok azt mutatják, hogy anaerob/anoxikus körülmények között a KOI eltávolítása főként a mikrobiális hatáson múlik. Az A2O-MBBR+CWs folyamat anaerob-anoxikus-oxikus-anoxikus-oxikus körülmények között váltakozik, fokozva a KOI eltávolítását. Működés közben, ahogy a víz hőmérséklete csökkent, bár a befolyó KOI 80–136 mg/L között mozgott, a kifolyó KOI stabilan 50 mg/L alatt maradt, ami megfelel a DB 34/3527-2019-es A fokozatú szabványnak, ami jó szerves lebomlást jelez. Az A2O szakasz járult hozzá a legnagyobb mértékben a KOI eltávolításához. A zavart anaerob-anoxikus kontakttartály átlagos KOI-eltávolítási aránya 43,38%, ami a teljes KOI-eltávolítás 65,43%-át teszi ki. Az aerob MBBR tartály átlagos eltávolítási aránya 14,69%, ami a teljes mennyiség 19,87%-át teszi ki. Az A2O szakasz több mint 85%-ban járult hozzá a KOI-eltávolításhoz, kihasználva a közeg nagy fajlagos felületét a zavart anaerob tartályban és az aerob MBBR tartályban, a magas iszapkoncentrációt, valamint a baktériumokból → protozoákból → metazoákból táplálkozó lánc kialakulását, amely hatékonyan lebontja a szerves anyagokat a vízben. Az IFAS rendszer nagy biodiverzitása hőmérséklet-változás mellett is jó szervesanyag-eltávolítást biztosított. Ezenkívül az anaerob-anoxikus érintkezőtartályban lévő szennyvízben lévő oldható szerves anyag egy részét a denitrifikáló baktériumok szénforrásként használnák fel. Eközben a recirkulált kevert lúg növelte a NO-t₃^--N-koncentráció a zavaros anoxikus tartályban, elősegítve a szénforrások hasznosítását a denitrifikáló baktériumok által az NO átalakítására₃^--N/NEM₂^--N nitrogéngázba. A zavart anaerob -anoxikus érintkezőtartály magas KOI-eltávolítási sebessége tovább bizonyítja, hogy ez a folyamat hatékonyan tudja hasznosítani a szennyvízben lévő szerves anyagokat denitrifikációs szénforrásként. A szén-alapú felszín alatti áramlású vizes élőhely átlagos KOI-eltávolítási aránya 7,18%, ami a teljes KOI-eltávolítás 9,18%-át teszi ki. A felszín alatti áramlási vizes élőhely anaerob/anoxikus környezete kedvez a mikroorganizmusok számára, amelyek szénforrásként szerves anyagokat használnak, így a KOI eltávolítása mellett fokozódik a denitrifikáció. A kapcsolódó kutatások azt is jelzik, hogy a bioszén töltőanyag elektrosztatikus vonzás és intermolekuláris hidrogénkötés révén képes adszorbeálni a szerves anyagokat. Ezért a felszín alatti áramlási vizes élőhelyen lévő iszap-bioszén töltőanyag bizonyos szerves anyagokat is adszorbeálna. A víz alatti növényökológiai tó átlagos KOI-eltávolítási aránya mindössze 3,68%, mivel a tóba belépő KOI már alacsony, átlagosan 30,59 mg/l volt, és többnyire tűzálló szerves anyagokból állt, amelyeket főként adszorpcióval és növényi felvétellel távolítottak el, korlátozott hatással.

