Teljesítményoptimalizálás és mikrobiális közösség utódlása egy folyamatos-Flow anoxikus MBBR-AAO eljárásban a fokozott nitrogén- és foszforeltávolítás érdekében a települési szennyvízből

Teljesítményoptimalizálás és mikrobiális A folyamatos -Flow Anoxic MBBR-AAO folyamat közösségi utódlása

Az elmúlt években a városi szennyvíz korszerű tisztítása és az erőforrások újrahasznosításának megvalósítása forró téma lett a vízkörnyezet területén. A hagyományos nitrogén- és foszforeltávolítási eljárások azonban, amelyeket a szennyvíztisztító telepek széles körben alkalmaznak, nemcsak az erőforrások túlzott pazarlását eredményezik, hanem a működési költségeket is növelik [1]. Ezenkívül a városi szennyvíz szén--/nitrogén arányának (C/N) fokozatos csökkenése és a különböző funkcionális mikrobiális közösségek lakókörnyezetének különbségei a vízkezelési technológiák fontos korlátozó tényezőivé váltak.

Az iszap{0}}film hibrid MBBR-eljárás az eleveniszapos eljárást a lebegő hordozó biofilm-eljárással kombinálja a funkcionális mikroorganizmusok fokozott dúsítása érdekében, megoldva a hagyományos eleveniszapos eljárás [2] nagy kiterjedésű területfoglalásából és alacsony hőmérsékleti tűrőképességéből adódó problémákat. 2008-ban a Jiangsu tartományban található Wuxi Lucun szennyvíztisztító telep, mint az első kínai szennyvíztisztító telep, amely az IA osztályú szabványok szerint korszerűsítette és rekonstruálta, sikeresen javította a tisztítási hatást azáltal, hogy felfüggesztett hordozót adtak az iszaprendszerhez [3]; Hu Youbiao et al. [4] a hőmérséklet hatását vizsgálták az ammónia-nitrogén és a szerves anyagok eltávolítására az MBBR-ben és az eleveniszapban, és az eredmények azt mutatták, hogy a hőmérséklet kisebb hatással volt az MBBR-re, de nagyobb hatással volt az eleveniszapra; Zhang Ming et al. [5] az A²O-MBBR eljárást használta a vidéki háztartási szennyvizek kezelésére, így magas KOI, ammónia-nitrogén, TP és TN eltávolítási arányt ért el; Zhou Jiazhong et al. [2] kis{13}}léptékű kísérletek során megállapították, hogy a hőmérséklet pozitívan korrelált az iszap{14}film hibrid MBBR rendszerrel, míg a befolyó C/N arány negatívan.

Az anoxikus MBBR (AM{0}}MBBR) eljárás egyidejű denitrifikációt és foszforeltávolítást is megvalósíthat az anoxikus tartályban, ami egyben a denitrifikáló foszforeltávolító (DPR) folyamat is. A hagyományos szennyvízkezelési eljárásokkal összehasonlítva a DPR-eljárás szerves szénforrásokat takaríthat meg, és csökkentheti az oxigénfogyasztást. Zhang Yongsheng [6] et al. Folyamatos -áramú biofilm reaktort fejlesztettek ki, és az eredmények azt mutatták, hogy 20 fokos hőmérsékleten, 5,5 mg/l DO koncentrációnál, 2,2 kg/(m³·d) terhelésnél és szakaszos levegőztetési körülménynél anaerob 3 óra/aerob 6 óra, a KOI és az effluens átlagos koncentrációja phos7 mg/l foszfor/l. 0,67 mg/L, 72,9% és 78,5% eltávolítási arány mellett.

Az iszap-film hibrid AM-AAO rendszer esetében azonban összetett kapcsolat van a lebegő flokkuláló iszap és a hozzákapcsolt biofilm között. A korábbi tanulmányok olyan mérnöki gyakorlatokra összpontosítottak, mint a szennyvíztisztító telepek licitálása és rekonstrukciója, de kevés tanulmány létezik a szinkron nitrifikációról és a DPR-ről a nitrogén- és foszforeltávolítás fokozására folyamatos -flow iszap-filmhibrid AM-AAO rendszerekben, és a szennyezőanyag-eltávolítási technológia egyik folyamata a szennyezőanyag-eltávolítási technológia stabilitása is.

Ez a tanulmány optimalizálta a folyamatos-folyamatos-áramlás (AAO) és folyamatos-flow iszap-film hibrid (AM-AAO) indítási és működési stratégiáit, a levegőztetési sebesség, a töltőanyag adagolása, a hidraulikus retenciós idő (HRT), a C/N arány, a nitrifikációs folyadék reflux hőmérsékletére és a nitrifikációs folyadék visszafolyási hőmérsékletére gyakorolt hatásának vizsgálatára összpontosítva. az AM-MBBR folyamat hosszú távú nitrogén- és foszforeltávolítási teljesítménye, valamint a denitrifikáló foszfor eltávolítási hatékonysága az anoxikus tartályban. Ezzel párhuzamosan a mikrobiális közösségek szukcesszióját és a funkcionális mikrobaközösségek változási szabályait vizsgálták az eleveniszapban és a biofilmben.

