Πρόοδος Έρευνας στη Λειτουργία Διαδικασιών και Εφαρμογή του MBBR Συστήματα σε χαμηλές θερμοκρασίες
Επισκόπηση
Η διαδικασία Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) είναι μία από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες επεξεργασίας λυμάτων βιοφίλμ επί του παρόντος. Σε σύγκριση με τις συμβατικές διεργασίες ενεργοποιημένης λάσπης, το MBBR προσφέρει πλεονεκτήματα όπως αποτελεσματική ποιότητα εκροής, ισχυρή αντοχή σε φορτία κραδασμών και καμία απαίτηση για επιστροφή λάσπης ή αντίστροφη πλύση. Κατά τη διάρκεια της περιόδου χαμηλών-θερμοκρασιών το χειμώνα, ειδικά στις βόρειες περιοχές και στα νοτιοδυτικά οροπέδια, η θερμοκρασία του αέρα μπορεί εύκολα να πέσει κάτω από 5 βαθμούς και η θερμοκρασία του νερού μπορεί να πέσει κάτω από 15 βαθμούς . Οι χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να οδηγήσουν σε μη-συμμόρφωση δεικτών εκροής όπως η χημική ζήτηση οξυγόνου (COD), το άζωτο αμμωνίας και το ολικό άζωτο στα συστήματα MBBR. Η αφαίρεση αζώτου από το βιοφίλμ περιλαμβάνει αερόβια νιτροποίηση και ανοξική απονιτροποίηση και η θερμοκρασία είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν αυτές τις διαδικασίες. Καθώς οι θερμοκρασίες μειώνονται, ο ρυθμός νιτροποίησης των βακτηρίων στα συστήματα ενεργοποιημένης ιλύος μειώνεται σταδιακά, με σημαντική μείωση της ικανότητας νιτροποίησης όταν οι θερμοκρασίες πέφτουν κάτω από τους 8 βαθμούς. Αυτό το άρθρο επεξεργάζεται συστηματικά τη λειτουργία των διεργασιών MBBR υπό συνθήκες χαμηλής{11} θερμοκρασίας από πτυχές όπως μικροβιακές κοινότητες, τεχνολογίες βελτίωσης φορέα και συνδυασμοί και χειρισμός διαδικασιών, παρέχοντας αναφορές για περαιτέρω έρευνα και εφαρμογή.
1. Έρευνα για μικροβιακές κοινότητες σε συστήματα MBBR χαμηλής- θερμοκρασίας
Επί του παρόντος, η βασική διαδικασία στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων είναι ο βιολογικός καθαρισμός.Οι χαμηλές θερμοκρασίες το χειμώνα (λιγότερο από ή ίσο με 15 μοίρες) αναστέλλουν τη δραστηριότητα των νιτροποιητικών βακτηρίων στους βιοαντιδραστήρες, επηρεάζοντας τη διαδικασία νιτροποίησης και περιορίζοντας την ικανότητα απομάκρυνσης αζώτου του συστήματος. Τα νιτροποιητικά βακτήρια είναι αυτότροφα με μεγάλους κύκλους παραγωγής και είναι ευαίσθητα στις αλλαγές θερμοκρασίας, με βέλτιστο εύρος θερμοκρασίας ανάπτυξης 20–35 βαθμούς.
