A/O-إزالة النيتروجين MBBR: دراسة تجريبية-دراسة على نطاق متوسط-درجات حرارة منخفضة

-دراسة تجريبية على نظام A/O متعدد-المراحل-MBBR لإزالة النيتروجين عند درجات حرارة متوسطة-منخفضة

ملخص

في السنوات الأخيرة، حققت الصين نتائج مهمة في إدارة البيئة المائية، لكنها لا تزال تواجه مشكلات مثل نقص موارد المياه، وتلوث البيئة المائية، والضرر البيئي المائي. من منظور حماية الموارد المائية، ومنع تلوث المياه، واستعادة البيئة المائية، فإن التعزيز المستمر لتحسين كفاءة وفعالية معالجة مياه الصرف الصحي له أهمية كبيرة لزيادة معدلات استخدام موارد المياه، وتحسين جودة البيئة المائية، وتعزيز نوعية الحياة الوطنية، وتسريع بناء البيئة البيئية، والفوز في المعركة من أجل المياه النظيفة. في الوقت الحالي، واستنادًا إلى "معيار تصريف الملوثات لمحطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية" (GB18918-}2002)، اقترحت الحكومات المحلية على التوالي متطلبات جديدة لجودة النفايات السائلة في محطات معالجة مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية، مع متطلبات أكثر صرامة بشكل خاص على مؤشرات مثل المادة العضوية ونيتروجين الأمونيا والنيتروجين الإجمالي. تواجه تقنيات معالجة المياه التقليدية المتمثلة في عملية الحمأة المنشطة اختناقات مثل النترجة البيولوجية المحدودة عند درجات حرارة منخفضة. أظهرت العديد من الدراسات أن أداء النترجة لعملية الحمأة المنشطة يتناقص بشكل ملحوظ في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة-، مصحوبة بمشكلات مثل تراكم الحمأة الشديد والزبد البيولوجي. لذلك، أصبح اختراق عنق الزجاجة في درجات الحرارة المنخفضة وتحقيق إزالة النيتروجين البيولوجي بشكل مستقر وفعال مشكلة ملحة يجب حلها في مجال معالجة مياه الصرف الصحي. تم تطبيق تقنية مفاعل الأغشية الحيوية ذات السرير المتحرك (MBBR) في مئات من محطات معالجة مياه الصرف الصحي في جميع أنحاء العالم. ونظرًا لحالة النمو المرتبطة بالأغشية الحيوية داخل المفاعل وقدرتها على التجديد المستمر، فإنها لا تمتلك كتلة حيوية عالية فحسب، بل تحافظ أيضًا على نشاط عالٍ. تشير نتائج التطبيق في بلدان الشمال الأوروبي أيضًا إلى أن لديها قدرة أكبر على التكيف مع درجات الحرارة المنخفضة مقارنة بعملية الحمأة المنشطة.

لهذا السبب، تستخدم هذه الدراسة، التي تستهدف خصائص مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية في الصين، مزايا MBBR وعملية Anoxic/Oxic (A/O) متعددة المراحل لإزالة النيتروجين البيولوجي لبناءنظام مقياس -A/O-MBBR تجريبي-ثلاثي المراحل. تم فحص قدرة النظام على إزالة المواد العضوية ونيتروجين الأمونيا وإجمالي النيتروجين غير العضوي تحت ظروف درجة الحرارة المنخفضة المتوسطة-. تم تحليل قدرة النترجة والتغيرات المورفولوجية للأغشية الحيوية في ظل ظروف تجريبية ثابتة، مما يوفر الدعم الفني لتحقيق إزالة مستقرة وفعالة للنيتروجين من مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية في ظل ظروف درجة حرارة منخفضة - ولإنشاء وتنظيم أنظمة A/O- MBBR متعددة المراحل.

