Estudio piloto-a escala sobre un sistema A/O-MBBR de múltiples-etapas para la eliminación de nitrógeno a temperaturas medias-bajas
Descripción general
En los últimos años, China ha logrado resultados significativos en la gestión del medio ambiente acuático, pero aún enfrenta problemas como la escasez de recursos hídricos, la contaminación ambiental del agua y el daño ambiental ecológico del agua. Desde la perspectiva de proteger los recursos hídricos, prevenir la contaminación del agua y restaurar la ecología del agua, promover continuamente la mejora de la eficiencia y eficacia del tratamiento de aguas residuales es de gran importancia para aumentar las tasas de utilización de los recursos hídricos, mejorar la calidad del medio ambiente del agua, mejorar la calidad de vida nacional, acelerar la construcción del entorno ecológico y ganar la batalla por el agua limpia. Actualmente, basándose en el "Estándar de Descarga de Contaminantes para Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas" (GB18918-2002), los gobiernos locales han propuesto sucesivamente nuevos requisitos para la calidad de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas, con demandas particularmente más estrictas sobre indicadores como la materia orgánica, el nitrógeno amoniacal y el nitrógeno total. Las tecnologías tradicionales de tratamiento de agua representadas por el proceso de lodos activados enfrentan obstáculos como la nitrificación biológica limitada a bajas temperaturas. Numerosos estudios han demostrado que el rendimiento de la nitrificación del proceso de lodos activados disminuye significativamente en condiciones de baja-temperatura, acompañado de problemas como una grave acumulación de lodos y espuma biológica. Por lo tanto, superar el cuello de botella de las bajas temperaturas y lograr una eliminación biológica estable y eficiente del nitrógeno se ha convertido en un problema urgente que debe resolverse en el campo del tratamiento de aguas residuales. La tecnología del reactor de biopelícula de lecho móvil (MBBR) se ha aplicado en cientos de plantas de tratamiento de aguas residuales en todo el mundo. Debido al estado de crecimiento adherido de la biopelícula dentro del reactor y su capacidad de renovación continua, no sólo posee una alta biomasa sino que también mantiene una alta actividad. Los resultados de las aplicaciones en los países nórdicos también indican que tiene una mayor adaptabilidad a las bajas temperaturas en comparación con el proceso de lodos activados.
Por esta razón, este estudio, centrado en las características de las aguas residuales urbanas en China, utiliza las ventajas de MBBR y el proceso multi-anóxico/óxico (A/O) para la eliminación biológica de nitrógeno para construirun sistema de escala piloto-A/O-MBBR-de tres etapas. Se investigó la capacidad del sistema de eliminación de materia orgánica, nitrógeno amoniacal y nitrógeno inorgánico total en condiciones de temperatura media-baja. Se analizó la capacidad de nitrificación y los cambios morfológicos de la biopelícula en condiciones experimentales estáticas, brindando apoyo técnico para lograr una eliminación estable y eficiente de nitrógeno de aguas residuales urbanas en condiciones de baja-temperatura y para la construcción y regulación de sistemas multi-A/O-MBBR.
1. Materiales y Métodos
1.1 Configuración experimental y modo de funcionamiento del sistema a escala piloto-
El flujo de proceso del sistema de escala piloto-A/O-MBBR- construido en tres etapas se muestra enFigura 1. El sistema de escala piloto- consta de tres etapas de anóxico/óxico (A/O), divididas en 10 zonas de reacción en total.La primera-etapaEl subsistema A/O-MBBR consta de zonas de reacción anóxica (A1, A2) y zonas de reacción aeróbica (O3, O4).La segunda-etapaEl subsistema A/O-MBBR consta de zonas de reacción anóxica (A5, A6) y zonas de reacción aeróbica (O7, O8).La tercera-etapaEl subsistema A/O-MBBR consta de una zona de reacción anóxica (A9) y una zona de reacción aeróbica (O10). El volumen efectivo decada zona de reacción antes mencionada es de 1,4 m³ (1 m * 1 m * 1,4 m), con una profundidad efectiva de agua de 1,4 m. Se agregaron portadores de biopelículas suspendidos (medios) con una superficie específica de 500 m²/m³ a cada segmento de la zona de reacción, con una proporción de llenado del portador del 35 % para todos.. Se utilizó mezcla mecánica en las zonas de reacción anóxica para mantener fluidizados los portadores, mientras que en las zonas de reacción aeróbica se utilizó aireación por tubería perforada, controlando laconcentración de oxígeno disuelto a 3-9 mg/L.
