การศึกษานำร่อง-ในระบบ A/O-MBBR แบบหลายขั้นตอนสำหรับการกำจัดไนโตรเจนที่อุณหภูมิต่ำ-
ภาพรวม
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จีนประสบความสำเร็จอย่างมากในการจัดการสิ่งแวดล้อมทางน้ำ แต่ยังคงเผชิญกับปัญหาต่างๆ เช่น การขาดแคลนทรัพยากรน้ำ มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมทางน้ำ และความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมทางนิเวศทางน้ำ จากมุมมองของการปกป้องทรัพยากรน้ำ การป้องกันมลพิษทางน้ำ และการฟื้นฟูนิเวศวิทยาทางน้ำ การส่งเสริมการปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิผลในการบำบัดน้ำเสียอย่างต่อเนื่องมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มอัตราการใช้ทรัพยากรน้ำ การปรับปรุงคุณภาพสิ่งแวดล้อมทางน้ำ ยกระดับคุณภาพชีวิตของชาติ เร่งสร้างสภาพแวดล้อมทางนิเวศน์ และชนะการต่อสู้เพื่อน้ำสะอาด ในปัจจุบัน อิงตาม "มาตรฐานการปล่อยมลพิษสำหรับโรงบำบัดน้ำเสียในเมือง" ระดับชาติที่มีอยู่ (GB18918-2002) รัฐบาลท้องถิ่นได้เสนอข้อกำหนดใหม่สำหรับคุณภาพน้ำทิ้งของโรงบำบัดน้ำเสียในเมืองอย่างต่อเนื่อง โดยมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับตัวชี้วัด เช่น อินทรียวัตถุ แอมโมเนียไนโตรเจน และไนโตรเจนทั้งหมด เทคโนโลยีการบำบัดน้ำแบบเดิมๆ ที่แสดงโดยกระบวนการแอคทิเวเต็ดสเลจจ์ต้องเผชิญกับปัญหาคอขวด เช่น การเกิดไนตริฟิเคชันทางชีวภาพที่มีจำกัดที่อุณหภูมิต่ำ การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพไนตริฟิเคชันของกระบวนการตะกอนเร่งลดลงอย่างมีนัยสำคัญภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ- ร่วมกับปัญหาต่างๆ เช่น การรวมตัวของตะกอนที่รุนแรงและขยะทางชีวภาพ ดังนั้น การทำลายปัญหาคอขวดที่อุณหภูมิต่ำและบรรลุการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพอย่างมีเสถียรภาพและมีประสิทธิภาพ จึงกลายเป็นปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไขในด้านการบำบัดน้ำเสีย เทคโนโลยี Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) ถูกนำไปใช้ในโรงบำบัดน้ำเสียหลายร้อยแห่งทั่วโลก เนื่องจากสถานะการเจริญเติบโตของแผ่นชีวะที่ติดอยู่ภายในเครื่องปฏิกรณ์และความสามารถในการต่ออายุอย่างต่อเนื่อง ทำให้แผ่นชีวะไม่เพียงแต่มีมวลชีวภาพสูงเท่านั้น แต่ยังรักษากิจกรรมไว้ในระดับสูงอีกด้วย ผลการใช้งานในประเทศกลุ่มนอร์ดิกยังบ่งชี้ว่ามีความสามารถในการปรับตัวกับอุณหภูมิต่ำได้ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการแอคทิเวเต็ดสเลจ์
ด้วยเหตุนี้ การศึกษานี้ซึ่งมุ่งเป้าไปที่คุณลักษณะของน้ำเสียในเมืองในประเทศจีน จึงใช้ประโยชน์จาก MBBR และกระบวนการ Anoxic/Oxic (A/O) หลาย-ขั้นตอนสำหรับการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพเพื่อสร้างระบบมาตราส่วน A/O-MBBR นำร่อง-สาม-ขั้น- มีการตรวจสอบความสามารถในการกำจัดอินทรียวัตถุ แอมโมเนียไนโตรเจน และไนโตรเจนอนินทรีย์ทั้งหมดของระบบภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำปานกลาง- ความสามารถในการไนตริฟิเคชันและการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของแผ่นชีวะภายใต้สภาวะการทดลองคงที่ได้รับการวิเคราะห์ โดยให้การสนับสนุนทางเทคนิคเพื่อให้บรรลุการกำจัดไนโตรเจนอย่างมีเสถียรภาพและมีประสิทธิภาพจากน้ำเสียในเมืองภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำ- และสำหรับการสร้างและการควบคุมระบบ A/O -MBBR แบบหลายขั้นตอน
1. วัสดุและวิธีการ
1.1 การตั้งค่าการทดลองระบบและโหมดการทำงานนำร่อง-
ผังกระบวนการของระบบมาตราส่วน A/O-MBBR นำร่อง-สาม-ขั้นตอนที่สร้างขึ้นจะแสดงในรูปที่ 1- ระบบมาตราส่วนนำร่อง-ประกอบด้วยสามขั้นตอนของสารแอนซิก/ออกซิก (A/O) ซึ่งแบ่งออกเป็นโซนปฏิกิริยาทั้งหมด 10 โซนระยะแรก-A/O-ระบบย่อย MBBR ประกอบด้วยโซนปฏิกิริยาแอนซิก (A1, A2) และโซนปฏิกิริยาแอโรบิก (O3, O4)ขั้นที่สอง-A/O-ระบบย่อย MBBR ประกอบด้วยโซนปฏิกิริยาแอนซิก (A5, A6) และโซนปฏิกิริยาแอโรบิก (O7, O8)ขั้นตอนที่สาม-A/O-ระบบย่อย MBBR ประกอบด้วยโซนปฏิกิริยาแอนซิก (A9) และโซนปฏิกิริยาแอโรบิก (O10) ปริมาณที่มีประสิทธิภาพของแต่ละโซนปฏิกิริยาดังกล่าวข้างต้นคือ 1.4 m³ (1m * 1m * 1.4m) โดยมีความลึกของน้ำที่มีประสิทธิภาพ 1.4 ม.. ตัวพาฟิล์มชีวะแบบแขวนลอย (ตัวกลาง) ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะ 500 ตร.ม./ลบ.ม. ถูกเพิ่มไปยังแต่ละส่วนของโซนปฏิกิริยา โดยมีอัตราส่วนการเติมตัวพาที่ 35% สำหรับทั้งหมด- การผสมเชิงกลถูกนำมาใช้ในโซนปฏิกิริยาแอนซิกเพื่อให้ตัวพากลายเป็นของเหลว ในขณะที่การเติมอากาศแบบท่อที่มีรูพรุนถูกนำมาใช้ในโซนปฏิกิริยาแอโรบิก เพื่อควบคุมความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำที่ 3-9 มก./ลิตร.
