ए/ओ-एमबीबीआर नाइट्रोजन निष्कासन: पायलट-मध्यम तापमान पर स्केल अध्ययन-निम्न तापमान

मध्यम-निम्न तापमान पर नाइट्रोजन हटाने के लिए मल्टी{{1}स्टेज ए/ओ{{2}एमबीबीआर सिस्टम पर पायलट{0}}स्केल अध्ययन

सिंहावलोकन

हाल के वर्षों में, चीन ने जल पर्यावरण प्रबंधन में महत्वपूर्ण परिणाम हासिल किए हैं, लेकिन अभी भी जल संसाधन की कमी, जल पर्यावरण प्रदूषण और जल पारिस्थितिक पर्यावरण क्षति जैसे मुद्दों का सामना करना पड़ रहा है। जल संसाधनों की सुरक्षा, जल प्रदूषण को रोकने और जल पारिस्थितिकी को बहाल करने के दृष्टिकोण से, जल संसाधन उपयोग दरों को बढ़ाने, जल पर्यावरण की गुणवत्ता में सुधार, जीवन की राष्ट्रीय गुणवत्ता को बढ़ाने, पारिस्थितिक पर्यावरण निर्माण में तेजी लाने और स्वच्छ पानी की लड़ाई जीतने के लिए अपशिष्ट जल उपचार दक्षता और प्रभावशीलता में सुधार को लगातार बढ़ावा देना बहुत महत्वपूर्ण है। वर्तमान में, मौजूदा राष्ट्रीय "शहरी अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के लिए प्रदूषक निर्वहन मानक" (GB18918-2002) के आधार पर, स्थानीय सरकारों ने शहरी अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों की प्रवाह गुणवत्ता के लिए क्रमिक रूप से नई आवश्यकताओं का प्रस्ताव दिया है, विशेष रूप से कार्बनिक पदार्थ, अमोनिया नाइट्रोजन और कुल नाइट्रोजन जैसे संकेतकों पर सख्त मांग के साथ। सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया द्वारा प्रस्तुत पारंपरिक जल उपचार प्रौद्योगिकियों को कम तापमान पर सीमित जैविक नाइट्रीकरण जैसी बाधाओं का सामना करना पड़ता है। कई अध्ययनों से पता चला है कि सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया का नाइट्रीकरण प्रदर्शन कम तापमान की स्थिति में काफी कम हो जाता है, साथ ही गंभीर कीचड़ जमाव और जैविक मैल जैसी समस्याएं भी होती हैं। इसलिए, कम तापमान की बाधा को तोड़ना और स्थिर और कुशल जैविक नाइट्रोजन निष्कासन प्राप्त करना अपशिष्ट जल उपचार के क्षेत्र में हल करने के लिए एक जरूरी समस्या बन गई है। मूविंग बेड बायोफिल्म रिएक्टर (एमबीबीआर) तकनीक को दुनिया भर में सैकड़ों अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में लागू किया गया है। रिएक्टर के भीतर बायोफिल्म की संलग्न विकास स्थिति और इसकी निरंतर नवीनीकरण क्षमता के कारण, इसमें न केवल उच्च बायोमास होता है बल्कि उच्च गतिविधि भी बनी रहती है। नॉर्डिक देशों में अनुप्रयोग परिणाम यह भी दर्शाते हैं कि सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया की तुलना में इसमें कम तापमान के प्रति अधिक अनुकूलता है।

इस कारण से, यह अध्ययन, चीन में शहरी अपशिष्ट जल की विशेषताओं को लक्षित करते हुए, जैविक नाइट्रोजन हटाने के निर्माण के लिए एमबीबीआर और बहु-{0}}चरण एनोक्सिक/ऑक्सिक (ए/ओ) प्रक्रिया के लाभों का उपयोग करता है।एक तीन{{0}स्टेज ए/ओ{{1}एमबीबीआर पायलट-स्केल सिस्टम. मध्यम तापमान की स्थिति में कार्बनिक पदार्थ, अमोनिया नाइट्रोजन और कुल अकार्बनिक नाइट्रोजन को हटाने की प्रणाली की क्षमता की जांच की गई। स्थैतिक प्रायोगिक स्थितियों के तहत बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता और रूपात्मक परिवर्तनों का विश्लेषण किया गया, जिससे कम तापमान वाली परिस्थितियों में शहरी अपशिष्ट जल से स्थिर और कुशल नाइट्रोजन हटाने के लिए तकनीकी सहायता प्रदान की गई और बहु-स्तरीय ए/ओ-एमबीबीआर सिस्टम के निर्माण और विनियमन के लिए तकनीकी सहायता प्रदान की गई।

