Orta-Düşük Sıcaklıklarda Azot Giderimi için Çok-aşamalı A/O-MBBR Sistemi Üzerinde Pilot-ölçekli Çalışma
Genel Bakış
Çin, son yıllarda su ortamı yönetiminde önemli sonuçlar elde etti ancak halen su kaynakları kıtlığı, su çevresi kirliliği ve su ekolojik ortamının zarar görmesi gibi sorunlarla karşı karşıyadır. Su kaynaklarının korunması, su kirliliğinin önlenmesi ve su ekolojisinin yeniden sağlanması açısından, atık su arıtma verimliliği ve etkinliğinin sürekli iyileştirilmesinin teşvik edilmesi, su kaynakları kullanım oranlarının arttırılması, su ortamı kalitesinin iyileştirilmesi, ulusal yaşam kalitesinin yükseltilmesi, ekolojik çevre inşasının hızlandırılması ve temiz su mücadelesinin kazanılması açısından büyük önem taşımaktadır. Şu anda, mevcut ulusal "Kentsel Atık Su Arıtma Tesisleri için Kirletici Deşarj Standardı" (GB18918-2002) temel alınarak, yerel yönetimler, organik madde, amonyak nitrojeni ve toplam nitrojen gibi göstergelere yönelik özellikle daha sıkı taleplerle birlikte, kentsel atık su arıtma tesislerinin atık su kalitesi için art arda yeni gereksinimler önermektedir. Aktif çamur prosesinin temsil ettiği geleneksel su arıtma teknolojileri, düşük sıcaklıklarda sınırlı biyolojik nitrifikasyon gibi darboğazlarla karşı karşıyadır. Çok sayıda çalışma, aktif çamur prosesinin nitrifikasyon performansının, düşük-sıcaklık koşullarında önemli ölçüde azaldığını, buna şiddetli çamur birikmesi ve biyolojik pislik gibi sorunların da eşlik ettiğini göstermiştir. Bu nedenle, düşük sıcaklık darboğazını aşmak ve istikrarlı ve etkili biyolojik nitrojen giderimi sağlamak, atık su arıtma alanında çözülmesi gereken acil bir sorun haline geldi. Hareketli Yataklı Biyofilm Reaktörü (MBBR) teknolojisi dünya çapında yüzlerce atık su arıtma tesisinde uygulanmıştır. Biyofilmin reaktör içerisinde tutunmuş büyüme durumu ve sürekli yenilenme yeteneği sayesinde yüksek biyokütleye sahip olmasının yanı sıra yüksek aktiviteyi de korur. Kuzey ülkelerindeki uygulama sonuçları aynı zamanda aktif çamur prosesine kıyasla düşük sıcaklıklara daha güçlü uyum gösterdiğini göstermektedir.
Bu nedenle, Çin'deki kentsel atık suyun özelliklerini hedef alan bu çalışma, biyolojik nitrojen giderimi için MBBR'nin ve çok-aşamalı Anoksik/Oksik (A/O) prosesinin avantajlarından yararlanmaktadır.üç-aşamalı A/O-MBBR pilot-ölçekli sistem. Sistemin orta-düşük sıcaklık koşulları altında organik madde, amonyak nitrojeni ve toplam inorganik nitrojeni giderme kapasitesi araştırıldı. Biyofilmin statik deney koşulları altında nitrifikasyon kapasitesi ve morfolojik değişiklikleri analiz edilerek, düşük-sıcaklık koşullarında kentsel atık sudan stabil ve verimli nitrojen gideriminin sağlanması ve çok-aşamalı A/O-MBBR sistemlerinin inşası ve düzenlenmesi için teknik destek sağlandı.