1 Anyagok és módszerek

1.1 Kísérleti eszköz és működési paraméterek

Ebben a vizsgálatban folyamatos -áramú AAO reakcióeszközt (1. ábra) használtunk. Szerves üvegből készült, összesen 7 rekesszel, mindegyik 10 cm × 10 cm × 40 cm méretű; a munkatérfogat 21 liter volt, és az egyes reakciótartályok térfogataránya anaerob: anoxikus: aerob=2:2:3 volt. Az anaerob és anoxikus tartályokban mechanikus keverést alkalmaztak; az aerob tartály levegőztető homokfejeket használt mikro-porózus levegőztetőként és külső erőt az iszap{12}}víz keveréséhez, a levegőztetés sebességét pedig gázáramlás-mérő szabályozta. A DO-koncentrációt a reaktor aerob tartályában 2-3 mg/l-re szabályoztuk; a másodlagos ülepítő tartály körülbelül 40 liter üzemi térfogatú henger volt; az iszap retenciós idő (SRT) 40 nap volt, az iszap visszafolyási aránya 50%. A reaktor összesen 263 napig működött (6 üzemi fokozatra bontva), és a 159. naptól polietilén töltőanyagok kerültek az anoxikus tartályba, hogy AM-AAO üzemmódban működjenek. A konkrét működési feltételeket az 1. táblázat tartalmazza.

(1. ábra: AM-AAO technológiai berendezés sematikus diagramja: Az ábra vízbevezető vödröt, perisztaltikus szivattyút, anaerob tartályt, anoxikus tartályt, aerob tartályt, ülepítő tartályt, vízkivezető vödröt, valamint belső refluxot, iszap-visszafolyó csővezetékeket és leeresztő szelepeket tartalmaz)

1. táblázat A folyamatrendszer típusa és működési paraméterei

1.2. Az oltott iszap és a befolyó víz minősége

Ebben a kísérletben a beoltott iszapot egy szennyvíztisztító telep másodlagos ülepítő tartályából kibocsátott felesleges iszapból vettük. Az inokuláció után az iszap koncentrációja (MLSS) a reaktorban 2,3 g/l, az iszap illékony szilárdanyag (MLVSS) pedig 2,1 g/l volt.

A reaktor befolyója az éttermek tényleges háztartási szennyvize volt, amelyet a szennyeződések szűrőszitán történő szűrése után juttattak a reaktorba. Szennyezőanyagai közé tartozik az NH₄⁺-N (35.0456,54 mg/l), NO2⁻-N (00,42 mg/L), NO3⁻-N (00,05 mg/l), KOI (362,1605,1 mg/l), és PO₄3⁻-P (1-5,08 mg/L).

1.3 Észlelési elemek és elemzési módszerek

1.3.1. Rutinszerű észlelési módszerek

Az iszap-vízmintákat a befolyóból, az anaerob tartályból, az anoxikus tartályból, az aerob tartályból, az ülepítőtartályból és a szennyvízből vettük, és 0,45 μm-es szűrőpapírral szűrtük. Az NH₄⁺-N-t Nessler-féle spektrofotométerrel határoztuk meg; NO2⁻-N N-(1-naftil)etilén-diamin fotometriával határoztuk meg; A NO3⁻-N-t ultraibolya spektrofotometriával határoztuk meg; A KOI-t Lianhua 5B-3A COD többparaméteres gyorsdetektorral határoztuk meg; A pH/DO és a hőmérséklet meghatározása WTW Multi3620 detektorral történt; Az MLSS meghatározása gravimetriás módszerrel történt; Az MLVSS-t tokos kemencés tüzelésű tömegcsökkentési módszerrel határoztuk meg [7].

1.3.2 Extracelluláris polimer anyagok extrakciója és kimutatása

Az extracelluláris polimer anyagokat (EPS) úgy tekintik, mint amelyek poliszacharidokból (PS), fehérjékből (PN) és huminsavakból (HA) állnak. Az EPS három típusát, nevezetesen az oldható extracelluláris polimer anyagokat (S-EPS), a lazán kötött extracelluláris polimer anyagokat (LB-EPS) és a szorosan kötött extracelluláris polimer anyagokat (TB-EPS) elkülönítették és extrahálták. A PS meghatározásának módszere a kénsav-antron módszer volt, a PN és a HA meghatározási módszere pedig módosított Folin-Lowry módszer [7].

1.3.3 A szennyezőanyag eltávolítási arány számítási módszere

A szennyezőanyag eltávolítási arányt (SRE) használták az AM{0}}AAO folyamatrendszer teljes szennyezőanyag-eltávolításának jellemzésére. Ezek közül a Sinf és a Seff a befolyó és a kifolyó szennyezőanyag-koncentrációi, amelyek olyan szennyező anyagok tömegkoncentrációit képviselhetik, mint az NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, COD és PO₻ in{5}₁ influent szennyvíz, mg/L.