อัตราการไหลเข้าที่แท้จริงของระบบมาตราส่วนนำร่อง-อยู่ที่ (23.6 + 5.4) m³/d โดยใช้การกระจายแบบมีอิทธิพลสอง-จุด โดยกำหนดจุดทางเข้าไว้ที่โซนปฏิกิริยา A1 และ O5 และอัตราส่วนที่ไหลเข้า 1:1 ระบบมาตราส่วนนำร่อง-มีการหมุนเวียนของเหลวไนตริไฟด์สองชุด (จาก O4 ถึง A1 และจาก O8 ถึง A5) โดยมีอัตราส่วนการหมุนเวียน 100% ถึง 200% (ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลเข้าของแต่ละขั้นตอน) เพื่อให้แน่ใจว่าหลังการดีไนตริฟิเคชัน-อย่างเหมาะสม จึงได้มีการเติมโซเดียมอะซิเตต 50-90 มก./ลิตร (คำนวณเป็น COD) เป็นแหล่งคาร์บอนภายนอกในโซนปฏิกิริยา A9 การศึกษาเชิงทดลองทั้งหมดแบ่งออกเป็น 2 ระยะ ได้แก่ ระยะที่ 1 - อุณหภูมิปกติ (18-29 องศา ); ระยะที่ 2 - อุณหภูมิปานกลาง-ต่ำ (10-16 องศา )
1.2 ทดสอบน้ำ
การทดสอบนำร่องดำเนินการใน-ไซต์ที่โรงบำบัดน้ำเสียในเมืองในเมืองชิงเต่า น้ำทดสอบถูกนำมาจากน้ำทิ้งของถังตกตะกอนหลักของโรงงานนี้ และเข้าสู่ระบบนำร่องหลังจากปรับปรุงการปรับสภาพล่วงหน้าโดยการลอยอยู่ในน้ำ สภาวะคุณภาพน้ำหลังจากการปรับสภาพการลอยตัวขั้นสูงจะแสดงไว้ในตารางที่ 1.
1.3 ตัวบ่งชี้และวิธีการตรวจจับ
1.3.1 ตัวชี้วัดทั่วไป
ตัวชี้วัดทั่วไป เช่น SCOD, NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, SS, MLSS และ MLVSS ถูกวัดโดยใช้วิธีมาตรฐานจาก "วิธีการติดตามและวิเคราะห์น้ำและน้ำเสีย" ออกซิเจนที่ละลายน้ำ อุณหภูมิ pH และ ORP ถูกวัดโดยใช้มิเตอร์วัดออกซิเจนละลายน้ำแบบพกพา (HACH HQ40d)- วัดความหนาของไบโอฟิล์มโดยใช้กล้องจุลทรรศน์เรืองแสงแบบกลับหัว (Olympus, IX71).