1. Malzemeler ve Yöntemler
1.1 Pilot-ölçekli Sistem Deneysel Kurulumu ve Çalıştırma Modu
Oluşturulan üç-aşamalı A/O-MBBR pilot-ölçekli sistemin süreç akışı şu şekilde gösterilmiştir:Şekil 1. Pilot-ölçek sistemi, toplamda 10 reaksiyon bölgesine bölünmüş üç anoksik/oksik (A/O) aşamasından oluşur.İlk-aşamaA/O-MBBR alt sistemi anoksik reaksiyon bölgelerinden (A1, A2) ve aerobik reaksiyon bölgelerinden (O3, O4) oluşur.İkinci-aşamaA/O-MBBR alt sistemi anoksik reaksiyon bölgelerinden (A5, A6) ve aerobik reaksiyon bölgelerinden (O7, O8) oluşur.Üçüncü-aşamaA/O-MBBR alt sistemi bir anoksik reaksiyon bölgesi (A9) ve bir aerobik reaksiyon bölgesinden (O10) oluşur. Etkili hacimyukarıda belirtilen reaksiyon bölgelerinin her biri 1,4 m³'tür (1 m * 1 m * 1,4 m), etkili su derinliği 1,4 m'dir. Spesifik yüzey alanı 500 m²/m³ olan askıdaki biyofilm taşıyıcılar (medya), her reaksiyon bölgesi segmentine, tümü için %35 taşıyıcı dolum oranıyla eklenmiştir.. Taşıyıcıları akışkan tutmak için anoksik reaksiyon bölgelerinde mekanik karıştırma kullanılırken, aerobik reaksiyon bölgelerinde delikli boru havalandırması kullanılarak akışkanın kontrol edilmesi sağlandı.3-9 mg/L'de çözünmüş oksijen konsantrasyonu.
Pilot-ölçekli sistemin gerçek içeri akış hızı, iki-noktalı giriş dağılımı kullanılarak, A1 ve O5 reaksiyon bölgelerinde giriş noktaları ve 1:1 giriş oranı kullanılarak (23.6 + 5.4) m³/d idi. Pilot-ölçekli sistem, %100 ila %200'lük bir yeniden sirkülasyon oranıyla (her aşamanın giriş akış hızına bağlı olarak) iki set nitrifiye sıvı devridaimine (O4'ten A1'e ve O8'den A5'e) sahipti. Doğru-sonradan nitrifikasyonu sağlamak için, A9 reaksiyon bölgesine harici karbon kaynağı olarak 50-90 mg/L sodyum asetat (KOİ olarak hesaplanır) eklendi. Deneysel çalışmanın tamamı 2 aşamaya ayrılmıştır: Aşama I - Normal sıcaklık (18-29 derece); Aşama II - Orta-düşük sıcaklık (10-16 derece).
1.2 Test Suyu
Pilot test,-Qingdao Şehrindeki bir kentsel atık su arıtma tesisinin yerinde gerçekleştirildi. Test suyu, bu tesisin birincil çökeltme tankının atık suyundan alınmış ve yüzdürme yoluyla geliştirilmiş ön arıtmanın ardından pilot sisteme girmiştir. Geliştirilmiş yüzdürme ön işleminden sonraki su kalitesi koşulları şekilde gösterilmektedir.Tablo 1.
1.3 Tespit Göstergeleri ve Yöntemleri
1.3.1 Geleneksel Göstergeler
SCOD, NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, SS, MLSS ve MLVSS gibi geleneksel göstergeler, "Su ve Atık Su İzleme ve Analiz Yöntemleri"ndeki standart yöntemler kullanılarak ölçülmüştür. Çözünmüş oksijen, sıcaklık, pH ve ORP, birtaşınabilir çözünmüş oksijen ölçer (HACH HQ40d). Biyofilm kalınlığı bir cihaz kullanılarak ölçüldü.ters floresan mikroskobu (Olympus, IX71).
1.3.2 Nitrifikasyon Statik Deneyi
Sistemin çalışması sırasında, aerobik bölgelerden gelen taşıyıcılardan, statik reaksiyon koşulları altında biyofilmin nitrifikasyon kapasitesini ölçmek için periyodik olarak örnek alındı. Her aerobik reaksiyon bölgesinden gelen taşıyıcılar, %35'lik pilot sistemle aynı dolum oranına sahip 5 L'lik bir reaktöre yerleştirildi. Test suyu, kütle konsantrasyonu 20-25 mg/L (N olarak hesaplanır) olan yapay olarak yapılandırılmış NH₄Cl çözeltisiydi. Deney sırasında, çözünmüş oksijeni 7-11 mg/L'de kontrol ederken taşıyıcıları akışkan halde tutmak için havalandırma için küçük bir hava pompası kullanıldı. Statik reaksiyon koşulları altında biyofilmin nitrifikasyon kapasitesini hesaplamak için NH₄⁺-N konsantrasyonundaki değişimi ölçen test süresi, 30 dakikalık örnekleme aralıklarıyla 2 saatti.
