Pilot-studija o više-stupanjskom A/O-MBBR sustavu za uklanjanje dušika na srednje-niskim temperaturama
Pregled
Posljednjih godina Kina je postigla značajne rezultate u upravljanju vodnim okolišem, ali se još uvijek suočava s problemima kao što su nedostatak vodnih resursa, onečišćenje vodenog okoliša i oštećenje vodenog ekološkog okoliša. Iz perspektive zaštite vodnih resursa, sprječavanja onečišćenja vode i obnove ekologije vode, kontinuirano promicanje poboljšanja učinkovitosti i djelotvornosti pročišćavanja otpadnih voda od velike je važnosti za povećanje stope iskorištenosti vodnih resursa, poboljšanje kvalitete vodnog okoliša, poboljšanje nacionalne kvalitete života, ubrzanje izgradnje ekološkog okoliša i pobjedu u bitci za čistu vodu. Trenutno, na temelju postojećeg nacionalnog "Standarda ispuštanja onečišćujućih tvari za urbana postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda" (GB18918-2002), lokalne vlasti su sukcesivno predlagale nove zahtjeve za kvalitetu otpadnih voda iz gradskih postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, s posebno strožim zahtjevima za pokazatelje kao što su organska tvar, amonijačni dušik i ukupni dušik. Tradicionalne tehnologije obrade vode predstavljene postupkom s aktivnim muljem suočavaju se s uskim grlima poput ograničene biološke nitrifikacije na niskim temperaturama. Brojne studije pokazale su da se učinak nitrifikacije procesa aktivnog mulja značajno smanjuje u uvjetima niske-temperature, praćen problemima poput ozbiljnog nakupljanja mulja i biološkog taloga. Stoga je probijanje niskotemperaturnog uskog grla i postizanje stabilnog i učinkovitog biološkog uklanjanja dušika postalo hitan problem koji treba riješiti u području pročišćavanja otpadnih voda. Tehnologija biofilm reaktora s pokretnim slojem (MBBR) primijenjena je u stotinama postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda diljem svijeta. Zbog vezanog stanja rasta biofilma unutar reaktora i njegove sposobnosti kontinuiranog obnavljanja, ne samo da posjeduje visoku biomasu, već također održava visoku aktivnost. Rezultati primjene u nordijskim zemljama također pokazuju da ima veću prilagodljivost na niske temperature u usporedbi s postupkom s aktivnim muljem.
Iz tog razloga, ova studija, usmjerena na karakteristike urbane otpadne vode u Kini, koristi prednosti MBBR-a i više-stupanjskog anoksičnog/oksičnog (A/O) procesa za biološko uklanjanje dušika za izgradnjutro-stupanjski A/O-MBBR pilot-sustav. Ispitivan je kapacitet uklanjanja organske tvari, amonijačnog dušika i ukupnog anorganskog dušika u uvjetima srednje-niske temperature. Analizirani su kapacitet nitrifikacije i morfološke promjene biofilma u statičkim eksperimentalnim uvjetima, pružajući tehničku podršku za postizanje stabilnog i učinkovitog uklanjanja dušika iz gradske otpadne vode u uvjetima niske-temperature te za konstrukciju i regulaciju više-stupnjevitih A/O-MBBR sustava.