1.3.2 การทดลองแบบสถิตของไนตริฟิเคชั่น
ในระหว่างการทำงานของระบบ ตัวพาจากโซนแอโรบิกจะถูกสุ่มตัวอย่างเป็นระยะเพื่อวัดความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวะภายใต้สภาวะปฏิกิริยาคงที่ ตัวพาจากแต่ละโซนปฏิกิริยาแอโรบิกถูกวางลงในเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 5 ลิตร โดยมีอัตราส่วนการเติมเหมือนกับระบบนำร่องที่ 35% น้ำทดสอบได้รับการกำหนดค่าสารละลาย NH₄Cl ขึ้นมาโดยมีความเข้มข้นของมวล 20-25 มก./ลิตร (คำนวณเป็น N) ในระหว่างการทดลอง มีการใช้ปั๊มลมขนาดเล็กในการเติมอากาศเพื่อให้ตัวพากลายเป็นของเหลวในขณะที่ควบคุมออกซิเจนที่ละลายอยู่ที่ 7-11 มก./ลิตร ระยะเวลาการทดสอบคือ 2 ชั่วโมง โดยมีช่วงเวลาในการสุ่มตัวอย่าง 30 นาที โดยวัดการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของ NH₄⁺-N เพื่อคำนวณความสามารถในการไนตริฟิเคชันของแผ่นชีวะภายใต้สภาวะปฏิกิริยาคงที่
2. ผลลัพธ์และการวิเคราะห์
2.1 ประสิทธิภาพการปฏิบัติงานของระบบนำร่อง A/O-MBBR สามขั้นตอน
ประสิทธิภาพการทำงานของระบบนำร่อง A/O- MBBR สาม-ขั้นแสดงอยู่ในรูปที่ 2- ในเฟสอุณหภูมิปกติ (เฟส I) โดยมีอุณหภูมิปฏิกิริยา 18-29 องศา อัตราการไหลของการบำบัด (23.6+5.4) ลบ-ม-/วัน และปริมาณแหล่งที่มาของคาร์บอน 50 มก-/ลิตร (คำนวณเป็น COD เหมือนกันด้านล่าง) ในโซนแอนซิกของระบบย่อย MBBR -stage A/O- ระยะที่สาม SCOD ที่มีอิทธิพลของระบบ NH₄⁺-N และ ความเข้มข้นของ TIN อยู่ที่ (160±31), (35-0±7-2) และ (35-8±7-0) มก-/ลิตร ตามลำดับ และความเข้มข้นของน้ำทิ้งที่ผ่านการบำบัดคือ (27±8), (0-6±0-5) และ (2-7±2-2) มก-/ลิตร ตามลำดับ โดยอัตราการกำจัดโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 83.1%, 98.3% และ 92.5%- ในเฟสอุณหภูมิต่ำปานกลาง (เฟส II) โดยมีอุณหภูมิปฏิกิริยา 10-16 องศา อัตราการไหลของการบำบัดเท่ากันที่ (23.6+5.4) ลบ-ม-/วัน และปริมาณแหล่งที่มาของคาร์บอน 50-90 มก-/ลิตร ในเขตแอนซิกของระบบย่อย A/O-MBBR ระยะที่สาม - ซึ่งเป็น SCOD ที่มีอิทธิพลของระบบ NH₄⁺-N และความเข้มข้นของ TIN อยู่ที่ (147±30), (38-3±2-1) และ (39-6±2-3) มก-/ลิตร ตามลำดับ และความเข้มข้นของน้ำทิ้งคือ (26±6), (0-4±0-6) และ (6-8±3-6) มก-/ลิตร ตามลำดับ โดยอัตราการกำจัดเฉลี่ยอยู่ที่ 82.3%, 99.0% และ 82.8%- นอกจากนี้ ในระหว่างวันที่ 56-62 ของการทำงานของระบบ เมื่อปริมาณแหล่งที่มาของคาร์บอนคือ 50 มก-/ลิตร การสะสม NO₂⁻-N ที่มีนัยสำคัญปรากฏขึ้นในโซนปฏิกิริยา A9 อย่างไรก็ตาม หลังจากที่ค่อยๆ เพิ่มปริมาณแหล่งที่มาของคาร์บอนเป็น 90 มก-/ลิตร การสะสม NO₂⁻-N ในโซนปฏิกิริยา A9 จะค่อยๆ หายไป และความเข้มข้นของ TIN ของน้ำทิ้งก็ลดลงจนถึงระดับที่เหมาะสม
2.2 การเปลี่ยนแปลงความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาแอโรบิกภายใต้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน
เพื่อประเมินการเปลี่ยนแปลงในความสามารถในการไนตริฟิเคชันของระบบ -ระยะ A/O-MBBR จากมุมมองโดยรวม จึงมีการวิเคราะห์อัตราการมีส่วนในการไนตริฟิเคชันของ NH₄⁺-N และความสามารถในการไนตริฟิเคชันของแผ่นชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาแอโรบิกภายใต้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่แตกต่างกันได้รับการวิเคราะห์ โดยผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 3 และ 4ตามลำดับ
รูปที่ 4 โหลดการกำจัดไนตริฟิเคชันและเส้นโค้งที่เหมาะสมในโซนแอโรบิกของระบบย่อย A/O ขั้นที่ 1 และ 2- MBBR ภายใต้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน
จากรูปที่ 3จะเห็นได้ว่าภายในระบบ MBBR -ระยะ A/O- สามระดับ เนื่องจากสอง-จุดที่มีอิทธิพล โซนปฏิกิริยา O3 และ O4 ของระบบย่อย MBBR -ระยะ A/O- ระยะแรก และโซนปฏิกิริยา O7 และ O8 ของระบบย่อย MBBR -ระยะ A/O- ระยะที่สองจะเจาะโหลดไนตริฟิเคชันหลักของ ระบบ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำทั้งปกติและปานกลาง-NH₄⁺-อัตราการสนับสนุนไนตริฟิเคชันของทั้งสองระบบย่อยนี้คือ 43.1%, 49.6% และ 33.8%, 54.0% ตามลำดับ- นี่แสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ- อัตราการมีส่วนร่วมของไนตริฟิเคชันของ NH₄⁺-N ของระบบย่อยระยะที่สอง-สูงกว่าระบบย่อยระยะแรก-ถึง 20-2%
จากรูปที่ 4(a) และ (c)จะเห็นได้ว่าสำหรับแผ่นชีวะในโซนปฏิกิริยาแอโรบิก O3 และ O7 ภายใต้อุณหภูมิปกติ พวกมันคือโซนปฏิกิริยาหลักในระบบ MBBR -ระยะ A/O- สามขั้นสำหรับการย่อยสลายสารอินทรีย์รวมกับฟังก์ชันไนตริฟิเคชั่น เมื่อโหลดการกำจัด SCOD ต่อพื้นที่ผิวตัวพา (เรียกโดยย่อว่า "โหลดสำหรับการกำจัด SCOD" ซึ่งคำนวณเป็น COD) น้อยกว่า 2.0 g/(m²·d) และโหลดไนตริฟิเคชั่นต่อพื้นที่ผิวตัวพา (เรียกโดยย่อว่า "โหลดไนตริฟิเคชั่น" ซึ่งคำนวณเป็น N) น้อยกว่า 1.6 กรัม/(m²·d) ความสัมพันธ์ระหว่างโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชันต่อพื้นที่ผิวตัวพา (เรียกโดยย่อว่า "โหลดการกำจัดไนตริฟิเคชั่น" ซึ่งคำนวณเป็น N) และโหลดไนตริฟิเคชันเป็นไปตามปฏิกิริยาเชิงเส้นลำดับแรก- โดยมีความชัน 0.83 และ 0.84 ตามลำดับ เมื่อปริมาณการทำไนตริฟิเคชั่นเพิ่มขึ้นเป็น 1.6-6.0 กรัม/(m²·d) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชั่นและปริมาณการทำไนตริฟิเคชันเป็นไปตามปฏิกิริยาลำดับเป็นศูนย์- โดยมีปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชันเฉลี่ยที่สอดคล้องกันที่ 1.31 และ 1.34 กรัม/(m²·d) ตามลำดับ เมื่อโหลดการกำจัด SCOD อยู่ที่ 2.0-4.0 g/(m²·d) และโหลดไนตริฟิเคชันคือ 1.6-6.0 g/(m²·d) แม้ว่าความสัมพันธ์ของปฏิกิริยาลำดับเป็นศูนย์ระหว่างโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชันและโหลดไนตริฟิเคชั่นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชั่นโดยเฉลี่ยที่สอดคล้องกันจะลดลงเหลือ 0.95 และ 0.97 g/(m²·d) ตามลำดับ สำหรับแผ่นชีวะในโซนปฏิกิริยาแอโรบิก O3 และ O7 ภายใต้อุณหภูมิต่ำปานกลาง เมื่อภาระการกำจัด SCOD น้อยกว่า 2.0 g/(m²·d) และโหลดไนตริฟิเคชั่นน้อยกว่า 1.1 g/(m²·d) ความชันเชิงเส้นของภาระการกำจัดไนตริฟิเคชั่นเทียบกับโหลดไนตริฟิเคชั่นลดลงเหลือ 0.71 และ 0.81 ตามลำดับ เมื่อโหลดไนตริฟิเคชันเพิ่มขึ้นเป็น 1.1-6.0 g/(m²·d) ปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชันโดยเฉลี่ยที่สอดคล้องกันจะลดลงเป็น 0.78 และ 0.94 g/(m²·d) ตามลำดับ ซึ่งคิดเป็นการลดลง 40.4% และ 19.4% เมื่อเทียบกับสภาวะอุณหภูมิปกติ เมื่อปริมาณการกำจัด SCOD เพิ่มขึ้นเป็น 2.0-4.0 g/(m²·d) ปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชันโดยเฉลี่ยที่สอดคล้องกันจะลดลงเป็น 0.66 และ 0.91 g/(m²·d) ตามลำดับ ซึ่งคิดเป็นการลดลง 30.5% และ 6.2% เมื่อเทียบกับสภาวะอุณหภูมิปกติ ความสามารถในการไนตริฟิเคชันของแผ่นชีวะในโซนปฏิกิริยา O3 สอดคล้องกับผลการวิจัยของ HEM และคณะ ภายใต้เงื่อนไขที่เกี่ยวข้อง อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสังเกตว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำปานกลาง เมื่อเปรียบเทียบกับฟิล์มชีวะโซนปฏิกิริยา O3 ฟิล์มชีวะโซนปฏิกิริยา O7 มีความสามารถในการไนตริฟิเคชันที่แข็งแกร่งกว่า