1.1 Μικροβιακή Δραστηριότητα
Τα βιοφίλμ στους αντιδραστήρες MBBR αναπτύσσονται προσκολλημένα σε επιφάνειες φορέα, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη μικροοργανισμών με μεγάλους κύκλους παραγωγής, αυξάνοντας έτσι την περιεκτικότητα σε νιτροποιητικά βακτήρια στο σύστημα. Σε σύγκριση με τις διεργασίες ενεργοποιημένης ιλύος, το MBBR παρουσιάζει ισχυρότερη απόδοση νιτροποίησης σε χαμηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας το ευρέως χρησιμοποιούμενο για επεξεργασία λυμάτων σε χαμηλές{1} θερμοκρασίες. Η χαμηλή θερμοκρασία είναι ένας από τους σημαντικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση νιτροποίησης αυτού του αντιδραστήρα. Η μείωση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μειωμένη ρευστότητα της κυτταρικής μεμβράνης και ενζυμική κατάλυση, μειωμένη μεταφορά υλικού και μεταβολικούς ρυθμούς, επηρεάζοντας έτσι τη σταθερότητα των δευτερογενών δομών νουκλεϊκού οξέος και αναστέλλοντας την αντιγραφή του DNA, τη μεταγραφή του mRNA και τη μετάφραση. Όταν οι θερμοκρασίες πέφτουν κάτω από το κυτταροπλασματικό σημείο πήξης, σχηματίζονται κρύσταλλοι πάγου μέσα στα κύτταρα, προκαλώντας σοβαρή δομική βλάβη. Μελέτες των Qiu Tian et al. έδειξε ότιοι δραστηριότητες οξείδωσης αμμωνίας και οξείδωσης νιτρωδών του βιοφίλμ MBBR στους 10 βαθμούς ήταν 55% και 56% αυτών στους 20 βαθμούς, αντίστοιχα. Οι Zheng Zhijia et al. δοκίμασε τους ρυθμούς νιτροποίησης της ενεργοποιημένης ιλύοςμια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων το καλοκαίρι (20 μοίρες) και το χειμώνα (8 βαθμούς), διαπιστώνοντας ότι ο ρυθμός νιτροποίησης με άζωτο αμμωνίας στους 8 βαθμούς ήταν 48,5% αυτού στους 20 βαθμούς. Ο αντίκτυπος της χαμηλής θερμοκρασίας στην ικανότητα νιτροποίησης των βιοχημικών δεξαμενών περιλαμβάνει δύο πτυχές: πρώτον, η χαμηλή θερμοκρασία επηρεάζει τη δραστηριότητα των κοινοτήτων νιτροποίησης βακτηρίων και δεύτερον, οι παρατεταμένες χαμηλές θερμοκρασίες μειώνουν τον πληθυσμό των νιτροποιητικών βακτηρίων στην ενεργοποιημένη ιλύ.
1.2 Διαγωνισμός Μικροβιακής Κοινότητας
Καθώς τα νιτροποιητικά βακτήρια είναι αυτότροφα, άλλες μικροβιακές κοινότητες επηρεάζουν σημαντικά τη διαδικασία νιτροποίησης και ανταγωνίζονται έντονα τα νιτροποιητικά βακτήρια. Houweling et al. διεξήγαγε πειράματα διεργασίας MBBR, δείχνοντας ότι στους 4 βαθμούς, το MBBR έχει συγκεκριμένο δυναμικό νιτροποίησης, αλλά η υπερβολική ανάπτυξη ετερότροφων μικροοργανισμών μέσα στο σύστημα μείωσε τον ρυθμό νιτροποίησης σε κάποιο βαθμό. Οι Shao Shuhai et al. έδειξε ότι το αποτέλεσμα απομάκρυνσης αζώτου του MBBR ενός σταδίου-δεν είναι ιδανικό λόγω του ανταγωνισμού μεταξύ νιτροποιητικών και ετερότροφων βακτηρίων. Οι Han Wenjie et al. μελέτησε τις αλλαγές της μικροβιακής κοινότητας και τα πρότυπα βιολογικής κατανομής σε μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων χρησιμοποιώντας υβριδικές διεργασίες MBBR κατά τη διάρκεια εποχών χαμηλών-θερμοκρασιών, διαπιστώνοντας ότι ο αριθμός των μικροβιακών ειδών σε αιωρούμενα βιομεμβράνες φορέων ήταν μικρότερος από αυτόν στην ενεργοποιημένη ιλύ από το ίδιο σύστημα, με άνιση κατανομή ειδών. Η προσθήκη αιωρούμενων φορέων ενίσχυσε τη μικροβιακή ποικιλομορφία στο σύστημα, ενώ οι τρόποι εισροής και λειτουργίας είχαν κάποια επιλεκτικότητα στη σύνθεση της μικροβιακής κοινότητας. Οι Wu Han et al. προσομοίωση επεξεργασίας οικιακών λυμάτων χρησιμοποιώντας τρεις διαδοχικούς αντιδραστήρες MBBR κατά παρτίδες με διαφορετικούς τύπους πλήρωσης. Μειώνοντας σταδιακά τις θερμοκρασίες (25, 20, 15, 10, 6 και 5 μοίρες ) για την καλλιέργεια και τον εγκλιματισμό βιοφίλμ για λύματα χαμηλής{19}θερμοκρασίας, διαπίστωσαν ότι στους τρεις αντιδραστήρες κυριαρχούσαν διαφορετικοί μικροοργανισμοί. Τα αποτελέσματα προσδιορισμού αλληλουχίας υψηλής απόδοσης-έδειξαν ότι στους 5 βαθμούς , οι μικροοργανισμοί που αποικοδομούν την οργανική ύλη κυριαρχούσαν και στους τρεις αντιδραστήρες. Ο ένας αντιδραστήρας εγκλιμάτισε και εμπλούτισε με επιτυχία τα ψυχόφιλα νιτροποιητικά βακτήρια, ενώ οι άλλοι δύο είχαν υψηλότερη αφθονία αζώτου-σταθεροποιητικά βακτήρια που δεν ήταν ευνοϊκά για την απομάκρυνση του αζώτου.
