ผลของ pH ต่อการกำจัดไนโตรเจนและแมงกานีสพร้อมกันใน MBBR
ผลกระทบของ pH ต่อประสิทธิภาพของ MBBR
pH มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ชีวะฟิล์มแบบเคลื่อนย้ายเตียง (MBBR) โดยส่งผลโดยตรงต่อกิจกรรมของจุลินทรีย์และอัตราปฏิกิริยาทางชีวเคมี เนื่องจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ ความแปรผันของ pH จึงส่งผลต่อ:
- โครงสร้างชุมชนไบโอฟิล์ม- การเปลี่ยนแปลงของ pH เปลี่ยนแปลงอิทธิพลของแบคทีเรียไนตริไฟอิง/ดีไนตริไฟอิง และแมงกานีส-จุลินทรีย์ออกซิไดซ์
- กิจกรรมของเอนไซม์- ช่วง pH ที่เหมาะสมจะควบคุมประสิทธิภาพของไนไตรท์ ออกซิโดเรดักเตส (pH 7-8) และแมงกานีส ออกซิเดส (pH 6-7)
- จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยารีดอกซ์- pH กำหนดความสมดุลระหว่างการแปลง Mn²⁺/Mn⁴⁺ และวิถีการแปลงไนโตรเจน
- ศักยภาพในการตกตะกอน - Higher pH (>8) ส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของ Mn²⁺ และการตกตะกอนของฟอสเฟต ในขณะที่สภาวะที่เป็นกรด (pH<6) may inhibit these processes.
ระบบแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวที่โดดเด่น โดยประชากรจุลินทรีย์บางกลุ่มยังคงรักษาฟังก์ชันการทำงานในช่วง pH ที่กว้าง (5-9) แม้ว่าประสิทธิภาพในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนต่างๆ ที่เหมาะสมที่สุดจะเกิดขึ้นที่ระดับ pH ที่เฉพาะเจาะจงก็ตาม
ประสิทธิภาพ MBBR ภายใต้สภาวะ pH ที่แตกต่างกัน
การศึกษาล่าสุดที่ดำเนินการโดยมหาวิทยาลัยในจีนได้ตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบเครื่องปฏิกรณ์ชีวฟิล์มแบบ Moving Bed (MBBR) ภายใต้สภาวะ pH ที่แตกต่างกัน (pH 5-9) และยังอยู่ภายใต้สภาวะของความเข้มข้น Mn²⁺ ที่มีอิทธิพลที่ 10 มก.·L⁻¹ ความเข้มข้นของสารที่ไหลเข้าและน้ำทิ้งของ NH₄⁺-N, TN, TP, COD, Mn²⁺, NO₂⁻-N และ NO₃⁻-N ในระหว่างระยะการปฏิบัติงานที่ 4 มีสรุปไว้ด้านล่างนี้
(1)NH₄⁺-ประสิทธิภาพการกำจัด N
The MBBR demonstrated consistently high NH₄⁺-N removal across all pH levels, with average efficiencies of 96.22% (pH 5), 98.89% (pH 6), 98.70% (pH 7), 98.65% (pH 8), and 96.69% (pH 9). These results indicate robust nitrification performance (>ประสิทธิภาพ 96%) โดยไม่คำนึงถึงความแปรผันของ pH แม้ว่าประสิทธิภาพในการกำจัดในตอนแรกจะเพิ่มขึ้นจาก pH 5 เป็น 6 (จุดสูงสุดที่ 98.89%) ก่อนที่จะค่อยๆ ลดลงที่ระดับ pH ที่สูงขึ้น ผลกระทบโดยรวมของ pH ต่อการกำจัด NH₄⁺-N มีน้อยมาก สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่งของแบคทีเรียไนตริไฟริ่งภายในแผ่นชีวะต่อความผันผวนของค่า pH
(2) ประสิทธิภาพการกำจัด TN
การกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดแสดงการพึ่งพาค่า pH อย่างมีนัยสำคัญ:
- ค่า pH 5: 40.13%
- ค่า pH 6: 42.66%
- pH 7: 49.20%
- ค่า pH 8: 52.74%
- พีเอช 9:69.79%(ประสิทธิภาพสูงสุด)
การปรับปรุง 29.66% จาก pH 5 เป็น 9 เน้นย้ำถึงการทำงานของจุลินทรีย์ในการดีไนตริฟายอิ้งที่ดีขึ้นภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง
(3) ประสิทธิภาพการกำจัด COD
การนำ COD ออกตามเส้นโค้งรูประฆัง-:
- ค่า pH เป็นกลางที่เหมาะสมที่สุด: 94.27% ที่ pH 7
- เสื่อมลงอย่างสุดขั้ว:
- ค่า pH 5: 90.85%
- ค่า pH 9: 53.81%
The sharp drop at pH>7 แนะนำการยับยั้งแบคทีเรียเฮเทอโรโทรฟิคในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง
(4)Mn²⁺ ประสิทธิภาพการกำจัด
การกำจัด Mn²⁺ มีประสิทธิภาพสูงสุดที่ pH ใกล้เคียง-:
- พีเอช 6: 95.74% (เหมาะสมที่สุดสำหรับMn²⁺→MnOx ออกซิเดชัน)
- พีเอช 5/9: <60% efficiency
สิ่งนี้มีความสัมพันธ์กับแมงกานีส-แนวโน้มการออกซิไดซ์ของจุลินทรีย์