La tasa de entrada real del sistema a escala-piloto fue (23.6 + 5.4) m³/d, utilizando una distribución de entrada de dos-puntos, con puntos de entrada establecidos en las zonas de reacción A1 y O5, y una relación de entrada de 1:1. El sistema a escala piloto-tenía dos conjuntos de recirculación de líquido nitrificado (de O4 a A1 y de O8 a A5), con una relación de recirculación del 100 % al 200 % (según la tasa de entrada de cada etapa). Para garantizar una post-desnitrificación adecuada, se agregaron 50-90 mg/L de acetato de sodio (calculado como DQO) como fuente de carbono externa en la zona de reacción A9. Todo el estudio experimental se dividió en 2 fases: Fase I - Temperatura normal (18-29 grados); Fase II - Temperatura media-baja (10-16 grados).
1.2 Prueba de agua
La prueba piloto se realizó en-una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas en la ciudad de Qingdao. El agua de prueba se tomó del efluente del tanque de sedimentación primario de esta planta y entró en el sistema piloto después de un pretratamiento mejorado por flotación. Las condiciones de calidad del agua después del pretratamiento de flotación mejorada se muestran enTabla 1.
1.3 Indicadores y métodos de detección
1.3.1 Indicadores convencionales
Los indicadores convencionales como SCOD, NH₄⁺-N, NO₂⁻-N, NO₃⁻-N, SS, MLSS y MLVSS se midieron utilizando métodos estándar de "Métodos de análisis y monitoreo de agua y aguas residuales". El oxígeno disuelto, la temperatura, el pH y el ORP se midieron utilizando unmedidor de oxígeno disuelto portátil (HACH HQ40d). El espesor de la biopelícula se midió utilizando unmicroscopio de fluorescencia invertida (Olympus, IX71).
1.3.2 Experimento estático de nitrificación
Durante el funcionamiento del sistema, se tomaron muestras periódicamente de los portadores de las zonas aeróbicas para medir la capacidad de nitrificación de la biopelícula en condiciones de reacción estática. Los portadores de cada zona de reacción aeróbica se colocaron en un reactor de 5 litros, con una proporción de llenado idéntica al sistema piloto al 35%. El agua de prueba era una solución de NH₄Cl configurada artificialmente con una concentración másica de 20-25 mg/L (calculada como N). Durante el experimento, se usó una pequeña bomba de aire para aireación para mantener los portadores fluidizados mientras se controlaba el oxígeno disuelto a 7-11 mg/L. La duración de la prueba fue de 2 horas, con intervalos de muestreo de 30 minutos, midiendo el cambio en la concentración de NH₄⁺-N para calcular la capacidad de nitrificación de la biopelícula en condiciones de reacción estática.
2. Resultados y análisis
2.1 Rendimiento operativo del sistema piloto A/O-MBBR de tres-etapas
El rendimiento operativo del sistema piloto A/O de tres-etapas-MBBR se muestra enFigura 2. En la fase de temperatura normal (Fase I), con una temperatura de reacción de 18-29 grados, un caudal de tratamiento de (23.6+5.4) m³/d y una dosis de fuente de carbono de 50 mg/L (calculada como DQO, lo mismo a continuación) en la zona anóxica del subsistema A/O-MBBR de la tercera-etapa-, los afluentes SCOD, NH₄⁺-N y TIN del sistema las concentraciones fueron (160 ± 31), (35,0 ± 7,2) y (35,8 ± 7,0) mg/L, respectivamente, y las concentraciones del efluente tratado fueron (27 ± 8), (0,6 ± 0,5) y (2,7 ± 2,2) mg/L, respectivamente, contasas de eliminación promedio que alcanzan el 83,1%, 98,3% y 92,5%. En la fase de temperatura media-baja (Fase II), con una temperatura de reacción de 10-16 grados, el mismo caudal de tratamiento de (23.6+5.4) m³/d y una dosis de fuente de carbono de 50-90 mg/L en la zona anóxica del subsistema A/O-MBBR de la tercera-etapa, el afluente SCOD, NH₄⁺-N y Las concentraciones de TIN fueron (147 ± 30), (38,3 ± 2,1) y (39,6 ± 2,3) mg/L, respectivamente, y las concentraciones de efluente fueron (26 ± 6), (0,4 ± 0,6) y (6,8 ± 3,6) mg/L, respectivamente, contasas de eliminación promedio que alcanzan el 82,3%, 99,0% y 82,8%. Además, durante los días 56-62 de operación del sistema, cuando la dosis de la fuente de carbono era de 50 mg/L, apareció una acumulación significativa de NO₂⁻-N en la zona de reacción A9. Sin embargo, después de aumentar gradualmente la dosis de la fuente de carbono a 90 mg/L, la acumulación de NO₂⁻-N en la zona de reacción A9 desapareció gradualmente y la concentración de TIN en el efluente disminuyó a un nivel razonable.