1. المواد والأساليب

1.1 تجريبي- مقياس الإعداد التجريبي للنظام ووضع التشغيل

يتم عرض تدفق العملية لنظام مقياس -المراحل A/O-MBBR التجريبي- المكون من ثلاث مراحل فيالشكل 1. يتكون نظام المقياس التجريبي- من ثلاث مراحل لنقص الأكسجين/الأكسجين (A/O)، مقسمة إلى 10 مناطق تفاعل إجمالاً.المرحلة الأولى-.يتكون النظام الفرعي A/O-MBBR من مناطق تفاعل نقص الأكسجين (A1، A2) ومناطق التفاعل الهوائية (O3، O4).المرحلة الثانية-.يتكون النظام الفرعي A/O-MBBR من مناطق تفاعل نقص الأكسجين (A5، A6) ومناطق التفاعل الهوائية (O7، O8).المرحلة الثالثة-.يتكون النظام الفرعي A/O-MBBR من منطقة تفاعل نقص الأكسجين (A9) ومنطقة تفاعل هوائية (O10). الحجم الفعال لتبلغ مساحة كل منطقة تفاعل المذكورة أعلاه 1.4 متر مكعب (1 م * 1 م * 1.4 م)، مع عمق مياه فعال يبلغ 1.4 م. تمت إضافة حوامل الأغشية الحيوية المعلقة (الوسائط) بمساحة سطحية محددة تبلغ 500 متر مربع/م3 إلى كل جزء من منطقة التفاعل، مع نسبة تعبئة حامل تبلغ 35% للجميع. تم استخدام الخلط الميكانيكي في مناطق تفاعل نقص الأكسجين للحفاظ على الناقلات مميعة، بينما تم استخدام تهوية الأنابيب المثقبة في مناطق التفاعل الهوائية، للتحكم فيتركيز الأكسجين المذاب 3-9 ملغم / لتر.

كان معدل التدفق الفعلي لنظام المقياس التجريبي- هو (23.6 + 5.4) م³/ي، باستخدام توزيع التدفق المؤثر من نقطتين-، مع تعيين نقاط الدخول عند مناطق التفاعل A1 وO5، ونسبة التدفق 1:1. يحتوي نظام الميزان التجريبي - على مجموعتين من إعادة تدوير السائل الآزوتي (من O4 إلى A1، ومن O8 إلى A5)، مع نسبة إعادة تدوير تتراوح من 100% إلى 200% (استنادًا إلى معدل التدفق لكل مرحلة). لضمان عملية نزع النتروجين المناسبة بعد -، تمت إضافة 50-90 مجم/لتر من أسيتات الصوديوم (محسوبة كـ COD) كمصدر كربون خارجي في منطقة التفاعل A9. تم تقسيم الدراسة التجريبية بأكملها إلى مرحلتين: المرحلة الأولى - درجة الحرارة العادية (18-29 درجة)؛ المرحلة الثانية - درجة حرارة متوسطة إلى منخفضة (10-16 درجة).

1.2 اختبار المياه

تم إجراء الاختبار التجريبي في-الموقع في محطة معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية في مدينة تشينغداو. تم أخذ مياه الاختبار من التدفقات السائلة من خزان الترسيب الأولي لهذه المحطة ودخلت إلى النظام التجريبي بعد المعالجة المسبقة المعززة عن طريق التعويم. يتم عرض ظروف جودة المياه بعد المعالجة المسبقة للتعويم المحسنةالجدول 1.

1.3 مؤشرات وطرق الكشف

1.3.1 المؤشرات التقليدية

تم قياس المؤشرات التقليدية مثل SCOD وNH₄⁺-N وNO₂⁻-N وNO₃⁻-N وSS وMLSS وMLVSS باستخدام الطرق القياسية من "طرق مراقبة وتحليل المياه ومياه الصرف الصحي". تم قياس الأكسجين المذاب ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة وORP باستخدام أمقياس الأكسجين المذاب المحمول (HACH HQ40d). تم قياس سمك البيوفيلم باستخداممجهر مضان مقلوب (أوليمبوس، IX71).

1.3.2 تجربة النترجة الثابتة

أثناء تشغيل النظام، تم أخذ عينات من الناقلات من المناطق الهوائية بشكل دوري لقياس قدرة النترجة للأغشية الحيوية في ظل ظروف التفاعل الثابت. تم وضع الحاملات من كل منطقة تفاعل هوائية في مفاعل سعة 5 لتر، مع نسبة تعبئة مماثلة للنظام التجريبي بنسبة 35%. تم تكوين ماء الاختبار صناعيًا بواسطة محلول NH₄Cl بتركيز كتلة يبلغ 20-25 مجم/لتر (محسوبًا على أنه N). أثناء التجربة، تم استخدام مضخة هواء صغيرة للتهوية للحفاظ على الناقلات مميعة مع التحكم في الأكسجين المذاب عند 7-11 ملجم / لتر. كانت مدة الاختبار ساعتين، مع فترات أخذ العينات 30 دقيقة، وقياس التغير في تركيز NH₄⁺-N لحساب قدرة النترجة للأغشية الحيوية في ظل ظروف التفاعل الثابت.