1.3.4 Nagy{1}}áteresztőképességű szekvenálási módszer

Illumina nagy{0}}áteresztőképességű szekvenálási módszert alkalmaztunk. Az 1., 110., 194. és 237. napon az anaerob tartályból, az anoxikus tartályból és az aerob tartályból származó iszapmintákat gyűjtöttük, és D01 csoportnak (D01_A1, D01_A2, D01_O), D110 csoportnak (D110_A1, D110_A4, D110_O2, D114, D114, D14, D14 D194_A2, D194_O) és D237 csoport (D237_A1, D237_A2, D237_O); A 194. és 237. napon biofilm iszapmintákat gyűjtöttünk, és M194-nek, illetve M237-nek neveztük el. Összesen 14 iszapmintát elemeztek a mikrobaközösségek változásaira. A DNS-t Fast DNA SPIN készlettel (MP Biomedicals, Santa Ana, CA, USA) extraháltuk. A bakteriális 16S rRNS gén V3-V4 régióját 338F/806R primerekkel amplifikáltuk. A tisztított amplikonokat az Illumina MiSeq PE300 platformon (Illumina, USA) a Shanghai Majorbio Biomedical Technology Co., Ltd. (Sanghaj, Kína) szekvenálta [7].

2 Eredmények és megbeszélés

2.1. Hosszú távú

A hosszú távú szennyezőanyag-eltávolítás a folyamatos-áramlású AAO folyamat során (1.3) és az AM-AAO eljárás szuszpendált polietilén töltőanyag hozzáadásával (4. szakasz6) a 2. ábrán látható.

Az 1. szakaszban (1-45 nap) a PO₄³⁻-P felszabadulási mennyiség (PRA) az anaerob tartályban, a PO₄³⁻-P felvett mennyiség az anoxikus tartályban (PUAA) és a PO₄³⁻-P felvett mennyiség az aerob tartályban (6 PUA.06 mg). 14,22 mg, illetve 87,81 mg, és a foszfor felvételi folyamat főként az aerob tartályban történt. Az NH₄⁺-N és az összes szervetlen nitrogén (TIN) eltávolítási aránya 92,85%, illetve 86.37% volt, biztosítva a denitrifikációs hatást. A levegőztetés finom-hangolása után (DO=2~3 mg/L) az NH₄⁺-N eltávolítási hatás 98,68%-ra nőtt, a kifolyó TIN koncentrációja és eltávolítási sebessége pedig 1,75 mg/L, illetve 95,75% volt, ami azt jelzi, hogy a folyamatok konfikciója és a DO-itrifikáció megfelelő beállítása. az anaerob tartály KOI-eltávolító hatása gyengült (91,60%). Ezenkívül a DO finom{23}beállítása nem volt hatással a kifolyó PO₄³⁻-P-re, átlagosan 0,47 mg/l, ami összhangban van Yang Sijing és munkatársai következtetésével. [8].

A 2. szakaszban (46-120 nap) a HRT=8 h beállítása után a KOI eltávolítási teljesítmény enyhén ingadozott; a PRA, PUAA és PUAO maximális értéke elérte a 148,01 mg-ot, 81,95 mg-ot és 114,15 mg-ot, ami azt jelzi, hogy a befolyó áramlás növekedése nem befolyásolta a foszfor eltávolítását, és fenntartotta a magas NH₄⁺-N és TIN eltávolítási teljesítményt. A 72. napon a nitrifikációs folyadék refluxarányát 300%-ra és 400%-ra növeltük. A refluxarány növekedése csökkentette a TIN eltávolítási hatást, az eltávolítási arány 80,37% (300%), illetve 68,68% (400%). A 108. naptól a 120. napig a nitrifikációs folyadék refluxarányát 250%-ban határoztuk meg. A KOI-eltávolítási mennyiség az anaerob tartályban 250%-os nitrifikációs folyadék visszafolyási arány mellett (127,1 mg/L) magasabb vagy egyenlő volt, mint a többinél (86.2 mg/L, 124,7 mg/L és 128,0 mg/L 200%, 300% és 400% esetén); a különböző refluxarányoknak megfelelő kifolyó foszforkoncentrációk 0,52 mg/L, 0,35 mg/L és 0,06 mg/L voltak, ami azt jelzi, hogy a nitrifikációs folyadék refluxarányának bizonyos tartományon belüli növelése elősegítheti a foszfor eltávolítását. Ezenkívül a 250%-os refluxarány jó denitrifikációs teljesítményt mutatott, az TIN eltávolítási aránya pedig 86.86%.