2.2 Cambios en la capacidad de nitrificación de biopelículas en cada zona de reacción aeróbica bajo diferentes temperaturas de reacción
Para evaluar los cambios en la capacidad de nitrificación del sistema MBBR de tres-etapas-MBBR desde una perspectiva general, se analizó la tasa de contribución de nitrificación de NH₄⁺-N y la capacidad de nitrificación de la biopelícula en cada zona de reacción aeróbica bajo diferentes temperaturas de reacción, y los resultados se muestran enFiguras 3 y 4, respectivamente.
Figura 4 Curvas de carga de eliminación de nitrificación y ajuste en las zonas aeróbicas de los subsistemas A/O-MBBR de 1.ª y 2.ª etapa bajo diferentes temperaturas de reacción
DeFigura 3, se puede ver que dentro del sistema MBBR de tres-etapas A/O-, debido a los dos-puntos de afluencia, las zonas de reacción O3 y O4 del subsistema MBBR de la primera-etapa A/O-y las zonas de reacción O7 y O8 del subsistema A/O-MBBR de la segunda-etapa-soportaban la carga de nitrificación principal del sistema. Tanto en condiciones de temperatura normal como media-baja, elLas tasas de contribución a la nitrificación de NH₄⁺-N de estos dos subsistemas fueron del 43,1%, 49,6% y 33,8%, 54,0%, respectivamente.. Esto muestra que en condiciones de temperatura media-baja, la tasa de contribución a la nitrificación de NH₄⁺-N del subsistema de segunda-etapa fue un 20,2% mayor que la del subsistema de primera-etapa.
DeFiguras 4(a) y (c), se puede ver que para las biopelículas en las zonas de reacción aeróbica O3 y O7 bajo temperatura normal, son las principales zonas de reacción en el sistema MBBR de tres-etapas A/O-para la degradación de la materia orgánica combinada con la función de nitrificación. Cuando la carga de eliminación de SCOD por área de superficie de soporte (abreviada como "carga de eliminación de SCOD", calculada como DQO) fue inferior a 2,0 g/(m²·d) y la carga de nitrificación por área de superficie de soporte (abreviada como "carga de nitrificación", calculada como N) fue inferior a 1,6 g/(m²·d), la relación entre la carga de eliminación de nitrificación por área de superficie de soporte (abreviada como "carga de eliminación de nitrificación", calculada como N) y la la carga de nitrificación siguió una reacción lineal de primer-orden, con pendientes de 0,83 y 0,84, respectivamente. Cuando la carga de nitrificación aumentó a 1,6-6,0 g/(m²·d), la relación entre la carga de eliminación de nitrificación y la carga de nitrificación siguió una reacción de orden cero-, con cargas de eliminación de nitrificación promedio correspondientes de 1,31 y 1,34 g/(m²·d), respectivamente. Cuando la carga de eliminación de SCOD fue de 2,0-4,0 g/(m²·d) y la carga de nitrificación fue de 1,6-6,0 g/(m²·d), aunque la relación de reacción de orden cero entre la carga de eliminación de nitrificación y la carga de nitrificación se mantuvo sin cambios, las cargas de eliminación de nitrificación promedio correspondientes disminuyeron a 0,95 y 0,97 g/(m²·d), respectivamente. Para las biopelículas en las zonas de reacción aeróbica de O3 y O7 a temperatura media-baja, cuando la carga de eliminación de SCOD fue inferior a 2,0 g/(m²·d) y la carga de nitrificación fue inferior a 1,1 g/(m²·d), las pendientes lineales de la carga de eliminación de nitrificación frente a la carga de nitrificación disminuyeron a 0,71 y 0,81, respectivamente. Cuando la carga de nitrificación aumentó a 1,1-6,0 g/(m²·d), las correspondientes cargas promedio de eliminación de nitrificación disminuyeron a 0,78 y 0,94 g/(m²·d), respectivamente, lo que representa disminuciones del 40,4% y 19,4% en comparación con las condiciones de temperatura normales. Cuando la carga de eliminación de SCOD aumentó a 2,0-4,0 g/(m²·d), las correspondientes cargas promedio de eliminación de nitrificación disminuyeron a 0,66 y 0,91 g/(m²·d), respectivamente, lo que representa disminuciones del 30,5 % y 6,2 % en comparación con las condiciones de temperatura normales. La capacidad de nitrificación de la biopelícula en la zona de reacción de O3 fue consistente con los resultados de la investigación de HEM et al. en las condiciones correspondientes. Sin embargo, cabe destacar que en condiciones de temperatura media-baja, en comparación con la biopelícula de la zona de reacción de O3, la biopelícula de la zona de reacción de O7 exhibió una mayor capacidad de nitrificación.