1. Materijali i metode
1.1 Eksperimentalna postavka i radni način-sustava na razini pilota
Tijek procesa konstruiranog tro-stupanjskog A/O-MBBR pilot-sustava prikazan je uSlika 1. Pilot-sustav se sastoji od tri stupnja anoksično/oksično (A/O), podijeljenih u ukupno 10 reakcijskih zona.Prva-fazaPodsustav A/O-MBBR sastoji se od zona anoksične reakcije (A1, A2) i zona aerobne reakcije (O3, O4).Druga-fazaPodsustav A/O-MBBR sastoji se od anoksičnih reakcijskih zona (A5, A6) i aerobnih reakcijskih zona (O7, O8).Treća-fazaPodsustav A/O-MBBR sastoji se od anoksične reakcijske zone (A9) i aerobne reakcijske zone (O10). Efektivni volumen odsvaka gore navedena reakcijska zona je 1,4 m³ (1m * 1m * 1,4m), s efektivnom dubinom vode od 1,4 m. Suspendirani nosači biofilma (mediji) sa specifičnom površinom od 500 m²/m³ dodani su svakom segmentu reakcijske zone, s omjerom punjenja nosača od 35% za sve. Mehaničko miješanje korišteno je u zonama anoksične reakcije kako bi se nosači održali fluidiziranim, dok je aeracija perforiranom cijevi korištena u zonama aerobne reakcije, kontrolirajućikoncentracija otopljenog kisika na 3-9 mg/L.
Stvarna stopa dotoka probnog -sustava bila je (23.6 + 5.4) m³/d, korištenjem raspodjele dotoka u dvije-točke, s točkama dotoka postavljenim u reakcijskim zonama A1 i O5 i omjerom dotoka od 1:1. Pilot-sustav je imao dva seta recirkulacije nitrificirane tekućine (od O4 do A1 i od O8 do A5), s omjerom recirkulacije od 100% do 200% (na temelju stope dotoka svakog stupnja). Kako bi se osigurala ispravna post-denitrifikacija, 50-90 mg/L natrijevog acetata (izračunato kao COD) dodano je kao vanjski izvor ugljika u reakcijsku zonu A9. Cijela eksperimentalna studija podijeljena je u 2 faze: faza I - normalna temperatura (18-29 stupnjeva); Faza II - Srednje niska temperatura (10-16 stupnjeva).
1.2 Testirajte vodu
Pilot test je proveden-na licu mjesta u urbanom postrojenju za pročišćavanje otpadnih voda u gradu Qingdao. Ispitna voda uzeta je iz efluenta primarnog taložnika ovog postrojenja i ušla u pilot sustav nakon pojačane predtretmane flotacijom. Uvjeti kakvoće vode nakon predtretmana poboljšanom flotacijom prikazani su uTablica 1.
1.3 Indikatori i metode otkrivanja
1.3.1 Konvencionalni indikatori
Konvencionalni pokazatelji kao što su SCOD, NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, SS, MLSS i MLVSS izmjereni su standardnim metodama iz "Metode praćenja i analize vode i otpadnih voda". Otopljeni kisik, temperatura, pH i ORP mjereni su pomoću aprijenosni mjerač otopljenog kisika (HACH HQ40d). Debljina biofilma je mjerena pomoću aninvertni fluorescentni mikroskop (Olympus, IX71).
1.3.2 Statički eksperiment nitrifikacije
Tijekom rada sustava, nosači iz aerobnih zona povremeno su uzorkovani kako bi se izmjerio kapacitet nitrifikacije biofilma u uvjetima statičke reakcije. Nosači iz svake aerobne reakcijske zone stavljeni su u reaktor od 5L, s omjerom punjenja identičnim pilot sustavu od 35%. Ispitna voda bila je umjetno konfigurirana otopina NH4Cl s masenom koncentracijom od 20-25 mg/L (izračunato kao N). Tijekom eksperimenta korištena je mala zračna pumpa za prozračivanje kako bi se nosači održali fluidiziranim dok je otopljeni kisik kontroliran na 7-11 mg/L. Ispitivanje je trajalo 2 sata, s intervalima uzorkovanja od 30 minuta, mjerenjem promjene koncentracije NH4⁺-N kako bi se izračunao kapacitet nitrifikacije biofilma pod statičkim reakcijskim uvjetima.