2.2.2 Nitrogéneltávolítási teljesítmény

Ahogy az ábrán látható3. ábra, ahogy a víz hőmérséklete 32 fokról fokozatosan 12 fokra csökkent, TN és NH₄⁺-N eltávolítási arány ingadozott. Az átlagos TN eltávolítási arány elérte a 75,61%-ot, az átlagos NH-t₄⁺-N eltávolítási arány elérte a 95,70%-ot. Amikor a víz hőmérséklete 12 fok alá esett, TN és NH₄⁺-N eltávolítási arányok gyorsan csökkenő tendenciát mutattak, de az átlagos eltávolítási arányok így is elérték az 58,56%-ot, illetve a 80,40%-ot. Ennek az az oka, hogy a szezonális vízhőmérséklet-csökkenés gátolja a mikrobiális aktivitást, gyengíti a denitrifikációs teljesítményt. A 2022. július 1-től 2023. január 17-ig terjedő kombinált technológiai üzemidő alatti befolyó és kifolyó szennyezőanyag-koncentrációk statisztikai eredményei szerint a 2. sz.3. táblázat, az átlagos influens TN és NH₄⁺-Az N-koncentráció 36,56 mg/l, illetve 32,47 mg/L volt. NH₄⁺-N a TN 88,81%-át tette ki. Befolyásoló NO₃^--N (0,01 mg/L) szinte elhanyagolható volt. Átlagos szennyvíz TN és NH₄⁺-Az N-koncentráció 11,69 mg/l, illetve 3,5 mg/l volt, mindkettő megfelelt a DB 34/3527-2019 A fokozatú szabványnak. Az átlagos szennyvíz NO₃^--N-koncentráció 6,03 mg/L volt, ami jó nitrifikációs képességet jelez ennek a folyamatnak, amely az NH-t átalakítja₄⁺-N-ről NO-ra₃^--N. Azonban a NO felhalmozódása₃^--A szennyvízben lévő N arra utal, hogy van még hely a további denitrifikációra. Ahogy az ábrán látható5(a) ábra, a TN eltávolítása az A2O szakaszban volt a legmagasabb. A zavart anaerob-anoxikus kontakttartály átlagos TN-eltávolítási aránya 44,25%, az aerob MBBR-tartály átlagos TN-eltávolítási aránya pedig 9,55%. Ez az aerob zónában lévő nitrifikáló baktériumok és az anoxikus zónában lévő denitrifikáló baktériumok együttes hatásának eredménye. A szén-alapú épített vizes élőhely átlagos TN-eltávolítási aránya 11,07%, mivel a szénforrások felszabadító képessége és anaerob/anoxikus környezete elősegíti a denitrifikációt, fenntartva egy bizonyos nitrogéneltávolító kapacitást. A víz alatti növényökológiai tó átlagosan csak 3,54%-os TN-eltávolítási arányt ért el általános eltávolítási teljesítmény mellett, mivel aerob környezete nem kedvez a denitrifikációnak. Ahogy az ábrán látható5. ábra (b), NH₄⁺-N eltávolítás elsősorban az A2O szakaszban történt. A zavart anaerob-anoxikus kontakttartály NH-val rendelkezett₄⁺-N-eltávolítási arány 59,46%, és az aerob MBBR tartály NH-val rendelkezik₄⁺-N eltávolítási arány 24,24%. Az A2O szakasz a teljes NH 93,57%-át tette ki₄⁺-N eltávolítás. A magas NH₄⁺-A nitrogén eltávolítása az A2O szakaszban az aerob MBBR tartály folyamatos levegőztetésének köszönhető, lehetővé téve a nitrifikáló baktériumok számára, hogy teljes mértékben kihasználják a DO-t az NH átalakítására₄⁺-N-ről NO-ra₃^--N. Ezt azután visszavezetik az anoxikus tartályba, ahol a denitrifikáló baktériumok NO-t alakítanak át₃^--N-től N2-ig az eltávolításhoz. A vizsgálati periódus alatt az átlagos TN eltávolítási arány 68,40%, az átlagos NH₄⁺-A N eltávolítási arány 89,45% volt, ami jó nitrogéneltávolítási teljesítményt jelez.