2. النتائج والتحليل

2.1 الأداء التشغيلي للنظام التجريبي -المراحل A/O-MBBR

يظهر الأداء التشغيلي للنظام التجريبي -المراحل A/O-MBBR فيالشكل 2. في مرحلة درجة الحرارة العادية (المرحلة الأولى)، مع درجة حرارة تفاعل تبلغ 18-29 درجة، ومعدل تدفق معالجة يبلغ (23.6+5.4) m³/d، وجرعة مصدر كربون تبلغ 50 مجم/لتر (محسوبة كـ COD، كما هو موضح أدناه) في منطقة نقص الأكسجين في النظام الفرعي الثالث -المرحلة A/O-MBBR، SCOD المؤثر في النظام، NH₄⁺-N، وكانت تركيزات TIN (160 ± 31)، (35.0 ± 7.2)، و (35.8 ± 7.0) ملغم / لتر، على التوالي، وكانت تركيزات النفايات السائلة المعالجة (27 ± 8)، (0.6 ± 0.5)، و (2.7 ± 2.2) ملغم / لتر، على التوالي، معمتوسط ​​معدلات الإزالة تصل إلى 83.1%، 98.3%، و92.5%. في مرحلة درجة الحرارة المتوسطة- المنخفضة (المرحلة الثانية)، مع درجة حرارة تفاعل تبلغ 10-16 درجة، نفس معدل تدفق المعالجة البالغ (23.6+5.4) م³/ي، وجرعة مصدر الكربون 50-90 مجم/لتر في منطقة نقص الأكسجين في المرحلة الثالثة- من النظام الفرعي A/O-MBBR، SCOD المؤثر للنظام، كانت تراكيز NH₄⁺-N وTIN (147±30)، (38.3±2.1)، و(39.6±2.3) ملجم/لتر، على التوالي، وكانت تراكيز التدفقات السائلة (26±6)، (0.4±0.6)، و(6.8±3.6) ملجم/لتر، على التوالي.متوسط ​​معدلات الإزالة تصل إلى 82.3%، 99.0%، و82.8%. علاوة على ذلك، خلال الأيام 56-62 من تشغيل النظام، عندما كانت جرعة مصدر الكربون 50 مجم/لتر، ظهر تراكم كبير لـ NO₂⁻-N في منطقة التفاعل A9. ومع ذلك، بعد زيادة جرعة مصدر الكربون تدريجيًا إلى 90 مجم/لتر، اختفى تراكم NO₂⁻-N في منطقة التفاعل A9 تدريجيًا، وانخفض تركيز TIN المتدفق إلى مستوى معقول.

2.2 التغيرات في قدرة نترجة الأغشية الحيوية في كل منطقة تفاعل هوائية تحت درجات حرارة تفاعل مختلفة

لتقييم التغيرات في قدرة النترجة لنظام MBBR -المراحل الثلاثة A/O- من منظور شامل، تم تحليل معدل مساهمة النترجة NH₄⁺-N وقدرة النترجة للأغشية الحيوية في كل منطقة تفاعل هوائية تحت درجات حرارة تفاعل مختلفة، مع النتائج الموضحة فيالشكلان 3 و 4، على التوالى.

الشكل 4: حمل إزالة النترجة ومنحنيات التركيب في المناطق الهوائية للمرحلة الأولى والثانية من الأنظمة الفرعية A/O-MBBR تحت درجات حرارة تفاعل مختلفة

منالشكل 3، يمكن ملاحظة أنه في نظام -المرحلة A/O-MBBR الثلاث، وبسبب تأثير النقطتين-، فإن مناطق التفاعل O3 وO4 في النظام الفرعي -المرحلة A/O-MBBR الأول ومناطق التفاعل O7 وO8 في النظام الفرعي -المرحلة A/O-MBBR الثاني تحمل حمل النترجة الرئيسي النظام. في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة العادية والمتوسطة-، يكونكانت معدلات مساهمة النترجة NH₄⁺-N لهذين النظامين الفرعيين 43.1% و49.6% و33.8% و54.0% على التوالي.. يوضح هذا أنه في ظل ظروف درجة الحرارة المنخفضة المتوسطة-، كان معدل مساهمة النترجة NH₄⁺-N للنظام الفرعي للمرحلة الثانية-أعلى بنسبة 20.2% من النظام الفرعي للمرحلة الأولى-.

