निम्न C/N अनुपात अपशिष्ट जल उपचार के लिए S-MBBR प्रणाली का प्रदूषक निष्कासन प्रदर्शन: COD, TN, NH₄⁺-N और TP विश्लेषण

निम्न सी/एन अनुपात अपशिष्ट जल उपचार के लिए एस - एमबीबीआर प्रणाली में प्रदूषक हटाने के प्रदर्शन का विश्लेषण

परिचय

शहरीकरण और औद्योगीकरण में तेजी के साथ, कम सी/एन अनुपात (कम कार्बन - से - नाइट्रोजन अनुपात) अपशिष्ट जल का निर्वहन बढ़ रहा है, जो मुख्य रूप से घरेलू सीवेज, खाद्य प्रसंस्करण, कृषि और परिसंचारी ठंडे पानी से उत्पन्न होता है। कम सी/एन अनुपात वाले अपशिष्ट जल में खराब कुल नाइट्रोजन (टीएन) निष्कासन दक्षता को संबोधित करने के लिए, लघु {{3}कट नाइट्रीकरण {{4}डिनाइट्रीकरण और एक साथ नाइट्रीकरण और डीनाइट्रीकरण (एसएनडी) ने हाल के वर्षों में ध्यान आकर्षित किया है। तुलनात्मक रूप से कहें तो, एसएनडी प्रक्रिया की प्रतिक्रिया स्थितियों को नियंत्रित करना आसान है, और यह कार्बन हटाने और नाइट्रोजन हटाने दोनों को एक साथ प्राप्त कर सकता है। इसलिए, कम सी/एन अनुपात वाले अपशिष्ट जल के लिए नाइट्रोजन हटाने के उपचार में इसका महत्वपूर्ण लाभ है। सीक्वेंसिंग बैच रिएक्टर (एसबीआर) घुलित ऑक्सीजन सांद्रता को नियंत्रित करके नाइट्रोजन और फास्फोरस को हटाने की सुविधा प्रदान करता है। जब मूविंग बेड बायोफिल्म रिएक्टर (एमबीबीआर) के साथ मिलकर एक एस-एमबीबीआर प्रणाली बनाई जाती है, तो वाहक पर बायोफिल्म एरोबिक नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया और एनोक्सिक डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के लिए स्तरीकृत विकास की स्थिति प्रदान करता है, साथ ही सिस्टम के विशिष्ट सतह क्षेत्र और माइक्रोबियल स्थिरता को बढ़ाते हुए एक एसएनडी माइक्रोएन्वायरमेंट बनाता है। अध्ययनों से पता चला है कि नाइट्रोजन और फॉस्फोरस हटाने की दक्षता, आघात प्रतिरोध और सिस्टम स्थिरता के मामले में S-MBBR पारंपरिक प्रक्रियाओं से बेहतर है।

1 सामग्री और विधियाँ

1.1 प्रायोगिक सेटअप.प्रायोगिक सेटअप में मुख्य रूप से एक प्रभावशाली टैंक, एक एयर ब्लोअर, एक सरगर्मी उपकरण, एक प्रवाह टैंक और मुख्य रिएक्टर शामिल थे। रिएक्टर की प्रभावी मात्रा 1.8 एल थी, और प्रति चक्र उपचार क्षमता 1 एल थी। रिएक्टर को लगभग 25% के भरने के अनुपात पर एक नए प्रकार के जैव - एफिनिटिव वाहक से भरा गया था। रिएक्टर में प्रारंभिक मिश्रित शराब वाष्पशील निलंबित ठोस (एमएलवीएसएस) सांद्रता 3000 मिलीग्राम/लीटर थी।