1.3 Εγκλιματισμός Ψυχρόφιλων Μικροοργανισμών
Η τεχνολογία βελτίωσης εγκλιματισμού και εμπλουτισμού για μικροβιακές κοινότητες με κυρίαρχη{0}χαμηλή θερμοκρασίαείναι μια αποτελεσματική μέθοδος για τη βελτίωση της λειτουργικής απόδοσης και σταθερότητας του MBBR σε συνθήκες χαμηλής- θερμοκρασίας. Μέσω της προοδευτικής επαγωγής και της βελτιστοποιημένης καλλιέργειας, οι κυρίαρχοι πληθυσμοί ελέγχονται και εφαρμόζονται, χρησιμοποιώντας την ισχυρή ανοχή των μικροβιακών κοινοτήτων για τη μείωση των επιπτώσεων των χαμηλών θερμοκρασιών, προσφέροντας-μακροπρόθεσμη δυνατότητα σταθερότητας. Οι Wang Dan et al. διαπίστωσε ότι σε συνθήκες χαμηλής-χειμερινής θερμοκρασίας, η προσθήκη ενεργοποιημένης λάσπης που περιέχει ψυχρές-ανεκτικές μικροβιακές κοινότητες για την επίτευξη ενός συμβιωτικού υβριδικού βιοαντιδραστήρα ενεργού ιλύος-βιοφίλμ προσέφερε πλεονεκτήματα όπως γρήγορη εκκίνηση, γρήγορο σχηματισμό βιοφίλμ και σταθερά αποτελέσματα επεξεργασίας. Οι Delatolla et al. ανακάλυψε ότι η απανθρακοποίηση του συστήματος σε 1 βαθμό αύξησε τη νιτροποιητική ενεργή βιομάζα, πάχυνε το βιοφίλμ, αύξησε αποτελεσματικά τον αριθμό των βιώσιμων κυττάρων κατά τη λειτουργία σε χαμηλή{11} θερμοκρασία και βελτίωσε την απόδοση νιτροποίησης του συστήματος. Επιπλέον, τα ΝΟ, N2H4, NH2OH, κ.λπ., είναι βασικά ενδιάμεσα που διεγείρουν τη διαδικασία αναερόβιας οξείδωσης αμμωνίου (anammox) και ανακουφίζουν την αναστολή των βακτηρίων anammox από NO2. Οι Zekker et al., σε μια μελέτη που επεξεργαζόταν λύματα υψηλής συγκέντρωσης (συγκέντρωση αζώτου αμμωνίας 740 mg/L) με σύστημα MBBR, διαπίστωσαν ότι η προσθήκη ΝΟ επιτάχυνε σημαντικά τη διαδικασία anammox και η αφθονία των οξειδωτικών βακτηρίων αμμωνίας{18}αυξήθηκε αναλογικά κατά τη λειτουργία του συστήματος.
