1. Denitrifikasjonsmekanisme for fjerning av fosfor
Bakterier med høy-syre bryter ned store organiske molekyler til lav-molekylære-fettsyrer under anaerobe forhold. DPB (Destillert Vismut Biota) bryter ned polyfosfater i cellene sine under anaerobe forhold for å generere ATP, absorbere fettsyrer via aktiv transport og syntetisere poly({4}}hydroksybutyrat) (PHB), samtidig som PO43 frigjøres-. Etter å ha akkumulert store mengder PHB, går DPB inn i en anaerob tilstand ved å bruke NO3- som elektronakseptor for PHB-oksidasjon. Den utnytter nedbrytningen av PHB til å generere energi og gi reduserende kraft (nikotinamidadenindinukleotid (NADH), og bruker NADH+H+ som bærer av elektrontransportkjeden for å fjerne protoner, og danner dermed en protondrevet kraft. Denne protondrevne kraften transporterer PO43- fra utsiden av kroppen der den synker under kroppen, ATPasen synker inn i kroppen, polymeriserer overskudd av PO43- til polyfosfater. ATP som produseres av DPB under anaerobe forhold gjennom elektrontransportkjeden, overstiger ATP som produseres under anaerobe forhold gjennom nedbrytning av polyfosfater i kroppen. Derfor er fosforet som absorberes under anaerobe forhold, større enn det fosfor som frigjøres under anaerobe forhold opptak fra avløpsvann.
2. Hovedfaktorer som påvirker denitrifikasjon og fosforfjerning
2.1 Karbon-til-nitrogenforhold
I henhold til tradisjonell fosforfjerningsteori fører tilstedeværelsen av karbonkilder i den anoksiske sonen eller nitrater i den anaerobe sonen til konkurranse mellom denitrifiserende bakterier og DPB om elektronakseptornitratnitrogen eller for karbonkilder, og reduserer dermed den selektive fordelen med DPB og påvirker fosforfjerningseffektiviteten. Dette nødvendiggjør et passende forhold mellom karbon-til-nitrogen i innløpet. Imidlertid har forskning av Ahn J. et al. viser at under anaerobe/aerobe (A/O) forhold, fremmer den langsiktige-akklimatiseringen av karbonkilder og en liten mengde nitrater som kommer inn i den anaerobe sonen DPB-anrikning, og DPB kan opprettholde sin anoksiske fosforopptakskapasitet under A/O-forhold. Fra et mikrobiologisk perspektiv er det to forklaringer: Den ene er at DPB direkte utnytter karbonkilder i den anaerobe sonen gjennom trikarboksylsyresyklusen (TCA); den andre er at DPB oksiderer karbonkilder under den anaerobe perioden gjennom TCA-syklusen for å oppnå reduserende kraft og energi for å akkumulere polyhydroksyalkansyrer, og overlever i den aerobe perioden. Ingen andre rapporter har blitt publisert angående de fysiologiske egenskapene til DPB i denne forbindelse.
2.2 Nitratdoseringsmetoder
Det er to metoder for å tilsette nitrat i den anoksiske sonen: øyeblikkelig tilsetning og kontinuerlig tilsetning. Kontinuerlig tilsetning er litt mer effektivt og unngår også akkumulering av nitritt. Når det gjelder effekten av kontinuerlig tilsetningstid på fosforopptakshastigheten, sier Zou Hua et al. viste at fosforopptakshastigheten var høyere når den kontinuerlige tilsetningstiden var 2 timer enn når den var 3,5 timer. Det foreligger imidlertid foreløpig ingen rapporter om den spesifikke sammenhengen mellom tilsetningshastighet og fosforopptakshastighet. Flere tekniske dokumenter finnes på China Wastewater Treatment Engineering Network.
2.3 SRT
DPB vokser langsommere under A/A-forhold enn under A/O-forhold. For kort SRT vil føre til at DPB i reaktoren elimineres, mens for lang SRT vil føre til at slammet eldes og fosforinnholdet reduseres. Merzouki M. rapporterte at fosforfjerningseffektiviteten til SBR-denitrifikasjonsfosforfjerningssystemet var 1,8 ganger høyere når SRT var 15 dager enn når det var 7,5 dager. For granulære slamprosesser som brukes til fjerning av fosfor og nitrogen, er slamstrukturen kompleks på grunn av dets rikere og mer integrerte biologiske samfunn. Hvordan balansere DPB, polyfosfat-akkumulerende bakterier og nitrifiserende bakterier gjennom slamalderen er fortsatt usikkert.