Ahogy az ábrán látható3. ábra, mivel a víz hőmérséklete 32 fokról 0 fokra csökkent, a TN eltávolítási aránya maximum 79,19%-ról 51,38%-ra csökkent. -vel kombinálva5(a) ábra, when water temperature was >20 fokos hőmérsékleten az átlagos TN eltávolítási arány meghaladta a 75%-ot, átlagosan 8,41 mg/l kifolyó koncentráció mellett, mivel a mikrobiális aktivitás magasabb a 20-32 fokos tartományban, ami jobb denitrifikációt eredményez, összhangban Zhang Na és munkatársai kutatásával. Amikor a víz hőmérséklete 20 fokról 5 fokra csökkent, az átlagos TN eltávolítási sebesség 65,44%-ra csökkent, és az átlagos szennyvíz koncentráció 12,70 mg/L-re nőtt. Amikor a víz hőmérséklete 0-5 fok volt, az átlagos TN eltávolítási sebesség 52,75%-ra csökkent, és az átlagos szennyvíz koncentráció 17,62 mg/L-re nőtt, ami bizonyos hatást jelez a TN eltávolítására. A vizsgálatok azt mutatják, hogy a víz hőmérsékletének csökkenésével a mikrobiális aktivitás gátolt. Amikor a víz hőmérséklete<5.6°C, microorganisms are basically dormant, and population numbers sharply decrease, limiting pollutant degradation. When water temperature <4°C, microorganisms begin to die. However, in this process, even when water temperature dropped to 0°C, the TN removal rate still reached 51.52%, and effluent always met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. This is because the IFAS system in the A2O section maintained high biomass concentration. During the test period, MLSS concentration in the baffled anaerobic-anoxic contact tank and aerobic MBBR tank reached 6,000~8,000 mg/L. Additionally, recirculation of nitrified liquid further enhanced denitrification. Furthermore, wastewater passed sequentially through the limestone, zeolite, and sludge biochar filler zones of the subsurface flow wetland, where anaerobic and aerobic reactions occurred simultaneously. Various organics adsorbed on filler surfaces and the slow-release of carbon sources from biochar filler promoted denitrification, further enhancing nitrogen removal. Research indicates that biochar can increase the abundance and diversity of denitrifying microorganisms in wetlands. Also, due to its structure, subsurface flow wetlands have some thermal insulation effect, helping maintain internal microbial activity. Under the influence of multiple factors, the combined process exhibited strong resistance to low-temperature shock, maintaining over 50% TN removal even at 0°C. In summary, when water temperature is >5 fok, a TN eltávolítási teljesítménye jó, a szennyvíz stabil 15 mg/L alatt. Ezen a ponton, figyelembe véve az egyéb szennyező anyagok eltávolítását, a szennyvíztisztító kapacitás megfelelően növelhető.

Ahogy az ábrán látható3. ábra, ahogy a víz hőmérséklete fokozatosan csökkent, az NH₄⁺-A nitrogén eltávolítási aránya a maximum 99,52%-ról a minimum 74,77%-ra csökkent, a kifolyó NH₄⁺-A N-koncentráció minimum 0,17 mg/L-ről 8,40 mg/L-re nőtt. A víz hőmérsékletének csökkenése gátolja a nitrifikáló és nitrifikáló baktériumok tevékenységét, csökkentve az NH-t₄⁺-N removal. However, when water temperature >12 fok, az átlagos szennyvíz NH₄⁺-N koncentrációja 1,58 mg/l volt. Ha a víz hőmérséklete kisebb vagy egyenlő, mint 12 fok, az átlagos szennyvíz NH₄⁺-N koncentráció 6,58 mg/L-re nőtt, de a kifolyó NH₄⁺-N mindig megfelelt a DB 34/3527-2019 A fokozatú szabványának. Amikor a víz hőmérséklete 20-32 fok volt, az átlagos NH₄⁺-N eltávolítási arány meghaladta a 96%-ot. -vel kombinálva5. ábra (b), a kifolyó NH₄⁺-Az N-koncentráció 2 mg/l alatt volt ebben a tartományban, ami magas nitrifikáló baktérium aktivitást és kiváló általános NH-t jelez₄⁺-N eltávolítás. Amikor a víz hőmérséklete fokozatosan 20 fokról 12 fokra csökkent, az átlagos NH₄⁺-N removal rate still exceeded 90%, showing good removal, as research indicates water temperature >A 12 fok alkalmas a baktériumok szaporodásának nitrifikálására, elősegítve a nitrifikációt. Ezért az NH₄⁺-N magas eltávolítási arányt tartott fenn a 12–20 fokos tartományban. Amikor a víz hőmérséklete fokozatosan 12 fokról 0 fokra csökkent, az átlagos NH₄⁺-N eltávolítási arány még mindig elérte a 80%-ot. A meglévő kutatások azt mutatják, hogy a nitrifikáló baktériumok 0 fokon majdnem elveszítik a nitrifikációs kapacitást. Ennek a vizsgálatnak az eredményei azonban azt mutatják, hogy még 0 fokon is az NH₄⁺-A N eltávolítási arány meghaladta a 75%-ot, ami a folyamat jó nitrifikációs teljesítményét jelzi alacsony hőmérsékleten. Ennek az az oka, hogy a jelen tanulmány A2O-MBBR szakaszában szereplő IFAS-rendszer hosszú, akár körülbelül 1 hónapig terjedő biofilmiszap-korszakkal rendelkezik, így a biokémiai tartály nitrifikációs sebességét sokkal kevésbé befolyásolja a hőmérséklet, mint a hagyományos eleveniszapos eljárásoknál, jelentősen javítva a nitrifikációs teljesítményt alacsony téli hőmérsékleten. Wei Xiaohan és munkatársai kutatása. azt is jelzi, hogy a nem-megfelelő NH fő oka₄⁺-Az alacsony vízhőmérséklet mellett kilépő N szennyvíz nem elegendő eleveniszap kor, a hőmérséklet hatása a nitrifikáló aktivitásra másodlagos. Ezért bár a vízhőmérséklet csökkenése bizonyos mértékben befolyásolta a nitrifikáló aktivitást, az iszap megfelelő kora ebben a folyamatban biztosította az NH-t.₄⁺-N eltávolítás alacsony hőmérsékleten. A vizsgálati időszak alatt az átlagos elfolyó NH₄⁺-N koncentrációja 3,50 mg/l volt, és a kombinált eljárás jó és stabil nitrifikációs teljesítményt mutatott.