2. Sonuçlar ve Analiz
2.1 Üç-aşamalı A/O-MBBR Pilot Sisteminin Operasyonel Performansı
Üç-aşamalı A/O-MBBR pilot sisteminin operasyonel performansı şu şekilde gösterilmiştir:Şekil 2. Normal sıcaklık fazında (Faz I), üçüncü-aşama A/O-MBBR alt sisteminin anoksik bölgesinde 18-29 derece reaksiyon sıcaklığı, (23.6+5.4) m³/d arıtma akış hızı ve 50 mg/L karbon kaynağı dozajı (KOİ olarak hesaplanır, aşağıda aynıdır) ile sistemin etkili SCOD, NH₄⁺-N ve TIN'i konsantrasyonları sırasıyla (160±31), (35,0±7,2) ve (35,8±7,0) mg/L idi ve arıtılan atık su konsantrasyonları sırasıyla (27±8), (0,6±0,5) ve (2,7±2,2) mg/L idi;ortalama kaldırma oranları %83,1, %98,3 ve %92,5'e ulaştı. Orta-düşük sıcaklık fazında (Faz II), 10-16 derece reaksiyon sıcaklığı, aynı arıtma akış hızı (23.6+5.4) m³/d ve üçüncü-aşama A/O-MBBR alt sisteminin anoksik bölgesinde 50-90 mg/L karbon kaynağı dozajı ile, sistemin etkili SCOD'u, NH₄⁺-N ve TIN konsantrasyonları sırasıyla (147±30), (38,3±2,1) ve (39,6±2,3) mg/L idi ve atık su konsantrasyonları sırasıyla (26±6), (0,4±0,6) ve (6,8±3,6) mg/L idi.ortalama kaldırma oranları %82,3, %99,0 ve %82,8'e ulaştı. Ayrıca, sistem çalışmasının 56-62. günleri sırasında, karbon kaynağı dozajı 50 mg/L olduğunda, A9 reaksiyon bölgesinde önemli miktarda NO₂⁻-N birikimi ortaya çıktı. Ancak, karbon kaynağı dozajının kademeli olarak 90 mg/L'ye yükseltilmesinden sonra, A9 reaksiyon bölgesindeki NO₂⁻-N birikimi kademeli olarak ortadan kalktı ve atık TIN konsantrasyonu makul bir seviyeye düştü.
2.2 Farklı Reaksiyon Sıcaklıklarında Her Aerobik Reaksiyon Bölgesinde Biyofilm Nitrifikasyon Kapasitesindeki Değişiklikler
Üç-aşamalı A/O-MBBR sisteminin nitrifikasyon kapasitesindeki değişiklikleri genel bir perspektiften değerlendirmek için, farklı reaksiyon sıcaklıkları altında her aerobik reaksiyon bölgesindeki NH₄⁺-N nitrifikasyon katkı oranı ve biyofilmin nitrifikasyon kapasitesi analiz edildi ve sonuçlar şu şekilde gösterildi:Şekil 3 ve 4, sırasıyla.
Şekil 4 Farklı reaksiyon sıcaklıkları altında 1. ve 2. aşama A/O-MBBR alt sistemlerinin aerobik bölgelerindeki nitrifikasyon giderme yükü ve yerleştirme eğrileri
İtibarenŞekil 3, üç-aşamalı A/O-MBBR sistemi içinde, iki-noktadan etki nedeniyle, birinci-aşama A/O-MBBR alt sisteminin O3 ve O4 reaksiyon bölgelerinin ve ikinci-aşama A/O-MBBR alt sisteminin O7 ve O8 reaksiyon bölgelerinin sistemin ana nitrifikasyon yükünü taşıdığı görülebilir. Hem normal hem de orta{12}}düşük sıcaklık koşullarında,Bu iki alt sistemin NH₄⁺-N nitrifikasyon katkı oranları sırasıyla %43,1, %49,6 ve %33,8, %54,0'dır.. Bu, orta-düşük sıcaklık koşulları altında, ikinci-aşama alt sisteminin NH₄⁺-N nitrifikasyon katkı oranının, birinci-aşama alt sistemininkinden %20,2 daha yüksek olduğunu gösterir.