1. सामग्री और विधियाँ

1.1 पायलट-स्केल सिस्टम प्रायोगिक सेटअप और ऑपरेशन मोड

निर्मित तीन -स्टेज ए/ओ{{1}एमबीबीआर पायलट-स्केल सिस्टम का प्रक्रिया प्रवाह दिखाया गया हैचित्र 1. पायलट-स्केल सिस्टम में एनोक्सिक/ऑक्सिक (ए/ओ) के तीन चरण होते हैं, जो कुल मिलाकर 10 प्रतिक्रिया क्षेत्रों में विभाजित होते हैं।प्रथम-चरणए/ओ-एमबीबीआर सबसिस्टम में एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्र (ए1, ए2) और एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र (ओ3, ओ4) शामिल हैं।दूसरा-चरणए/ओ-एमबीबीआर सबसिस्टम में एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्र (ए5, ए6) और एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र (ओ7, ओ8) शामिल हैं।तीसरा-चरणए/ओ-एमबीबीआर उपप्रणाली में एक एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्र (ए9) और एक एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र (ओ10) शामिल है। की प्रभावी मात्राप्रत्येक उपरोक्त प्रतिक्रिया क्षेत्र 1.4 m³ (1m * 1m * 1.4m) है, जिसकी प्रभावी जल गहराई 1.4 m है. 500 वर्ग मीटर/वर्ग मीटर के विशिष्ट सतह क्षेत्र के साथ निलंबित बायोफिल्म वाहक (मीडिया) को प्रत्येक प्रतिक्रिया क्षेत्र खंड में जोड़ा गया था, जिसमें सभी के लिए 35% का वाहक भरने का अनुपात था।. वाहकों को तरल बनाए रखने के लिए एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में यांत्रिक मिश्रण का उपयोग किया गया था, जबकि एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में छिद्रित पाइप वातन का उपयोग नियंत्रित किया गया था।घुलित ऑक्सीजन सांद्रता 3-9 mg/L पर.

पायलट - स्केल सिस्टम की वास्तविक प्रवाह दर (23.6 + 5.4) m³/d थी, दो - बिंदु प्रभावशाली वितरण का उपयोग करते हुए, प्रतिक्रिया क्षेत्र A1 और O5 पर इनलेट बिंदु निर्धारित किए गए थे, और 1: 1 का प्रभावशाली अनुपात था। पायलट{7}}स्केल सिस्टम में नाइट्रिफाइड लिक्विड रीसर्क्युलेशन के दो सेट थे (O4 से A1 और O8 से A5 तक), रीसर्क्युलेशन अनुपात 100% से 200% (प्रत्येक चरण की प्रवाह दर के आधार पर) के साथ था। उचित पोस्ट डेनाइट्रीकरण सुनिश्चित करने के लिए, A9 प्रतिक्रिया क्षेत्र में बाहरी कार्बन स्रोत के रूप में 50 मिग्रा/L 90 mg/L सोडियम एसीटेट (COD के रूप में गणना) जोड़ा गया था। संपूर्ण प्रायोगिक अध्ययन को 2 चरणों में विभाजित किया गया था: चरण I - सामान्य तापमान (18{23}}29 डिग्री); चरण II - मध्यम-निम्न तापमान (10-16 डिग्री)।

1.2 पानी का परीक्षण करें

पायलट परीक्षण क़िंगदाओ शहर में एक शहरी अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र में साइट पर आयोजित किया गया था। परीक्षण जल इस संयंत्र के प्राथमिक अवसादन टैंक के अपशिष्ट से लिया गया था और प्लवन द्वारा उन्नत पूर्व उपचार के बाद पायलट सिस्टम में प्रवेश किया गया था। उन्नत प्लवनशीलता पूर्व उपचार के बाद पानी की गुणवत्ता की स्थिति को दिखाया गया हैतालिका नंबर एक.

1.3 जांच संकेतक और तरीके

1.3.1 पारंपरिक संकेतक

SCOD, NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, SS, MLSS, और MLVSS जैसे पारंपरिक संकेतकों को "जल और अपशिष्ट जल निगरानी और विश्लेषण विधियों" के मानक तरीकों का उपयोग करके मापा गया था। घुलित ऑक्सीजन, तापमान, पीएच और ओआरपी को का उपयोग करके मापा गयापोर्टेबल घुलित ऑक्सीजन मीटर (HACH HQ40d). बायोफिल्म की मोटाई का उपयोग करके मापा गया थाउलटा प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप (ओलंपस, IX71).

1.3.2 नाइट्रीकरण स्थैतिक प्रयोग

सिस्टम संचालन के दौरान, स्थैतिक प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता को मापने के लिए एरोबिक क्षेत्रों से वाहकों का समय-समय पर नमूना लिया गया था। प्रत्येक एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र से वाहकों को 5L रिएक्टर में रखा गया था, जिसका भरने का अनुपात पायलट सिस्टम के समान 35% था। परीक्षण किए गए पानी को कृत्रिम रूप से एनएच₄सीएल समाधान के साथ 20 - 25 मिलीग्राम/एल (एन के रूप में गणना) की द्रव्यमान सांद्रता के साथ कॉन्फ़िगर किया गया था। प्रयोग के दौरान, 7-11 मिलीग्राम/लीटर पर घुलित ऑक्सीजन को नियंत्रित करते हुए वाहकों को तरलीकृत रखने के लिए वातन के लिए एक छोटे वायु पंप का उपयोग किया गया था। स्थैतिक प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता की गणना करने के लिए NH₄⁺-N एकाग्रता में परिवर्तन को मापने के लिए 30 मिनट के नमूना अंतराल के साथ परीक्षण की अवधि 2 घंटे थी।