2.2.3 Foszforeltávolítási teljesítmény

Ahogy az ábrán látható3. ábra, a TP eltávolítási sebessége alig változott a vízhőmérséklet változásaival, stabil maradt 94% felett. -vel kombinálva6. ábra, a befolyó TP-koncentráció 3,03-4,14 ​​mg/L, a kifolyó TP-koncentráció pedig 0,14-0,28 mg/L között mozgott, ami megfelel a DB 34/3527-2019-es A fokozatú szabványnak. Ez a folyamat a biológiai foszfor-eltávolítás (PAO-k által) és a kémiai foszfor-eltávolítás (PAC-vel) kombinált hatásán alapul. Amikor a víz hőmérséklete csökken, a PAO aktivitása gátolt, ami befolyásolja a biológiai foszfor eltávolítását. Ez az eljárás azonban kiegészíti a kémiai foszforeltávolítást 3,7 g/nap PAC adagolásával, stabil TP eltávolítási sebességet tartva fenn, és csökkentve a vízhőmérséklet-változások hatását a foszfor eltávolítására a kombinált eljárás során. Az A2O egység rendelkezett a legjobb TP eltávolítási teljesítménnyel. Az anaerob-anoxikus egység kifolyó átlagos TP-koncentrációja 2,48 mg/L volt, 32,61%-os eltávolítási arány mellett. Az aerob egység kifolyó átlagos TP koncentrációja 0,29 mg/L volt, az eltávolítási arány 59,51%. Az A2O egység teljes TP-eltávolítási aránya 92,12% volt. Az A2O-MBBR szakasz zavaros kialakítása nagymértékben képes eltávolítani a recirkulált kevert lúgban lévő nitrát-nitrogént, lehetővé téve az anaerob PAO-k számára, hogy alaposabban szabadítsák fel a foszfort az anaerob szakaszban, és teljesebben szívják fel a foszfort az aerob szakaszban, fokozva a biológiai foszforeltávolítást. Ezenkívül az aerob MBBR-tartály egyik oldalára adagolt kémiai foszforeltávolítás stabil TP-eltávolítási sebességet tartott fenn, a szennyvíz minősége pedig stabilan jobb, mint a DB 34/3527-2019-es A fokozatú szabvány. A biológiai foszfor eltávolítás az A2O-MBBR szakaszban főként akkor fordul elő, amikor a zavart anaerob tartályban lévő PAO-k szénforrásokat használnak a szerves anyag egy részének és az illékony zsírsavak polihidroxi-alkanoátokká (PHA-k) történő átalakítására. Amikor a szennyvíz a zavart anaerob tartályból az aerob MBBR tartályba áramlik, a PAO-k ezután PHA-kat használnak elektrondonorként a foszforfelvétel befejezéséhez. A biológiai foszfor eltávolítási teljesítményt azonban könnyen befolyásolja a PAO aktivitás, és az alacsony vízhőmérséklet korlátozza a PAO aktivitását. Ezért a stabil foszforeltávolítás elérése érdekében a kémiai foszforeltávolítást beépítették a folyamattervezésbe. Ezenkívül a szénalapú felszín alatti áramlásos vizes élőhely szubsztrátrétegének adszorpciója és az ökológiai tóban elmerült növények növekedése szintén elnyeli a foszfor egy részét.