2. Έρευνα για Τεχνολογίες Ενίσχυσης Φορέων για MBBR σε χαμηλές θερμοκρασίες
Η επιλογή των αιωρούμενων πληρωτικών MBBR είναι μία από τις βασικές τεχνολογίες αυτής της διαδικασίας για την επεξεργασία λυμάτων και ένας βασικός παράγοντας που επηρεάζει την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας και το κόστος μηχανικής. Οι κοινώς χρησιμοποιούμενοι τύποι πλήρωσης περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, πληρωτικά με κυψελοειδή, ημι-μαλακά πληρωτικά και σύνθετα υλικά πλήρωσης. Οι πρακτικές εφαρμογές ενδέχεται να αντιμετωπίσουν ζητήματα όπως η απόφραξη του πληρωτικού υλικού, η συσσωμάτωση και η γήρανση. Υπό συνθήκες χαμηλής-θερμοκρασίας, ο σχηματισμός βιοφίλμ στα πληρωτικά MBBR είναι πιο αργός, παρατείνοντας δυνητικά τις περιόδους εκκίνησης του εξοπλισμού, εμποδίζοντας την κανονική λειτουργία της διαδικασίας, με αποτέλεσμα χαμηλή αντοχή στο φορτίο κραδασμών και αποτυγχάνοντας να επιτευχθούν τα αναμενόμενα αποτελέσματα επεξεργασίας. Οι βιομηχανικά χρησιμοποιούμενοι αιωρούμενοι φορείς MBBR ποικίλλουν σε μέγεθος και σχήμα και κατασκευάζονται από υψηλά μοριακά πολυμερή όπως πολυαιθυλένιο υψηλής-πυκνότητας (HDPE), πολυαιθυλένιο (PE) ή πολυπροπυλένιο (PP) μέσω μεθόδων όπως εξώθηση τήγματος ή κοκκοποίηση. Με τη μεγάλη-μηχανολογική εφαρμογή αυτής της διαδικασίας, η ποικιλία των εμπορικών αερομεταφορέων αυξήθηκε σταδιακά. Ο σχεδιασμός και η επεξεργασία του φορέα μπορούν να προσαρμοστούν στην ποιότητα του νερού και στα χαρακτηριστικά μικροβιακής ανάπτυξης, επιτρέποντας στοχευμένη βελτιστοποίηση και βελτίωση για τη βελτίωση των συστημάτων βιοφίλμ MBBR υπό συνθήκες χαμηλής{10} θερμοκρασίας. Σε πρακτικές εφαρμογές, οι τροποποιήσεις φορέα επικεντρώνονται κυρίως στη βελτίωση της ειδικής επιφάνειας, της υδροφιλίας, της βιο{12}}συγγένειας, των μαγνητικών ιδιοτήτων κ.λπ., για τη βελτίωση της μεταφοράς μάζας φορέα, του σχηματισμού βιοφίλμ και της απόδοσης επεξεργασίας λυμάτων.
2.1 Μαγνητική φόρτιση
Η τρέχουσα έρευνα έχει διερευνήσει τη χρήση μαγνητικών πεδίων για τη βελτιστοποίηση της ικανότητας επεξεργασίας λυμάτων του MBBR σε χαμηλές θερμοκρασίες.Τα μαγνητικά πεδία ορισμένων δυνατοτήτων μπορούν να ενισχύσουν την απομάκρυνση των ρύπων σε διαδικασίες βιολογικής επεξεργασίας. Κάτω από ασθενή μαγνητικά πεδία, οι οργανικοί ρύποι εμπλουτίζονται στην επιφάνεια των μαγνητικών βιολογικών φορέων μέσω μαγνητικής συσσωμάτωσης και προσρόφησης, υποβοηθούμενοι από μαγνητικές δυνάμεις, δυνάμεις Lorentz και μαγνητο-κολλοειδείς επιδράσεις. Μέσα σε ένα κατάλληλο εύρος έντασης, τα μαγνητικά πεδία μπορούν να βελτιώσουν τη χρήση του μικροβιακού οξυγόνου, να ενισχύσουν τον μεταβολισμό της μικροβιακής ανάπτυξης και τη δραστηριότητα των ενζύμων και να αυξήσουν τη διαπερατότητα της κυτταρικής μεμβράνης. Οι Jing Shuangyi et al. μελέτησε τα συγκριτικά αποτελέσματα της προσθήκης μαγνητικών φορέων [πολυαιθυλένιο, νεοδύμιο σιδήρου βόριο μαγνητικής σκόνης (Nd2Fe14B) και polyquaternium-10 (PQAS-10) κ.λπ.] έναντι εμπορικών φορέων σε αντιδραστήρες MBBR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπό συνθήκες χαμηλής{12} θερμοκρασίας, οι μαγνητικοί φορείς βελτίωσαν σημαντικά τη δραστηριότητα νιτροποίησης του βιοφίλμ, προώθησαν την έκκριση εξωκυτταρικής πολυμερικής ουσίας (EPS) και διατήρησαν και βελτίωσαν τη μορφολογία και τη δομή του βιοφίλμ. Οι μαγνητικοί φορείς εμπλούτισαν περισσότερα γένη νιτροποιητικών βακτηρίων, με σχετική αφθονία βακτηρίων οξειδωτικών αμμωνίας και νιτρωδών βακτηρίων αυξήθηκαν κατά 1,82 φορές και 1,05 φορές, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τους εμπορικούς φορείς, και εγκλίμασαν και εμπλούτισαν δύο μοναδικά γένη νιτροποιητικών βακτηρίων.