منالشكلان 4 (أ) و (ج)، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O3 وO7 تحت درجة الحرارة العادية، فهي مناطق التفاعل الرئيسية في نظام MBBR الثلاث -المرحلة A/O- لتحلل المادة العضوية جنبًا إلى جنب مع وظيفة النترجة. عندما كان حمل إزالة SCOD لكل مساحة سطح حامل (يُختصر بـ "حمل إزالة SCOD"، محسوبًا كـ COD) أقل من 2.0 جم / (م² · د) وكان حمل النترجة لكل مساحة سطح حامل (يُختصر بـ "حمل النترجة"، محسوبًا كـ N) أقل من 1.6 جم / (م² · د)، كانت العلاقة بين حمل إزالة النترجة لكل مساحة سطح حامل (يُختصر بـ "حمل إزالة النترجة"، يُحسب بـ N) و يتبع حمل النترجة تفاعل خطي من الرتبة الأولى، بميل قدره 0.83 و0.84، على التوالي. عندما زاد حمل النترجة إلى 1.6-6.0 جم/(م²·د)، اتبعت العلاقة بين حمل إزالة النترجة وحمل النترجة تفاعل ترتيب صفري، مع متوسط ​​أحمال إزالة النترجة المقابلة يبلغ 1.31 و1.34 جم/(م²·د)، على التوالي. عندما كان حمل إزالة SCOD 2.0-4.0 جم / (م² · د) وكان حمل النترجة 1.6 - 6.0 جم / (م² · د)، على الرغم من أن علاقة التفاعل ذات الترتيب الصفري بين حمل إزالة النترجة وحمل النترجة ظلت دون تغيير، انخفض متوسط ​​أحمال إزالة النترجة المقابلة إلى 0.95 و 0.97 جم / (م² · د)، على التوالي. بالنسبة للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O3 وO7 تحت درجة حرارة متوسطة إلى منخفضة، عندما كان حمل إزالة SCOD أقل من 2.0 جم/(م²·د) وكان حمل النترجة أقل من 1.1 جم/(م²·د)، انخفضت المنحدرات الخطية لحمل إزالة النترجة مقابل حمل النترجة إلى 0.71 و0.81 على التوالي. عندما زاد حمل النترجة إلى 1.1-6.0 جم/(م²·د)، انخفض متوسط ​​أحمال إزالة النترجة المقابلة إلى 0.78 و0.94 جم/(م²·د)، على التوالي، وهو ما يمثل انخفاضًا بنسبة 40.4% و19.4% مقارنة بظروف درجة الحرارة العادية. عندما زاد حمل إزالة SCOD إلى 2.0-4.0 جم/(م²·د)، انخفض متوسط ​​أحمال إزالة النترجة المقابلة إلى 0.66 و0.91 جم/(م²·د)، على التوالي، وهو ما يمثل انخفاضًا بنسبة 30.5% و6.2% مقارنة بظروف درجة الحرارة العادية. كانت قدرة النترجة للأغشية الحيوية في منطقة تفاعل O3 متوافقة مع نتائج بحث HEM et al. في ظل الظروف المقابلة. ومع ذلك، من الجدير بالذكر أنه في ظل ظروف درجات الحرارة المتوسطة والمنخفضة، مقارنة بالأغشية الحيوية لمنطقة تفاعل O3، أظهر الغشاء الحيوي لمنطقة تفاعل O7 قدرة نترجة أقوى.

منالشكلان 4 (ب) و (د)، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O4 وO8 تحت درجة الحرارة العادية، فهي مناطق التفاعل في نظام MBBR الثلاث -المرحلة A/O- الذي يخدم في المقام الأول وظيفة النترجة التكميلية. عندما كان حمل إزالة SCOD أقل من 1.0 جم/(م²·د) وكان حمل النترجة أقل من 1.3 جم/(م²·د)، اتبعت العلاقة بين حمل إزالة النترجة وحمل النترجة تفاعل خطي من الدرجة الأولى -، بمنحدرات قدرها 0.86 و0.88، على التوالي. عندما زاد حمل النترجة إلى 1.3-3.0 جم/(م²·د)، اتبعت العلاقة بين حمل إزالة النترجة وحمل النترجة تفاعل ترتيب صفري، مع متوسط ​​أحمال إزالة النترجة المقابلة يبلغ 1.11 و1.13 جم/(م²·د)، على التوالي. في ظل ظروف درجات الحرارة المتوسطة المنخفضة، عندما كان حمل إزالة SCOD أقل من 1.0 جم / (م² · د) وكان حمل النترجة أقل من 1.0 جم / (م² · د)، انخفضت المنحدرات الخطية لحمل إزالة النترجة مقابل حمل النترجة إلى 0.72 و 0.84، على التوالي. عندما زاد حمل النترجة إلى 1.0-3.0 جم/(م²·د)، كان متوسط ​​أحمال إزالة النترجة المقابلة 0.72 و0.86 جم/(م²·د)، على التوالي، وهو ما يمثل انخفاضًا بنسبة 35.1% و23.9% مقارنة بظروف درجة الحرارة العادية.