2. परिणाम और विश्लेषण

2.1 तीन -स्टेज ए/ओ-एमबीबीआर पायलट सिस्टम का परिचालन प्रदर्शन

तीन {{0}स्टेज ए/ओ{{1}एमबीबीआर पायलट सिस्टम का परिचालन प्रदर्शन दिखाया गया हैचित्र 2. सामान्य तापमान चरण (चरण I) में, प्रतिक्रिया तापमान 18{4}}29 डिग्री, उपचार प्रवाह दर (23.6+5.4) m³/d, और कार्बन स्रोत खुराक 50 mg/L (COD के रूप में गणना, नीचे समान) के साथ तीसरे चरण A/O{6}}MBBR सबसिस्टम के एनोक्सिक क्षेत्र में, सिस्टम के प्रभावशाली SCOD, NH₄⁺-N, और TIN सांद्रता क्रमशः (160±31), (35.0±7.2), और (35.8±7.0) मिलीग्राम/लीटर थी, और उपचारित प्रवाह सांद्रता क्रमशः (27±8), (0.6±0.5), और (2.7±2.2) मिलीग्राम/लीटर थी।औसत निष्कासन दर 83.1%, 98.3% और 92.5% तक पहुंच गई. मध्यम{{1}निम्न तापमान चरण (चरण II) में, प्रतिक्रिया तापमान 10{5}}16 डिग्री के साथ, समान उपचार प्रवाह दर (23.6+5.4) m³/d, और कार्बन स्रोत खुराक 50{6}}90 mg/L तीसरे चरण A/O-MBBR सबसिस्टम के एनोक्सिक क्षेत्र में, सिस्टम के प्रभावशाली SCOD, NH₄⁺-N, और TIN सांद्रता क्रमशः (147±30), (38.3±2.1), और (39.6±2.3) मिलीग्राम/लीटर थे, और प्रवाह सांद्रता क्रमशः (26±6), (0.4±0.6), और (6.8±3.6) मिलीग्राम/लीटर थी।औसत निष्कासन दर 82.3%, 99.0% और 82.8% तक पहुंच गई. इसके अलावा, सिस्टम ऑपरेशन के 56वें ​​दिनों के दौरान, जब कार्बन स्रोत की खुराक 50 मिलीग्राम/लीटर थी, ए9 प्रतिक्रिया क्षेत्र में महत्वपूर्ण NO₂⁻-N संचय दिखाई दिया। हालाँकि, धीरे-धीरे कार्बन स्रोत की खुराक को 90 mg/L तक बढ़ाने के बाद, A9 प्रतिक्रिया क्षेत्र में NO₂⁻-N संचय धीरे-धीरे गायब हो गया, और प्रवाहित TIN सांद्रता एक उचित स्तर तक कम हो गई।

2.2 विभिन्न प्रतिक्रिया तापमान के तहत प्रत्येक एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म नाइट्रीकरण क्षमता में परिवर्तन

एक समग्र परिप्रेक्ष्य से तीन चरण ए/ओ - एमबीबीआर प्रणाली की नाइट्रीकरण क्षमता में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए, विभिन्न प्रतिक्रिया तापमान के तहत प्रत्येक एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र में एनएच₄⁺ -एन नाइट्रीकरण योगदान दर और बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता का विश्लेषण किया गया, जिसके परिणाम दिखाए गएचित्र 3 और 4, क्रमश।

चित्र 4 विभिन्न प्रतिक्रिया तापमानों के तहत पहले और दूसरे चरण ए/ओ-एमबीबीआर उपप्रणालियों के एरोबिक क्षेत्रों में नाइट्रीकरण हटाने वाला भार और फिटिंग वक्र

सेचित्र तीन, यह देखा जा सकता है कि तीन चरण ए/ओ {{1} एमबीबीआर प्रणाली के भीतर, दो {2} बिंदु प्रभाव के कारण, पहले चरण ए/ओ {{6} एमबीबीआर उपप्रणाली के ओ3 और ओ4 प्रतिक्रिया क्षेत्र और दूसरे चरण ए/ओ {{10} एमबीबीआर उपप्रणाली के ओ7 और ओ8 प्रतिक्रिया क्षेत्र प्रणाली के मुख्य नाइट्रीकरण भार को वहन करते हैं। सामान्य और मध्यम दोनों ही निम्न तापमान स्थितियों में,NH₄⁺-इन दो उपप्रणालियों की एन नाइट्रीकरण योगदान दरें क्रमशः 43.1%, 49.6% और 33.8%, 54.0% थीं. इससे पता चलता है कि मध्यम{{1}निम्न तापमान स्थितियों के तहत, दूसरे चरण उपतंत्र की NH₄⁺-N नाइट्रीकरण योगदान दर पहले चरण उपतंत्र की तुलना में 20.2% अधिक थी।