A 3. szakaszban (121-158 d) a nitrifikációs folyadék visszafolyási arányát 250%-ban rögzítették. A 131. napon a befolyó áramlás 5 l/h-ra nőtt, a KOI és a foszforeltávolító hatás csökkent, a szennyvíz koncentrációja 73,3 mg/L és 3,92 mg/L volt, ami azt jelzi, hogy a befolyó áramlás növekedése több KOI távozását eredményezte kezelés nélkül. Ezenkívül az NH₄⁺-N és TIN maximális eltávolítási aránya 93,82%, illetve 79,12% volt, amelyek közül a NO₃⁻-N lett a fő szennyező anyag a szennyvízben (4,70 mg/L). A 139. napon a befolyó áramlás 4 l/h-ra csökkent, a kifolyó KOI 55,7 mg/l, illetve 85,97% volt, ami magasabb volt, mint a HRT =5.6 óra széneltávolítási teljesítménye, ami azt jelzi, hogy a HRT csökkentése a KOI-eltávolító hatás csökkenéséhez vezethet. Ezenkívül az NH₄⁺-N és a TIN maximális eltávolítási aránya 100% és 97,41% volt, ami azt jelzi, hogy a HRT beállítása elősegítette a nitrifikációt és a denitrifikációt, de a túl rövid HRT a denitrifikációs hatás csökkenéséhez vezethet. Ezért a HRT=7 h alatt elegendő, ha az egyes tartályokban a reakciók teljesen lezajlanak, és a HRT jelentős növekedése csekély elősegítő hatással van a denitrifikációs hatásra.

A 159. napon 20%-os szuszpendált polietilén töltőanyagot adtunk az AAO eljárás anoxikus tartályába. A 4. szakaszban (159-209 d) a COD és a PO₄³⁻-P eltávolítási teljesítménye javult. A 172. naptól kezdődően a befolyó NH₄⁺-N koncentrációja 64,17 mg/L-re (C/N=8.59) emelkedett, a kifolyó KOI 77,7 mg/L és az eltávolítási sebesség 86.06% volt. Ennek oka az lehet, hogy a biofilm lassan nőtt, és az eleveniszap járult hozzá a legtöbb KOI eltávolításához; a felfüggesztett töltőanyagok 1,18%-kal növelték a PO₄³⁻-P eltávolítási arányt. Azonban a befolyó NH₄⁺-N növekedése az anoxikus tartályban több szénforrás szükségességét eredményezte a NO3⁻-N denitrifikációs folyamatához, ami nem kedvezett a PAO-k foszfor-felszabadulásának és felvételének; ugyanakkor ez a művelet nem csökkentette teljesen az NO3⁻-N-t, és a minimális kifolyó koncentráció 7,30 mg/L volt. A 185. napon, a HRT-t 5,6 órára módosítva, azt találták, hogy a KOI-eltávolító hatás enyhén ingadozott, az eltávolítási arány 86.05%; a kifolyó PO₄³⁻-P koncentrációja 0,05 mg/l-rel nőtt, amit a PUAA növekedése kísért (13,02 mg-ról 18,90 mg-ra), ami azt jelzi, hogy az iszap és a biofilm szinergetikusan fejt ki bizonyos foszforeltávolítási hatékonyságot. Ezenkívül a kifolyó NH₄⁺-N, NO₃⁻-N és TIN koncentrációja rendre 10,23 mg/L, 6,52 mg/L és 16,82 mg/L volt, ami azt jelzi, hogy a HRT csökkentése az NH₺N és 6} NH⁄⁄-eltávolítási hatások csökkenéséhez vezet. A 195. napon a HRT-t visszaállították 7 órára, ekkor a szennyvíz szennyezőanyag-tartalma csökkent, a rendszer nitrogén- és foszforeltávolító, valamint szervesanyag-eltávolító teljesítménye fokozatosan helyreállt.

Az 5. szakaszban (210-240 nap) a befolyó NH₄⁺-N koncentrációja 84,06 mg/L-re (C/N=6.28) emelkedett, és továbbra is az eleveniszap járult hozzá a szerves anyagok eltávolításához. Az NH₄⁺-N növekedése csekély hatással volt a KOI eltávolítására. Az anaerob tartályban elnyelt KOI aránya 68,02% volt, és a szerves anyag nagy részét az anaerob tartályban lévő PAO-k abszorbeálták és belső szénforrásokká (PHA-k) szintetizálták, és az anaerob foszforleadás teljesen befejeződött [9]. A maximális PRA 72,75 mg, a PUAA és PUAO 35,82 mg/l, illetve 48,20 mg/l volt, de a foszforfelvételhez továbbra is az aerob tartály járult hozzá. A 221. napon a töltési arányt 30%-ra növelték, és a kifolyó NH₄⁺-N és TIN koncentrációját 4,49 mg/l-rel, illetve 5,16 mg/l-rel csökkentették; ezek közül az NH₄⁺-N és az NO₃⁻-N a kifolyó TIN 70,11%-át, illetve 28,75%-át tette ki. A 231. napon a befolyó NH₄⁺-N koncentrációt 66,34 mg/L-re állítottuk be, és a rendszer szennyezőanyag-eltávolító teljesítménye alapvetően stabil volt.