2. Rezultati i analiza
2.1 Operativna izvedba tro-stupanjskog A/O-MBBR pilot sustava
Operativni učinak tro-stupanjskog A/O-MBBR pilot sustava prikazan je uSlika 2. U fazi normalne temperature (faza I), s reakcijskom temperaturom od 18-29 stupnjeva, brzinom protoka obrade od (23.6+5.4) m³/d i dozom izvora ugljika od 50 mg/L (izračunato kao COD, isto dolje) u anoksičnoj zoni trećeg-stupnja A/O-MBBR podsustava, SCOD-a koji utječe na sustav, Koncentracije NH4⁺-N i TIN bile su (160±31), (35,0±7,2), odnosno (35,8±7,0) mg/L, a koncentracije pročišćenog efluenta bile su (27±8), (0,6±0,5), odnosno (2,7±2,2) mg/L, sprosječne stope uklanjanja dosežu 83,1%, 98,3% i 92,5%. U fazi srednje-niske temperature (Faza II), s reakcijskom temperaturom od 10-16 stupnjeva, istom brzinom protoka obrade od (23.6+5.4) m³/d i dozom izvora ugljika od 50-90 mg/L u anoksičnoj zoni trećeg-stupnja A/O-MBBR podsustava, SCOD-a koji utječe na sustav, Koncentracije NH4⁺-N i TIN bile su (147±30), (38,3±2,1), odnosno (39,6±2,3) mg/L, a koncentracije efluenta bile su (26±6), (0,4±0,6), odnosno (6,8±3,6) mg/L, sprosječne stope uklanjanja dosežu 82,3%, 99,0% i 82,8%. Nadalje, tijekom dana 56-62 rada sustava, kada je doza izvora ugljika bila 50 mg/L, pojavilo se značajno nakupljanje NO₂⁻-N u reakcijskoj zoni A9. Međutim, nakon postupnog povećanja doze izvora ugljika na 90 mg/L, nakupljanje NO₂⁻-N u reakcijskoj zoni A9 postupno je nestalo, a koncentracija TIN-a u efluentu smanjila se na razumnu razinu.
2.2 Promjene u kapacitetu nitrifikacije biofilma u svakoj aerobnoj reakcijskoj zoni pod različitim reakcijskim temperaturama
Kako bi se procijenile promjene u kapacitetu nitrifikacije tro-stupanjskog A/O-MBBR sustava iz sveukupne perspektive, analizirani su stopa doprinosa nitrifikacije NH₄⁺-N i kapacitet nitrifikacije biofilma u svakoj aerobnoj reakcijskoj zoni pod različitim reakcijskim temperaturama, s rezultatima prikazanim uSlike 3 i 4, odnosno.
Slika 4 Opterećenje uklanjanja nitrifikacije i krivulje prilagodbe u aerobnim zonama 1. i 2. stupnja A/O-MBBR podsustava pod različitim reakcijskim temperaturama
IzSlika 3, može se vidjeti da unutar tro-stupanjskog A/O-MBBR sustava, zbog dvije-točke utjecaja, O3 i O4 reakcijske zone prvog-stupnja A/O-MBBR podsustava i O7 i O8 reakcijske zone drugog-stupnja A/O-MBBR podsustava nose glavno nitrifikacijsko opterećenje sustav. U uvjetima normalne i srednje{12}}niske temperature,Stope doprinosa nitrifikacije NH₄⁺-N ova dva podsustava bile su 43,1%, 49,6% odnosno 33,8%, 54,0%. To pokazuje da je u uvjetima srednje-niske temperature, stopa doprinosa nitrifikacije NH₄⁺-N podsustava drugog-stupnja bila 20,2% viša od podsustava prvog-stupnja.
