1. Mekanisme til fjernelse af denitrifikation af fosfor
Høj-syrebakterier nedbryder store organiske molekyler til lav-molekylære-fedtsyrer under anaerobe forhold. DPB (Destilleret Bismuth Biota) nedbryder polyphosphater i dets celler under anaerobe forhold for at generere ATP, absorbere fedtsyrer via aktiv transport og syntetisere poly({4}}hydroxybutyrat) (PHB), mens det samtidig frigiver PO43-. Efter at have akkumuleret store mængder PHB går DPB ind i en anaerob tilstand ved at bruge NO3- som elektronacceptor for PHB-oxidation. Det udnytter nedbrydningen af PHB til at generere energi og give reducerende kraft (nicotinamidadenindinukleotid (NADH), og bruger NADH+H+ som bærer af elektrontransportkæden til at fjerne protoner og danner dermed en protondrevet kraft. Denne protondrevne kraft transporterer PO43- udefra, hvor den syner ATPasen ind i kroppen, hvorved ATPasen syner i kroppen. overskydende PO43- til polyfosfater Den ATP, der produceres af DPB under anaerobe forhold gennem elektrontransportkæden, overstiger den ATP, der produceres under anaerobe forhold gennem nedbrydning af polyfosfater i kroppen optagelse fra spildevand.
2. Hovedfaktorer, der påvirker denitrifikation og fosforfjernelse
2.1 Kulstof-til-nitrogenforhold
Ifølge traditionel phosphorfjernelsesteori fører tilstedeværelsen af kulstofkilder i den anoxiske zone eller nitrater i den anaerobe zone til konkurrence mellem denitrificerende bakterier og DPB om elektronacceptornitratnitrogen eller for kulstofkilder, hvilket reducerer den selektive fordel ved DPB og påvirker fosforfjernelseseffektiviteten. Dette nødvendiggør et passende forhold mellem kulstof-til-nitrogen i influenten. Men forskning af Ahn J. et al. viser, at under anaerobe/aerobe (A/O) forhold fremmer den langsigtede -akklimatisering af kulstofkilder og en lille mængde nitrater, der kommer ind i den anaerobe zone, DPB-berigelse, og DPB kan opretholde sin anoxiske fosforoptagelseskapacitet under A/O-betingelser. Fra et mikrobiologisk perspektiv er der to forklaringer: Den ene er, at DPB direkte udnytter kulstofkilder i den anaerobe zone gennem tricarboxylsyrecyklussen (TCA); den anden er, at DPB oxiderer kulstofkilder under den anaerobe periode gennem TCA-cyklussen for at opnå reducerende kraft og energi til at akkumulere polyhydroxyalkansyrer og overlever i den aerobe periode. Der er ikke offentliggjort andre rapporter vedrørende de fysiologiske karakteristika af DPB i denne henseende.
2.2 Nitratdoseringsmetoder
Der er to metoder til at tilsætte nitrat i den anoxiske zone: øjeblikkelig tilsætning og kontinuerlig tilsætning. Kontinuerlig tilsætning er lidt mere effektiv og undgår også ophobning af nitrit. Med hensyn til effekten af kontinuerlig tilsætningstid på fosforoptagelseshastigheden, har Zou Hua et al. viste, at fosforoptagelseshastigheden var højere, når den kontinuerlige tilsætningstid var 2 timer, end når den var 3,5 timer. Der er dog på nuværende tidspunkt ingen rapporter om den specifikke sammenhæng mellem tilsætningshastigheden og fosforoptagelseshastigheden. Flere tekniske dokumenter kan findes på China Wastewater Treatment Engineering Network.
2.3 SRT
DPB vokser langsommere under A/A-forhold end under A/O-forhold. For kort en SRT vil medføre, at DPB i reaktoren elimineres, mens en for lang SRT vil medføre, at slammet ældes og fosforindholdet falder. Merzouki M. rapporterede, at fosforfjernelseseffektiviteten af SBR-denitrifikationsfosforfjernelsessystemet var 1,8 gange højere, når SRT var 15 dage, end når det var 7,5 dage. For granulære slamprocesser, der anvendes til fjernelse af fosfor og nitrogen, er slamstrukturen kompleks på grund af dets rigere og mere integrerede biologiske samfund. Hvordan man balancerer DPB, polyphosphat-akkumulerende bakterier og nitrificerende bakterier gennem slamalderen er fortsat usikker.