A 6. szakaszban (241-263 d) a reaktor hőmérsékletét szabályozták, hogy megvizsgálják annak hatását a szennyezőanyag-eltávolításra. A 241. napon a hőmérséklet 18 fokra csökkent, a KOI eltávolítási sebesség 84,37%-ra csökkent, de a KOI változás szabálya nem változott a hőmérséklet csökkenése miatt. Az eltávolítási arány az anaerob tartályban volt a legmagasabb, 62,02%, a denitrifikáló foszfor eltávolítási folyamat az anoxikus tartályban a KOI 26,72%-át emésztette fel, az aerob tartály elfolyó folyadékának NO₃⁻-N koncentrációja 10,44 mg/L, és 8}5NH₄₺}50mg/L 8}5NH⁄1. maradt; emellett a PRA-t kevésbé befolyásolta a hőmérséklet, de az anoxikus tartály foszforfelvételi teljesítménye csökkent, a PUAA csak 19,77 mg, a foszfor pedig 3,94 mg/l-rel távolodott el az aerob tartályban. A legtöbb pszichrofil PAO aerob foszforfelvételi folyamatot végzett [10]. Amikor a hőmérsékletet tovább csökkentették 13 fokra, az NH₄⁺-N és TIN eltávolítási aránya 6,38%-kal, illetve 6,25%-kal csökkent; ugyanakkor a PUAA és a PUAO 7,77 mg-mal, illetve 15,00 mg-mal csökkent, ami összefüggésben állhat a hőmérsékletcsökkenés okozta mikrobiális aktivitás és növekedési és anyagcsere-kapacitás csökkenésével. Jin Yu [11] azt találta, hogy amikor a hőmérséklet 14 fok alatt van, nehéz garantálni a rendszerben a kifolyó szennyezőanyag-koncentrációt.

(2. ábra Szennyezőanyagok eltávolítása az AAO és AM{1}}AAO folyamatokban hosszú-távú működés során: Beleértve (c) az NH₄⁺-N koncentráció görbéit és az eltávolítási sebességet a műveleti napok függvényében, (d) az NOₓ⁻-N koncentráció görbéi a működési napok változásával, a vízszintes eltávolítási sebesség a napok változásával, (e) a vízszintes tengely a műveleti napok változásával. (0-260 d), a függőleges tengelyek pedig ρ (NH₄⁺-N)/(mg·L⁻¹), ρ (NO₃⁻-N)/(mg·L⁻¹), illetve az eltávolítási sebesség/%, a görbéken minden műveleti szakasz meg van jelölve.

2.2 Szennyezőanyag-változási szabályok az AAO és AM{1}}AAO folyamatok tipikus ciklusaiban

Az AAO és AM{0}}AAO folyamatok szennyezőanyag-eltávolítási mechanizmusának további feltárása érdekében a 3. ábrán látható módon elemeztük a szennyezőanyag-koncentráció változásait a különböző működési szakaszok jellemző ciklusaiban.

A 42. napon (1. szakasz) az AAO eljárás jó denitrifikációs és foszforeltávolító teljesítményt mutatott. A nagy befolyású KOI azonban nem javította a foszforfelszabadulási teljesítményt, és a PRA ekkor 9,13 mg/l volt. Ezenkívül az NH₄⁺-N már az anoxikus tartályba való belépéskor elfogyott; ezután az anoxikus tartály a keletkezett NO3--N-t N2-vé redukálta; az aerob tartály azonban csak 3,52 mg/l NH₄⁺-N-t távolított el, ami az 1. szakaszban a hosszú HRT-nek tudható be, ami az anoxikus tartályba visszakerült DO növekedéséhez vezetett, és az NH₄⁺-N nagy része befejezte a nitrifikációt az anoxikus tartályban, ami alacsony koncentrációjú aerob tartályt eredményezett.

A 118. napon (2. stádium) a befolyó KOI csökkenésével a foszforleadási és a denitrifikációs teljesítmény romlott. A foszfor felszabadulási koncentrációja az anaerob tartályban 5,91 mg/l, az NO3⁻-N koncentrációja az aerob tartály elfolyó folyadékában 8,20 mg/l volt. A PO₄3⁻-P koncentrációja az anoxikus tartályban 2,78 mg/L-re csökkent, ami azt jelzi, hogy a PO₄3⁻-P eltávolításra került az anoxikus tartályban. Ezenkívül a nitrifikációs folyadék visszafolyási arányát ekkor 250%-ban rögzítették. A 300%-os és 400%-os refluxarányhoz képest javult a folyamat nitrogén- és foszfor-eltávolító, valamint szervesanyag-eltávolítási teljesítménye, ami azt jelzi, hogy a nitrifikációs folyadék visszafolyásának bizonyos tartományon belüli növelése fokozhatja a szennyezőanyag-eltávolító hatást.