2.4 Nitritt
Foreløpig er det to meninger om hvorvidt nitritt hemmer fosforopptaket, og disse meningene er basert på ulike forskningsemner. Ved å bruke slam som ikke har gjennomgått denitrifikasjon og fosforfjerningsakklimatisering som forskningsobjekt, viser resultatene konsekvent at nitrittkonsentrasjoner over et kritisk nivå hemmer fosforopptaket. Eksperimenter av Wang Ya-yi et al. viste at fosforopptaket hemmes når nitrittkonsentrasjonen overstiger 15 mg/L, mens forsøk av Meinhold J. et al. indikerte at den kritiske nitrittkonsentrasjonen er 5–8 mg/L. Men å bruke slam som har gjennomgått denitrifisering og fosforfjerning akklimatisering som forskningsobjektet gir forskjellige resultater. Hu JYs eksperimenter viste at i tillegg til de allment anerkjente polyfosfat{13}}akkumulerende bakteriene (PAB) og DPB, eksisterer det også en tredje gruppe PPB. Disse PPB-ene kan bruke nitritt som en elektronakseptor for fosforopptak. Videre viste forsøkene at når den initiale nitrittkonsentrasjonen var mindre enn 115 mg/L, var det ingen signifikant hemming av fosforopptaket. Nitrittkonsentrasjonen i husholdningsavløpsrenseanlegg er åpenbart langt under denne kritiske konsentrasjonen, så det vil ikke påvirke biologisk fosforfjerning negativt. Mange andre faktorer påvirker fjerning av denitrifikasjonsfosfor, for eksempel temperatur (DPB er spesielt følsom for temperatur, spesielt lave temperaturer) og kationer (Mg2+ og K+). Foreløpig er det lite forskning på disse aspektene, og samspillet mellom ulike faktorer øker vanskeligheten med forskning.
3. Nye tilnærminger for å oppnå denitrifikasjonsfjerning av fosfor
Tradisjonelle typiske denitrifikasjons-fosforfjerningsprosesser inkluderer: ① Anaerob/anoksisk og nitrifikasjonsprosess (A2N). Denne prosessen er en dobbel-slamdenitrifiserings-fosforfjerningsprosess der nitrifiserende bakterier og DPB dyrkes separat i forskjellige slamsystemer, og skiller de nitrifiserende bakteriene fullstendig fra DPB. A2N-prosessen er best egnet for situasjoner med lavt karbon- og nitrogenforhold. ② Dephanox-prosess. Når det innflytende karbon- og nitrogeninnholdet er høyt, må en luftetank legges til etter den anoksiske tanken i A2N-prosessen, og dermed danne DEPHANOX-prosessen.
③BCFS-prosess. Denne prosessen er en modifisert UCT-prosess. Designprinsippet for UCT-prosessen er basert på teknisk forbedring av miljøforholdene som kreves av polyfosfat-akkumulerende bakterier, mens utviklingen av BCFS er å skape anrikningsbetingelser for DPB fra et prosessperspektiv. Nylig har det vært et gjennombrudd i forskningen på anvendelse av denitrifikasjons-fosforfjerningsteknologi. Enheter som trenger behandling av avløpsvann kan også konsultere selskaper med lignende erfaring med behandling av avløpsvann på prosjekttjenesteplattformen Wastewater Treasure.