2.2 Τροποποίηση φορέα
Εκτός από τη μαγνητική φόρτιση, η τροποποίηση της συγγένειας των παραδοσιακών υλικών μεταφοράς όπως το πολυαιθυλένιο είναι επίσης ένας σημαντικός τρόπος για τη βελτίωση της απόδοσης σχηματισμού βιοφίλμ πληρωτικού. Οι Sun Bo et al. χρησιμοποίησε νέα νανο-αιωρούμενα πληρωτικά για την επεξεργασία οικιακών λυμάτων χαμηλής θερμοκρασίας-. Στους 10–12 βαθμούς, η περίοδος σχηματισμού βιοφίλμ για τα νανοπληρωτικά ήταν μικρότερη από 18 ημέρες, μικρότερη από άλλα πληρωτικά, με το ποσοστό αφαίρεσης COD του συστήματος να είναι σταθερό περίπου στο 75%, αποδεικνύοντας καλή αξία προώθησης. Οι Ren Yanqiang et al. χρησιμοποίησε κυψελοειδή αιωρούμενα πληρωτικά κατασκευασμένα από πολύ υδρόφιλα υλικά κράματος πολυμερών για την επεξεργασία λυμάτων από τη δεξαμενή πρωτογενούς καθίζησης μιας μονάδας επεξεργασίας λυμάτων υπό συνθήκες χαμηλής{10}} θερμοκρασίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αυτά τα αιωρούμενα πληρωτικά βελτίωσαν αποτελεσματικά την ικανότητα προσκόλλησης των επιφανειακών{12}ενεργών μικροοργανισμών, βοηθώντας στην ενίσχυση των θεραπευτικών αποτελεσμάτων της διαδικασίας MBBR. Οι Han Xiaoyun et al. χρησιμοποίησε μαλακό αφρό πολυουρεθάνης με ανεπτυγμένη δομή πόρων ως ακινητοποιημένο φορέα για τη στερέωση αποτελεσματικών μικροβιακών κοινοτήτων-ανεκτικών στο κρύο διαχωρισμένες από την ενεργοποιημένη λάσπη. Μετά την προσθήκη αυτού του πληρωτικού στον αντιδραστήρα, τα αποτελέσματα της επεξεργασίας ρύπων βελτιώθηκαν σημαντικά, με ποσοστό αφαίρεσης COD 82% και ποσοστό αφαίρεσης βιοχημικής ζήτησης οξυγόνου (BOD) 92% υπό συνθήκες χαμηλής{19} θερμοκρασίας. Οι Chen et al. χρησιμοποίησε μια διαδικασία MBBR με πληρωτικό γέλης πολυβινυλικής αλκοόλης (PVA) ενοφθαλμισμένο με βακτήρια HN-AD για την επεξεργασία λυμάτων εκτροφής ζώων και πουλερικών αντί για ενεργοποιημένη ιλύ. Κάτω από διαφορετικές αναλογίες άνθρακα-προς{-αζώτου (C/N), η απόδοση διαφορετικών φορέων διέφερε σημαντικά. Η πορώδης δομή του τζελ PVA παρείχε προστασία στα βακτήρια, με αποτέλεσμα πιο σταθερή απόδοση. Η μικροβιακή ανάλυση έδειξε ότι η διαδικασία MBBR με φορείς γέλης PVA ευνόησε την ανάπτυξη αυτότροφων βακτηρίων και βακτηρίων HN-AD (Paracoccus και Acinetobacter).