सेआंकड़े 4(ए) और (सी), यह देखा जा सकता है कि सामान्य तापमान के तहत O3 और O7 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म के लिए, वे नाइट्रिफिकेशन फ़ंक्शन के साथ संयुक्त कार्बनिक पदार्थ क्षरण के लिए तीन - चरण ए / ओ - एमबीबीआर प्रणाली में मुख्य प्रतिक्रिया क्षेत्र हैं। जब प्रति वाहक सतह क्षेत्र में एससीओडी निष्कासन भार (संक्षिप्त रूप में "एससीओडी निष्कासन भार", सीओडी के रूप में गणना की जाती है) 2.0 ग्राम/(एम²·डी) से कम था और प्रति वाहक सतह क्षेत्र में नाइट्रीकरण भार (संक्षिप्त रूप में "नाइट्रीकरण भार", एन के रूप में गणना की गई) 1.6 ग्राम/(एम²·डी) से कम था, तो प्रति वाहक सतह क्षेत्र में नाइट्रीकरण निष्कासन भार (संक्षिप्त रूप में "नाइट्रीकरण निष्कासन भार" के रूप में गणना, एन के रूप में गणना) के बीच संबंध और नाइट्रीकरण भार ने क्रमशः 0.83 और 0.84 की ढलान के साथ पहले क्रम की रैखिक प्रतिक्रिया का पालन किया। जब नाइट्रीकरण भार 1.6-6.0 ग्राम/(m²·d) तक बढ़ गया, तो नाइट्रीकरण निष्कासन भार और नाइट्रीकरण भार के बीच संबंध एक शून्य -आदेश प्रतिक्रिया के बाद आया, जिसके अनुरूप औसत नाइट्रीकरण निष्कासन भार क्रमशः 1.31 और 1.34 ग्राम/(m²·d) था। जब एससीओडी निष्कासन भार 2.0-4.0 ग्राम/(m²·d) था और नाइट्रीकरण भार 1.6-6.0 ग्राम/(m²·d) था, हालांकि नाइट्रीकरण निष्कासन भार और नाइट्रीकरण भार के बीच शून्य-क्रम प्रतिक्रिया संबंध अपरिवर्तित रहा, संबंधित औसत नाइट्रीकरण निष्कासन भार क्रमशः 0.95 और 0.97 ग्राम/(m²·d) तक कम हो गया। मध्यम-निम्न तापमान के तहत O3 और O7 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म के लिए, जब SCOD निष्कासन भार 2.0 g/(m²·d) से कम था और नाइट्रीकरण भार 1.1 g/(m²·d) से कम था, तो नाइट्रीकरण निष्कासन भार बनाम नाइट्रीकरण भार की रैखिक ढलान क्रमशः 0.71 और 0.81 तक कम हो गई। जब नाइट्रीकरण भार 1.1-6.0 ग्राम/(m²·d) तक बढ़ गया, तो संबंधित औसत नाइट्रीकरण निष्कासन भार क्रमशः 0.78 और 0.94 g/(m²·d) तक कम हो गया, जो सामान्य तापमान स्थितियों की तुलना में 40.4% और 19.4% की कमी दर्शाता है। जब एससीओडी हटाने का भार 2.0-4.0 ग्राम/(एम²·डी) तक बढ़ गया, तो संबंधित औसत नाइट्रीकरण हटाने का भार क्रमशः 0.66 और 0.91 ग्राम/(एम²·डी) तक कम हो गया, जो सामान्य तापमान स्थितियों की तुलना में 30.5% और 6.2% की कमी दर्शाता है। O3 प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता HEM एट अल के शोध परिणामों के अनुरूप थी। संगत शर्तों के तहत. हालाँकि, यह उल्लेखनीय है कि मध्यम-निम्न तापमान स्थितियों में, O3 प्रतिक्रिया क्षेत्र बायोफिल्म की तुलना में, O7 प्रतिक्रिया क्षेत्र बायोफिल्म ने मजबूत नाइट्रीकरण क्षमता प्रदर्शित की।