2.4 Nitrit
I øjeblikket er der to meninger om, hvorvidt nitrit hæmmer fosforoptagelsen, og disse udtalelser er baseret på forskellige forskningsemner. Ved at bruge slam, der ikke har gennemgået denitrifikations- og fosforfjernelsesakklimatisering som forskningsobjekt, viser resultaterne konsekvent, at nitritkoncentrationer, der overstiger et kritisk niveau, hæmmer fosforoptagelsen. Eksperimenter af Wang Ya-yi et al. viste, at fosforoptagelsen hæmmes, når nitritkoncentrationen overstiger 15 mg/L, mens forsøg af Meinhold J. et al. angivet, at den kritiske nitritkoncentration er 5-8 mg/L. Men brug af slam, der har gennemgået denitrifikation og fosforfjernelse akklimatiseret som forskningsemnet, giver forskellige resultater. Hu JY's eksperimenter viste, at ud over de bredt anerkendte polyphosphat{13}}akkumulerende bakterier (PAB'er) og DPB, eksisterer der også en tredje gruppe af PPB'er. Disse PPB'er kan bruge nitrit som en elektronacceptor til fosforoptagelse. Endvidere viste forsøgene, at når den initiale nitritkoncentration var mindre end 115 mg/L, var der ingen signifikant hæmning af fosforoptagelsen. Nitritkoncentrationen i husspildevandsrensningsanlæg er naturligvis langt under denne kritiske koncentration, så det vil ikke påvirke den biologiske fosforfjernelse negativt. Mange andre faktorer påvirker fjernelse af denitrifikationsfosfor, såsom temperatur (DPB er særligt følsom over for temperatur, især lave temperaturer) og kationer (Mg2+ og K+). I øjeblikket er der kun lidt forskning i disse aspekter, og samspillet mellem forskellige faktorer øger forskningens vanskeligheder.
3. Nye tilgange til at opnå denitrifikationsfosforfjernelse
Traditionelle typiske denitrifikationsfosforfjernelsesprocesser omfatter: ① Anaerob/Anoxisk og nitrifikationsproces (A2N). Denne proces er en dobbelt-slam-denitrifikationsfosforfjernelsesproces, hvor nitrificerende bakterier og DPB dyrkes separat i forskellige slamsystemer, hvorved de nitrificerende bakterier fuldstændigt adskilles fra DPB. A2N-processen er bedst egnet til situationer med lave kulstof- og nitrogenforhold. ② Dephanox-proces. Når det tilførte kulstof- og nitrogenindhold er højt, skal der tilføjes en beluftningstank efter den anoxiske tank i A2N-processen, og derved dannes DEPHANOX-processen.
③BCFS-proces. Denne proces er en modificeret UCT-proces. Designprincippet for UCT-processen er baseret på den tekniske forbedring af de miljømæssige forhold, der kræves af polyphosphat-akkumulerende bakterier, mens udviklingen af BCFS er at skabe berigelsesbetingelser for DPB fra et procesperspektiv. For nylig har der været et gennembrud i forskningen i anvendelsen af denitrifikationsfosforfjernelsesteknologi. Enheder, der har brug for spildevandsrensning, kan også konsultere virksomheder med lignende spildevandsbehandlingserfaring på Wastewater Treasure-projektserviceplatformen.