DeFiguras 4(b) y (d), se puede ver que para las biopelículas en las zonas de reacción aeróbica O4 y O8 bajo temperatura normal, son las zonas de reacción en el sistema MBBR de tres-etapas A/O-que cumplen principalmente una función de nitrificación suplementaria. Cuando la carga de eliminación de SCOD fue inferior a 1,0 g/(m²·d) y la carga de nitrificación fue inferior a 1,3 g/(m²·d), la relación entre la carga de eliminación de nitrificación y la carga de nitrificación siguió una reacción lineal de primer-orden, con pendientes de 0,86 y 0,88, respectivamente. Cuando la carga de nitrificación aumentó a 1,3-3,0 g/(m²·d), la relación entre la carga de eliminación de nitrificación y la carga de nitrificación siguió una reacción de orden cero-, con cargas de eliminación de nitrificación promedio correspondientes de 1,11 y 1,13 g/(m²·d), respectivamente. En condiciones de temperatura media-baja, cuando la carga de eliminación de SCOD fue inferior a 1,0 g/(m²·d) y la carga de nitrificación fue inferior a 1,0 g/(m²·d), las pendientes lineales de la carga de eliminación de nitrificación versus la carga de nitrificación disminuyeron a 0,72 y 0,84, respectivamente. Cuando la carga de nitrificación aumentó a 1,0-3,0 g/(m²·d), las cargas promedio correspondientes de eliminación de nitrificación fueron 0,72 y 0,86 g/(m²·d), respectivamente, lo que representa disminuciones del 35,1% y el 23,9% en comparación con las condiciones de temperatura normales.
Del análisis anterior, se puede ver que bajo temperaturas medias-bajas, los puntos de inflexión de la relación entre la carga de eliminación de nitrificación y la carga de nitrificación para la biopelícula en cada zona de reacción ocurrieron antes en comparación con la temperatura normal. Este fenómeno es relativamente consistente con los resultados de la investigación de SAFWAT. En general, aunque la capacidad de nitrificación de la biopelícula en cada zona aeróbica del sistema mostró una tendencia a la baja bajo temperaturas medias-bajas,la capacidad de nitrificación de la biopelícula en la zona de reacción O7 del subsistema MBBR de segunda -etapa A/O- aumentó entre un 20,5 % y un 37,9 % en comparación con la zona de reacción O3, y la capacidad de nitrificación de la biopelícula en la zona de reacción O8 aumentó aproximadamente un 19,4 % en comparación con la zona de reacción O4. Esto indica que la configuración de la zona de reacción de la segunda-etapa en el sistema MBBR de tres-etapas-MBBR es beneficiosa para mejorar la capacidad general de nitrificación del sistema.
2.3 Cambios en la capacidad de desnitrificación de biopelículas en cada zona de reacción anóxica bajo diferentes temperaturas de reacción
Para evaluar los cambios en la capacidad de desnitrificación del sistema MBBR de tres-etapas-MBBR desde una perspectiva general, este estudio analizó la capacidad de desnitrificación de la biopelícula en cada zona de reacción anóxica bajo diferentes temperaturas de reacción, y los resultados se muestran enFigura 5.