İtibarenŞekil 4(a) ve (c)normal sıcaklıkta O3 ve O7 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmler için, bunların nitrifikasyon fonksiyonuyla birlikte organik madde bozunması için üç-aşamalı A/O-MBBR sistemindeki ana reaksiyon bölgeleri olduğu görülebilir. Taşıyıcı yüzey alanı başına SCOD giderme yükü ("SCOD giderme yükü" olarak kısaltılır, COD olarak hesaplanır) 2,0 g/(m²·d)'den az olduğunda ve taşıyıcı yüzey alanı başına nitrifikasyon yükü ("nitrifikasyon yükü" olarak kısaltılır, N olarak hesaplanır) 1,6 g/(m²·d)'den az olduğunda, taşıyıcı yüzey alanı başına nitrifikasyon giderme yükü ("nitrifikasyon giderme yükü" olarak kısaltılır, N olarak hesaplanır) ile nitrifikasyon arasındaki ilişki yük, sırasıyla 0,83 ve 0,84'lük eğimlerle birinci-düzeyden doğrusal bir reaksiyon izledi. Nitifikasyon yükü 1,6-6,0 g/(m²·d)'ye yükseldiğinde, nitrifikasyon giderme yükü ile nitrifikasyon yükü arasındaki ilişki, sırasıyla 1,31 ve 1,34 g/(m²·d) ortalama nitrifikasyon giderme yüküyle sıfır-dereceden bir reaksiyon izledi. SCOD giderme yükü 2,0-4,0 g/(m²·d) ve nitrifikasyon yükü 1,6-6,0 g/(m²·d) olduğunda, nitrifikasyon giderme yükü ile nitrifikasyon yükü arasındaki sıfır dereceli reaksiyon ilişkisi değişmeden kalmasına rağmen, karşılık gelen ortalama nitrifikasyon giderme yükleri sırasıyla 0,95 ve 0,97 g/(m²·d)'ye düştü. Orta-düşük sıcaklık altında O3 ve O7 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmler için, SCOD giderme yükü 2,0 g/(m²·d)'den az olduğunda ve nitrifikasyon yükü 1,1 g/(m²·d'den az olduğunda), nitrifikasyon giderme yükünün nitrifikasyon yüküne karşı doğrusal eğimleri sırasıyla 0,71 ve 0,81'e düştü. Nitifikasyon yükü 1,1-6,0 g/(m²·d)'ye yükseldiğinde, karşılık gelen ortalama nitrifikasyon giderim yükleri sırasıyla 0,78 ve 0,94 g/(m²·d)'ye düştü; bu, normal sıcaklık koşullarıyla karşılaştırıldığında %40,4 ve %19,4'lük düşüşleri temsil eder. SCOD giderme yükü 2,0-4,0 g/(m²·d)'ye yükseldiğinde, karşılık gelen ortalama nitrifikasyon giderme yükleri sırasıyla 0,66 ve 0,91 g/(m²·d)'ye düştü; bu, normal sıcaklık koşullarına kıyasla %30,5 ve %6,2'lik düşüşleri temsil eder. O3 reaksiyon bölgesindeki biyofilmin nitrifikasyon kapasitesi HEM ve ark.'nın araştırma sonuçlarıyla tutarlıydı. karşılık gelen koşullar altında. Ancak orta-düşük sıcaklık koşullarında O3 reaksiyon bölgesi biyofilmiyle karşılaştırıldığında O7 reaksiyon bölgesi biyofilminin daha güçlü nitrifikasyon kapasitesi sergilediği dikkat çekmektedir.
