1. Mecanwaith Dileu Ffosfforws Dadnitreiddiad
Mae bacteria asid uchel yn dadelfennu moleciwlau organig mawr i mewn i -asidau brasterog moleciwlaidd pwysau isel dan amodau anaerobig. Mae DPB (Distilled Bismuth Biota) yn dadelfennu polyffosffadau o fewn ei gelloedd o dan amodau anaerobig i gynhyrchu ATP, gan amsugno asidau brasterog trwy gludiant actif a syntheseiddio poly( -hydroxybutyrate) (PHB), tra'n rhyddhau PO43- ar yr un pryd. Ar ôl cronni symiau mawr o PHB, mae DPB yn mynd i mewn i gyflwr anaerobig, gan ddefnyddio NO3- fel derbynnydd electronau ar gyfer ocsidiad PHB. Mae'n defnyddio diraddiad PHB i gynhyrchu ynni a darparu pŵer lleihau (nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), ac mae'n defnyddio NADH+H+ fel cludwr y gadwyn cludo electronau i dynnu protonau, gan ffurfio grym a yrrir gan brotonau. Mae'r ATP a gynhyrchir gan DPB o dan amodau anaerobig trwy'r gadwyn cludo electronau yn fwy na'r ATP a gynhyrchir o dan amodau anaerobig trwy ddadelfennu polyffosffadau o fewn y corff, felly, mae'r ffosfforws sy'n cael ei amsugno o dan amodau anaerobig yn fwy na'r ffosfforws a ryddheir o dan amodau anaerobig.
2. Prif Ffactorau sy'n Effeithio ar Ddadnitreiddiad a Dileu Ffosfforws
2.1 Cymhareb Carbon i-Nitrogen
Yn ôl theori tynnu ffosfforws traddodiadol, mae presenoldeb ffynonellau carbon yn y parth anocsig neu nitradau yn y parth anaerobig yn arwain at gystadleuaeth rhwng dadnitreiddio bacteria a DPB ar gyfer nitrogen nitrad derbynnydd electron neu ar gyfer ffynonellau carbon, gan leihau mantais ddethol DPB ac effeithio ar effeithlonrwydd tynnu ffosfforws. Mae hyn yn golygu bod angen cymhareb carbon-i-nitrogen addas yn y mewnlif. Fodd bynnag, mae ymchwil gan Ahn J. et al. yn dangos, o dan amodau anaerobig/aerobig (A/O), bod y cyfuniad hirdymor o ffynonellau carbon a swm bach o nitradau sy’n mynd i mewn i’r parth anaerobig yn hybu cyfoethogi DPB, a gall DPB gynnal ei allu i gymryd ffosfforws anocsig o dan amodau A/O. O safbwynt microbiolegol, mae dau esboniad: un yw bod DPB yn defnyddio ffynonellau carbon yn uniongyrchol yn y parth anaerobig trwy'r gylchred asid tricarboxylig (TCA); y llall yw bod DPB yn ocsideiddio ffynonellau carbon yn ystod y cyfnod anaerobig trwy'r cylch TCA i gael pŵer lleihau ac egni i gronni asidau polyhydroxyalkanoic, ac yn goroesi yn ystod y cyfnod aerobig. Nid oes unrhyw adroddiadau eraill wedi’u cyhoeddi ynglŷn â nodweddion ffisiolegol DPB yn hyn o beth.
2.2 Dulliau Dosio Nitrad
Mae dau ddull ar gyfer ychwanegu nitrad yn y parth anocsig: adio ar unwaith ac adio parhaus. Mae adio parhaus ychydig yn fwy effeithiol ac mae hefyd yn osgoi cronni nitraid. O ran effaith amser adio parhaus ar gyfradd cymryd ffosfforws, mae Zou Hua et al. dangos bod y gyfradd cymryd ffosfforws yn uwch pan oedd yr amser adio parhaus yn 2 awr na phan oedd yn 3.5 awr. Fodd bynnag, nid oes adroddiadau ar hyn o bryd ar y berthynas benodol rhwng y gyfradd adio a'r gyfradd cymryd ffosfforws. Gellir dod o hyd i ragor o ddogfennau technegol ar Rwydwaith Peirianneg Trin Dŵr Gwastraff Tsieina.
2.3 SRT
Mae DPB yn tyfu'n arafach o dan amodau A/A nag o dan amodau A/O. Bydd SRT rhy fyr yn achosi i DPB yn yr adweithydd gael ei ddileu, tra bydd SRT rhy hir yn achosi i'r llaid heneiddio a'r cynnwys ffosfforws i leihau. Adroddodd Merzouki M. fod effeithlonrwydd tynnu ffosfforws y system tynnu ffosfforws denitrification SBR 1.8 gwaith yn uwch pan oedd y SRT yn 15 diwrnod na phan oedd yn 7.5 diwrnod. Ar gyfer prosesau llaid gronynnog a ddefnyddir ar gyfer tynnu ffosfforws a nitrogen, mae'r strwythur llaid yn gymhleth oherwydd ei gymuned fiolegol gyfoethocach a mwy integredig. Mae sut i gydbwyso DPB, polyffosffad-yn cronni bacteria, a bacteria nitreiddio trwy oedran slwtsh yn parhau i fod yn ansicr.