1.2 प्रायोगिक सामग्री.एफ़िनिटी-संशोधित वाहक भराव भौतिक सम्मिश्रण और स्क्रू एक्सट्रूज़न तकनीक द्वारा तैयार किया गया था। विशिष्ट प्रक्रिया इस प्रकार थी: 3% शून्य {{3} वैलेंट आयरन, एचडीपीई, और सहायक सामग्री (2% प्राकृतिक जिओलाइट, 2% पॉलीक्वाटरनियम - 10, और 1% तालक पाउडर) समान रूप से मिश्रित थे। फिर, मिश्रण को एसजे -20 सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडर का उपयोग करके पिघलाया गया और दानेदार स्ट्रिप्स (लगभग 5 मिमी व्यास, 5-10 मिमी लंबाई) में बाहर निकाला गया। अंत में, अंतिम वाहक का उत्पादन करने के लिए इन ठोस कणों को एसजे -30 सिंगल-स्क्रू एक्सट्रूडर का उपयोग करके बाहर निकाला गया।

1.3 परिचालन की स्थिति।दो रिएक्टर स्थापित किए गए: एक वाहक के साथ (एस -एमबीबीआर, जिसे आर1 के रूप में नामित किया गया है) और एक बिना वाहक के (एसबीआर, जिसे आर2 के रूप में नामित किया गया है)। अन्य सभी शर्तें यथावत रखी गईं। पहला चरण बायोफिल्म अटैचमेंट स्टार्ट अप था, जो 3:3:2 अनुपात के साथ एसबीआर मोड में संचालित होता था। ऑपरेटिंग चक्र में प्रभावशाली, स्थैतिक, वातन प्रतिक्रिया, एनोक्सिक सरगर्मी, निपटान और प्रवाह चरण (3 घंटे अवायवीय, 3 घंटे वातन, 2 घंटे हलचल/निपटान/प्रभावी/प्रवाह) शामिल थे। NaHCO₃ का उपयोग प्रभावशाली pH को लगभग 8 पर समायोजित करने के लिए किया गया था। सफल बायोफिल्म अनुलग्नक के बाद, C/N अनुपात को कम करने के लिए अमोनिया नाइट्रोजन सांद्रता को बदल दिया गया और प्रयोग शुरू हुआ, जैसा कि विस्तृत हैतालिका नंबर एक.

1.4 प्रायोगिक जल और टीकाकृत कीचड़।बायोफिल्म स्टार्ट अप के लिए उपयोग किए जाने वाले सिंथेटिक अपशिष्ट जल में COD, NH₄⁺{{0}N, और कुल फास्फोरस (TP) क्रमशः C₆H₁₂O₆, NH₄Cl, और KH₂PO₄ द्वारा प्रदान किए गए थे। ट्रेस तत्व EDTA-2Na (18.76 g/L), CoCl₂·6H₂O (0.3 g/L), CuSO₄·5H₂O (0.32 g/L), NiCl₂·6H₂O (0.24 g/L), H₃BO₄ (0.018 g/L), ZnSO₄·7H₂O से बने थे। (0.54 ग्राम/ली), MnCl₂·4H₂O (1.24 ग्राम/ली), NaMoO₄·2H₂O (0.28 ग्राम/ली), और NaWO₄·2H₂O (0.1 ग्राम/ली)। सिंथेटिक अपशिष्ट जल की संरचना थी: C₆H₁₂O₆ (0.47 g/L), NH₄Cl (0.095 g/L), KH₂PO₄ (0.022 g/L), NaCl (0.1 g/L), NaHCO₃ (0.15 g/L), MgSO₄·7H₂O (0.15 g/L), CaCl₂ (0.05 g/L), FeSO₄·7H₂O (0.02 g/L), और ट्रेस तत्व (1 mL/L)। यह कीचड़ डालियान में अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र के द्वितीयक अवसादन टैंक से लिया गया था।