3. Συνδυασμός διεργασιών και Ρύθμιση του MBBR σε χαμηλές θερμοκρασίες
Αυτό το σύστημα έχει μοναδικές απαιτήσεις για το σχηματισμό βιοφίλμ σε επιφάνειες πλήρωσης, υπογραμμίζοντας τη σημασία του συνδυασμού διεργασιών και της ρύθμισης. Η σταθερή νιτροποίηση σε MBBR μπορεί να επιτευχθεί μέσω της ρύθμισης των παραμέτρων και των αναλογιών διεργασίας. Η αντιστάθμιση των επιπτώσεων της χαμηλής θερμοκρασίας μέσω αυστηρότερων περιορισμών είναι μια σχετικά άμεση και αποτελεσματική μέθοδος.
3.1 Αερισμός
Η διαδικασία MBBR εφαρμόζεται επί του παρόντος κυρίως σε αερόβια περιβάλλοντα. Ο ρυθμός και η μέθοδος αερισμού στον αντιδραστήρα επηρεάζουν άμεσα την περιεκτικότητα σε διαλυμένο οξυγόνο (DO) στο σύστημα και τα χαρακτηριστικά του σχηματισμού βιοφίλμ, επηρεάζοντας έτσι το επίπεδο αποικοδόμησης των ρύπων. Ο Chen Long et al., κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας βιομηχανικών λυμάτων, αντιμετώπισε αποτελεσματικά τις δυσκολίες στο σχηματισμό βιοφίλμ χρησιμοποιώντας μέτρα όπως ο Αερισμός κατά παρτίδες, επιτυγχάνοντας ποσοστό αφαίρεσης COD 95,5% και ποσοστό αφαίρεσης αζώτου αμμωνίας 91%. Οι Persson et al. χρησιμοποίησε το MBBR για την επεξεργασία μικτών λυμάτων απορριμμάτων κουζίνας και μαύρου νερού μετά από αναερόβια προεπεξεργασία στους 10 βαθμούς, επιτυγχάνοντας πλήρη νιτροποίηση μέσω διακοπτόμενου αερισμού. Bian et al. διαπίστωσε ότι ο έλεγχος μιας σταθερής αναλογίας μεταξύ DO και συγκέντρωσης ολικού αζώτου αμμωνίας βελτιστοποίησε τα αποτελέσματα των εκροών σε χαμηλές θερμοκρασίες. όταν η αναλογία ελέγχου δεν υπερέβαινε το 0,17, η διαδικασία νιτροποίησης παρέμεινε σταθερή στους 6 βαθμούς.
3,2 Αναλογία άνθρακα-προς-Αζώτου (C/N)
Υπάρχει προφανής ανταγωνισμός μεταξύ νιτροποιητικών και ετερότροφων βακτηρίων. Επομένως, η ρύθμιση C/N γίνεται μια σημαντική παράμετρος που επηρεάζει την ισορροπία μεταξύ της οργανικής ύλης και της αποικοδόμησης του αζώτου στο σύστημα. Οι Chen et al. έδειξε ότι στα συστήματα MBBR, όταν το C/N ήταν μεταξύ 4–15, το ποσοστό αφαίρεσης COD ήταν πάνω από 90%. Όταν το C/N μειώθηκε στο 1, ο ρυθμός αφαίρεσης COD μειώθηκε σημαντικά. Η απόδοση αφαίρεσης αζώτου αμμωνίας του συστήματος αρχικά αυξήθηκε και στη συνέχεια μειώθηκε με τη μείωση του C/N. Οι Chen et al. διερεύνησε την επίδραση του C/N στην απόδοση ενός αντιδραστήρα A/O-MBBR που επεξεργάζεται λύματα θαλάσσιας καλλιέργειας.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μείωση του C/N είναι ευεργετικό για βελτίωση της αποτελεσματικότητας απομάκρυνσης COD και αμμωνιακού αζώτου.