จากรูปที่ 4(b) และ (d)จะเห็นได้ว่าสำหรับแผ่นชีวะในโซนปฏิกิริยาแอโรบิก O4 และ O8 ภายใต้อุณหภูมิปกติ ไบโอฟิล์มเหล่านั้นคือโซนปฏิกิริยาในระบบ MBBR -ระยะ A/O- สามขั้นซึ่งให้บริการฟังก์ชันไนตริฟิเคชันเสริมเป็นหลัก เมื่อโหลดการกำจัด SCOD น้อยกว่า 1.0 g/(m²·d) และโหลดไนตริฟิเคชั่นน้อยกว่า 1.3 g/(m²·d) ความสัมพันธ์ระหว่างโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชั่นและโหลดไนตริฟิเคชันจะเป็นไปตามปฏิกิริยาเชิงเส้นลำดับแรก- โดยมีความชัน 0.86 และ 0.88 ตามลำดับ เมื่อปริมาณการทำไนตริฟิเคชั่นเพิ่มขึ้นเป็น 1.3-3.0 กรัม/(m²·d) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชันและปริมาณการทำไนตริฟิเคชั่นเป็นไปตามปฏิกิริยาลำดับ-เป็นศูนย์ โดยมีปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชันเฉลี่ยที่สอดคล้องกันคือ 1.11 และ 1.13 กรัม/(m²·d) ตามลำดับ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำปานกลาง เมื่อโหลดการกำจัด SCOD น้อยกว่า 1.0 g/(m²·d) และโหลดไนตริฟิเคชั่นน้อยกว่า 1.0 g/(m²·d) ความชันเชิงเส้นของโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชันเทียบกับโหลดไนตริฟิเคชันจะลดลงเป็น 0.72 และ 0.84 ตามลำดับ เมื่อโหลดไนตริฟิเคชั่นเพิ่มขึ้นเป็น 1.0-3.0 g/(m²·d) โหลดการกำจัดไนตริฟิเคชันโดยเฉลี่ยที่สอดคล้องกันคือ 0.72 และ 0.86 g/(m²·d) ตามลำดับ ซึ่งคิดเป็นการลดลง 35.1% และ 23.9% เมื่อเทียบกับสภาวะอุณหภูมิปกติ
จากการวิเคราะห์ข้างต้น จะเห็นได้ว่าภายใต้อุณหภูมิต่ำปานกลาง- จุดเปลี่ยนของความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชันและปริมาณไนตริฟิเคชันสำหรับฟิล์มชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาเกิดขึ้นเร็วกว่าอุณหภูมิปกติ ปรากฏการณ์นี้ค่อนข้างสอดคล้องกับผลการวิจัยของ SAFWAT โดยรวมแล้ว แม้ว่าความสามารถในการไนตริฟิเคชันของแผ่นชีวะในแต่ละโซนแอโรบิกของระบบมีแนวโน้มลดลงภายใต้อุณหภูมิต่ำปานกลาง-ความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวภาพในโซนปฏิกิริยา O7 ของระบบย่อย MBBR-ระยะ A/O- ระยะที่สองเพิ่มขึ้น 20.5%-37.9% เมื่อเทียบกับโซนปฏิกิริยา O3 และความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวะในโซนปฏิกิริยา O8 เพิ่มขึ้นประมาณ 19.4% เมื่อเทียบกับโซนปฏิกิริยา O4- สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการตั้งค่าโซนปฏิกิริยา-ระยะที่สองในระบบ MBBR -ระยะ A/O- สามระยะนั้นมีประโยชน์ในการปรับปรุงความสามารถในการไนตริฟิเคชันโดยรวมของระบบ
2.3 การเปลี่ยนแปลงความสามารถในการแยกตัวของฟิล์มชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาแอนซิกภายใต้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน
เพื่อประเมินการเปลี่ยนแปลงในความสามารถในการดีไนตริฟิเคชันของระบบ MBBR -ระยะ A/O- สามระดับจากมุมมองโดยรวม การศึกษานี้ได้วิเคราะห์ความสามารถในการดีไนตริฟิเคชันของแผ่นชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาแอนซิกภายใต้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน โดยผลลัพธ์จะแสดงเป็นรูปที่ 5.
รูปที่ 5 โหลดการกำจัดการดีไนตริฟิเคชั่นในแต่ละโซนที่เป็นพิษของระบบ MBBR -ระยะ A/O- สามระดับภายใต้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน
จากรูปที่ 5(a) และ (c)จะเห็นได้ว่าสำหรับโซนปฏิกิริยาแอนซิก A1 และ A5 โซนเหล่านี้เป็นโซนดีไนตริฟิเคชั่นหลักในระบบ MBBR -ระยะ A/O- สามขั้น โดยใช้แหล่งคาร์บอนของน้ำดิบเป็นสารตั้งต้น ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำทั้งปกติและปานกลาง- เมื่ออัตราส่วนคาร์บอนดีไนตริฟิเคชั่นที่ไม่เป็นพิษต่อ-ต่อ-อัตราส่วนไนโตรเจน (ΔCBSCOD / CNOx--N) มากกว่า 5.0 และโหลดดีไนตริฟิเคชั่นต่อพื้นที่ผิวพาหะ (เรียกย่อว่า "โหลดดีไนตริฟิเคชัน" ซึ่งคำนวณเป็น NOx--N) น้อยกว่า 0.95 g/(m²·d) ความสัมพันธ์ระหว่างโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชันต่อพื้นที่ผิวตัวพา (เรียกโดยย่อว่า "โหลดการกำจัดการแยกไนตริฟิเคชัน" ซึ่งคำนวณเป็น NOx--N) และภาระการกำจัดไนตริฟิเคชั่นเป็นไปตามปฏิกิริยาเชิงเส้นลำดับแรก- โดยมีความชัน 0.87, 0.88 และ 