İtibarenŞekil 4(b) ve (d)normal sıcaklıkta O4 ve O8 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmler için, bunların üç-aşamalı A/O-MBBR sistemindeki reaksiyon bölgeleri olduğu ve esas olarak tamamlayıcı bir nitrifikasyon işlevi gördüğü görülebilir. SCOD çıkarma yükü 1,0 g/(m²·d)'den az ve nitrifikasyon yükü 1,3 g/(m²·d)'den az olduğunda, nitrifikasyon çıkarma yükü ile nitrifikasyon yükü arasındaki ilişki sırasıyla 0,86 ve 0,88 eğimlerle birinci-düzeyden doğrusal bir reaksiyon izledi. Nitifikasyon yükü 1,3-3,0 g/(m²·d)'ye yükseldiğinde, nitrifikasyon giderme yükü ile nitrifikasyon yükü arasındaki ilişki, sırasıyla 1,11 ve 1,13 g/(m²·d) ortalama nitrifikasyon giderme yükleriyle sıfır-dereceden bir reaksiyon izledi. Orta-düşük sıcaklık koşullarında, SCOD giderme yükünün 1,0 g/(m²·d)'den az olduğu ve nitrifikasyon yükünün 1,0 g/(m²·d)'den az olduğu durumlarda nitrifikasyon giderme yükünün nitrifikasyon yüküne karşı doğrusal eğimleri sırasıyla 0,72 ve 0,84'e düştü. Nitifikasyon yükü 1,0-3,0 g/(m²·d)'ye yükseldiğinde, karşılık gelen ortalama nitrifikasyon giderme yükleri sırasıyla 0,72 ve 0,86 g/(m²·d) olmuştur; bu, normal sıcaklık koşullarına kıyasla %35,1 ve %23,9'luk düşüşleri temsil eder.
Yukarıdaki analizden, orta-düşük sıcaklıklarda, her reaksiyon bölgesindeki biyofilm için nitrifikasyon giderme yükü ile nitrifikasyon yükü arasındaki ilişkinin dönüm noktalarının, normal sıcaklığa kıyasla daha erken oluştuğu görülebilir. Bu fenomen SAFWAT'ın araştırma sonuçlarıyla nispeten tutarlıdır. Genel olarak, sistemin her aerobik bölgesindeki biyofilmin nitrifikasyon kapasitesi orta-düşük sıcaklıklarda bir düşüş eğilimi göstermesine rağmen,ikinci-aşama A/O-MBBR alt sisteminin O7 reaksiyon bölgesindeki biyofilmin nitrifikasyon kapasitesi, O3 reaksiyon bölgesine kıyasla %20,5 - %37,9 arttı ve O8 reaksiyon bölgesindeki biyofilmin nitrifikasyon kapasitesi, O4 reaksiyon bölgesine kıyasla yaklaşık %19,4 arttı. Bu, üç-aşamalı A/O-MBBR sisteminde ikinci-aşamalı reaksiyon bölgesinin kurulumunun, sistemin genel nitrifikasyon kapasitesinin iyileştirilmesi açısından faydalı olduğunu gösterir.
2.3 Farklı Reaksiyon Sıcaklıklarında Her Anoksik Reaksiyon Bölgesinde Biyofilm Denitrifikasyon Kapasitesindeki Değişiklikler
Üç-aşamalı A/O-MBBR sisteminin denitrifikasyon kapasitesindeki değişiklikleri genel bir perspektiften değerlendirmek için bu çalışma, farklı reaksiyon sıcaklıkları altında her bir anoksik reaksiyon bölgesindeki biyofilmin denitrifikasyon kapasitesini analiz etti; sonuçlar şu şekilde gösterilmiştir:Şekil 5.
Şekil 5 Farklı reaksiyon sıcaklıkları altında üç-aşamalı A/O-MBBR sisteminin her anoksik bölgesindeki denitrifikasyon giderme yükü
İtibarenŞekil 5(a) ve (c)A1 ve A5 anoksik reaksiyon bölgelerinin, substrat olarak ham su karbon kaynaklarını kullanan üç-aşamalı A/O-MBBR sistemindeki ana denitrifikasyon bölgeleri olduğu görülebilir. Hem normal hem de orta-düşük sıcaklık koşulları altında, karşılık gelen anoksik denitrifikasyon karbon-/-nitrojen oranı (ΔCBSCOD / CNOx--N) 5,0'dan büyük olduğunda ve taşıyıcı yüzey alanı başına denitrifikasyon yükü ("denitrifikasyon yükü" olarak kısaltılır, NOx--N olarak hesaplanır) şundan az olduğunda: 0,95 g/(m²·d), taşıyıcı yüzey alanı başına denitrifikasyon giderme yükü ("nitrifikasyon giderme yükü" olarak kısaltılır, NOx--N olarak hesaplanır) ile denitrifikasyon yükü arasındaki ilişki, sırasıyla 0,87, 0,88 ve 0,82, 0,84 eğimlerle birinci-dereceden doğrusal bir reaksiyon izledi. Denitrifikasyon yükü 0,95 g/(m²·d)'nin üzerine çıktığında, denitrifikasyon giderme yükü ile denitrifikasyon yükü arasındaki ilişki, sırasıyla 0,82, 0,82 g/(m²·d) ve 0,78, 0,77 g/(m²·d) ortalama denitrifikasyon giderme yükleriyle sıfır-dereceden bir reaksiyon izledi. ΔCBSCOD / CNOx--N azaldıkça, denitrifikasyon giderim yükü ile denitrifikasyon yükü arasındaki ilişkinin dönüm noktası ileriye doğru kaymış, düşük yük koşulları altındaki doğrusal eğim düşüş eğilimi göstermiş ve eş zamanlı olarak yüksek yük koşulları altındaki ortalama denitrifikasyon giderim yükü de düşüş eğilimi göstermiştir. Bu sonuçlar, ham su karbon kaynaklarını kullanan A1 ve A5 reaksiyon bölgelerindeki biyofilm denitrifikasyonu için, karbon-nitrojen oranının denitrifikasyon fonksiyonunu belirleyen ana faktör olduğunu ve test suyu kalitesi koşulları altında, A1 ve A5 anoksik reaksiyon bölgeleri için ideal karbon-nitrojen oranının 5'ten büyük olması gerektiğini göstermektedir.