1.5 विश्लेषणात्मक तरीके.नियमित संकेतकों को "जल और अपशिष्ट जल की जांच के लिए मानक तरीके" (चौथे संस्करण) और राष्ट्रीय मानकों में निर्दिष्ट मानक तरीकों के अनुसार मापा गया था, जिसमें प्रदूषक हटाने की क्षमता विश्लेषण, झिल्ली दूषण विश्लेषण और गैस उत्पादन विश्लेषण शामिल थे। विशेष रूप से: NH₄⁺-N को सैलिसिलिक एसिड अभिकर्मक स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक विधि द्वारा मापा गया था; अमोनियम मोलिब्डेट स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक विधि द्वारा टीपी; NO₃⁻-N सैलिसिलिक एसिड द्वारा-सांद्रित सल्फ्यूरिक एसिड अभिकर्मक स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक विधि; NO₂⁻-N N-(1-नैफ्थिल)एथिलीनडायमाइन स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रिक विधि द्वारा; टीएन सभी नाइट्रोजन रूपों की सांद्रता का योग था; सीओडी को तीव्र पाचन विधि द्वारा मापा गया था; और कीचड़ सांद्रता (एमएलएसएस और एमएलवीएसएस सहित) को ग्रेविमेट्रिक विधि द्वारा मापा गया था।

2 परिणाम और विश्लेषण

2.1 सीओडी हटाने का प्रदर्शन

रिएक्टर में प्रवेश करने वाले कार्बनिक पदार्थ को अवायवीय, एरोबिक (वातन), अनॉक्सी सरगर्मी, निपटान और प्रवाह सहित चरणों के माध्यम से हटा दिया गया था।चित्र 1विभिन्न परिचालन चरणों में रिएक्टरों के सीओडी हटाने के प्रदर्शन को दर्शाता है। चरण I बायोफिल्म अटैचमेंट चरण था, और चरण II, III, और IV ऐसे चरण थे जहां सी/एन/पी अनुपात क्रमशः 100:8:1, 64:8:1, और 32:6:1 तक कम हो गया था। प्रत्येक चरण में R1 की औसत निष्कासन दर क्रमशः 95.57%, 96.25%, 92.70%, और 94.18% थी; प्रत्येक चरण में R2 की औसत निष्कासन दरें क्रमशः 94.71%, 96.19%, 92.54%, और 94.68% थीं। यह देखा जा सकता है कि इस प्रक्रिया में कार्बनिक पदार्थ हटाने का प्रदर्शन अच्छा है, और अपेक्षाकृत स्थिर प्रवाह स्थितियों के तहत, यह जीबी 18918-2002 मानक (सीओडी एकाग्रता <50 मिलीग्राम / एल) की आवश्यकताओं को पूरा करता है। चूंकि सिस्टम कम सी/एन अनुपात पर संचालित किया गया था, इसलिए कार्बन स्रोत कुशल चयापचय को चलाने वाला सीमित सब्सट्रेट बन गया। R1 और R2 के बीच COD हटाने में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं था, यह दर्शाता है कि संशोधित वाहक का COD हटाने पर बहुत कम प्रभाव पड़ा।

2.2 एनएच₄⁺-एन और टीएन निष्कासन प्रदर्शन

टीएन हटाने की प्रक्रिया में दो प्रमुख चरण शामिल हैं: नाइट्रिफिकेशन और डिनाइट्रिफिकेशन। नाइट्रीकरण, एक एरोबिक प्रक्रिया के रूप में, अमोनिया नाइट्रोजन को नाइट्रेट में परिवर्तित करने के लिए पर्याप्त एरोबिक सूक्ष्मजीवों पर निर्भर करता है।चित्र 2 और 3रिएक्टरों का क्रमशः NH₄⁺-N और TN निष्कासन प्रदर्शन दिखाएँ। NH₄⁺-N और TN को मुख्य रूप से एरोबिक वातन और एनोक्सिक स्थैतिक चरणों के दौरान हटा दिया गया था। चरण I बायोफिल्म अटैचमेंट चरण था, और चरण II, III, और IV ऐसे चरण थे जहां सी/एन/पी अनुपात क्रमशः 100:8:1, 64:8:1, और 32:6:1 तक कम हो गया था। R1 के लिए औसत NH₄⁺-N निष्कासन दर क्रमशः 92.53%, 95.83%, 99.70%, और 98.31% थी; R2 के लिए औसत NH₄⁺-N निष्कासन दर क्रमशः 84.34%, 91.82%, 99.70%, और 97.52% थी। आर1 के लिए औसत टीएन हटाने की दर क्रमशः 89.53%, 87.21%, 82.44% और 83.20% थी; आर2 के लिए औसत टीएन हटाने की दर क्रमशः 78.3%, 78.89%, 73.26% और 76.66% थी। R2 की तुलना में, R1 के लिए औसत NH₄⁺-N निष्कासन दर में क्रमशः 9.7%, 4.36%, 0% और 0.82% की वृद्धि हुई; औसत टीएन हटाने की दर में क्रमशः 14.35%, 10.55%, 12.54% और 8.3% की वृद्धि हुई। यह देखा जा सकता है कि R1 प्रणाली ने सभी चरणों में नाइट्रोजन हटाने में R2 से बेहतर प्रदर्शन किया, विशेष रूप से सिस्टम संचालन के शुरुआती चरणों में, बाद के चरणों में अंतर धीरे-धीरे स्थिर हो गया।