Figura 5 Carga de eliminación de desnitrificación en cada zona anóxica del sistema A/O-MBBR de tres etapas bajo diferentes temperaturas de reacción
DeFiguras 5(a) y (c), se puede ver que para las zonas de reacción anóxica A1 y A5, son las principales zonas de desnitrificación en el sistema A/O-MBBR de tres-etapas que utiliza fuentes de carbono de agua cruda como sustrato. Tanto en condiciones de temperatura normal como de media{5}}baja, cuando la correspondiente proporción de carbono de desnitrificación anóxica-a-nitrógeno (ΔCBSCOD/CNOx--N) era superior a 5,0 y la carga de desnitrificación por área de superficie del portador (abreviada como "carga de desnitrificación", calculada como NOx--N) era inferior a 0,95 g/(m²·d), la relación entre la carga de eliminación de desnitrificación por área de superficie del portador (abreviada como "carga de eliminación de desnitrificación", calculada como NOx--N) y la carga de desnitrificación siguió una reacción lineal de primer-orden, con pendientes de 0,87, 0,88 y 0,82, 0,84, respectivamente. Cuando la carga de desnitrificación aumentó por encima de 0,95 g/(m²·d), la relación entre la carga de eliminación de desnitrificación y la carga de desnitrificación siguió una reacción de orden cero, con cargas de eliminación de desnitrificación promedio correspondientes de 0,82, 0,82 g/(m²·d) y 0,78, 0,77 g/(m²·d), respectivamente. A medida que ΔCBSCOD/CNOx--N disminuyó, el punto de inflexión de la relación entre la carga de eliminación de desnitrificación y la carga de desnitrificación se desplazó hacia adelante, la pendiente lineal en condiciones de baja carga mostró una tendencia a la baja y, simultáneamente, la carga de eliminación de desnitrificación promedio en condiciones de alta carga también mostró una tendencia a la baja. Estos resultados indican que para la desnitrificación de biopelículas en las zonas de reacción A1 y A5 utilizando fuentes de carbono de agua cruda, la relación carbono-nitrógeno es el factor principal que determina la función de desnitrificación, y bajo las condiciones de calidad del agua de prueba, la relación ideal carbono-nitrógeno para las zonas de reacción anóxica A1 y A5 debe ser mayor que 5.
De las Figuras 5(b) y (d), se puede ver que para las zonas de reacción anóxica A2 y A6, debido a que las zonas de reacción anóxica A1 y A5 eliminaron y consumieron las fuentes de carbono en las aguas residuales crudas y la mayor parte del nitrato transportado por el flujo de recirculación, las zonas de reacción anóxica A2 y A6 estuvieron en un estado de carga baja- deficiente de sustrato-a largo plazo-plazo. Por lo tanto, en condiciones de temperatura normal y media-baja, cuando ΔCBSCOD/CNOx--N estaba entre 1,0 y 2,0 y la carga de desnitrificación era inferior a 0,50 g/(m²·d), las pendientes lineales de la carga de eliminación de desnitrificación versus la carga de desnitrificación fueron solo 0,51, 0,40 y 0,47, 0,37, respectivamente. Además, cuando la carga de desnitrificación aumentó a 0,50-1,50 g/(m²·d), las cargas de eliminación de desnitrificación promedio correspondientes fueron solo 0,25, 0,20 y 0,20, 0,17 g/(m²·d), respectivamente. Sin embargo, los resultados del experimento estático en este estudio mostraron que en condiciones de suficiente fuente de carbono y sustrato de nitrato, la carga de eliminación de desnitrificación de la biopelícula en las zonas de reacción anóxica A2 y A6 podría alcanzar (0,66 ± 0,14) y (0,68 ± 0,11) g/(m²·d), respectivamente. Este resultado refleja que la biopelícula en las zonas de reacción anóxica A2 y A6 en realidad posee una capacidad de desnitrificación relativamente fuerte, que está limitada por la falta de fuente de carbono y sustratos de nitrato en este sistema piloto.