3.1 AOA-SBR-metode
Den anaerobe/anoxiske/aerobe (A2O) proces er en almindelig form for nitrogen- og fosforfjernelse. Det fungerer hovedsageligt gennem metabolismen af polyphosphat-akkumulerende bakterier, nitrificerende bakterier og denitrificerende bakterier. Derfor er cirkulationen af væsker indeholdende nitrater og nitritter afgørende i denne proces. Tsuneda S. et al. foreslået en anaerob/aerob/anoxisk (AOA) proces i SBR (Self-Biochemical Reactor), som fuldt ud udnytter karakteristikken af DPB (diphosphat polyphosphate) til samtidig at fjerne nitrogen og fosfor under anoxiske forhold og uden en kulstofkilde. Dette tillader denitrifikation at forekomme i den iltfattige sektion uden en kulstofkilde, hvilket eliminerer behovet for cirkulation mellem aerobe og iltfattige tanke og opnår således samtidig nitrogen- og fosforfjernelse i en enkelt SBR. Eksperimenter har også vist, at denne proces kan opnå fremragende nitrogen- og fosforfjernelseseffekter ved behandling af syntetisk spildevand med et forhold mellem kulstof-til-nitrogen under 10, med en gennemsnitlig nitrogen- og fosforfjernelseshastighed på henholdsvis 83 % og 92 %. Denne proces beriger ikke kun DPB, men får også DPB til at spille en stor rolle i fjernelse af fosfor og nitrogen. Eksperimentelle resultater viser, at DPB tegner sig for 44 % af de samlede polyphosphat-akkumulerende bakterier i AOA-SBR-processen, hvilket er væsentligt højere end det for de konventionelle A/O-SBR (13 %) og A2O-processer (21 %).
AOA-SBR-processen har to nøglekarakteristika: ① En passende mængde kulstofkilde tilsættes i begyndelsen af den aerobe fase for at hæmme aerob fosforoptagelse. I dette eksperiment var den optimale mængde kulstofkilde tilsat under den aerobe fase 40 mg/L.
② I denne proces kan nitrit fungere som en elektronacceptor for fosforoptagelse.
3.2 Granulær slamproces
Granulært slam til fjernelse af kvælstof og fosfor er i øjeblikket stadig på forskningsstadiet. Sammenlignet med konventionelle slamprocesser har aerobt granulært slam bedre bundfældningsevne, højere biomassekoncentration og lavere slamfugtindhold. Med påføring af granulært slam kan problemer, der eksisterer i konventionelt slam (såsom slamudfyldning, store fodaftryk af behandlingsstrukturer og sekundær fosforfrigivelse fra klaringsanlæg) overvindes. Eksperimenter af Dulekgurgen E. et al. viste, at granulært slam har en stabil biomasse med COD-, fosfor- og nitrogenfjernelsesrater på henholdsvis 95 %, 99,6 % og 71 %. Indenlandske forskningsresultater er i overensstemmelse med disse resultater, og aerobt granulært slam besidder denitrifikations- og fosforfjernelsesevner. På grund af den unikke struktur af granulært slam og tilstedeværelsen af en oxygendiffusionsgradient giver det et miljø for sameksistensen af polyphosphatakkumulerende bakterier, nitrificerende bakterier og DPB. Store mængder DPB og nitrificerende bakterier ophobes i granulært slam; eksperimenter af Yang Guojing et al. viste, at DPB tegnede sig for 73,1 % af alle polyphosphat{14}}akkumulerende bakterier i granulært slam. Dyrkning af granuleret slam er sværere end at dyrke almindeligt slam, og de påvirkningsfaktorer, der er relativt komplekse.
Ud over de påvirkningsfaktorer, der er fælles for almindelig slam-denitrifikation og fosforfjernelse, har granuleret slam sine egne unikke påvirkningsfaktorer: ① Samspillet mellem DO-koncentration og partikelstørrelse har en væsentlig indflydelse på effektiviteten af denitrifikation og fosforfjernelse. Hvis partikelstørrelsen er for lille, er iltgennemtrængningen relativt stærk, hvilket påvirker dannelsen af den anoxiske zone, hvilket fører til manglende evne til at opnå denitrifikation og fosforfjernelse.
② At opretholde et passende nitrogen-til-phosphorforhold er afgørende for slamgranulering og fosforfjernelseskapacitet. Når nitrogen-til-phosphorforholdet stiger fra 2,36 til 4,0, falder fosforfjernelseshastigheden fra 85,0 % til 54,1 %. ③ Eksperimenter af Lin Y-M et al. viste en tæt sammenhæng mellem partikelstørrelse og fosfor-til-kulstofmasseforholdet. Et højt phosphor-til-carbonmasseforhold kan resultere i mindre partikler med en mere kompakt struktur, hvilket reducerer SVI og fremmer akkumuleringen af polyphosphat-akkumulerende bakterier.