सेआंकड़े 4(बी) और (डी), यह देखा जा सकता है कि सामान्य तापमान के तहत O4 और O8 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म के लिए, वे तीन {{2}चरण ए/ओ - एमबीबीआर प्रणाली में प्रतिक्रिया क्षेत्र हैं जो मुख्य रूप से एक पूरक नाइट्रीकरण कार्य करते हैं। जब एससीओडी निष्कासन भार 1.0 ग्राम/(m²·d) से कम था और नाइट्रीकरण भार 1.3 ग्राम/(m²·d) से कम था, तो नाइट्रीकरण निष्कासन भार और नाइट्रीकरण भार के बीच संबंध क्रमशः 0.86 और 0.88 की ढलान के साथ पहले-क्रम रैखिक प्रतिक्रिया के बाद हुआ। जब नाइट्रीकरण भार 1.3-3.0 ग्राम/(m²·d) तक बढ़ गया, तो नाइट्रीकरण निष्कासन भार और नाइट्रीकरण भार के बीच संबंध एक शून्य -आदेश प्रतिक्रिया के बाद आया, जिसके अनुरूप औसत नाइट्रीकरण निष्कासन भार क्रमशः 1.11 और 1.13 ग्राम/(m²·d) था। मध्यम-निम्न तापमान स्थितियों के तहत, जब एससीओडी निष्कासन भार 1.0 ग्राम/(m²·d) से कम था और नाइट्रीकरण भार 1.0 g/(m²·d) से कम था, तो नाइट्रीकरण निष्कासन भार बनाम नाइट्रीकरण भार की रैखिक ढलान क्रमशः 0.72 और 0.84 तक कम हो गई। जब नाइट्रीकरण भार 1.0-3.0 ग्राम/(m²·d) तक बढ़ गया, तो संबंधित औसत नाइट्रीकरण निष्कासन भार क्रमशः 0.72 और 0.86 g/(m²·d) था, जो सामान्य तापमान स्थितियों की तुलना में 35.1% और 23.9% की कमी दर्शाता है।

उपरोक्त विश्लेषण से, यह देखा जा सकता है कि मध्यम -निम्न तापमान के तहत, प्रत्येक प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म के लिए नाइट्रीकरण निष्कासन भार और नाइट्रीकरण भार के बीच संबंध के विभक्ति बिंदु सामान्य तापमान की तुलना में पहले हुए। यह घटना SAFWAT के शोध परिणामों के साथ अपेक्षाकृत सुसंगत है। कुल मिलाकर, हालांकि सिस्टम के प्रत्येक एरोबिक क्षेत्र में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता में मध्यम{3}}निम्न तापमान के तहत गिरावट देखी गई,दूसरे चरण A/O-MBBR सबसिस्टम के O7 प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता O3 प्रतिक्रिया क्षेत्र की तुलना में 20.5%-37.9% बढ़ गई, और O8 प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता O4 प्रतिक्रिया क्षेत्र की तुलना में लगभग 19.4% बढ़ गई. यह इंगित करता है कि तीन{{2}चरण ए/ओ-एमबीबीआर प्रणाली में दूसरे चरण प्रतिक्रिया क्षेत्र की स्थापना प्रणाली की समग्र नाइट्रीकरण क्षमता में सुधार के लिए फायदेमंद है।

2.3 विभिन्न प्रतिक्रिया तापमानों के तहत प्रत्येक एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म डिनाइट्रीकरण क्षमता में परिवर्तन

समग्र परिप्रेक्ष्य से तीन - चरण ए/ओ - एमबीबीआर प्रणाली की डिनाइट्रीकरण क्षमता में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए, इस अध्ययन ने अलग-अलग प्रतिक्रिया तापमान के तहत प्रत्येक एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म की डिनाइट्रीकरण क्षमता का विश्लेषण किया, जिसके परिणाम दिखाए गए हैंचित्र 5.

चित्र 5 विभिन्न प्रतिक्रिया तापमानों के तहत तीन {{1}स्टेज ए/ओ - एमबीबीआर प्रणाली के प्रत्येक एनोक्सिक क्षेत्र में विनाइट्रीकरण हटाने का भार

सेआंकड़े 5(ए) और (सी), यह देखा जा सकता है कि A1 और A5 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों के लिए, वे सब्सट्रेट के रूप में कच्चे पानी के कार्बन स्रोतों का उपयोग करते हुए तीन - चरण ए / ओ - एमबीबीआर प्रणाली में मुख्य विनाइट्रीकरण क्षेत्र हैं। सामान्य और मध्यम दोनों ही कम तापमान की स्थितियों में, जब संबंधित एनोक्सिक डिनाइट्रिफिकेशन कार्बन {{6} से {{7} नाइट्रोजन अनुपात (ΔCBSCOD / CNOx {{13} {20} N) 5.0 से अधिक था और प्रति वाहक सतह क्षेत्र में डिनाइट्रीकरण लोड (संक्षिप्त रूप में "डेनिट्रिफिकेशन लोड", NOx के रूप में गणना की गई थी) 0.95 से कम था। जी/(एम²·डी), प्रति वाहक सतह क्षेत्र (संक्षिप्त रूप में "डेनिट्रिफिकेशन रिमूवल लोड", एनओएक्स के रूप में गणना की गई) और डिनाइट्रिफिकेशन लोड के बीच संबंध क्रमशः 0.87, 0.88 और 0.82, 0.84 की ढलान के साथ पहले - क्रम रैखिक प्रतिक्रिया के बाद हुआ। जब विनाइट्रीकरण भार 0.95 ग्राम/(m²·d) से ऊपर बढ़ गया, तो विनाइट्रीकरण निष्कासन भार और विनाइट्रीकरण भार के बीच संबंध एक शून्य {35}आदेश प्रतिक्रिया के बाद हुआ, जिसके अनुरूप औसत विनाइट्रीकरण निष्कासन भार क्रमशः 0.82, 0.82 ग्राम/(m²·d) और 0.78, 0.77 g/(m²·d) था। जैसे-जैसे ΔCBSCOD / CNOx--N कम हुआ, डिनाइट्रिफिकेशन रिमूवल लोड और डिनाइट्रिफिकेशन लोड के बीच संबंध का विभक्ति बिंदु आगे की ओर स्थानांतरित हो गया, कम-लोड स्थितियों के तहत रैखिक ढलान में गिरावट देखी गई, और साथ ही, उच्च-लोड स्थितियों के तहत औसत डिनाइट्रिफिकेशन रिमूवल लोड में भी गिरावट देखी गई। इन परिणामों से संकेत मिलता है कि कच्चे पानी के कार्बन स्रोतों का उपयोग करके A1 और A5 प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म डिनाइट्रीकरण के लिए, कार्बन-से-नाइट्रोजन अनुपात डिनाइट्रीकरण फ़ंक्शन का निर्धारण करने वाला मुख्य कारक है, और परीक्षण जल गुणवत्ता स्थितियों के तहत, A1 और A5 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों के लिए आदर्श कार्बन-से-नाइट्रोजन अनुपात 5 से अधिक होना चाहिए।