Összefoglalva, a berendezés stabilan működött a tesztidőszak alatt, jó általános szennyezőanyag-eltávolító teljesítmény mellett. Az A2O-MBBR + CWs kombinált eljárás 68,40%, 89,45%, 73,94% és 94,04% átlagos eltávolítási arányt ért el a TN, NH esetében₄⁺-N, COD, illetve TP. Az átlagos szennyvízkoncentráció 11,69 mg/L, 3,50 mg/L, 26,9 mg/L és 0,22 mg/L volt, amelyek mindegyike megfelel a DB 34/3527-2019-es A fokozatú szabványnak. Wu Qiong és munkatársai kutatása. azt jelzi, hogy az A2O-MBBR eleveniszap és biofilm összetett folyamata, amely nagy mikrobiális mennyiséget, hosszú iszapkort, nagy térfogati terhelést, kis térfogatot és alapterületet, ütésterheléssel szembeni erős ellenállást, jó kifolyó minőséget és stabil működést jellemez. Ezenkívül a biofilmes eljárások denitrifikációs teljesítménye télen jobb, mint az eleveniszapos eljárásoké, így alkalmasabb az alacsony hőmérsékletű szennyvizek télen történő kezelésére. Ez a fő oka az A2O-MBBR szakasz jó szennyezőanyag-eltávolítási teljesítményének ebben a tanulmányban. Az A2O-MBBR + CWs kombinált eljárás ebben a tanulmányban hozzáad egy CWs polírozó kezelési zónát az A2O-MBBR eljárás alapján, tovább javítva a teljes tisztítási teljesítményt és a folyamat működési stabilitását. A TN és az NH eltávolítása₄⁺-N kevésbé volt hatással a szezonális vízhőmérséklet-változás, míg a KOI és a TP eltávolítását szinte nem befolyásolta a szezonális vízhőmérséklet. A tesztidőszak alatt erős lökésterhelésekkel szemben ellenálló volt, így alkalmassá vált a háztartási szennyvíz minőségének és mennyiségének nagy ingadozásával járó vidéki területeken történő használatra.

2.3 A kombinált folyamat gazdasági elemzése

Ennek a kombinált folyamatnak a költségei főként az építési költségeket és a szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeit tartalmazzák. Az építési költségek a kísérleti berendezés felállítására vonatkoztak, beleértve a tartálytestek, kiegészítő elektromos berendezések, közegek, víz alatti berendezések és csőszerelvények beszerzését, összesen körülbelül 3000 CNY-t. A kísérlet alatti 0,18 m³/nap maximális szennyvíztisztító kapacitás alapján az építési költség egy m³ tisztított szennyvízre kb. 16.700 CNY. Az üzemeltetési költségek főként az üzembe helyezési műveletekből származnak, beleértve a berendezések energiafogyasztását, a vegyszerköltségeket, az iszapártalmatlanítási költségeket és a munkaerőköltségeket. Az elektromos berendezések a következők: tápszivattyú (teljesítmény 2 W, Q=2.8 m³/d), recirkulációs szivattyú (teljesítmény 2 W, Q=2.8 m³/d), levegőztető (teljesítmény 5 W, levegőztetési sebesség =5 l/perc) és perisztaltikus adagolószivattyú (teljesítmény 2 W). A tényleges maximális használati teljesítmény alapján számolva: tápszivattyú 0,13 W, recirkulációs szivattyú 0,19 W, levegőztető 1,25 W, adagolószivattyú 2 W. A teljes tényleges használati teljesítmény 0,00357 kW, napi teljesítményfelvétel 0,086 kWh. A villamosenergia-fogyasztás m³ tisztított szennyvízre 0,48 kWh. 0,7 CNY/kWh ipari villamosenergia-árat használva az áram költsége 0,33 CNY/m³. A PAC vegyszerköltsége körülbelül 2,4 CNY/kg, a felhasználás 3,7 g/nap. M³ szennyvízre 20,56 g PAC szükséges, költsége 0,05 CNY/m³. Iszapártalmatlanítási költség=iszapmennyiség × térfogategységnyi iszapártalmatlanítási költség. Száraz iszaptermelés egy tonna vízre 0,09 kg. A települési szennyvíztisztító telepi iszapszállítás és ártalmatlanítási egységár 60 CNY/tonna alapján, az iszapártalmatlanítási költség tonnánként=0.09 kg × 0,06 CNY/kg=0.054 CNY. Mivel a kísérleti beállítás csak a működés utáni időszakos ellenőrzést igényelte, a munkaerőköltséget a tényleges mérnöki tapasztalatok alapján becsülték meg. A napi 10 000 tonnás üzemet 1-2 fő üzemelteti. Feltételezve, hogy egy ember fizetése 3000 CNY/hó, 2 fő esetén a munkaerőköltség mutató kb. 0,02 CNY/tonna víz. A költségek részleteit a4. táblázat. Összefoglalva, az operatív kezelés költsége körülbelül 0,46 CNY/m³. A szennyvíztisztító kapacitás növekedésével azonban csökkennének az egy tonnára jutó építési és üzemeltetési költségek. A kísérleti teszt során az építési és üzemeltetési költségek csak tájékoztató jellegűek.