DeFigura 5(e), se puede ver que para la zona de reacción anóxica A9, soporta la carga de desnitrificación para todo el nitrato que fluye desde las dos primeras etapas del sistema MBBR A/O-de tres etapas, utilizando acetato de sodio agregado externamente como fuente de carbono de desnitrificación. Tanto en condiciones de temperatura normal como de media-baja, cuando ΔCBSCOD/CNOx--N era superior a 5 y la carga de desnitrificación era inferior a 2,5 g/(m²·d), la relación entre la carga de eliminación de desnitrificación y la carga de desnitrificación siguió una reacción lineal de primer-orden, con pendientes de 0,93 y 0,94, respectivamente. Sin embargo, a medida que ΔCBSCOD/CNOx--N disminuyó, la pendiente lineal de la relación entre la carga de eliminación de desnitrificación y la carga de desnitrificación mostró una tendencia a la baja. Este resultado también indica que para la desnitrificación de biopelículas en la zona de reacción A9 utilizando una fuente de carbono externa, la relación carbono-nitrógeno también es el factor principal que determina la función de desnitrificación, con una relación carbono-nitrógeno de desnitrificación requerida mayor que 3. Al mismo tiempo, la influencia de los cambios de temperatura de reacción en su función de desnitrificación es relativamente pequeña.
2.4 Capacidad de nitrificación y características morfológicas del biofilm en cada zona de reacción aeróbica en condiciones experimentales estáticas
La capacidad de nitrificación del biofilm en cada zona de reacción aeróbica en condiciones experimentales estáticas se muestra enFigura 6. En la Figura 6, se puede ver que a temperatura normal, las capacidades de nitrificación de la biopelícula en las zonas de reacción aeróbica O3, O4, O7 y O8 fueron (1,37 ± 0,21), (1,23 ± 0,15), (1,40 ± 0,20) y (1,25 ± 0,13) g/(m²·d), respectivamente. A temperatura media-baja, las capacidades de nitrificación de la biopelícula en las correspondientes zonas de reacción aeróbica fueron (1,07±0,01), (1,00±0,04), (1,08±0,09) y (1,03±0,05) g/(m²·d), respectivamente, disminuyendo en un 21,9%, 18,7%, 22,9% y 17,6% en comparación con lo normal. temperatura. Los resultados de estos experimentos estáticos son consistentes con la tendencia de los valores medidos en el sistema piloto. Además, se puede observar que la capacidad de nitrificación medida de la biopelícula en cada zona aeróbica en condiciones experimentales estáticas fue algo mayor que los valores reales en el sistema piloto. El análisis atribuye esto al uso de un único sustrato de nitrógeno amónico y a condiciones casi saturadas de oxígeno disuelto durante los experimentos estáticos, lo que lleva a un mayor nivel de capacidad de nitrificación de la biopelícula. A temperatura normal, las capacidades de nitrificación reales en las zonas de reacción O3, O4, O7 y O8 del sistema MBBR de tres-etapas A/O-fueron 95,6 %, 90,6 %, 95,7 % y 90,4 % de la capacidad máxima de nitrificación en experimentos estáticos, respectivamente. A temperatura media-baja, las capacidades reales de nitrificación en las zonas de reacción O3, O4, O7 y O8 disminuyeron a 72,9%, 72,0%, 87,0% y 84,5%, respectivamente.
Un análisis adicional mostró que, a temperatura normal, las tasas de oxidación de amoníaco específicas (tasa de nitrificación por unidad de masa MLVSS, calculada como N) de la biopelícula en las zonas de reacción aeróbica O3, O4, O7 y O8 fueron (0,062 ± 0,0095), (0,059 ± 0,0072), (0,060 ± 0,0086) y (0,060 ± 0,0063). g/(g·d), respectivamente. A temperatura media-baja, las tasas de oxidación de amoníaco específicas de la biopelícula en las zonas de reacción aeróbica de O3 y O4 fueron solo (0,046±0,0004) y (0,041±0,0016) g/(g·d), respectivamente, disminuyendo en un 25,8% y un 30,5% en comparación con la temperatura normal. Por el contrario, las tasas de oxidación de amoníaco específicas de la biopelícula en las zonas de reacción aeróbica O7 y O8 fueron (0,062 ± 0,0051) y (0,060 ± 0,0029) g/(g·d), respectivamente. En comparación con las condiciones de temperatura normales, la capacidad de oxidación de amoníaco de la biopelícula de la zona de reacción de O8 se mantuvo sin cambios, mientras que la capacidad de oxidación de amoníaco de la biopelícula de la zona de reacción aeróbica de O7 incluso aumentó en un 3,3%. Este resultado demuestra que en condiciones de temperatura media-baja, la biopelícula en la zona de reacción de la segunda-etapa del sistema piloto tiene una mejor capacidad de nitrificación y la racionalidad de la contribución del subsistema de la segunda-etapa a la nitrificación general del sistema.