من التحليل أعلاه، يمكن ملاحظة أنه في ظل درجات الحرارة المتوسطة-المنخفضة، حدثت نقاط انعطاف للعلاقة بين حمل إزالة النترجة وحمل النترجة للأغشية الحيوية في كل منطقة تفاعل مبكرًا مقارنة بدرجة الحرارة العادية. وتتوافق هذه الظاهرة نسبيًا مع نتائج أبحاث صفوات. بشكل عام، على الرغم من أن قدرة النترجة للأغشية الحيوية في كل منطقة هوائية للنظام أظهرت اتجاهًا تنازليًا تحت درجات حرارة متوسطة-منخفضة،زادت قدرة النترجة للأغشية الحيوية في منطقة تفاعل O7 في النظام الفرعي -المرحلة A/O-MBBR الثاني بنسبة 20.5%-37.9% مقارنة بمنطقة تفاعل O3، كما زادت قدرة النترجة للأغشية الحيوية في منطقة تفاعل O8 بحوالي 19.4% مقارنة بمنطقة تفاعل O4. يشير هذا إلى أن إعداد منطقة تفاعل المرحلة-الثانية في نظام MBBR الثلاث-المرحلة A/O- مفيد في تحسين قدرة النترجة الإجمالية للنظام.

2.3 التغييرات في قدرة إزالة النتروجين بيوفيلم في كل منطقة رد فعل الأكسجين تحت درجات حرارة رد فعل مختلفة

لتقييم التغيرات في قدرة إزالة النتروجين لنظام MBBR -المراحل الثلاثة A/O- من منظور شامل، قامت هذه الدراسة بتحليل قدرة إزالة النتروجين للأغشية الحيوية في كل منطقة تفاعل نقص الأكسجين تحت درجات حرارة تفاعل مختلفة، مع إظهار النتائج فيالشكل 5.

الشكل 5: حمل إزالة النتروجين في كل منطقة نقص الأكسجين في نظام MBBR الثلاث -المرحلة A/O- تحت درجات حرارة تفاعل مختلفة

منالشكلان 5 (أ) و (ج)، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة لمناطق تفاعل نقص الأكسجين A1 و A5، فهي مناطق إزالة النتروجين الرئيسية في نظام MBBR الثلاث -المرحلة A/O- الذي يستخدم مصادر الكربون في الماء الخام كركيزة. في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة العادية والمتوسطة -، عندما تكون نسبة الكربون نزع النتروجين المقابلة لنقص الأكسجين - إلى - نسبة النيتروجين (ΔCBSCOD / CNOx--N) أكبر من 5.0 وكان حمل إزالة النتروجين لكل مساحة سطح حامل (يُختصر باسم "حمل إزالة النتروجين"، يُحسب كـ NOx--N) أقل من 0.95 جم / (م²·د)، العلاقة بين حمل إزالة النتروجين لكل مساحة سطح حامل (يُشار إليه اختصارًا بـ "حمل إزالة النتروجين"، يُحسب بـ NOx--N) وحمل إزالة النتروجين يتبع تفاعل خطي من الدرجة الأولى-، بميل قدره 0.87، 0.88 و0.82، 0.84، على التوالي. عندما زاد حمل إزالة النتروجين فوق 0.95 جم / (م² · د)، اتبعت العلاقة بين حمل إزالة النتروجين وحمل إزالة النتروجين رد فعل ترتيب صفر -، مع متوسط ​​أحمال إزالة النتروجين المقابلة البالغة 0.82، 0.82 جم / (م² · د) و 0.78، 0.77 جم / (م² · د)، على التوالي. مع انخفاض ΔCBSCOD / CNOx--N، تحولت نقطة انعطاف العلاقة بين حمل إزالة النتروجين وحمل إزالة النتروجين إلى الأمام، وأظهر المنحدر الخطي في ظل ظروف الحمل المنخفض اتجاهًا هبوطيًا، وفي الوقت نفسه، أظهر متوسط ​​حمل إزالة النتروجين في ظل ظروف الحمل العالي أيضًا اتجاهًا هبوطيًا. تشير هذه النتائج إلى أنه بالنسبة لإزالة النتروجين من الأغشية الحيوية في مناطق التفاعل A1 وA5 باستخدام مصادر الكربون في الماء الخام، فإن نسبة الكربون إلى النيتروجين هي العامل الرئيسي الذي يحدد وظيفة إزالة النتروجين، وفي ظل ظروف جودة مياه الاختبار، يجب أن تكون نسبة الكربون إلى النيتروجين المثالية لمناطق تفاعل نقص الأكسجين A1 وA5 أكبر من 5.