3.1 AOA-SBR-metode
Den anaerobe/anoksiske/aerobe (A2O) prosessen er en vanlig form for nitrogen- og fosforfjerning. Den fungerer hovedsakelig gjennom metabolismen av polyfosfat-akkumulerende bakterier, nitrifiserende bakterier og denitrifiserende bakterier. Derfor er sirkulasjonen av væsker som inneholder nitrater og nitritter avgjørende i denne prosessen. Tsuneda S. et al. foreslått en anaerob/aerob/anoksisk (AOA) prosess i SBR (Self-Biochemical Reactor), som fullt ut utnytter egenskapene til DPB (difosfatpolyfosfat) for samtidig å fjerne nitrogen og fosfor under anoksiske forhold og uten karbonkilde. Dette gjør at denitrifisering kan skje i den anoksiske seksjonen uten en karbonkilde, og eliminerer behovet for sirkulasjon mellom aerobe og anoksiske tanker, og oppnår dermed samtidig nitrogen- og fosforfjerning i en enkelt SBR. Eksperimenter har også vist at denne prosessen kan oppnå utmerkede nitrogen- og fosforfjerningseffekter ved behandling av syntetisk avløpsvann med et karbon-til-nitrogenforhold under 10, med en gjennomsnittlig nitrogen- og fosforfjerningsgrad på henholdsvis 83 % og 92 %. Denne prosessen beriker ikke bare DPB, men gjør også at DPB spiller en viktig rolle i fjerning av fosfor og nitrogen. Eksperimentelle resultater viser at DPB står for 44 % av de totale polyfosfatakkumulerende-bakteriene i AOA-SBR-prosessen, noe som er betydelig høyere enn for konvensjonelle A/O-SBR (13 %) og A2O-prosesser (21 %).
AOA-SBR-prosessen har to nøkkelegenskaper: ① En passende mengde karbonkilde tilsettes i begynnelsen av den aerobe fasen for å hemme aerobt fosforopptak. I dette eksperimentet var den optimale mengden karbonkilde tilsatt under den aerobe fasen 40 mg/L.
② I denne prosessen kan nitritt fungere som en elektronakseptor for fosforopptak.
3.2 Granulær slamprosess
Granulært slam for fjerning av nitrogen og fosfor er foreløpig fortsatt på forskningsstadiet. Sammenlignet med konvensjonelle slamprosesser har aerobt granulært slam bedre setningsytelse, høyere biomassekonsentrasjon og lavere slamfuktighetsinnhold. Med påføring av granulært slam kan problemer som eksisterer i konvensjonelt slam (som slambulking, store fotavtrykk av behandlingsstrukturer og sekundær fosforfrigjøring fra klaringsmidler) overvinnes. Eksperimenter av Dulekgurgen E. et al. viste at granulært slam har en stabil biomasse, med COD-, fosfor- og nitrogenfjerningsrater på henholdsvis 95 %, 99,6 % og 71 %. Innenlandske forskningsresultater er i samsvar med disse funnene, og aerobt granulært slam har denitrifikasjons- og fosforfjerningsevne. På grunn av den unike strukturen til granulært slam og tilstedeværelsen av en oksygendiffusjonsgradient, gir det et miljø for sameksistens av polyfosfatakkumulerende bakterier, nitrifiserende bakterier og DPB. Store mengder DPB og nitrifiserende bakterier akkumuleres i granulært slam; eksperimenter av Yang Guojing et al. viste at DPB utgjorde 73,1 % av alle polyfosfatakkumulerende-bakterier i granulært slam. Å dyrke granulært slam er vanskeligere enn å dyrke ordinært slam, og påvirkningsfaktorene er relativt komplekse.
I tillegg til de påvirkningsfaktorene som er felles for vanlig slamdenitrifikasjon og fosforfjerning, har granulært slam sine egne unike påvirkningsfaktorer: ① Samspillet mellom DO-konsentrasjon og partikkelstørrelse har en betydelig innvirkning på effektiviteten av denitrifisering og fosforfjerning. Hvis partikkelstørrelsen er for liten, er oksygeninntrengningen relativt sterk, noe som påvirker dannelsen av den anoksiske sonen, noe som fører til manglende evne til å oppnå denitrifikasjon og fjerning av fosfor.
② Å opprettholde et passende forhold mellom nitrogen-til-fosfor er avgjørende for slamgranulering og fosforfjerningskapasitet. Når nitrogen-til-fosfor-forholdet øker fra 2,36 til 4,0, synker fosforfjerningsgraden fra 85,0 % til 54,1 %. ③ Eksperimenter av Lin Y-M et al. viste en nær sammenheng mellom partikkelstørrelse og fosfor-til-masseforholdet mellom karbon. Et høyt fosfor-til-karbonmasseforhold kan resultere i mindre partikler med en mer kompakt struktur, og dermed redusere SVI og fremme akkumulering av polyfosfatakkumulerende-bakterier.