Şekil 5(b) ve (d)'denA2 ve A6 anoksik reaksiyon bölgeleri için, A1 ve A5 anoksik reaksiyon bölgeleri ham atık sudaki karbon kaynaklarını ve yeniden sirkülasyon akışıyla taşınan nitratın çoğunu çıkardığı ve tükettiği için, A2 ve A6 anoksik reaksiyon bölgelerinin uzun-vadeli substrat-eksik düşük-yük durumu olduğu görülebilir. Bu nedenle, hem normal hem de orta-düşük sıcaklık koşullarında, ΔCBSCOD / CNOx--N 1,0-2,0 arasındayken ve denitrifikasyon yükü 0,50 g/(m²·d)'den az olduğunda, denitrifikasyon giderme yükünün denitrifikasyon yüküne karşı doğrusal eğimleri sırasıyla yalnızca 0,51, 0,40 ve 0,47, 0,37 idi. Ayrıca, denitrifikasyon yükü 0,50-1,50 g/(m²·d)'ye yükseldiğinde, karşılık gelen ortalama denitrifikasyon giderme yükleri sırasıyla yalnızca 0,25, 0,20 ve 0,20, 0,17 g/(m²·d) olmuştur. Ancak bu çalışmadaki statik deney sonuçları, yeterli karbon kaynağı ve nitrat substratı koşulları altında, A2 ve A6 anoksik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmin denitrifikasyon giderim yükünün sırasıyla (0,66±0,14) ve (0,68±0,11) g/(m²·d)'ye ulaşabileceğini göstermiştir. Bu sonuç, A2 ve A6 anoksik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmin aslında nispeten güçlü denitrifikasyon kapasitesine sahip olduğunu ve bu pilot sistemdeki karbon kaynağı ve nitrat substratlarının eksikliği nedeniyle sınırlı olduğunu yansıtmaktadır.
İtibarenŞekil 5(e), A9 anoksik reaksiyon bölgesi için, denitrifikasyon karbon kaynağı olarak dışarıdan eklenen sodyum asetatı kullanan üç-aşamalı A/O-MBBR sisteminin ilk iki aşamasından çıkan tüm nitratlar için denitrifikasyon yükünü taşıdığı görülebilir. Hem normal hem de orta-düşük sıcaklık koşulları altında, ΔCBSCOD / CNOx--N 5'ten büyük olduğunda ve denitrifikasyon yükü 2,5 g/(m²·d)'den az olduğunda, denitrifikasyon giderme yükü ile denitrifikasyon yükü arasındaki ilişki sırasıyla 0,93 ve 0,94 eğimlerle birinci-dereceden doğrusal bir reaksiyon izledi. Ancak ΔCBSCOD / CNOx--N azaldıkça, denitrifikasyon giderme yükü ile denitrifikasyon yükü arasındaki ilişkinin doğrusal eğimi bir düşüş eğilimi gösterdi. Bu sonuç ayrıca, harici bir karbon kaynağı kullanılarak A9 reaksiyon bölgesinde biyofilm denitrifikasyonu için, karbon-nitrojen oranının aynı zamanda denitrifikasyon fonksiyonunu belirleyen ana faktör olduğunu ve gerekli denitrifikasyon karbon-nitrojen oranının 3'ten büyük olduğunu gösterir. Aynı zamanda, reaksiyon sıcaklığı değişikliklerinin denitrifikasyon fonksiyonu üzerindeki etkisi nispeten küçüktür.