0.82, 0.84 ตามลำดับ เมื่อปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชั่นเพิ่มขึ้นมากกว่า 0.95 g/(m²·d) ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชั่นและปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชั่นจะเป็นไปตามปฏิกิริยาลำดับเป็นศูนย์- โดยมีปริมาณการกำจัดปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชันเฉลี่ยที่สอดคล้องกันคือ 0.82, 0.82 g/(m²·d) และ 0.78, 0.77 g/(m²·d) ตามลำดับ เมื่อค่า ΔCBSCOD / CNOx--N ลดลง จุดเปลี่ยนของความสัมพันธ์ระหว่างโหลดการกำจัดดีไนตริฟิเคชันและโหลดดีไนตริฟิเคชั่นจะเลื่อนไปข้างหน้า ความชันเชิงเส้นภายใต้สภาวะโหลดต่ำมีแนวโน้มลดลง และในเวลาเดียวกัน โหลดการกำจัดดีไนตริฟิเคชันเฉลี่ยภายใต้สภาวะโหลดสูงยังแสดงแนวโน้มลดลงอีกด้วย ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าสำหรับการแยกส่วนไบโอฟิล์มในโซนปฏิกิริยา A1 และ A5 โดยใช้แหล่งคาร์บอนในน้ำดิบ อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดฟังก์ชันการแยกไนตริฟิเคชัน และภายใต้สภาวะคุณภาพน้ำทดสอบ อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนในอุดมคติสำหรับโซนปฏิกิริยาอะซิก A1 และ A5 ควรมากกว่า 5
จากรูปที่ 5(b) และ (d)จะเห็นได้ว่าสำหรับโซนปฏิกิริยาแอนซิก A2 และ A6 เนื่องจากโซนปฏิกิริยาแอนซิก A1 และ A5 ได้กำจัดและใช้แหล่งคาร์บอนในน้ำเสียดิบและไนเตรตส่วนใหญ่ที่ถูกพาไปโดยการไหลแบบหมุนเวียน โซนปฏิกิริยาแอนซิก A2 และ A6 จึงมีสถานะการโหลด-สารตั้งต้นระยะยาว-ที่ไม่เพียงพอ- ดังนั้น ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำทั้งปกติและปานกลาง- เมื่อ ΔCBSCOD / CNOx--N อยู่ระหว่าง 1.0-2.0 และโหลดของดีไนตริฟิเคชันน้อยกว่า 0.50 g/(m²·d) ความชันเชิงเส้นของโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชั่นเทียบกับโหลดของดีไนตริฟิเคชั่นจะเท่ากับ 0.51, 0.40 และ 0.47, 0.37 ตามลำดับ ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อปริมาณการดีไนตริฟิเคชั่นเพิ่มขึ้นเป็น 0.50-1.50 g/(m²·d) ปริมาณการกำจัดการดีไนตริฟิเคชันโดยเฉลี่ยที่สอดคล้องกันจะอยู่ที่ 0.25, 0.20 และ 0.20, 0.17 g/(m²·d) เท่านั้น ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ผลการทดลองแบบคงที่ในการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าภายใต้เงื่อนไขของแหล่งคาร์บอนและซับสเตรตไนเตรตที่เพียงพอ ปริมาณการกำจัดไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวะในโซนปฏิกิริยาอะซิก A2 และ A6 อาจสูงถึง (0.66±0.14) และ (0.68±0.11) g/(m²·d) ตามลำดับ ผลลัพธ์นี้สะท้อนให้เห็นว่าแผ่นชีวะในโซนปฏิกิริยาแอนซิก A2 และ A6 มีความสามารถในการดีไนตริฟิเคชั่นค่อนข้างสูง ซึ่งถูกจำกัดด้วยการขาดแหล่งคาร์บอนและซับสเตรตไนเตรตในระบบนำร่องนี้
จากรูปที่ 5(จ)จะเห็นได้ว่าสำหรับโซนปฏิกิริยาอะโนซิก A9 จะรับภาระการแยกไนตริฟิเคชันสำหรับไนเตรตทั้งหมดที่ไหลออกมาจากสองขั้นตอนแรกของระบบ MBBR -ขั้นตอน A/O- สามขั้นตอน- โดยใช้โซเดียมอะซิเตตที่เติมจากภายนอกเป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับการแยกไนตริฟิเคชั่น ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำทั้งปกติและปานกลาง- เมื่อ ΔCBSCOD / CNOx--N มากกว่า 5 และโหลดของดีไนตริฟิเคชั่นน้อยกว่า 2.5 g/(m²·d) ความสัมพันธ์ระหว่างโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชั่นและโหลดของดีไนตริฟิเคชั่นเป็นไปตาม-ปฏิกิริยาเชิงเส้นลำดับแรก โดยมีความชัน 0.93 และ 0.94 ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม เมื่อ ΔCBSCOD / CNOx--N ลดลง ความชันเชิงเส้นของความสัมพันธ์ระหว่างโหลดการกำจัดไนตริฟิเคชันและโหลดของดีไนตริฟิเคชั่นมีแนวโน้มลดลง ผลลัพธ์นี้ยังบ่งชี้ด้วยว่าสำหรับการแยกตัวของฟิล์มชีวะในโซนปฏิกิริยา A9 โดยใช้แหล่งคาร์บอนภายนอก อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนยังเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดฟังก์ชันการแยกไนตริฟิเคชัน โดยมีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของการแยกส่วนที่ต้องการมากกว่า 3 ในขณะเดียวกัน อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของปฏิกิริยาต่อฟังก์ชันการแยกไนตริฟิเคชั่นนั้นค่อนข้างน้อย