IzSlike 4(a) i (c), može se vidjeti da su za biofilmove u zonama aerobne reakcije O3 i O7 pod normalnom temperaturom, to glavne reakcijske zone u tro-stupanjskom A/O-MBBR sustavu za razgradnju organske tvari u kombinaciji s funkcijom nitrifikacije. Kada je opterećenje uklanjanja SCOD po površini nosača (skraćeno kao "opterećenje uklanjanja SCOD", izračunato kao COD) bilo manje od 2,0 g/(m²·d) i opterećenje nitrifikacije po površini površine nosača (skraćeno kao "opterećenje uklanjanja nitrifikacije", izračunato kao N) bilo manje od 1,6 g/(m²·d), odnos između opterećenja uklanjanja nitrifikacije po površini nosača (skraćeno kao "opterećenje uklanjanja nitrifikacije", izračunat kao N) i nitrifikacijsko opterećenje slijedi-linearnu reakciju prvog reda, s nagibima od 0,83 odnosno 0,84. Kada se opterećenje nitrifikacije povećalo na 1,6-6,0 g/(m²·d), odnos između opterećenja uklanjanja nitrifikacije i opterećenja nitrifikacije slijedi reakciju nultog{18}}reda, s odgovarajućim prosječnim opterećenjem uklanjanja nitrifikacije od 1,31 odnosno 1,34 g/(m²·d). Kada je opterećenje uklanjanja SCOD bilo 2,0-4,0 g/(m²·d), a opterećenje nitrifikacije 1,6-6,0 g/(m²·d), iako je odnos nultog reda reakcije između opterećenja uklanjanja nitrifikacije i opterećenja nitrifikacije ostao nepromijenjen, odgovarajuća prosječna opterećenja uklanjanja nitrifikacije smanjila su se na 0,95 odnosno 0,97 g/(m²·d). Za biofilmove u zonama aerobne reakcije O3 i O7 pri srednje niskoj temperaturi, kada je opterećenje uklanjanja SCOD bilo manje od 2,0 g/(m²·d), a opterećenje nitrifikacijom manje od 1,1 g/(m²·d), linearni nagibi opterećenja uklanjanja nitrifikacije u odnosu na opterećenje nitrifikacije smanjili su se na 0,71 odnosno 0,81. Kada se nitrifikacijsko opterećenje povećalo na 1,1-6,0 g/(m²·d), odgovarajuće prosječno nitrifikacijsko opterećenje smanjilo se na 0,78 odnosno 0,94 g/(m²·d), što predstavlja smanjenje od 40,4% i 19,4% u usporedbi s normalnim temperaturnim uvjetima. Kada se opterećenje uklanjanja SCOD povećalo na 2,0-4,0 g/(m²·d), odgovarajuće prosječno opterećenje uklanjanja nitrifikacije smanjilo se na 0,66 odnosno 0,91 g/(m²·d), što predstavlja smanjenje od 30,5% i 6,2% u usporedbi s normalnim temperaturnim uvjetima. Kapacitet nitrifikacije biofilma u O3 reakcijskoj zoni bio je u skladu s rezultatima istraživanja HEM-a i sur. pod odgovarajućim uvjetima. Međutim, važno je napomenuti da je u uvjetima srednje niske temperature, u usporedbi s biofilmom O3 reakcijske zone, biofilm O7 reakcijske zone pokazao jači kapacitet nitrifikacije.
IzSlike 4(b) i (d), može se vidjeti da su za biofilmove u zonama aerobne reakcije O4 i O8 pod normalnom temperaturom, to reakcijske zone u tro-stupanjskom A/O-MBBR sustavu koji primarno služi dodatnoj funkciji nitrifikacije. Kada je opterećenje uklanjanja SCOD bilo manje od 1,0 g/(m²·d), a opterećenje nitrifikacije manje od 1,3 g/(m²·d), odnos između opterećenja uklanjanja nitrifikacije i opterećenja nitrifikacije slijedio je linearnu reakciju prvog-reda, s nagibima od 0,86 odnosno 0,88. Kada se opterećenje nitrifikacije povećalo na 1,3-3,0 g/(m²·d), odnos između opterećenja uklanjanja nitrifikacije i opterećenja nitrifikacije slijedi reakciju nultog-reda, s odgovarajućim prosječnim opterećenjem uklanjanja nitrifikacije od 1,11 odnosno 1,13 g/(m²·d). U uvjetima srednje niske temperature, kada je opterećenje uklanjanja SCOD bilo manje od 1,0 g/(m²·d), a opterećenje nitrifikacije manje od 1,0 g/(m²·d), linearni nagibi opterećenja uklanjanja nitrifikacije u odnosu na opterećenje nitrifikacije smanjili su se na 0,72 odnosno 0,84. Kada se opterećenje nitrifikacije povećalo na 1,0-3,0 g/(m²·d), odgovarajuće prosječno opterećenje uklanjanja nitrifikacije bilo je 0,72 odnosno 0,86 g/(m²·d), što predstavlja smanjenje od 35,1% i 23,9% u usporedbi s normalnim temperaturnim uvjetima.