चरण I के दौरान, प्रभावशाली NH₄⁺-N सांद्रता कम थी, और कार्बन स्रोत मूल रूप से विनाइट्रीकरण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अपेक्षाकृत पर्याप्त था, इसलिए प्रवाही TN सांद्रता कम थी। टीका लगाए गए सूक्ष्मजीव अभी भी अनुकूलन चरण में थे, और सिस्टम के भीतर कार्यात्मक माइक्रोबियल समुदाय पूरी तरह से स्थापित नहीं हुआ था, जिसके परिणामस्वरूप अस्थिर NH₄⁺-N निष्कासन हुआ, लेकिन बाद में यह धीरे-धीरे स्थिर हो गया। इस चरण के दौरान दोनों रिएक्टरों (आर1 और आर2) के बीच कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं देखा गया। चरण II में प्रवेश करते हुए, प्रभावशाली NH₄⁺-N सांद्रता अचानक बढ़ गई, लेकिन वातन स्थितियों को एक साथ समायोजित नहीं किया गया, जिससे सिस्टम में महत्वपूर्ण उतार-चढ़ाव हुआ, विशेष रूप से NH₄⁺-N और TN को हटाने में। लगभग 6 दिनों के ऑपरेशन के बाद, दोनों रिएक्टरों में धीरे-धीरे स्थिरता आ गई। यह अनुमान लगाया गया है कि उच्च अमोनिया नाइट्रोजन भार ने नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के तेजी से प्रसार को बढ़ावा दिया, जिससे नाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया की दक्षता में सुधार हुआ। जैसे-जैसे सिस्टम संचालन जारी रहा, रिएक्टरों के भीतर नाइट्रिफिकेशन डेनिट्रिफिकेशन सिस्टम धीरे-धीरे स्थापित और स्थिर हो गया, और टीएन एकाग्रता में उतार-चढ़ाव कम हो गया। संशोधित वाहक की उपस्थिति के कारण, आर1 प्रणाली ने कम अवशिष्ट टीएन हासिल किया, जिससे वाहक ने रिएक्टर की टीएन हटाने की दर में सुधार किया और शॉक लोड के लिए सिस्टम की अनुकूलनशीलता को भी बढ़ाया। 49वें दिन, PO₄ निष्कासन में सुधार करने के लिए, वातन की तीव्रता बढ़ा दी गई, जिससे अधिक संपूर्ण नाइट्रीकरण प्रक्रिया को बढ़ावा मिला। हालाँकि, नाइट्रिफिकेशन द्वारा उत्पादित नाइट्रेट में वृद्धि के कारण डिनाइट्रीकरण के लिए कार्बन स्रोतों की अधिक मांग हुई, जबकि इस स्तर पर प्रभावशाली कार्बन स्रोत अपेक्षाकृत अपर्याप्त था, जिसके परिणामस्वरूप अपशिष्ट टीएन में कुछ हद तक वृद्धि हुई। चरण III में, सीओडी को और कम कर दिया गया, जिससे रिएक्टर के भीतर डिनाइट्रीकरण के लिए उपलब्ध कार्बन स्रोत और भी दुर्लभ हो गया, जिससे टीएन निष्कासन सीमित हो गया, और प्रवाहित टीएन एकाग्रता का समग्र स्तर बढ़ गया। फिर भी, R1 प्रणाली ने अभी भी R2 की तुलना में बेहतर TN निष्कासन प्रदर्शन बनाए रखा है, जो वाहक के बढ़ते प्रभाव को प्रदर्शित करता है। चरण IV में, अमोनिया नाइट्रोजन सांद्रता में और वृद्धि हुई थी। पिछले चरण के अनुभव के आधार पर, वातन को थोड़ा बढ़ाया गया था और वातन समय को 4 घंटे तक बढ़ाया गया था, जिससे नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया की गतिविधि को बढ़ावा मिला, नाइट्रीकरण प्रक्रिया अधिक पूर्ण हो गई, और NH₄⁺-N निष्कासन दक्षता में और सुधार हुआ। हालाँकि, कार्बन स्रोत की कमी की चुनौती का सामना करते हुए, विनाइट्रीकरण प्रक्रिया सीमित थी, और बाद के चरण में टीएन सांद्रता थोड़ी बढ़ गई। कुल मिलाकर, R1 रिएक्टर अभी भी R2 से बेहतर था, जो मजबूत TN निष्कासन क्षमता को दर्शाता है, यह दर्शाता है कि लंबे समय तक ऑपरेशन के बाद, स्थिर बायोफिल्म संरचना और R1 में बने सहक्रियात्मक एरोबिक एनोक्सिक वातावरण ने एक साथ नाइट्रीकरण और डेनिट्रिफिकेशन (एसएनडी) प्रक्रिया के लिए अच्छी जगह और स्थितियां प्रदान कीं। झांग केफांग एट अल। कम सी/एन अनुपात वाले अपशिष्ट जल के उपचार के लिए एसबीआर प्रक्रिया का उपयोग किया गया, जिससे एक ही रिएक्टर के भीतर कार्बनिक पदार्थ ऑक्सीकरण, नाइट्रीकरण और डीनाइट्रीकरण प्राप्त हुआ, जिसमें टीएन निष्कासन दर 80% से अधिक थी। ये परिणाम प्रभावी रूप से प्रदर्शित करते हैं कि एकल चरण जैविक विनाइट्रीकरण पूरी तरह से संभव है।