2.4 ความสามารถในการไนตริฟิเคชันและลักษณะทางสัณฐานวิทยาของฟิล์มชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาแอโรบิกภายใต้สภาวะการทดลองแบบคงที่
ความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาแอโรบิกภายใต้สภาวะการทดลองแบบคงที่จะแสดงอยู่ในรูปที่ 6- จากรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่าภายใต้อุณหภูมิปกติ ความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวภาพในโซนปฏิกิริยาแอโรบิก O3, O4, O7 และ O8 อยู่ที่ (1-37±0-21), (1-23±0-15), (1-40±0-20) และ (1-25±0-13) g/(m²·d) ตามลำดับ ภายใต้อุณหภูมิต่ำปานกลาง- ความสามารถในการไนตริฟิเคชันของแผ่นชีวะในโซนปฏิกิริยาแอโรบิกที่สอดคล้องกันคือ (1-07±0-01), (1-00±0-04), (1-08±0-09) และ (1-03±0-05) g/(m²·d) ตามลำดับ ลดลง 21-9%, 18-7%, 22-9% และ 17-6% เมื่อเทียบกับอุณหภูมิปกติ ผลการทดลองคงที่เหล่านี้สอดคล้องกับแนวโน้มของค่าที่วัดได้ในระบบนำร่อง นอกจากนี้ สังเกตได้ว่าความสามารถในการไนตริฟิเคชันที่วัดได้ของฟิล์มชีวะในแต่ละโซนแอโรบิกภายใต้สภาวะการทดลองแบบคงที่นั้นค่อนข้างสูงกว่าค่าจริงในระบบนำร่องเล็กน้อย การวิเคราะห์ระบุสาเหตุมาจากการใช้ซับสเตรตแอมโมเนียมไนโตรเจนเดี่ยวและสภาวะออกซิเจนละลายน้ำสูงที่อิ่มตัวเกือบ-ในระหว่างการทดลองแบบคงที่ ส่งผลให้ความสามารถในการไนตริฟิเคชันของไบโอฟิล์มในระดับที่สูงขึ้น ภายใต้อุณหภูมิปกติ ความสามารถในการไนตริฟิเคชั่นจริงในโซนปฏิกิริยา O3, O4, O7 และ O8 ของระบบ MBBR สาม-ระยะ A/O- คือ 95-6%, 90-6%, 95-7% และ 90-4% ของความจุไนตริฟิเคชั่นสูงสุดภายใต้การทดลองแบบคงที่ ตามลำดับ ภายใต้อุณหภูมิต่ำปานกลาง- ความสามารถในการไนตริฟิเคชันตามจริงในโซนปฏิกิริยา O3, O4, O7 และ O8 ลดลงเหลือ 72-9%, 72-0%, 87-0% และ 84-5% ตามลำดับ
การวิเคราะห์เพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าภายใต้อุณหภูมิปกติ อัตราการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียจำเพาะ (อัตราการไนตริฟิเคชั่นต่อหน่วยมวล MLVSS ซึ่งคำนวณเป็น N) ของฟิล์มชีวะในโซนปฏิกิริยาแอโรบิก O3, O4, O7 และ O8 อยู่ที่ (0.062±0.0095), (0.059±0.0072), (0.060±0.0086) และ (0.060±0.0063) g/(g·d) ตามลำดับ ภายใต้อุณหภูมิต่ำปานกลาง- อัตราการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียจำเพาะของฟิล์มชีวภาพในโซนปฏิกิริยาแอโรบิกของ O3 และ O4 มีค่าเพียง (0.046±0.0004) และ (0.041±0.0016) g/(g·d) ตามลำดับ ซึ่งลดลง 25.8% และ 30.5% เมื่อเทียบกับอุณหภูมิปกติ ในทางตรงกันข้าม อัตราการเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียจำเพาะของแผ่นชีวะในโซนปฏิกิริยาแอโรบิกของ O7 และ O8 อยู่ที่ (0.062±0.0051) และ (0.060±0.0029) g/(g·d) ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับสภาวะอุณหภูมิปกติ ความสามารถในการออกซิเดชันของแอมโมเนียของฟิล์มชีวะโซนปฏิกิริยา O8 ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่ความสามารถในการออกซิเดชันของแอมโมเนียของฟิล์มชีวภาพโซนปฏิกิริยาแอโรบิก O7 เพิ่มขึ้นถึง 3.3% ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ-ฟิล์มชีวะใน-โซนปฏิกิริยาระยะที่สองของระบบนำร่องมีความสามารถในการไนตริฟิเคชันที่ดีกว่า และความสมเหตุสมผลของการมีส่วนร่วมของระบบย่อย-ระยะที่สองต่อไนตริฟิเคชันของระบบโดยรวม