Iz gornje analize može se vidjeti da su se pri srednje-niskim temperaturama točke infleksije odnosa između opterećenja uklanjanja nitrifikacije i opterećenja nitrifikacije za biofilm u svakoj reakcijskoj zoni dogodile ranije u usporedbi s normalnom temperaturom. Ovaj fenomen relativno je u skladu s rezultatima istraživanja SAFWAT-a. Sve u svemu, iako je kapacitet nitrifikacije biofilma u svakoj aerobnoj zoni sustava pokazao silazni trend pod srednje-niskim temperaturama,kapacitet nitrifikacije biofilma u reakcijskoj zoni O7 drugog-stupnja A/O-MBBR podsustava povećao se za 20,5%-37,9% u usporedbi s reakcijskom zonom O3, a kapacitet nitrifikacije biofilma u reakcijskoj zoni O8 povećao se za oko 19,4% u usporedbi s reakcijskom zonom O4. Ovo ukazuje da je postavljanje reakcijske zone drugog-stupnja u tro-stupanjskom A/O-MBBR sustavu korisno za poboljšanje ukupnog kapaciteta nitrifikacije sustava.
2.3 Promjene u kapacitetu denitrifikacije biofilma u svakoj anoksičnoj reakcijskoj zoni pod različitim reakcijskim temperaturama
Kako bi se procijenile promjene u denitrifikacijskom kapacitetu tro-stupanjskog A/O-MBBR sustava iz sveukupne perspektive, ova je studija analizirala denitrifikacijski kapacitet biofilma u svakoj anoksičnoj reakcijskoj zoni pod različitim reakcijskim temperaturama, s rezultatima prikazanim uSlika 5.
Slika 5 Opterećenje uklanjanja denitrifikacijom u svakoj anoksičnoj zoni tro-stupanjskog A/O-MBBR sustava pod različitim reakcijskim temperaturama
IzSlike 5(a) i (c), može se vidjeti da su za A1 i A5 anoksične reakcijske zone to glavne denitrifikacijske zone u tro-stupanjskom A/O-MBBR sustavu koji koristi izvore ugljika iz sirove vode kao supstrat. Pod normalnim i srednje{5}}niskim temperaturnim uvjetima, kada je odgovarajući anoksični denitrifikacijski omjer ugljika-prema-dušiku (ΔCBSCOD / CNOx--N) bio veći od 5,0 i denitrifikacijsko opterećenje po površini nosača (skraćeno kao "denitrifikacijsko opterećenje", izračunato kao NOx--N) bio je manji od 0,95 g/(m²·d), odnos između opterećenja uklanjanja denitrifikacije po površini nosača (skraćeno kao "opterećenje uklanjanja denitrifikacije", izračunato kao NOx--N) i opterećenja denitrifikacije slijedio je linearnu reakciju prvog-reda, s nagibima od 0,87, 0,88 i 0,82, odnosno 0,84. Kada se opterećenje denitrifikacijom povećalo iznad 0,95 g/(m²·d), odnos između opterećenja uklanjanja denitrifikacijom i opterećenja denitrifikacijom slijedi reakciju nultog -reda, s odgovarajućim prosječnim opterećenjem uklanjanja denitrifikacijom od 0,82, 0,82 g/(m²·d) odnosno 0,78, 0,77 g/(m²·d). Kako se ΔCBSCOD / CNOx--N smanjivao, točka infleksije odnosa između opterećenja denitrifikacijskim uklanjanjem i denitrifikacijskim opterećenjem pomaknula se prema naprijed, linearni nagib u uvjetima niskog opterećenja pokazao je silazni trend, a istovremeno je prosječno denitrifikacijsko opterećenje uklanjanja u uvjetima visokog opterećenja također pokazalo silazni trend. Ovi rezultati pokazuju da je za denitrifikaciju biofilma u reakcijskim zonama A1 i A5 korištenjem izvora ugljika u sirovoj vodi, omjer ugljika i dušika glavni faktor koji određuje funkciju denitrifikacije, a pod uvjetima kvalitete vode za ispitivanje, idealni omjer ugljika i dušika za anoksične reakcijske zone A1 i A5 trebao bi biti veći od 5.