(5) ประสิทธิภาพการกำจัด TP
การกำจัดฟอสฟอรัสถูกปรับปรุงเชิงเส้นตรงด้วย pH:
- pH 5: 20.70% → pH 9:51.76%
TP ของน้ำทิ้งที่ต่ำที่สุด (2.80 มก./ลิตร ที่ pH 9) บ่งชี้ถึงกิจกรรมของ PAO ที่เป็นด่าง-
(6)NO₃⁻-N & NO₂⁻-N ไดนามิก
- NO₃⁻-N การลดให้เหลือน้อยที่สุดที่ pH 9: 5.89 มก./ลิตร (เทียบกับ. 11.63 มก./ลิตรที่ pH 5)
- การสะสม NO₂⁻-N ที่เสถียร (0.16–0.19 มก./ลิตร) ในทุกเฟส
นี่เป็นการยืนยันการเกิดไนตริฟิเคชั่นแบบเสริมฤทธิ์กัน-ที่ pH ที่เป็นด่าง
บทสรุป
ภายใต้เงื่อนไขของความเข้มข้น Mn²⁺ ที่มีอิทธิพล 10 มก.·L⁻¹ การศึกษานี้ตรวจสอบเพิ่มเติมถึงผลกระทบของระดับ pH ที่แตกต่างกันต่อประสิทธิภาพของ MBBR สำหรับการบำบัดน้ำเสีย ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อ pH ที่มีอิทธิพลเพิ่มขึ้นเป็น 9 ประสิทธิภาพการกำจัดโดยเฉลี่ยของ NH₄⁺-N, TN และ TP ถึง96.69%, 69.79% และ 51.76%ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบกับระยะที่ 1 (pH 5) ประสิทธิภาพการกำจัดของ TN และ TP เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ29.66% และ 31.06%ตามลำดับ
ข้อค้นพบที่สำคัญ
1. ประสิทธิภาพสูงสุดที่ pH 9
- การกำจัด N&P สูงสุด: MBBR จัดแสดงผลงานได้ดีที่สุดการกำจัดไนตริฟิเคชั่นและฟอสฟอรัสความสามารถภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง (pH 9) โดยมีการสร้าง NO₃⁻- N น้อยที่สุด และการแปลง NH₄⁺ - N ที่ใกล้-สมบูรณ์
- กิจกรรมของจุลินทรีย์ที่เพิ่มขึ้น: Theพื้นที่ผิวรวมที่มีประสิทธิภาพ (ETSA)ของฟิล์มชีวะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนด้วย pH (7-9) โดยมีค่าสูงสุดที่ pH 9 ซึ่งบ่งชี้ถึงกิจกรรมการเผาผลาญที่เหนือกว่าภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง อาจเป็นเพราะไอออนไฮดรอกไซด์อิสระ (OH⁻) มีอยู่อย่างมากมายซึ่งช่วยเพิ่มสมรรถนะประสิทธิภาพไนตริฟิเคชั่น-พร้อมกัน (SND).
2. กลไกการกำจัดMn²⁺
- การครอบงำการดูดซับนอกเซลล์: ข้ามทุกระยะ (I-V) สูงกว่า75% ของการกำจัดMn²⁺ทำได้โดยการดูดซับนอกเซลล์โดยจุลินทรีย์ในฟิล์มชีวภาพ
3. พลวัตชุมชนจุลินทรีย์
- อัลคาไลน์-ตัวดีไนตริไฟเออร์ที่ชอบ: สกุล denitrifying หลัก เช่น Comamonas และ Hyphomicrobium แสดงให้เห็นปริมาณสัมพัทธ์ที่เพิ่มขึ้นที่ระดับ pH ที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นการยืนยันการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง
- Comamonas Aquatica LNL3 แสดงให้เห็นถึงความคล่องตัวในการเผาผลาญที่ยอดเยี่ยม โดยแปลงทั้ง NH₄⁺-N → NO₂⁻-N และ NH₄⁺-N → N₂
- เพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพที่ pH 9: หน่วยอนุกรมวิธานปฏิบัติการเฉพาะ (OTU) เพิ่มขึ้นจาก2 (พีเอช 5) ถึง 13 (พีเอช 9)สะท้อนถึงความสมบูรณ์ของจุลินทรีย์ที่มากขึ้นภายใต้สภาวะที่เป็นด่าง
4. ผลกระทบต่อการทำงาน
- การกำจัดสารอาหารที่เสริมฤทธิ์กัน: อัลคาไลน์ pH (9) ส่งเสริมการทำงานของโพลีฟอสเฟต-สิ่งมีชีวิตสะสม (PAO)และกำจัดแบคทีเรีย(เช่น อะซิเนโทแบคเตอร์) การปรับการกำจัด N- P พร้อมกันให้เหมาะสมที่สุด
- ความเสถียรของกระบวนการ: The MBBR maintained robust Mn²⁺ adsorption (>75%) โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของ pH ซึ่งเน้นถึงความยืดหยุ่นของระบบ
ผลกระทบเชิงปฏิบัติ
- ค่า pH ในการทำงานที่แนะนำ: 8.5–9.0สำหรับการลบ TN/TP สูงสุดในระบบ Mn²⁺-ที่มีการแก้ไข MBBR
- การจัดการจุลินทรีย์: การเพิ่มปริมาณทางชีวภาพด้วยสายพันธุ์ Comamonas หรือ Hyphomicrobium สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการแยกไนตริฟิเคชันในเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นด่างได้