3.3 Υδραυλικός χρόνος συγκράτησης
Ο Υδραυλικός Χρόνος Κατακράτησης (HRT) καθορίζει το φορτίο ενεργού λάσπης εντός του συστήματος αντίδρασης. Πολύ υψηλή ή πολύ χαμηλή HRT μπορεί να επηρεάσει την αποτελεσματικότητα της θεραπείας και το κόστος κατασκευής/λειτουργίας των συστημάτων MBBR. Η επιλογή ενός λογικού HRT είναι ζωτικής σημασίας για τη σταθερή λειτουργία του συστήματος. Van et al. εφάρμοσε το MBBR για γεωργικό έλεγχο ρύπανσης που δεν είναι{4}}σημειακές σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η έρευνα έδειξε ότι στους 5 βαθμούς, καθώς μειώθηκε η HRT, η αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης των ρύπων μειώθηκε σημαντικά, με τις 8 ώρες να είναι ο ελάχιστος χρόνος κατακράτησης για να διασφαλιστεί η απονιτροποίηση των νιτρικών σε αέριο άζωτο. Οι Wang Chuanxin et al. επεξεργασμένα οικιακά λύματα με ανοξικό/αερόβιο σύστημα βιοφίλμ, με επίκεντρο τα χαρακτηριστικά της ταυτόχρονης νιτροποίησης και απονιτροποίησης σε MBBR σε χαμηλές θερμοκρασίες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύστημα προσαρμόστηκε καλά στις εποχιακές πτώσεις της θερμοκρασίας επεκτείνοντας το HRT, σταθεροποιώντας τις συγκεντρώσεις COD εκροής και αζώτου αμμωνίας ώστε να πληροί τα πρότυπα. Ο Shitu χρησιμοποίησε ένα νέο πληρωτικό σπόγγου ως φορέα βιοφίλμ MBBR για να μελετήσει την επίδρασή του στην επεξεργασία του νερού σε διαφορετικά HRT. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα αποτελέσματα της επεξεργασίας του νερού ήταν καλύτερα σε HRT 6 ώρες. Οι Zhao Wenbin et al. έδειξε ότι η βέλτιστη HRT για την απομάκρυνση ρύπων στα λύματα από συστήματα MBBR υπό συνθήκες χαμηλής- θερμοκρασίας ήταν 24 ώρες. Οι Han Lei et al. μελέτησε τον ρυθμό απομάκρυνσης ρύπων όταν η HRT μειώθηκε από 15,4 ώρες σε 11,0 ώρες σε μια συνδυασμένη διεργασία οξείδωσης DE + MBBR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι καθώς μειώθηκε το HRT, η απόδοση απομάκρυνσης ρύπων μειώθηκε σταδιακά, αλλά η ποιότητα των λυμάτων θα μπορούσε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις ποιότητας του νερού, αντανακλώντας την ισχυρή αντοχή σε φορτίο κρουσμάτων του συστήματος MBBR.
3.4 Συνδυασμός διεργασιών
Deng Rui et al. μελέτησε μια διαδικασία A/O-MBBR δύο σταδίων για την επεξεργασία αστικών λυμάτων. Υπό συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας νερού και χαμηλής συγκέντρωσης εισροής, αυτή η συνδυασμένη διαδικασία έδειξε ισχυρή αντοχή σε φορτίο κραδασμών και προσαρμοστικότητα θερμοκρασίας, σταθερή λειτουργία και βολική λειτουργία, δείχνοντας καλές προοπτικές εφαρμογής στην επεξεργασία λυμάτων. Οι Luostarinen et al. μελέτησε τα αποτελέσματα επεξεργασίας της διαδικασίας MBBR στα λύματα γαλακτοκομικών προϊόντων μετά από αναερόβια προεπεξεργασία σε χαμηλές θερμοκρασίες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διαδικασία θα μπορούσε να αφαιρέσει 40%–70% του COD, 50%–60% του αζώτου και ο συνδυασμός Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) και MBBR θα μπορούσε να αφαιρέσει το 92% του COD, το 99% του BOD και το 65%–70% του αζώτου. Οι Ru Chun et al. χρησιμοποίησε μια τροποποιημένη διαδικασία καθίζησης Bardenpho-MBBR + μαγνητικής φόρτισης για την ανακαίνιση μιας μονάδας επεξεργασίας λυμάτων. Με την προσαρμογή των σημείων δοσομέτρησης της πηγής άνθρακα και την εφαρμογή πολλαπλών σημείων εισροής και επαναρροής πολλαπλών σημείων στο σύστημα, επιτεύχθηκε αποτελεσματική χρήση εξωτερικά προστιθέμενων πηγών άνθρακα, διασφαλίζοντας αποτελέσματα νιτροποίησης και απονιτροποίησης στους 8,7 βαθμούς , με σταθερή ποιότητα εκροής καλύτερη από τα πρότυπα εκκένωσης.