Iz slika 5(b) i (d), može se vidjeti da su za A2 i A6 anoksične reakcijske zone, budući da su A1 i A5 anoksične reakcijske zone uklonile i potrošile izvore ugljika u sirovoj otpadnoj vodi i većinu nitrata nošenih recirkulacijskim tokom, A2 i A6 anoksične reakcijske zone bile dugo-supstrat-nedostatak niskog-opterećenja. Stoga, pod uvjetima normalne i srednje{10}}niske temperature, kada je ΔCBSCOD / CNOx--N bio između 1,0-2,0 i denitrifikacijsko opterećenje manje od 0,50 g/(m²·d), linearni nagibi denitrifikacijskog opterećenja uklanjanja u odnosu na denitrifikacijsko opterećenje bili su samo 0,51, 0,40 odnosno 0,47, 0,37. Štoviše, kada se opterećenje denitrifikacijom povećalo na 0,50-1,50 g/(m²·d), odgovarajuće prosječno opterećenje denitrifikacijskim uklanjanjem bilo je samo 0,25, 0,20 odnosno 0,20, 0,17 g/(m²·d). Međutim, rezultati statičkog eksperimenta u ovoj studiji pokazali su da pod uvjetima dovoljnog izvora ugljika i supstrata nitrata, opterećenje uklanjanja denitrifikacije biofilma u anoksičnim reakcijskim zonama A2 i A6 može doseći (0,66±0,14) odnosno (0,68±0,11) g/(m²·d). Ovaj rezultat odražava da biofilm u zonama anoksične reakcije A2 i A6 zapravo posjeduje relativno snažan kapacitet denitrifikacije, koji je ograničen nedostatkom izvora ugljika i nitratnih supstrata u ovom pilot sustavu.
IzSlika 5(e), može se vidjeti da za anoksičnu reakcijsku zonu A9 ona nosi denitrifikacijsko opterećenje za sav nitrat koji istječe iz prva dva stupnja tro-stupanjskog A/O-MBBR sustava, koristeći vanjski dodan natrijev acetat kao izvor ugljika za denitrifikaciju. U uvjetima normalne i srednje{4}}niske temperature, kada je ΔCBSCOD / CNOx--N bio veći od 5, a denitrifikacijsko opterećenje manje od 2,5 g/(m²·d), odnos između denitrifikacijskog uklanjanja i denitrifikacijskog opterećenja slijedio je linearnu reakciju prvog{16}}reda, s nagibima od 0,93 odnosno 0,94. Međutim, kako se ΔCBSCOD / CNOx--N smanjivao, linearni nagib odnosa između opterećenja uklanjanja denitrifikacijom i opterećenja denitrifikacijom pokazao je silazni trend. Ovaj rezultat također ukazuje da je za denitrifikaciju biofilma u reakcijskoj zoni A9 korištenjem vanjskog izvora ugljika, omjer ugljika i dušika također glavni čimbenik koji određuje funkciju denitrifikacije, s potrebnim omjerom ugljik-dušik za denitrifikaciju većim od 3. Istovremeno, utjecaj promjena temperature reakcije na njegovu funkciju denitrifikacije je relativno mali.