चित्र 5(बी) और (डी) से, यह देखा जा सकता है कि A2 और A6 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों के लिए, क्योंकि A1 और A5 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों ने कच्चे अपशिष्ट जल में कार्बन स्रोतों को हटा दिया और उपभोग किया और अधिकांश नाइट्रेट को पुनर्चक्रण प्रवाह द्वारा ले जाया गया, A2 और A6 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्र लंबे समय तक थे {{6}टर्म सब्सट्रेट -कमी कम {{8}लोड अवस्था। इसलिए, सामान्य और मध्यम दोनों ही निम्न तापमान स्थितियों में, जब ΔCBSCOD / CNOx--N 1.0-2.0 के बीच था और डिनाइट्रीकरण भार 0.50 ग्राम/(m²·d) से कम था, तो डिनाइट्रीकरण निष्कासन भार बनाम डिनाइट्रीकरण भार की रैखिक ढलान क्रमशः केवल 0.51, 0.40 और 0.47, 0.37 थी। इसके अलावा, जब डिनाइट्रीकरण भार बढ़कर 0.50-1.50 ग्राम/(m²·d) हो गया, तो संबंधित औसत डिनाइट्रीकरण निष्कासन भार क्रमशः 0.25, 0.20 और 0.20, 0.17 ग्राम/(m²·d) ही थे। हालाँकि, इस अध्ययन में स्थैतिक प्रयोग के परिणामों से पता चला है कि पर्याप्त कार्बन स्रोत और नाइट्रेट सब्सट्रेट की स्थितियों के तहत, A2 और A6 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म का डिनाइट्रीकरण हटाने का भार क्रमशः (0.66±0.14) और (0.68±0.11) g/(m²·d) तक पहुंच सकता है। यह परिणाम दर्शाता है कि A2 और A6 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म में वास्तव में अपेक्षाकृत मजबूत डिनाइट्रीकरण क्षमता होती है, जो इस पायलट प्रणाली में कार्बन स्रोत और नाइट्रेट सब्सट्रेट की कमी से सीमित है।

सेचित्र 5(ई), यह देखा जा सकता है कि A9 एनोक्सिक प्रतिक्रिया क्षेत्र के लिए, यह तीन {{1}चरण ए/ओ - एमबीबीआर प्रणाली के पहले दो चरणों से बहने वाले सभी नाइट्रेट के लिए डेनिट्रिफिकेशन भार को सहन करता है, जो कि डेनिट्रिफिकेशन कार्बन स्रोत के रूप में बाहरी रूप से जोड़े गए सोडियम एसीटेट का उपयोग करता है। सामान्य और मध्यम{4}निम्न तापमान दोनों स्थितियों में, जब ΔCBSCOD / CNOx--N 5 से अधिक था और डिनाइट्रीकरण भार 2.5 ग्राम/(m²·d) से कम था, तो डिनाइट्रीकरण निष्कासन भार और डिनाइट्रीकरण भार के बीच संबंध क्रमशः 0.93 और 0.94 की ढलानों के साथ, पहले {{16%) क्रम की रैखिक प्रतिक्रिया के बाद हुआ। हालाँकि, जैसे ही ΔCBSCOD / CNOx--N कम हुआ, डिनाइट्रीकरण निष्कासन भार और डिनाइट्रीकरण भार के बीच संबंध के रैखिक ढलान में गिरावट देखी गई। यह परिणाम यह भी इंगित करता है कि बाहरी कार्बन स्रोत का उपयोग करके A9 प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म डिनाइट्रीकरण के लिए, कार्बन-से-नाइट्रोजन अनुपात भी डिनाइट्रीकरण फ़ंक्शन का निर्धारण करने वाला मुख्य कारक है, जिसमें आवश्यक डिनाइट्रीकरण कार्बन-टू-नाइट्रोजन अनुपात 3 से अधिक है। साथ ही, इसके डिनाइट्रीकरण फ़ंक्शन पर प्रतिक्रिया तापमान परिवर्तन का प्रभाव अपेक्षाकृत छोटा है।