2.4 Statik Deney Koşullarında Her Aerobik Reaksiyon Bölgesindeki Biyofilmin Nitrifikasyon Kapasitesi ve Morfolojik Özellikleri
Statik deney koşulları altında her aerobik reaksiyon bölgesindeki biyofilmin nitrifikasyon kapasitesi şekilde gösterilmektedir.Şekil 6. Şekil 6'dan normal sıcaklıkta O3, O4, O7 ve O8 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmin nitrifikasyon kapasitelerinin sırasıyla (1,37±0,21), (1,23±0,15), (1,40±0,20) ve (1,25±0,13) g/(m²·d) olduğu görülmektedir. Orta-düşük sıcaklıkta, ilgili aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmin nitrifikasyon kapasiteleri sırasıyla (1,07±0,01), (1,00±0,04), (1,08±0,09) ve (1,03±0,05) g/(m²·d) olup, normale kıyasla %21,9, %18,7, %22,9 ve %17,6 azalmıştır. sıcaklık. Bu statik deney sonuçları, pilot sistemdeki ölçülen değerlerin eğilimi ile tutarlıdır. Ayrıca, statik deney koşulları altında her aerobik bölgede biyofilmin ölçülen nitrifikasyon kapasitesinin pilot sistemdeki gerçek değerlerden bir miktar daha yüksek olduğu gözlemlenebilir. Analiz, bunu, statik deneyler sırasında tek bir amonyum nitrojen substratının ve neredeyse doymuş yüksek çözünmüş oksijen koşullarının kullanılmasına bağlayarak, daha yüksek düzeyde biyofilm nitrifikasyon kapasitesine yol açar. Normal sıcaklıkta, üç-aşamalı A/O-MBBR sisteminin O3, O4, O7 ve O8 reaksiyon bölgelerindeki gerçek nitrifikasyon kapasiteleri, statik deneyler altındaki maksimum nitrifikasyon kapasitesinin sırasıyla %95,6, %90,6, %95,7 ve %90,4'ü kadardı. Orta-düşük sıcaklıkta, O3, O4, O7 ve O8 reaksiyon bölgelerindeki gerçek nitrifikasyon kapasiteleri sırasıyla %72,9, %72,0, %87,0 ve %84,5'e düştü.
Daha ileri analizler, normal sıcaklık altında, O3, O4, O7 ve O8 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmin spesifik amonyak oksidasyon oranlarının (birim kütle başına nitrifikasyon oranı MLVSS, N olarak hesaplanır) (0,062±0,0095), (0,059±0,0072), (0,060±0,0086) ve (0,060±0,0063) olduğunu gösterdi. sırasıyla g/(g·d). Orta-düşük sıcaklıkta, O3 ve O4 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmin spesifik amonyak oksidasyon oranları sırasıyla yalnızca (0,046±0,0004) ve (0,041±0,0016) g/(g·d) idi ve normal sıcaklıkla karşılaştırıldığında %25,8 ve %30,5 azaldı. Buna karşılık, O7 ve O8 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilmin spesifik amonyak oksidasyon oranları sırasıyla (0,062±0,0051) ve (0,060±0,0029) g/(g·d) idi. Normal sıcaklık koşullarıyla karşılaştırıldığında, O8 reaksiyon bölgesi biyofilminin amonyak oksidasyon kapasitesi değişmeden kalırken, O7 aerobik reaksiyon bölgesi biyofilminin amonyak oksidasyon kapasitesi %3,3 oranında arttı. Bu sonuç, orta-düşük sıcaklık koşulları altında, pilot sistemin ikinci-aşama reaksiyon bölgesindeki biyofilmin daha iyi nitrifikasyon kapasitesine sahip olduğunu ve ikinci{36}}aşama alt sisteminin genel sistem nitrifikasyonuna katkısının rasyonelliğini göstermektedir.