من الشكلين 5 (ب) و (د)، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة لمناطق تفاعل نقص الأكسجين A2 وA6، نظرًا لأن مناطق تفاعل نقص الأكسجين A1 وA5 أزالت واستهلكت مصادر الكربون في مياه الصرف الصحي الخام ومعظم النترات التي يحملها تدفق إعادة التدوير، كانت مناطق تفاعل نقص الأكسجين A2 وA6 عبارة عن حالة تحميل طويلة-قصيرة للركيزة-منخفضة-. لذلك، في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة العادية والمتوسطة، عندما كان ΔCBSCOD / CNOx--N بين 1.0-2.0 وكان حمل إزالة النتروجين أقل من 0.50 جم/(م²·د)، كانت المنحدرات الخطية لحمل إزالة النتروجين مقابل حمل إزالة النتروجين 0.51 و0.40 و0.47 و0.37 فقط على التوالي. علاوة على ذلك، عندما زاد حمل إزالة النتروجين إلى 0.50-1.50 جم/(م²·د)، كان متوسط ​​أحمال إزالة النتروجين المقابلة 0.25 و0.20 و0.20 و0.17 جم/(م²·د) على التوالي. ومع ذلك، أظهرت نتائج التجربة الثابتة في هذه الدراسة أنه في ظل ظروف وجود مصدر كربون كافٍ وركيزة نترات، يمكن أن يصل حمل إزالة النتروجين للأغشية الحيوية في مناطق تفاعل نقص الأكسجين A2 وA6 إلى (0.66±0.14) و(0.68±0.11) جم/(م²·د)، على التوالي. تعكس هذه النتيجة أن الأغشية الحيوية الموجودة في مناطق تفاعل نقص الأكسجين A2 وA6 تمتلك في الواقع قدرة قوية نسبيًا على إزالة النتروجين، وهي محدودة بسبب نقص مصدر الكربون وركائز النترات في هذا النظام التجريبي.

منالشكل 5 (هـ)، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة لمنطقة تفاعل نقص الأكسجين A9، فإنها تتحمل حمل إزالة النتروجين لجميع النترات المتدفقة من المرحلتين الأوليين لنظام MBBR الثلاثة -المرحلة A/O-، باستخدام خلات الصوديوم المضافة خارجيًا كمصدر كربون لإزالة النتروجين. في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة العادية والمتوسطة -، عندما كان ΔCBSCOD / CNOx--N أكبر من 5 وكان حمل إزالة النتروجين أقل من 2.5 جم/(م²·د)، اتبعت العلاقة بين حمل إزالة النتروجين وحمل إزالة النتروجين رد فعل خطي من الدرجة الأولى، بميل قدره 0.93 و0.94، على التوالي. ومع ذلك، مع انخفاض ΔCBSCOD / CNOx-- N، أظهر المنحدر الخطي للعلاقة بين حمل إزالة النتروجين وحمل إزالة النتروجين اتجاهًا هبوطيًا. تشير هذه النتيجة أيضًا إلى أنه بالنسبة لنزع النتروجين من الأغشية الحيوية في منطقة التفاعل A9 باستخدام مصدر كربون خارجي، فإن نسبة الكربون إلى النيتروجين هي أيضًا العامل الرئيسي الذي يحدد وظيفة إزالة النتروجين، مع نسبة الكربون إلى النيتروجين المطلوبة لنزع النتروجين أكبر من 3. وفي الوقت نفسه، فإن تأثير تغيرات درجة حرارة التفاعل على وظيفة إزالة النتروجين صغيرة نسبيًا.