A 207. napon (4. stádium) az AM-AAO eljárásban befolyó NH₄⁺-N és HRT beállítása után a KOI eltávolítási arány 86.15% volt; az aerob tartály 13,34 mg/l NH₄⁺-N-t távolított el, a fennmaradó TIN-koncentráció 7,51 mg/L volt, és 4,39 mg/L NO₃⁻-N keletkezett, és az NO₃⁻-N vált a kibocsátott domináns szennyezőanyaggá. Nem volt szignifikáns különbség a foszfor eltávolítási hozzájárulásban az anoxikus tartály és az aerob tartály között. Ezenkívül a befolyó NH₄⁺-N növelése nem befolyásolta a nitrifikációt, de a befolyó TIN koncentrációjának növekedése csökkentette az AM-AAO folyamat denitrifikációs teljesítményét, ezáltal befolyásolva a TIN eltávolítását.

A 262. napon (6. szakasz) a reaktor hőmérséklete 13 °C volt, és a KOI eltávolítási sebesség ekkor 83,67% volt. Ugyanakkor az anaerob tartályban 6,95 mg/l foszfor szabadult fel; Az anoxikus tartály 20,22 mg/l NH₄⁺-N-t emésztett fel, és denitrifikációt végeztünk, az NO3⁻-N koncentrációja az anoxikus tartály elfolyó vizében 5,07 mg/l volt; az aerob tartály TIN-vesztesége 1,32 mg/l volt; a TIN eltávolítási arány 77,00%, a kifolyó TIN 11,24 mg/L NH₄⁺-N-t tartalmazott, ami arra utal, hogy az alacsony hőmérséklet csökkentette a nitrifikáló és denitrifikáló baktériumok aktivitását, ami a szennyvízből a szennyező anyagok hiányos eltávolítását eredményezte. Emellett a PRA 6,95 mg/l-re, az anoxikus tartály és az aerob tartály foszforfelvételi teljesítménye 2,41 mg/l-re, illetve 3,61 mg/l-re csökkent, ami azt jelzi, hogy a reaktor hőmérsékletének csökkenése gátolta a PAO-k foszforeltávolító teljesítményét, ami a PEFRAent nagymértékű csökkenéséhez vezetett. foszforkoncentráció.

(3. ábra Szennyezőanyag-változások tipikus ciklusokban: Beleértve (a) az AAO folyamat 42. napját, (b) az AAO folyamat 118. napját, (c) az AM-AAO folyamat 207. napját, (d) a szennyezőanyag koncentráció változási görbéket az AM-AAO folyamat 262. napján. Az egyes folyamatok vízszintes tengelye, koncentrációja m) szennyező (KOI, NH₄⁺-N, NO₃⁻-N, PO₄³⁻-P))

2.3 Az extracelluláris polimer anyagok (EPS) összetételének és tartalmának változásai az AAO és AM{1}}AAO folyamatokban

A kísérlet során a 101. napon (AAO folyamat) és 255. napon (AM-AAO folyamat) az EPS összetételében és tartalmában bekövetkezett változásokat határoztuk meg és elemeztük, a 4. ábra szerint. Összességében a 101. és 255. napon a teljes EPS tartalom a TB-EPS tartalom növekedésének tulajdonítható, és a PN {7}EPS fő ​​része a}EPS; a 101. napon a teljes EPS-tartalom az anaerob tartályban, az anoxikus tartályban és az aerob tartályban növekvő tendenciát mutatott (0,12 mg/gVSS, 0,29 mg/gVSS és 0,37 mg/gVSS); ezek közül az EPS-tartalom jelentősen megnőtt a nitrifikációs szakaszban, ami a belső mikroorganizmusok aktív metabolizmusának köszönhető, amikor a rendszert magas szén--/-nitrogén arányú (C/N=5.9) körülmények között üzemeltették [12]. A TB-EPS azonban pozitív szerepet játszott az iszappelyhek kialakulásában, míg az S-EPS és az LB-EPS negatív hatással [8]; ebben a kísérletben az S-EPS és LB-EPS tartalom viszonylag alacsony volt, ami feltételeket teremtett az iszap növekedéséhez; a folyamatos-áramú iszap-film hibrid rendszerben a flokkuláló iszap szerepe pótolhatatlan [2].

Ezenkívül a PN/PS változási szabályai az egyes reakciótartályok különböző iszaprétegeiben eltérőek voltak. A PN minden reakciótartályban mindig magasabb volt, mint a PS. A 101. napon az iszap S-EPS, LB-EPS és TB-EPS PN/PS aránya 0,06, 1,62 és 2,67 volt, míg a 255. napon 0,03, 1,30 és PN 3-as tendenciát mutatott. a külső réteg az iszapcellák belső rétegéhez. Amikor azonban a reaktor hőmérsékletét 13 fokra csökkentették, a teljes EPS-tartalom a három tartályban növekvő tendenciát mutatott (0,28 mg/gVSS, 0,41 mg/gVSS és 0,63 mg/gVSS). Ennek oka az lehet, hogy az alacsony hőmérséklethez alkalmazkodni nem tudó mikroorganizmusok elpusztultak vagy autolizálódtak, és ezek az elpusztult mikroorganizmusok EPS-t bocsátottak ki, ami az iszap EPS-tartalmának növekedéséhez vezetett, vagy az alacsony hőmérséklet hatására egyes pszichofil mikroorganizmusok több EPS-t választanak ki, hogy alkalmazkodjanak a reaktor hőmérséklet-csökkenéséhez [13].