Σύναψη
Υπό συνθήκες χαμηλής- θερμοκρασίας, η μικροβιακή δραστηριότητα στα συστήματα MBBR μειώνεται και υπάρχει προφανής ανταγωνισμός μεταξύ των ετερότροφων μικροοργανισμών που επεξεργάζονται την οργανική ύλη και των αυτότροφων μικροοργανισμών που επεξεργάζονται το άζωτο αμμωνίας. Επομένως, με βάση τις απαιτήσεις για τη σύνθεση των ρύπων του ακατέργαστου νερού και των δεικτών εκροής, το κατάλληλο C/N θα πρέπει να λαμβάνεται πλήρως υπόψη. Μέτρα όπως η βελτίωση και ο εγκλιματισμός των στελεχών που κυριαρχούν σε χαμηλές-θερμοκρασίες, ο στοχευμένος εμπλουτισμός και η αύξηση της αφθονίας των κυρίαρχων πληθυσμών στους φορείς θα πρέπει να εφαρμοστούν για βασικούς δείκτες για τη διασφάλιση της ποιότητας των λυμάτων.
Η βελτίωση του φορέα είναι ένα σημαντικό μέσο για τη βελτίωση της ανοχής χαμηλής-θερμοκρασίας των συστημάτων MBBR και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της υποβάθμισης της διαδικασίας. Τα συγκεκριμένα μέτρα περιλαμβάνουν κυρίως τη μαγνητική φόρτιση και τη δομική επεξεργασία των φορέων. Η μαγνητική φόρτιση μπορεί να ενισχύσει την προσκόλληση νιτροποιητικών βακτηρίων σε χαμηλές θερμοκρασίες, να ενισχύσει τη διαδικασία έκκρισης EPS και να βελτιώσει τη βακτηριακή δραστηριότητα. Η βελτιστοποίηση της δομής του φορέα και των ιδιοτήτων της επιφάνειας μπορεί να επιταχύνει την απόδοση μεταφοράς μάζας ρύπων, να βελτιώσει την ικανότητά τους να στερεοποιούν και να προστατεύουν τις μικροβιακές κοινότητες και να διατηρήσουν πιο σταθερή απόδοση του συστήματος.
Η ίδια η διαδικασία MBBR διαθέτει ορισμένα χαρακτηριστικά αντίστασης χαμηλής- θερμοκρασίας. Ωστόσο, με τη συνεχή βελτίωση των προτύπων ποιότητας των λυμάτων για μονάδες επεξεργασίας λυμάτων, η προσαρμογή των συνθηκών εργασίας και ο συνδυασμός διεργασιών του MBBR υπό συνθήκες χαμηλής-θερμοκρασίας έχουν γίνει σημαντικό ερευνητικό περιεχόμενο για την ανακάλυψη της διαδικασίας. Για διαφορετικούς τύπους λυμάτων, οι βέλτιστες συνθήκες εργασίας πρέπει να καθορίζονται με βάση τις πραγματικές καταστάσεις. Εν τω μεταξύ, οι λογικοί συνδυασμοί διεργασιών μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά την αντίσταση στο φορτίο κραδασμών, την προσαρμοστικότητα θερμοκρασίας και τη σταθερότητα του συστήματος των συστημάτων MBBR έναντι των ρύπων.