2.4 قدرة النترجة والخصائص المورفولوجية للأغشية الحيوية في كل منطقة تفاعل هوائية في ظل ظروف تجريبية ثابتة

تظهر في الشكل قدرة النترجة للأغشية الحيوية في كل منطقة تفاعل هوائية في ظل ظروف تجريبية ثابتةالشكل 6. من الشكل 6، يمكن ملاحظة أنه في ظل درجة الحرارة العادية، كانت قدرات النترجة للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O3 وO4 وO7 وO8 (1.37 ± 0.21)، (1.23 ± 0.15)، (1.40 ± 0.20)، و (1.25 ± 0.13) جم / (م²·د)، على التوالي. تحت درجة حرارة متوسطة منخفضة، كانت قدرات النترجة للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية المقابلة (1.07 ± 0.01)، (1.00 ± 0.04)، (1.08 ± 0.09)، و (1.03 ± 0.05) جم / (م² · ي)، على التوالي، بانخفاض بنسبة 21.9٪، 18.7٪، 22.9٪، و 17.6% مقارنة بدرجات الحرارة العادية. تتوافق نتائج التجربة الثابتة هذه مع اتجاه القيم المقاسة في النظام التجريبي. علاوة على ذلك، يمكن ملاحظة أن قدرة النترجة المقاسة للأغشية الحيوية في كل منطقة هوائية في ظل ظروف تجريبية ثابتة كانت أعلى إلى حد ما من القيم الفعلية في النظام التجريبي. يعزو التحليل ذلك إلى استخدام ركيزة واحدة من نيتروجين الأمونيوم وظروف الأكسجين المذاب العالي التشبع بالقرب من - أثناء التجارب الثابتة، مما يؤدي إلى مستوى أعلى من قدرة نترجة الأغشية الحيوية. في ظل درجة الحرارة العادية، كانت قدرات النترجة الفعلية في مناطق التفاعل O3 وO4 وO7 وO8 في نظام MBBR الثلاث -المرحلة A/O- 95.6% و90.6% و95.7% و90.4% من الحد الأقصى لقدرة النترجة في ظل التجارب الثابتة، على التوالي. تحت درجة حرارة متوسطة منخفضة، انخفضت قدرات النترجة الفعلية في مناطق التفاعل O3 وO4 وO7 وO8 إلى 72.9% و72.0% و87.0% و84.5% على التوالي.

أظهر التحليل الإضافي أنه في ظل درجة الحرارة العادية، كانت معدلات أكسدة الأمونيا المحددة (معدل النترجة لكل وحدة كتلة MLVSS، محسوبة كـ N) للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O3 وO4 وO7 وO8 (0.062 ± 0.0095)، (0.059 ± 0.0072)، (0.060 ± 0.0086)، و (0.060 ± 0.0063). ز/(ز·د)، على التوالي. تحت درجة حرارة متوسطة منخفضة، كانت معدلات أكسدة الأمونيا المحددة للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O3 وO4 فقط (0.046±0.0004) و(0.041±0.0016) جم/(جم·د)، على التوالي، بانخفاض بنسبة 25.8% و30.5% مقارنة بدرجة الحرارة العادية. في المقابل، كانت معدلات أكسدة الأمونيا المحددة للأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O7 وO8 هي (0.062±0.0051) و(0.060±0.0029) جم/(جم·د)، على التوالي. بالمقارنة مع ظروف درجة الحرارة العادية، ظلت قدرة أكسدة الأمونيا للأغشية الحيوية لمنطقة التفاعل O8 دون تغيير، في حين زادت قدرة أكسدة الأمونيا للأغشية الحيوية لمنطقة التفاعل الهوائية O7 بنسبة 3.3%. توضح هذه النتيجة أنه في ظل ظروف درجة الحرارة المتوسطة-المنخفضة، يتمتع الغشاء الحيوي الموجود في منطقة تفاعل المرحلة-المرحلة الثانية من النظام التجريبي بقدرة نترجة أفضل وعقلانية مساهمة النظام الفرعي للمرحلة الثانية-في نترجة النظام بشكل عام.