2.4 Kapacitet nitrifikacije i morfološke karakteristike biofilma u svakoj zoni aerobne reakcije u statičkim eksperimentalnim uvjetima
Kapacitet nitrifikacije biofilma u svakoj zoni aerobne reakcije u statičkim eksperimentalnim uvjetima prikazan je uSlika 6. Na slici 6 može se vidjeti da su pri normalnoj temperaturi kapaciteti nitrifikacije biofilma u zonama aerobne reakcije O3, O4, O7 i O8 bili (1,37±0,21), (1,23±0,15), (1,40±0,20), odnosno (1,25±0,13) g/(m²·d). Pod srednje{15}}niskom temperaturom, kapaciteti nitrifikacije biofilma u odgovarajućim aerobnim reakcijskim zonama bili su (1,07±0,01), (1,00±0,04), (1,08±0,09) i (1,03±0,05) g/(m²·d), respektivno, smanjujući se za 21,9%, 18,7%, 22,9% i 17,6% u odnosu na normalnu temperaturu. Ovi statički rezultati eksperimenta su u skladu s trendom izmjerenih vrijednosti u pilot sustavu. Nadalje, može se uočiti da je izmjereni kapacitet nitrifikacije biofilma u svakoj aerobnoj zoni u statičkim eksperimentalnim uvjetima bio nešto viši od stvarnih vrijednosti u pilot sustavu. Analiza to pripisuje upotrebi jednog supstrata amonijevog dušika i uvjetima gotovo-zasićenih visoko otopljenim kisikom tijekom statičkih eksperimenata, što dovodi do više razine kapaciteta nitrifikacije biofilma. Pod normalnom temperaturom, stvarni kapaciteti nitrifikacije u O3, O4, O7 i O8 reakcijskim zonama tro-stupanjskog A/O-MBBR sustava bili su 95,6%, 90,6%, 95,7%, odnosno 90,4% maksimalnog kapaciteta nitrifikacije pod statičkim eksperimentima. Pod srednje-niskom temperaturom, stvarni kapaciteti nitrifikacije u reakcijskim zonama O3, O4, O7 i O8 smanjili su se na 72,9%, 72,0%, 87,0%, odnosno 84,5%.
Daljnja analiza je pokazala da su pod normalnom temperaturom specifične stope oksidacije amonijaka (brzina nitrifikacije po jedinici mase MLVSS, izračunata kao N) biofilma u O3, O4, O7 i O8 aerobnim reakcijskim zonama (0,062±0,0095), (0,059±0,0072), (0,060±0,0086) i (0,060±0,0063) g/(g·d), redom. Pod srednje{13}}niskom temperaturom, specifične stope oksidacije amonijaka biofilma u zonama aerobne reakcije O3 i O4 bile su samo (0,046±0,0004) odnosno (0,041±0,0016) g/(g·d), smanjujući se za 25,8% i 30,5% u usporedbi s normalnom temperaturom. Nasuprot tome, specifične brzine oksidacije amonijaka biofilma u zonama aerobne reakcije O7 i O8 bile su (0,062±0,0051) odnosno (0,060±0,0029) g/(g·d). U usporedbi s normalnim temperaturnim uvjetima, kapacitet oksidacije amonijaka biofilma O8 reakcijske zone ostao je nepromijenjen, dok se kapacitet oksidacije amonijaka biofilma O7 aerobne reakcijske zone čak povećao za 3,3%. Ovaj rezultat dobro pokazuje da u uvjetima srednje-niske temperature biofilm u reakcijskoj zoni drugog-faza pilot sustava ima bolji kapacitet nitrifikacije i racionalnost doprinosa podsustava drugog-faza ukupnoj nitrifikaciji sustava.