3. Következtetések

Az A2O-MBBR + CWs kombinált eljárás jó teljesítményt mutatott a vidéki háztartási szennyvízkezelésben. A TP és KOI eltávolítását nagyrészt nem befolyásolta a víz hőmérsékletének változása. Az átlagos eltávolítási arányok TN, NH esetén₄⁺-N, TP, and COD reached 68.4%, 89.45%, 94.02%, and 73.94%, respectively. When water temperature ≤5°C, effluent quality stably met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. When water temperature >5 fokos, a szennyvíz minősége megfelelhet a GB 18918-2002 "Szennyezőanyagok kibocsátási szabványa a települési szennyvíztisztító telepekhez" A fokozatú szabványnak. Ez az eljárás hatékonyan tudja hasznosítani a rendszeren belüli szerves anyagokat szénforrásként a denitrifikáció fokozására, 50% feletti TN-eltávolítás fenntartásával még 0 fokos vízhőmérsékleten is.

Az A2O-MBBR + CWs kombinált folyamat optimális szennyvíztisztító kapacitása télen 120 l/nap volt, és 180 l/d a nem-téli szezonban. A szezonális vízhőmérséklet-változások (32 fokról fokozatosan 0 fokra csökkenve) csak bizonyos hatást gyakoroltak a kombinált eljárással történő nitrogéneltávolításra. A TN eltávolítási arány 79,19%-ról 51,38%-ra csökkent, az NH pedig₄⁺-N eltávolítási arány 99,52%-ról 74,77%-ra csökkent. A szennyvíz minősége még 0 fokon is stabilan megfelelt a DB 34/3527-2019 A fokozatú szabványnak, és az NH₄⁺-N eltávolítási arány továbbra is elérte a 74,77%-ot. Ennek előnye az IFAS rendszer, ahol az akár 1 hónapos iszapkor alacsony hőmérsékleten is biztosította a nitrifikációt. A folyamat stabilan működött a tesztidőszak alatt, erős ellenállást mutatva a víz hőmérséklet-változásaival szemben.

A kezdeti A2O-MBBR eljárás kétféle felfüggesztett biofilm hordozót használt a mikrobiális rögzítéshez, és így egy IFAS rendszert alkotott. A szén-alapú felszín alatti áramlású vizes élőhely többféle közegű töltőanyagot, köztük iszapos bioszenet, mészkövet és zeolitot használt, javítva a szűrési teljesítményt, miközben bőséges tapadási felületet biztosított a mikroorganizmusok számára, javítva a biológiai kezelési kapacitást. A kezdeti A2O-MBBR-eljárás IFAS-szal magas biomassza-koncentrációval rendelkezik. A hátsó CWs kompozit vizes élőhely polírozó kezelési szakaszként szolgál, tovább tisztítja a szennyvizet, így a teljes rendszer ellenállóbbá válik az ütési terhelésekkel szemben.

Az A2O-MBBR + CWs kombinált eljárás alkalmas a háztartási szennyvíz tisztítására vidéki területeken, ahol nagy a minőségi és mennyiségi ingadozás. Stabilan és hatékonyan működik, körülbelül 0,46 CNY/m³ kezelési költséggel. Ezenkívül az A2O-MBBR+CWs folyamatszakaszok rugalmasan beállíthatók a különböző szennyvíz szabványoknak, forgatókönyveknek és céloknak megfelelően. Ez a kombinált folyamat adatreferenciát és alapot biztosíthat a vidéki háztartási szennyvízkezelési projektekhez Kínában, erőforrás-felhasználási utat kínálhat a vidéki területeken lévő üres puszták számára, és széles körű piaci alkalmazási potenciállal rendelkezik a nemzeti trend szerint (nagy hangsúlyozva a vidéki környezet minőségének javítását.