2.4 स्थैतिक प्रायोगिक स्थितियों के तहत प्रत्येक एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता और रूपात्मक विशेषताएं

स्थैतिक प्रायोगिक स्थितियों के तहत प्रत्येक एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता को दिखाया गया हैचित्र 6. चित्र 6 से, यह देखा जा सकता है कि सामान्य तापमान के तहत, O3, O4, O7 और O8 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता क्रमशः (1.37±0.21), (1.23±0.15), (1.40±0.20), और (1.25±0.13) g/(m²·d) थी। मध्यम{15}}निम्न तापमान के तहत, संबंधित एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता क्रमशः (1.07±0.01), (1.00±0.04), (1.08±0.09), और (1.03±0.05) जी/(एम²·डी) थी, जो क्रमशः 21.9%, 18.7%, 22.9% और कम हो गई। सामान्य तापमान की तुलना में 17.6%। ये स्थैतिक प्रयोग परिणाम पायलट प्रणाली में मापा मूल्यों की प्रवृत्ति के अनुरूप हैं। इसके अलावा, यह देखा जा सकता है कि स्थैतिक प्रायोगिक स्थितियों के तहत प्रत्येक एरोबिक क्षेत्र में बायोफिल्म की मापी गई नाइट्रीकरण क्षमता पायलट प्रणाली में वास्तविक मूल्यों से कुछ अधिक थी। विश्लेषण इसका श्रेय एकल अमोनियम नाइट्रोजन सब्सट्रेट के उपयोग और स्थैतिक प्रयोगों के दौरान लगभग -संतृप्त उच्च घुलनशील ऑक्सीजन स्थितियों को देता है, जिससे बायोफिल्म नाइट्रीकरण क्षमता का उच्च स्तर प्राप्त होता है। सामान्य तापमान के तहत, तीन -चरण ए/ओ-एमबीबीआर प्रणाली के O3, O4, O7, और O8 प्रतिक्रिया क्षेत्रों में वास्तविक नाइट्रीकरण क्षमता क्रमशः स्थैतिक प्रयोगों के तहत अधिकतम नाइट्रीकरण क्षमता का 95.6%, 90.6%, 95.7% और 90.4% थी। मध्यम{44}}निम्न तापमान के तहत, O3, O4, O7, और O8 प्रतिक्रिया क्षेत्रों में वास्तविक नाइट्रीकरण क्षमता क्रमशः 72.9%, 72.0%, 87.0% और 84.5% तक कम हो गई।

आगे के विश्लेषण से पता चला कि सामान्य तापमान के तहत, O3, O4, O7 और O8 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की विशिष्ट अमोनिया ऑक्सीकरण दर (प्रति यूनिट द्रव्यमान एमएलवीएसएस, एन के रूप में गणना की गई नाइट्रीकरण दर) थी (0.062±0.0095), (0.059±0.0072), (0.060±0.0086), और (0.060±0.0063) जी/(जी·डी), क्रमशः। मध्यम-निम्न तापमान के तहत, O3 और O4 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की विशिष्ट अमोनिया ऑक्सीकरण दरें क्रमशः केवल (0.046±0.0004) और (0.041±0.0016) g/(g·d) थीं, जो सामान्य तापमान की तुलना में 25.8% और 30.5% कम हो गईं। इसके विपरीत, O7 और O8 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की विशिष्ट अमोनिया ऑक्सीकरण दरें क्रमशः (0.062±0.0051) और (0.060±0.0029) g/(g·d) थीं। सामान्य तापमान स्थितियों की तुलना में, O8 प्रतिक्रिया क्षेत्र बायोफिल्म की अमोनिया ऑक्सीकरण क्षमता अपरिवर्तित रही, जबकि O7 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र बायोफिल्म की अमोनिया ऑक्सीकरण क्षमता 3.3% तक बढ़ गई। यह परिणाम अच्छी तरह से दर्शाता है कि मध्यम कम तापमान की स्थिति में, पायलट प्रणाली के दूसरे चरण प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म में बेहतर नाइट्रीकरण क्षमता है और समग्र सिस्टम नाइट्रीकरण में दूसरे चरण उपप्रणाली के योगदान की तर्कसंगतता है।