تظهر نتائج مراقبة مورفولوجيا الأغشية الحيوية في كل منطقة تفاعل هوائية في المرحلة الأولى والثانية من الأنظمة الفرعية A/O-MBBR فيالشكل 7. في ظل درجة الحرارة العادية، كانت سماكة الأغشية الحيوية في مناطق التفاعل الهوائية O3 وO4 وO7 وO8 (217.6 ± 54.6)، (175.7 ± 38.7)، (168.1 ± 38.2)، و (152.4 ± 37.8) ميكرومتر، على التوالي. تحت درجة حرارة متوسطة منخفضة، كانت سماكة الأغشية الحيوية في مناطق تفاعل O3 وO4 (289.4±59.9) و(285.3±61.9) ميكرومتر، على التوالي، مما يمثل زيادات قدرها 33.0% و62.4% مقارنة بسماكة الأغشية الحيوية تحت درجة الحرارة العادية. في المقابل، كانت سماكة الأغشية الحيوية في مناطق التفاعل O7 وO8 (173.1±40.2) و(178.3±31.2) ميكرومتر، على التوالي، بزيادة قدرها 3.0% و17.0% فقط مقارنة بدرجة الحرارة العادية. أظهرت بعض الدراسات أن الأغشية الحيوية الرقيقة تتمتع بقدرة أقوى على أكسدة الأمونيا، وهو ما يتوافق نسبيًا مع النتائج التجريبية لهذه الدراسة. يعزو التحليل ذلك إلى حقيقة أن البكتيريا الآزوتية الموجودة في الأغشية الحيوية موزعة عموديًا في البنية الطبقية للأغشية الحيوية؛ يؤدي سمك الأغشية الحيوية المفرط إلى تقليل كفاءة نقل كتلة الركيزة وتقارب الركيزة. علاوة على ذلك، في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة المتوسطة، كان تركيز الأكسجين المذاب في كل منطقة هوائية للنظام التجريبي أقل بكثير من ذلك الموجود في مفاعل التجربة الثابت (يختلف بمقدار 3.0-5.0 ملجم/لتر). خاصة بالنسبة للأغشية الحيوية الأكثر سمكًا في مناطق التفاعل O3 وO4، أدى الانخفاض في قدرة نقل كتلة الأكسجين داخل الأغشية الحيوية إلى انخفاض في قدرتها الفعلية على النترجة (حوالي 70٪ فقط من قدرة النترجة القصوى المقاسة في ظل ظروف ثابتة). لذلك، بالنسبة للأغشية الحيوية النقية MBBR، من الضروري تعزيز تجديد الأغشية الحيوية من خلال تعزيز كثافة القص والتحكم بشكل معقول في سمك الأغشية الحيوية للحفاظ على قدرة نترجة الأغشية الحيوية.

3. الاستنتاج

① في ظل ظروف درجة حرارة التفاعل 10-16 درجة (درجة حرارة متوسطة-منخفضة)، ومعدل تدفق معالجة (23.6±5.4) م³/ي، وجرعة مصدر كربون تبلغ 50-90 مجم/لتر (محسوبة كـ COD) في منطقة نقص الأكسجين في المرحلة الثالثة -من النظام الفرعي A/O-MBBR، فإن النفايات السائلة كانت تركيزات SCOD وNH₄⁺-N وTIN للنظام التجريبي A/O-MBBR ثلاثي المراحل (26 ± 6)، (0.4 ± 0.6)، و (6.8 ± 3.6) ملغم / لتر، على التوالي، معمتوسط ​​معدلات الإزالة تصل إلى 82.3%، 99.0%، و82.8%.

② في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة المتوسطة-، وبسبب الاختلافات في الغشاء الحيوي لمناطق التفاعل الهوائي بين النظامين الفرعيين MBBR في -المرحلة الأولى والثانية-المرحلة A/O-، تم تشكيل اختلاف في قدرة النترجة للفيلم الحيوي بين النظامين الفرعيين. خاصة بالنسبة للنظام الفرعي -المرحلة A/O-MBBR، انخفضت قدرة النترجة بسبب زيادة سمك الغشاء الحيوي. للحفاظ على قدرة نترجة الأغشية الحيوية، من الضروري التحكم بشكل معقول في سمك الأغشية الحيوية.

③ في النظام التجريبي -المرحلة A/O-MBBR، كان تأثير تغيرات درجة حرارة التفاعل على وظيفة نزع النتروجين صغيرًا نسبيًا. تحت درجات حرارة تفاعل مختلفة، يجب أن تكون نسبة الكربون -إلى-النيتروجين في عملية إزالة النتروجين باستخدام الماء الخام حيث أن مصدر الكربون يجب أن تكون أكبر من 5، ونسبة الكربون في عملية إزالة النتروجين -إلى-النيتروجين باستخدام أسيتات الصوديوم المضافة خارجيًا حيث يجب أن يكون مصدر الكربون أكبر من 3.