2.3 टीपी हटाने का प्रदर्शन

अपशिष्ट जल उपचार में, फास्फोरस निष्कासन मुख्य रूप से विशिष्ट सूक्ष्मजीवों पर निर्भर करता है, जैसे फास्फोरस जमा करने वाले जीव (पीएओ), जो एरोबिक परिस्थितियों में घुलनशील फास्फोरस को अवशोषित करते हैं और अवायवीय परिस्थितियों में फास्फोरस छोड़ते हैं।चित्र 4रिएक्टरों के टीपी हटाने के प्रदर्शन को दर्शाता है। एरोबिक वातन चरण के दौरान टीपी को हटा दिया गया था। चरण I, II और III में टीपी सांद्रता अपरिवर्तित रही, औसत प्रभावशाली सांद्रता 5.01 mg/L के साथ। चरण IV में, औसत प्रभावशाली टीपी सांद्रता 10.30 मिलीग्राम/लीटर थी। प्रत्येक चरण में R1 के लिए औसत प्रवाह सांद्रता क्रमशः 0.27 mg/L, 0.16 mg/L, 0.13 mg/L, और 1.92 mg/L थी, औसत निष्कासन दर क्रमशः 94.73%, 96.78%, 97.54%, और 81.35% थी। आर2 के लिए औसत प्रवाह सांद्रता क्रमशः 0.39 मिलीग्राम/लीटर, 0.35 मिलीग्राम/लीटर, 0.33 मिलीग्राम/लीटर, और 0.33 मिलीग्राम/लीटर थी, औसत निष्कासन दर क्रमशः 92.19%, 93.01%, 93.61% और 68.79% थी। आर2 की तुलना में, आर1 के लिए औसत टीपी हटाने की दर प्रत्येक चरण में क्रमशः 2.75%, 4.05%, 4.20% और 18.26% बढ़ गई।