पहले और दूसरे चरण ए/ओ-एमबीबीआर उपप्रणालियों के प्रत्येक एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्र में बायोफिल्म आकृति विज्ञान के अवलोकन परिणाम दिखाए गए हैंचित्र 7. सामान्य तापमान के तहत, O3, O4, O7 और O8 एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की मोटाई क्रमशः (217.6±54.6), (175.7±38.7), (168.1±38.2), और (152.4±37.8) μm थी। मध्यम कम तापमान के तहत, O3 और O4 प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की मोटाई क्रमशः (289.4±59.9) और (285.3±61.9) μm थी, जो सामान्य तापमान के तहत बायोफिल्म की मोटाई की तुलना में 33.0% और 62.4% की वृद्धि दर्शाती है। इसके विपरीत, O7 और O8 प्रतिक्रिया क्षेत्रों में बायोफिल्म की मोटाई क्रमशः (173.1±40.2) और (178.3±31.2) μm थी, जो सामान्य तापमान की तुलना में केवल 3.0% और 17.0% बढ़ रही थी। कुछ अध्ययनों से पता चला है कि पतले बायोफिल्म में मजबूत अमोनिया ऑक्सीकरण क्षमता होती है, जो इस अध्ययन के प्रयोगात्मक परिणामों के साथ अपेक्षाकृत सुसंगत है। विश्लेषण इसका श्रेय इस तथ्य को देता है कि बायोफिल्म में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया बायोफिल्म की स्तरित संरचना में लंबवत रूप से वितरित होते हैं; अत्यधिक बायोफिल्म मोटाई से सब्सट्रेट द्रव्यमान स्थानांतरण दक्षता और सब्सट्रेट आत्मीयता कम हो जाती है। इसके अलावा, मध्यम -निम्न तापमान स्थितियों के तहत, पायलट सिस्टम के प्रत्येक एरोबिक क्षेत्र में घुलनशील ऑक्सीजन सांद्रता स्थैतिक प्रयोग रिएक्टर की तुलना में बहुत कम थी (3.0-5.0 मिलीग्राम/लीटर से भिन्न)। विशेष रूप से O3 और O4 प्रतिक्रिया क्षेत्रों में मोटे बायोफिल्म के लिए, बायोफिल्म के भीतर ऑक्सीजन द्रव्यमान स्थानांतरण क्षमता में कमी से उनकी वास्तविक नाइट्रीकरण क्षमता में कमी आई (स्थिर परिस्थितियों में मापी गई अधिकतम नाइट्रीकरण क्षमता का केवल 70%)। इसलिए, शुद्ध बायोफिल्म एमबीबीआर के लिए, बायोफिल्म नाइट्रिफिकेशन क्षमता को बनाए रखने के लिए कतरनी तीव्रता को मजबूत करके और बायोफिल्म मोटाई को उचित रूप से नियंत्रित करके बायोफिल्म नवीनीकरण को बढ़ाना आवश्यक है।

3. निष्कर्ष

① 10{1}}16 डिग्री (मध्यम{5}निम्न तापमान) के प्रतिक्रिया तापमान, (23.6±5.4) m³/d की उपचार प्रवाह दर, और तीसरे चरण A/O{8}}MBBR उपप्रणाली, प्रवाह SCOD के एनोक्सिक क्षेत्र में 50{6}}90 mg/L (COD के रूप में गणना) की कार्बन स्रोत खुराक की शर्तों के तहत, तीन-चरण ए/ओ-एमबीबीआर पायलट सिस्टम की NH₄⁺-N, और TIN सांद्रता क्रमशः (26±6), (0.4±0.6), और (6.8±3.6) mg/L थी, साथ मेंऔसत निष्कासन दर 82.3%, 99.0% और 82.8% तक पहुंच गई.

② मध्यम{{0}निम्न तापमान स्थितियों के तहत, पहले चरण और दूसरे चरण ए/ओ {{3} एमबीबीआर उपप्रणालियों के बीच एरोबिक प्रतिक्रिया क्षेत्रों के बायोफिल्म में अंतर के कारण, दोनों उपप्रणालियों के बीच बायोफिल्म की नाइट्रीकरण क्षमता में अंतर पैदा हुआ। विशेष रूप से प्रथम चरण ए/ओ - एमबीबीआर सबसिस्टम के लिए, बायोफिल्म की मोटाई बढ़ने के कारण नाइट्रीकरण क्षमता कम हो गई। बायोफिल्म नाइट्रीकरण क्षमता को बनाए रखने के लिए, बायोफिल्म की मोटाई को उचित रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है।

③ तीन -स्टेज ए/ओ-एमबीबीआर पायलट सिस्टम में, डिनाइट्रिफिकेशन फ़ंक्शन पर प्रतिक्रिया तापमान परिवर्तन का प्रभाव अपेक्षाकृत छोटा था। अलग-अलग प्रतिक्रिया तापमानों के तहत, कार्बन स्रोत के रूप में कच्चे पानी का उपयोग करके डिनाइट्रीकरण कार्बन {{3} से {{4} नाइट्रोजन अनुपात 5 से अधिक होना चाहिए, और कार्बन स्रोत के रूप में बाहरी रूप से जोड़े गए सोडियम एसीटेट का उपयोग करके डिनाइट्रीकरण कार्बन {{6} से - नाइट्रोजन अनुपात 3 से अधिक होना चाहिए।