Los resultados de la observación de la morfología de la biopelícula en cada zona de reacción aeróbica de los subsistemas A/O-MBBR de primera y segunda etapa se muestran enFigura 7. A temperatura normal, los espesores de la biopelícula en las zonas de reacción aeróbica O3, O4, O7 y O8 fueron (217,6 ± 54,6), (175,7 ± 38,7), (168,1 ± 38,2) y (152,4 ± 37,8) μm, respectivamente. A temperatura media-baja, los espesores de la biopelícula en las zonas de reacción de O3 y O4 fueron (289,4 ± 59,9) y (285,3 ± 61,9) μm, respectivamente, lo que representa aumentos del 33,0 % y 62,4 % en comparación con el espesor de la biopelícula a temperatura normal. Por el contrario, los espesores de la biopelícula en las zonas de reacción O7 y O8 fueron (173,1 ± 40,2) y (178,3 ± 31,2) μm, respectivamente, aumentando solo un 3,0% y un 17,0% en comparación con la temperatura normal. Algunos estudios han demostrado que las biopelículas más delgadas tienen una mayor capacidad de oxidación de amoníaco, lo que es relativamente consistente con los resultados experimentales de este estudio. El análisis atribuye esto al hecho de que las bacterias nitrificantes del biofilm están distribuidas verticalmente en la estructura estratificada del biofilm; El espesor excesivo de la biopelícula conduce a una reducción de la eficiencia de transferencia de masa del sustrato y de la afinidad del sustrato. Además, en condiciones de temperatura media-baja, la concentración de oxígeno disuelto en cada zona aeróbica del sistema piloto fue mucho menor que la del reactor experimental estático (con una diferencia de 3,0 a 5,0 mg/L). Especialmente para las biopelículas más gruesas en las zonas de reacción de O3 y O4, la disminución en la capacidad de transferencia de masa de oxígeno dentro de la biopelícula condujo a una disminución en su capacidad de nitrificación real (sólo alrededor del 70% de la capacidad de nitrificación máxima medida en condiciones estáticas). Por lo tanto, para un MBBR de biopelícula pura, es necesario mejorar la renovación de la biopelícula fortaleciendo la intensidad del corte y controlar razonablemente el espesor de la biopelícula para mantener la capacidad de nitrificación de la biopelícula.
3. Conclusión
① En las condiciones de una temperatura de reacción de 10-16 grados (temperatura media-baja), un caudal de tratamiento de (23,6±5,4) m³/d y una dosis de fuente de carbono de 50-90 mg/L (calculada como DQO) en la zona anóxica del subsistema A/O-MBBR de la tercera-etapa, el efluente SCOD, Las concentraciones de NH₄⁺-N y TIN del sistema piloto A/O-MBBR de tres etapas fueron (26±6), (0,4±0,6) y (6,8±3,6) mg/L, respectivamente, contasas de eliminación promedio que alcanzan el 82,3%, 99,0% y 82,8%.
② En condiciones de temperatura media-baja, debido a las diferencias en la biopelícula de las zonas de reacción aeróbica entre los subsistemas A/O-MBBR de la primera-etapa y de la segunda-etapa-MBBR, se formó una diferencia en la capacidad de nitrificación de la biopelícula entre los dos subsistemas. Especialmente para el subsistema MBBR de la primera-etapa A/O-, la capacidad de nitrificación disminuyó debido al aumento del espesor de la biopelícula. Para mantener la capacidad de nitrificación de la biopelícula, es necesario controlar razonablemente el espesor de la biopelícula.
③ En el sistema piloto MBBR de tres-etapas A/O-, el efecto de los cambios de temperatura de reacción en la función de desnitrificación fue relativamente pequeño. Bajo diferentes temperaturas de reacción, la proporción de carbono-a-nitrógeno de desnitrificación usando agua cruda como fuente de carbono debe ser mayor que 5, y la proporción de carbono-a-nitrógeno de desnitrificación usando acetato de sodio agregado externamente como fuente de carbono debe ser mayor que 3.