(4. ábra Az EPS-tartalom és -összetétel változásai a 101. napon (AAO-folyamat) és a 255. napon (AM-AAO-folyamat): A bal oldalon az AAO-folyamat, a jobb oldalon az AM-AAO-folyamat látható. A vízszintes tengely a reakciótartály (anaerob vége, anoxikus vége, bal oldali tengely, aerob tengely vége, LPS tengely vége, aerob tengely vége, EB). tartalom (mg·gVSS⁻¹), a jobb függőleges tengely pedig a PN/PS arány. Tartalmazza a PN, PS és a teljes EPS tartalom hisztogramját, valamint a PN/PS arány vonaldiagramját.

2.4 A mikrobiális sokféleség és a populáció dinamikus közösségi utódlási szabályai

A nagy áteresztőképességű szekvenálási eredmények azt mutatták, hogy a 14 iszapminta szekvenciáinak száma 1 027 419 volt, és az egyes minták OTU szekvenciáinak száma a 2. táblázatban látható. A minták lefedettsége 0,995 felett volt, ami azt jelzi, hogy a szekvenálási eredmények nagy pontossággal rendelkeztek. A D01-es csoport a kezdeti mikrobiális közösség szerkezetét írta le, magas Ace-indexszel, ami azt jelzi, hogy az iszap nagy mikrobiális fajgazdagsággal rendelkezett a rendszer indulásakor-. A rendszer AAO-ról AM{11}}AAO-folyamattá való átalakulásával az Ace index csökkent, és az AM-AAO rendszerben csökkent a mikrobiális közösség gazdagsága. Emellett a Simpson-index is csökkent, ami azt jelzi, hogy a mikrobiális közösség diverzitása csökkent. Az Ace index változása szerint az anoxikus tartály biofilm mikrobaközösségében az összes fajszám csökkenő tendenciát mutatott; a Shannon index csökkenése igazolta, hogy a biofilmben a mikrobaközösség diverzitása csökkent.

2. táblázat A mikrobiális diverzitás indexének változása

The main phyla with relative abundance >A 14 minta 10%-át elemezték (5a. ábra). A D01 csoportban a domináns törzs az Actinobacteriota volt (25,76%)32,90%, proteobaktériumok (21,98%)27,16%, Bacteroidota (15,50%)18,36% és Firmicutes (10,37%)13,77%); azonban az Actinobacteriota relatív abundanciája (16,89%)19,16% és Firmicutes (3,83%)6,52%) a D110 csoportban csökkent, és a Proteobaktériumok relatív abundanciája nőtt (32,96%~40,75%). Az AM-AAO folyamatrendszerben az Actinobacteriota gyorsan, még 3%-nál is kevesebbre csökkent a D237 csoportban, míg a Proteobacteria (33,72%)43,54%, Bacteroidota (17,40%)24.19%), and Chloroflexi (12.46%~12.77%) have become the phyla with relatively high abundances. In addition, in sample M194, the phyla with relative abundance >10%-a Proteobacteria (35,26%) és Bacteroidota (30,61%) volt, ami azt jelzi, hogy a biofilm mikrobiális közösségének szerkezete hasonló az eleveniszaphoz. Az M237 mintában a Firmicutes relatív abundanciája 2% alá csökkent, az Acidobacteriota abundanciája (5,33%) pedig nőtt.

By creating a heat map (Figure 5b), the 14 samples were compared at the genus level (relative abundance >3%). Azt találták, hogy a D01 csoport domináns nemzetségei a Candidatus_Microthrix (11,32%)20,65%), norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 (3,97%6,36%, Trichococcus (6,99%)9,95%) és Ornithinibacter (3,99%)6,41%); a rendszer AM-AAO eljárással történő működtetése után a Candidatus_Microthrix relatív abundanciája meredeken 0,02%-ra csökkent (D237 csoport); míg a norank_f__norank_o__norank_c__SJA-28 először növekvő, majd csökkenő tendenciát mutatott (D237 csoport, 1,91%2,91%). Amikor a folyamat stabilan működött, az Azospira az egyik viszonylag domináns nemzetség lett (D237 csoport, 7,37%18,41%). Emellett a biofilm nemzetségek alapvetően hasonlóak voltak az iszaphoz, és a norank_f__norank_o__Run-SP154 relatív abundanciája az M194-ben és az M237-ben 6,61%~7,66% és 7,43% volt.