3.3 Intern sirkulasjon Airlift Sequencing Batch Biofilm Process
Den interne sirkulasjonsluftløft-sekvenseringsbatch-biofilmprosessen (SBBR) er hovedsakelig designet for integrert fjerning av fosfor og nitrogen. Studier av Zhang ZY et al. viste at den interne sirkulasjonsluften SBBR oppnådde stabile nitrogen- og fosforfjerningshastigheter. Fjerningshastighetene for COD, N og P under optimal pakkingstetthet og organisk belastning var henholdsvis 95,3 %±3,3 %, 94,6 %±4,1 % og 73,1 %±8,3 %. Reaktoren er delt inn i to soner med en skillevegg-en aerob sone og en reflukssone. Nitrifiserende bakterier og aerobe polyfosfat{14}}akkumulerende bakterier finnes hovedsakelig i den aerobe sonen, mens DPB finnes i reflukssonen. I løpet av den anaerobe perioden absorberer DPB i reflukssonen og polyfosfatakkumulerende-bakterier i den aerobe sonen det organiske substratet; under den aerobe/anoksiske perioden produserer nitrifiserende bakterier i den aerobe sonen NO3- og NO2- for å gi elektronakseptorer for DPB-fosforopptak, og fjerner dermed nitrogen og fosfor. Slamfjerning er en avgjørende faktor som påvirker fosforfjerning, som kan oppnås ved å justere tettheten til fiberpakningen. Konvensjonelle SBBR-er har dårlig nitrogen- og fosforfjerningseffektivitet, hovedsakelig på grunn av konkurranse om oksygen og næringsstoffer mellom nitrifiserende bakterier og heterotrofe bakterier i biofilmen. Sammenlignet med konvensjonelle SBBR, unngår den interne sirkulasjonsluften SBBR denne konkurransen; sammenlignet med konvensjonelle aktivert slamprosesser sparer denne reaktoren energi og investeringer.
4. Utsikter
Foreløpige resultater er oppnådd i forskningen på denitrifikasjonsfosforfjerningsteknologi både nasjonalt og internasjonalt, og teknologien har utviklet seg fra grunnforskning til ingeniøranvendelse. Foreløpig er vår forståelse av den mikrobielle samfunnets struktur og funksjon i denitrifikasjonsfosforfjerningssystemer fortsatt begrenset. Den mikrobielle fellesskapsstrukturen varierer betydelig mellom ulike systemer, og det mikrobielle samfunnet innenfor samme system er også svært komplekst. Molekylærbiologiske teknikker kan brukes til å spore mikrobiell fellesskapsdynamikk og identifisere funksjonelle grupper, og avsløre forholdet mellom mikrobiell samfunnsstruktur og funksjon, og dermed muliggjøre bedre kontroll over biologisk behandlingsteknikk. Molekylærbiologiske teknikker som brukes i biologisk fosforfjerning inkluderer polymerasekjedereaksjon (PCR), restriksjonsfragmentlengdepolymorfisme (RFLP) og oligonukleotidprobeteknikker. Studier anser generelt at polyfosfatakkumulerende-bakterier (PAB) kommer fra Rhodocyclus- og Dechlorimonas-gruppene av -Proteobacteria. Satoshi T. et al. brukte RFLP for å studere egenskapene til{10}}polyfosfatakkumulerende bakterier (DPB), noe som indikerer at DPB-er er Thaurera mechrnichensis og Azoarcus tolulyticus fra Rhodocyclus-gruppen. Vi må integrere mikrobiologien og konstruksjonen av denitrifikasjonsfosforfjerningssystemer tett. Gjennom mikrobiell påvisning og økologiske studier kan vi analysere og bestemme mengden og fellesskapsstrukturen til DPB-er i systemet, forstå hvordan driftsparametere påvirker egenskapene, populasjonstetthetsfordelingen og romlig fordeling av PPB-er, nitrifiserende bakterier og DPB-er, og derved oppnå kunstig forbedring av denitrifikasjonsfosfor, forbedrer behandlingsprosesser og optimalisering av nye behandlingsprosesser, og applikasjonsfjerning. teknologier.