Birinci ve ikinci aşama A/O-MBBR alt sistemlerinin her aerobik reaksiyon bölgesindeki biyofilm morfolojisinin gözlem sonuçları şu şekilde gösterilmiştir:Şekil 7. Normal sıcaklıkta O3, O4, O7 ve O8 aerobik reaksiyon bölgelerindeki biyofilm kalınlıkları sırasıyla (217,6±54,6), (175,7±38,7), (168,1±38,2) ve (152,4±37,8) μm idi. Orta-düşük sıcaklıkta, O3 ve O4 reaksiyon bölgelerindeki biyofilm kalınlıkları sırasıyla (289,4±59,9) ve (285,3±61,9) μm idi; bu, normal sıcaklık altındaki biyofilm kalınlığına kıyasla %33,0 ve %62,4'lük artışları temsil ediyordu. Buna karşılık, O7 ve O8 reaksiyon bölgelerindeki biyofilm kalınlıkları sırasıyla (173,1±40,2) ve (178,3±31,2) μm idi ve normal sıcaklığa kıyasla yalnızca %3,0 ve %17,0 arttı. Bazı çalışmalar, daha ince biyofilmlerin daha güçlü amonyak oksidasyon kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir ki bu da bu çalışmanın deneysel sonuçlarıyla nispeten tutarlıdır. Analiz bunu, biyofilmdeki nitrifikasyon bakterilerinin biyofilmin katmanlı yapısında dikey olarak dağıldığı gerçeğine bağlamaktadır; aşırı biyofilm kalınlığı, substrat kütle transfer verimliliğinin ve substrat afinitesinin azalmasına yol açar. Üstelik, orta{35}}düşük sıcaklık koşulları altında, pilot sistemin her aerobik bölgesindeki çözünmüş oksijen konsantrasyonu, statik deney reaktöründekinden çok daha düşüktü (3,0-5,0 mg/L farklılık gösteriyor). Özellikle O3 ve O4 reaksiyon bölgelerindeki daha kalın biyofilmler için, biyofilm içindeki oksijen kütle aktarım kapasitesindeki azalma, bunların gerçek nitrifikasyon kapasitesinde bir azalmaya yol açmıştır (statik koşullar altında ölçülen maksimum nitrifikasyon kapasitesinin yalnızca yaklaşık %70'i). Bu nedenle, saf bir biyofilm MBBR için, biyofilm nitrifikasyon kapasitesini korumak için kesme yoğunluğunu güçlendirerek biyofilm yenilenmesini arttırmak ve biyofilm kalınlığını makul şekilde kontrol etmek gereklidir.
3. Sonuç
① 10-16 derece (orta-düşük sıcaklık) reaksiyon sıcaklığı, (23,6±5,4) m³/d arıtma akış hızı ve üçüncü-aşama A/O-MBBR alt sisteminin anoksik bölgesi olan atık SCOD'da 50-90 mg/L (KOİ olarak hesaplanır) karbon kaynağı dozajı koşulları altında, Üç aşamalı A/O-MBBR pilot sisteminin NH₄⁺-N ve TIN konsantrasyonları sırasıyla (26±6), (0,4±0,6) ve (6,8±3,6) mg/L idi.ortalama kaldırma oranları %82,3, %99,0 ve %82,8'e ulaştı.
② Orta-düşük sıcaklık koşulları altında, birinci-aşama ve ikinci-aşama A/O-MBBR alt sistemleri arasındaki aerobik reaksiyon bölgelerinin biyofilmindeki farklılıklar nedeniyle, iki alt sistem arasındaki biyofilmin nitrifikasyon kapasitesinde bir fark oluştu. Özellikle ilk-aşama A/O-MBBR alt sistemi için, artan biyofilm kalınlığı nedeniyle nitrifikasyon kapasitesi azaldı. Biyofilm nitrifikasyon kapasitesini korumak için biyofilm kalınlığını makul şekilde kontrol etmek gerekir.
③ Üç-aşamalı A/O-MBBR pilot sisteminde, reaksiyon sıcaklığı değişikliklerinin denitrifikasyon işlevi üzerindeki etkisi nispeten küçüktü. Farklı reaksiyon sıcaklıkları altında, karbon kaynağı olarak ham su kullanan denitrifikasyon karbon-/{-nitrojen oranının 5'ten büyük olması gerekir ve karbon kaynağı olarak dışarıdan eklenen sodyum asetat kullanan denitrifikasyon karbon-/{-nitrojen oranının 3'ten büyük olması gerekir.