3.3 Intern cirkulation Airlift Sequencing Batch Biofilm Process
Den interne cirkulationsluftløft-sekventerende batch-biofilmproces (SBBR) er hovedsageligt designet til integreret fosfor- og nitrogenfjernelse. Undersøgelser af Zhang ZY et al. viste, at den interne cirkulationsluftbro SBBR opnåede stabile nitrogen- og fosforfjernelseshastigheder. Fjernelseshastighederne for COD, N og P under optimal pakningstæthed og organisk belastning var henholdsvis 95,3%±3,3%, 94,6%±4,1% og 73,1%±8,3%. Reaktoren er opdelt i to zoner med en skillevæg-en aerob zone og en tilbagesvalingszone. Nitrificerende bakterier og aerobe polyphosphat{14}}akkumulerende bakterier findes hovedsageligt i den aerobe zone, mens DPB findes i reflukszonen. I den anaerobe periode absorberer DPB i reflukszonen og polyphosphat-akkumulerende bakterier i den aerobe zone det organiske substrat; i den aerobe/anoxiske periode producerer nitrificerende bakterier i den aerobe zone NO3- og NO2- for at give elektronacceptorer til DPB-phosphoroptagelse og dermed fjerne nitrogen og fosfor. Slamfjernelse er en afgørende faktor, der påvirker fosforfjernelsen, hvilket kan opnås ved at justere tætheden af fiberpakningen. Konventionelle SBBR'er har dårlig nitrogen- og fosforfjernelseseffektivitet, hovedsageligt på grund af konkurrence om ilt og næringsstoffer mellem nitrificerende bakterier og heterotrofe bakterier i biofilmen. Sammenlignet med konventionelle SBBR'er undgår den interne cirkulationsluftbro SBBR denne konkurrence; sammenlignet med konventionelle aktiveret slamprocesser sparer denne reaktor energi og investeringer.
4. Outlook
Der er opnået foreløbige resultater inden for forskning i denitrifikationsfosforfjernelsesteknologi både nationalt og internationalt, og teknologien er gået fra grundforskning til ingeniøranvendelse. I øjeblikket er vores forståelse af det mikrobielle samfunds struktur og funktion i denitrifikationsfosforfjernelsessystemer stadig begrænset. Den mikrobielle samfundsstruktur varierer betydeligt mellem forskellige systemer, og det mikrobielle samfund inden for samme system er også meget komplekst. Molekylærbiologiske teknikker kan bruges til at spore mikrobiel samfundsdynamik og identificere funktionelle grupper, hvilket afslører forholdet mellem mikrobiel samfundsstruktur og funktion, hvilket muliggør bedre kontrol med biologisk behandlingsteknik. Molekylærbiologiske teknikker, der anvendes til biologisk phosphorfjernelse, omfatter polymerasekædereaktion (PCR), restriktionsfragmentlængdepolymorfi (RFLP) og oligonukleotidprobeteknikker. Undersøgelser anser generelt polyphosphat-akkumulerende bakterier (PAB'er) for at være fra Rhodocyclus- og Dechlorimonas-grupperne af -Proteobacteria. Satoshi T. et al. brugte RFLP til at studere karakteristikaene for{10}}polyphosphatakkumulerende bakterier (DPB'er), hvilket indikerer, at DPB'er er Thaurera mechrnichensis og Azoarcus tolulyticus fra Rhodocyclus-gruppen. Vi er nødt til tæt at integrere mikrobiologien og konstruktionen af denitrifikationsfosforfjernelsessystemer. Gennem mikrobiel detektion og økologiske undersøgelser kan vi analysere og bestemme mængden og samfundsstrukturen af DPB'er i systemet, forstå, hvordan driftsparametre påvirker karakteristika, befolkningstæthedsfordeling og rumlig fordeling af PPB'er, nitrificerende bakterier og DPB'er, og derved opnå kunstig forbedring af denitrifikationsfosfor, optimering af behandlingssystemer og applikationsfjernelse, optimering af nye behandlingssystemer og applikationsfjernelse. teknologier.