A rendszerben összesen 12 ammónia-oxidáló baktérium (AOB), nitrit-oxidáló baktérium (NOB), glikogén-felhalmozó szervezet (GAO) és foszfor-felhalmozó szervezet (PAO) nemzetsége és 1 családja (Table) került kiválasztásra a rendszerben 3 elemzésre. Azt találták, hogy a D01 csoportban a Nitrosomonas (0,02%)0,03%), Ellin6067 (0,01%0,02% és Nitrospira (0,04%)0,07%) biztosíthatja az NH₄⁺-N oxidációs teljesítményét. A D110 csoportban a Nitrosomonas és Nitrospira csökkenését a magas belső refluxarány okozhatja, de az Ellin6067 (0,01%)0,02%) nem zavarta. A D194-es csoportban a rendszer AM-AAO eljárással működött, és a HRT csökkentése kimosta a NOB-t és néhány AOB-t. A beáramló ammónia-nitrogén növekedése lehet az oka a fenti három nemzetség relatív egyedszámának növekedésének a D237 csoportban (5b. ábra). Ezenkívül AOB (Nitrosomonas és Ellin6067, 0,03%0,07% és NOB (Nitrospira, 0,01%)0,02%) az M237 mintában enyhe növekedést mutatott, ami azt jelzi, hogy a biofilm segítette az iszaprendszert a denitrifikációs folyamat elérésében.

A D01 csoportban a PAO-k széles skálája volt, köztük az Acinetobacter, Candidatus_Accumulibacter, Candidatus_Microthrix, Defluviimonas, Pseudomonas és Tetrasphaera. A Candidatus_Microthrix (10,93%~11,88%) és a PAO-k változása relatív gyakorisággal<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 és 0,31%0,39% [14]. A D237 csoportban a Candidatus_Microthrix majdnem kiürült (0,02%), és a PAO-k, amelyek helyettesítették a foszforeltávolító funkciót, a Defluviimonas (0,70%)1,07% és Dechloromonas (0,95%)1,06%); ezen túlmenően a Comamonadaceae család foszforeltávolító képessége is bizonyított [8], és a Comamonadaceae relatív előfordulása az anaerob tartályban vagy anoxikus tartályban viszonylag magas volt, körülbelül kétszerese az aerob tartályban lévőnek. Ezenkívül a Candidatus_Competibacter és a Defluviicoccus voltak a GAO-k domináns nemzetségei minden mintában, de a két nemzetség abundanciája a D01 csoportban<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].

(5. ábra Mikrobaközösség összetétele: (a) A relatív abundancia oszlopdiagramja a törzs szintjén. A vízszintes tengely a minta, a függőleges tengely a relatív abundancia/. Tartalmazza a főbb törzseket, mint például az Actinobacteriota és a Proteobacteria; (b) A relatív abundancia hőtérképe nemzetség szintjén. A vízszintes tengely a minta relatív mélysége, a tengely domináns színe. bőség)

3. táblázat Funkciós csoportok bősége 14 biológiai mintában

3 Következtetések

A tényleges szennyvizet használva tisztítási objektumként, optimalizálták az AM{0}}AAO folyamat működési feltételeit. Megállapítást nyert, hogy ha a folyamatot HRT=7 h, 25 fok körüli hőmérséklet, belső reflux=250%, SRT=40 d, iszap reflux=50% és anoxikus tartálytöltő töltési sebesség=30% mellett végezték, akkor volt a legjobb a szennyezőanyag-eltávolító hatás. A maximális NH₄⁺-N eltávolítási arány 98,57% volt; a szennyvíz NO₃⁻-N koncentrációja, PO₄³⁻-P koncentrációja, TIN eltávolítási sebessége és KOI eltávolítási sebessége rendre 6,64 mg/L, 0,42 mg/L, 83,08% és 86.16% volt.

Az anaerob tartály jó szervesanyag-eltávolítási és foszforleválasztási folyamatokat végzett, a KOI 64,51%-a és 9,77 mg/l foszfor szabadult fel egyszerre; az anoxikus tartály jó denitrifikáló foszforeltávolítási reakciókat hajtott végre; az aerob tartály teljes nitrifikációs és foszforfelvételi folyamatokat hajtott végre, az NH₄⁺-N eltávolítási sebesség és a PUAO 97,85%, illetve 59,12 mg volt.

Ha az AM{0}}AAO folyamat stabilan működött, az AOB (Ellin6067 és Nitrosomonas, 0,02% ~ 0,04% → 0,04%0,12%) és NOB (Nitrospira, 00.01% → 0.02%0,04%) biztosította a nitrifikáció megfelelő előrehaladását, és az NH₄⁺-N eltávolítási sebessége 8,35%-kal nőtt; GAO-k (Candidatus_Competibacter és Defluviicoccus, 1,31%1.61% → 3.49%4,46%) uralta az endogén denitrifikációs folyamatot; PAO-k (Defluviimonas, Dechloromonas és Comamonadaceae család, 3,29%) növekedése8,67% → 3,79%~9,35%) volt az oka a jó foszforeltávolítási teljesítmény fenntartásának; emellett az anoxikus tartály biofilm mikrobaközösségi szerkezete alapvetően hasonló volt az eleveniszapéhoz, ami együttesen garantálta a rendszer nitrogén- és foszforeltávolító teljesítményét.