ผลการสังเกตของสัณฐานวิทยาของฟิล์มชีวะในแต่ละโซนปฏิกิริยาแอโรบิกของระบบย่อย A/O-MBBR ระยะที่หนึ่งและสองจะแสดงอยู่ในรูปที่ 7- ภายใต้อุณหภูมิปกติ ความหนาของฟิล์มชีวะในโซนปฏิกิริยาแอโรบิก O3, O4, O7 และ O8 อยู่ที่ (217-6±54-6), (175-7±38-7), (168-1±38-2) และ (152-4±37-8) μm ตามลำดับ ภายใต้อุณหภูมิต่ำปานกลาง- ความหนาของฟิล์มชีวะในโซนปฏิกิริยา O3 และ O4 อยู่ที่ (289-4±59-9) และ (285-3±61-9) μm ตามลำดับ ซึ่งคิดเป็นการเพิ่มขึ้น 33-0% และ 62-4% เมื่อเทียบกับความหนาของฟิล์มชีวะภายใต้อุณหภูมิปกติ ในทางตรงกันข้าม ความหนาของฟิล์มชีวะในโซนปฏิกิริยา O7 และ O8 คือ (173-1±40-2) และ (178-3±31-2) μm ตามลำดับ เพิ่มขึ้นเพียง 3-0% และ 17-0% เมื่อเทียบกับอุณหภูมิปกติ การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าแผ่นชีวะที่บางกว่ามีความสามารถในการออกซิเดชันของแอมโมเนียได้ดีกว่า ซึ่งค่อนข้างสอดคล้องกับผลการทดลองของการศึกษานี้ การวิเคราะห์ระบุถึงความจริงที่ว่าแบคทีเรียไนตริไฟอิงในแผ่นชีวะมีการกระจายในแนวตั้งในโครงสร้างชั้นของแผ่นชีวะ ความหนาของฟิล์มชีวะที่มากเกินไปส่งผลให้ประสิทธิภาพการถ่ายโอนมวลของสารตั้งต้นลดลงและความสัมพันธ์ของสารตั้งต้น ยิ่งไปกว่านั้น ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ- ความเข้มข้นของออกซิเจนละลายในแต่ละโซนแอโรบิกของระบบนำร่องจะต่ำกว่าความเข้มข้นในเครื่องปฏิกรณ์ทดลองแบบคงที่มาก (ต่างกัน 3-0-5-0 มก-/ลิตร) โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแผ่นชีวะที่หนาขึ้นในโซนปฏิกิริยา O3 และ O4 ความสามารถในการถ่ายเทมวลออกซิเจนที่ลดลงภายในแผ่นชีวะทำให้ความสามารถในการเกิดไนตริฟิเคชั่นตามจริงลดลง (เพียงประมาณ 70% ของความสามารถในการเกิดไนตริฟิเคชันสูงสุดที่วัดได้ภายใต้สภาวะคงที่) ดังนั้น สำหรับแผ่นชีวะ MBBR บริสุทธิ์ จึงจำเป็นต้องปรับปรุงการต่ออายุของแผ่นชีวะโดยการเสริมสร้างความเข้มของแรงเฉือนและควบคุมความหนาของแผ่นชีวะอย่างสมเหตุสมผล เพื่อรักษาความสามารถในการไนตริฟิเคชั่นของแผ่นชีวะ
3. บทสรุป
① ภายใต้สภาวะของอุณหภูมิปฏิกิริยา 10-16 องศา (อุณหภูมิต่ำปานกลาง-) อัตราการไหลของการบำบัด (23.6±5.4) ลบ.ม./วัน และปริมาณแหล่งที่มาของคาร์บอน 50-90 มก./ลิตร (คำนวณเป็น COD) ในเขตขาดออกซิเจนของระบบย่อย MBBR -stage A/O- ซึ่งเป็น SCOD ของน้ำทิ้ง ความเข้มข้นของ NH₄⁺-N และ TIN ของระบบนำร่อง A/O-MBBR สามระยะคือ (26±6), (0.4±0.6) และ (6.8±3.6) มก./ลิตร ตามลำดับ โดยมีอัตราการกำจัดเฉลี่ยอยู่ที่ 82.3%, 99.0% และ 82.8%.
2 ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ-ปานกลาง เนื่องจากความแตกต่างในฟิล์มชีวภาพของโซนปฏิกิริยาแอโรบิกระหว่างระบบย่อย MBBR- ระยะที่หนึ่งและระยะที่สอง- A/O- ทำให้เกิดความแตกต่างในความสามารถในการไนตริฟิเคชันของฟิล์มชีวะระหว่างระบบย่อยทั้งสองได้เกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ-ระบบย่อย A/O-MBBR ระยะแรก ความสามารถในการไนตริฟิเคชันลดลงเนื่องจากความหนาของฟิล์มชีวะที่เพิ่มขึ้น เพื่อรักษาความสามารถในการไนตริฟิเคชั่นของไบโอฟิล์ม จำเป็นต้องควบคุมความหนาของไบโอฟิล์มอย่างสมเหตุสมผล
3 ในระบบนำร่อง MBBR -ขั้น A/O- สามขั้น ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของปฏิกิริยาต่อฟังก์ชันการแยกไนตริฟิเคชั่นค่อนข้างน้อย ภายใต้อุณหภูมิปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน อัตราส่วนคาร์บอนดีไนตริฟิเคชัน-ต่อ-ไนโตรเจนโดยใช้น้ำดิบเป็นแหล่งคาร์บอนจะต้องมากกว่า 5 และอัตราส่วนคาร์บอนดีไนตริฟิเคชัน-ต่อ-ไนโตรเจนโดยใช้โซเดียมอะซิเตตที่เติมจากภายนอกเนื่องจากแหล่งคาร์บอนจำเป็นต้องมากกว่า 3