Rezultati promatranja morfologije biofilma u svakoj aerobnoj reakcijskoj zoni prvog i drugog stupnja A/O-MBBR podsustava prikazani su uSlika 7. Pod normalnom temperaturom, debljine biofilma u zonama aerobne reakcije O3, O4, O7 i O8 bile su (217,6±54,6), (175,7±38,7), (168,1±38,2), odnosno (152,4±37,8) μm. Pod srednje{14}}niskom temperaturom, debljine biofilma u O3 i O4 reakcijskim zonama bile su (289,4±59,9) odnosno (285,3±61,9) μm, što predstavlja povećanje od 33,0% i 62,4% u usporedbi s debljinom biofilma pri normalnoj temperaturi. Nasuprot tome, debljine biofilma u reakcijskim zonama O7 i O8 bile su (173,1±40,2) odnosno (178,3±31,2) μm, povećavajući se za samo 3,0% odnosno 17,0% u usporedbi s normalnom temperaturom. Neke studije su pokazale da tanji biofilmovi imaju jači kapacitet oksidacije amonijaka, što je relativno u skladu s eksperimentalnim rezultatima ove studije. Analiza to pripisuje činjenici da su nitrificirajuće bakterije u biofilmu okomito raspoređene u slojevitoj strukturi biofilma; prekomjerna debljina biofilma dovodi do smanjene učinkovitosti prijenosa mase supstrata i afiniteta supstrata. Štoviše, pod uvjetima srednje-niske temperature, koncentracija otopljenog kisika u svakoj aerobnoj zoni pilot sustava bila je mnogo niža od one u reaktoru za statički eksperiment (razlika za 3,0-5,0 mg/L). Osobito za deblje biofilmove u O3 i O4 reakcijskim zonama, smanjenje kapaciteta prijenosa mase kisika unutar biofilma dovelo je do smanjenja njihovog stvarnog kapaciteta nitrifikacije (samo oko 70% maksimalnog kapaciteta nitrifikacije izmjerenog u statičkim uvjetima). Stoga je za čisti biofilm MBBR potrebno poboljšati obnavljanje biofilma jačanjem intenziteta smicanja i razumnom kontrolom debljine biofilma kako bi se održao kapacitet nitrifikacije biofilma.
3. Zaključak
① U uvjetima reakcijske temperature od 10-16 stupnjeva (srednje-niske temperature), brzine protoka obrade od (23,6±5,4) m³/d i doze izvora ugljika od 50-90 mg/L (izračunato kao COD) u anoksičnoj zoni trećeg-stupnja A/O-MBBR podsustava, Koncentracije SCOD u efluentu, NH4⁺-N i TIN trostupanjskog pilot sustava A/O-MBBR bile su (26±6), (0,4±0,6), odnosno (6,8±3,6) mg/L, sprosječne stope uklanjanja dosežu 82,3%, 99,0% i 82,8%.
② U uvjetima srednje{0}}niske temperature, zbog razlika u biofilmu aerobnih reakcijskih zona između prvog-stupnja i drugog-stupnja A/O-MBBR podsustava, nastala je razlika u kapacitetu nitrifikacije biofilma između dva podsustava. Posebno za prvi-fazu A/O-MBBR podsustava, kapacitet nitrifikacije se smanjio zbog povećane debljine biofilma. Kako bi se održao kapacitet nitrifikacije biofilma, potrebno je razumno kontrolirati debljinu biofilma.
③ U tro-stupanjskom A/O-MBBR pilot sustavu, učinak promjena temperature reakcije na funkciju denitrifikacije bio je relativno mali. Pod različitim temperaturama reakcije, omjer ugljika-prema-dušiku za denitrifikaciju korištenjem sirove vode kao izvora ugljika mora biti veći od 5, a omjer ugljika-prema-dušiku denitrifikacije korištenjem izvana dodanog natrijevog acetata kao izvora ugljika mora biti veći od 3.