आर1 प्रणाली में, वाहक माइक्रोबियल जुड़ाव के लिए एक सतह प्रदान करता है, पीएओ के विकास और चयापचय को बढ़ावा देता है, एक स्थिर बायोफिल्म बनाने में मदद करता है, माइक्रोबियल समुदाय की गतिविधि को बढ़ाता है, जिससे रिएक्टर की फास्फोरस हटाने की क्षमता में सुधार होता है और जैविक फास्फोरस हटाने की प्रक्रिया अधिक कुशल हो जाती है। चरण II में, नाइट्रीकरण को बढ़ावा देने के लिए NH₄⁺-N सांद्रता को बदलकर, सिस्टम की ऑक्सीजन खपत में वृद्धि हुई। इसलिए, 49वें दिन, फॉस्फोरस हटाने में तेजी लाने के लिए वातन बढ़ा दिया गया था। चरण III में, सीओडी में कमी के कारण कार्बन स्रोत की कमी हो गई, जिसने न केवल डीनाइट्रीकरण प्रक्रिया में बाधा डाली, बल्कि पीएओ की चयापचय गतिविधि को भी प्रभावित किया। चरण IV में, सिस्टम ध्वस्त हो गया क्योंकि रिएक्टर में C/N अनुपात 8 से गिरकर 5.3 हो गया। कार्बन स्रोतों के लिए तीव्र प्रतिस्पर्धा ने एनारोबिक चरण में पीएओ के लिए उपलब्ध कार्बन स्रोत को कम कर दिया, जिससे पीएचए संश्लेषण में कमी आई, जिसके परिणामस्वरूप एरोबिक स्थितियों के तहत पॉलीफॉस्फेट हाइड्रोलिसिस और पीएचए ऑक्सीकरण प्रभावित हुआ, अंततः पीएओ विकास और फास्फोरस ग्रहण क्षमता में बाधा उत्पन्न हुई, और परिणामस्वरूप फास्फोरस हटाने की दक्षता में कमी आई। हालाँकि, R1 में अवशिष्ट फॉस्फोरस अभी भी R2 की तुलना में कम था, जो दर्शाता है कि वाहक का प्रचार प्रभाव अभी भी मौजूद है।

3 निष्कर्ष

कम सी/एन अनुपात अपशिष्ट जल स्थितियों के तहत उनके नाइट्रोजन और फास्फोरस हटाने के प्रदर्शन का व्यवस्थित रूप से मूल्यांकन करने के लिए निर्मित एस - एमबीबीआर प्रणाली और एसबीआर प्रणाली के बीच एक तुलनात्मक प्रयोग आयोजित किया गया था। परिणामों से पता चला कि एस -एमबीबीआर प्रणाली ने सीओडी, एनएच₄⁺-एन, टीएन और टीपी को हटाने में पारंपरिक एसबीआर प्रणाली से बेहतर प्रदर्शन किया। विशेष रूप से कार्बन स्रोत की कमी की स्थिति में, टीएन और एनएच₄⁺एन के निष्कासन दर में अधिकतम वृद्धि क्रमशः 14.35% और 8.19% तक पहुंच गई। इसके अलावा, एस -एमबीबीआर प्रणाली ने विभिन्न परिचालन चरणों में लोड झटके और प्रवाह स्थिरता के लिए मजबूत प्रतिरोध प्रदर्शित किया। निलंबित वाहकों की शुरूआत ने सिस्टम की सूक्ष्म पर्यावरण संरचना को प्रभावी ढंग से अनुकूलित किया, एक साथ नाइट्रीकरण और डिनाइट्रीकरण (एसएनडी) की घटना को बढ़ावा दिया, माइक्रोबियल विविधता और चयापचय गतिविधि को बढ़ाया, और सिस्टम की समग्र उपचार क्षमता में सुधार किया। शोध के नतीजे बताते हैं कि एस-एमबीबीआर तकनीक में कम सी/एन अनुपात वाले अपशिष्ट जल उपचार के लिए अच्छी अनुप्रयोग संभावनाएं हैं और यह मौजूदा अपशिष्ट जल उपचार प्रक्रियाओं के अनुकूलन और उन्नयन के लिए तकनीकी सहायता प्रदान कर सकती है।