2.4 Nitraid
Ar hyn o bryd, mae dwy farn ynghylch a yw nitraid yn atal y defnydd o ffosfforws, ac mae'r safbwyntiau hyn yn seiliedig ar wahanol bynciau ymchwil. Gan ddefnyddio llaid nad yw wedi cael dadnitreiddiad a dadnitreiddiad tynnu ffosfforws fel pwnc yr ymchwil, mae'r canlyniadau'n dangos yn gyson bod crynodiadau nitraid sy'n uwch na lefel critigol yn atal cymeriant ffosfforws. Arbrofion gan Wang Ya-yi et al. dangos bod cymeriant ffosfforws yn cael ei atal pan fydd y crynodiad nitraid yn fwy na 15 mg/L, tra bod arbrofion gan Meinhold J. et al. nodi mai'r crynodiad nitraid critigol yw 5-8 mg/L. Fodd bynnag, mae defnyddio llaid sydd wedi cael ei ddadnitreiddio a thynnu ffosfforws yn ymaddasu wrth i destun yr ymchwil arwain at ganlyniadau gwahanol. Dangosodd arbrofion Hu JY, yn ogystal â'r bacteria sy'n cronni polyffosffad (PABs) a DPB a gydnabyddir yn eang, fod trydydd grŵp o PPBs hefyd yn bodoli. Gall y PPBs hyn ddefnyddio nitraid fel derbynnydd electronau ar gyfer cymeriant ffosfforws. At hynny, dangosodd yr arbrofion, pan oedd y crynodiad nitraid cychwynnol yn llai na 115 mg/L, nad oedd unrhyw ataliad sylweddol o gymryd ffosfforws. Mae'r crynodiad nitraid mewn gweithfeydd trin dŵr gwastraff domestig yn amlwg yn llawer is na'r crynodiad critigol hwn, felly ni fydd yn effeithio'n andwyol ar dynnu ffosfforws biolegol. Mae llawer o ffactorau eraill yn dylanwadu ar dynnu ffosfforws dadnitreiddiad, megis tymheredd (mae DPB yn arbennig o sensitif i dymheredd, yn enwedig tymheredd isel) a catïonau (Mg2+ a K+). Ar hyn o bryd, ychydig o ymchwil sydd ar yr agweddau hyn, ac mae'r rhyngweithio rhwng gwahanol ffactorau yn cynyddu anhawster ymchwil.
3. Dulliau Newydd o Gyflawni Dileu Ffosfforws Dadnitreiddio
Mae prosesau tynnu ffosfforws dadnitreiddio nodweddiadol traddodiadol yn cynnwys: ① Proses Anaerobig/Anocsig a Nitreiddiad (A2N). Mae'r broses hon yn broses tynnu ffosfforws dadnitreiddiad slwtsh deuol lle mae bacteria nitreiddio a DPB yn cael eu tyfu ar wahân mewn gwahanol systemau llaid, gan wahanu'r bacteria nitreiddio yn gyfan gwbl oddi wrth y DPB. Mae'r broses A2N yn fwyaf addas ar gyfer sefyllfaoedd gyda chymarebau carbon isel a nitrogen. ② Proses Dephanox. Pan fo'r cynnwys carbon a nitrogen mewnlifol yn uchel, mae angen ychwanegu tanc awyru ar ôl y tanc anocsig yn y broses A2N, gan ffurfio'r broses DEPHANOX.
③BCFS broses. Mae'r broses hon yn broses UCT wedi'i haddasu. Mae egwyddor dylunio'r broses UCT yn seiliedig ar welliant peirianyddol i'r amodau amgylcheddol sy'n ofynnol gan polyffosffad-yn cronni bacteria, tra bod datblygiad BCFS i greu amodau cyfoethogi ar gyfer DPB o safbwynt proses. Yn ddiweddar, bu datblygiad arloesol yn yr ymchwil ar gymhwyso technoleg tynnu ffosfforws dadnitreiddiad. Gall unedau sydd angen triniaeth dŵr gwastraff hefyd ymgynghori â chwmnïau sydd â phrofiad trin dŵr gwastraff tebyg ar lwyfan gwasanaeth prosiect Trysor Dŵr Gwastraff.
3.1 AOA-dull SBR
Mae'r broses anaerobig/anocsig/aerobig (A2O) yn ffurf gyffredin o dynnu nitrogen a ffosfforws. Mae'n gweithredu'n bennaf trwy fetaboledd polyffosffad-gan gronni bacteria, nitreiddio bacteria, a dadnitreiddio bacteria. Felly, mae cylchrediad hylifau sy'n cynnwys nitradau a nitradau yn hanfodol yn y broses hon. Tsuneda S. et al. cynnig proses anaerobig/aerobig/anocsig (AOA) yn SBR (Adweithydd Biocemegol Hunan), sy'n gwneud defnydd llawn o nodwedd DPB (polyffosffad diffosffad) i gael gwared ar nitrogen a ffosfforws ar yr un pryd o dan amodau anocsig a heb ffynhonnell carbon. Mae hyn yn caniatáu dadnitreiddiad i ddigwydd yn yr adran anocsig heb ffynhonnell garbon, gan ddileu'r angen am gylchrediad rhwng tanciau aerobig ac anocsig, a thrwy hynny gael gwared ar nitrogen a ffosfforws ar yr un pryd mewn un SBR. Mae arbrofion hefyd wedi dangos y gall y broses hon gyflawni effeithiau tynnu nitrogen a ffosfforws ardderchog wrth drin dŵr gwastraff synthetig â chymhareb carbon i nitrogen o dan 10, gyda chyfraddau tynnu nitrogen a ffosfforws cyfartalog o 83% a 92%, yn y drefn honno. Mae'r broses hon nid yn unig yn cyfoethogi DPB ond hefyd yn gwneud i DPB chwarae rhan fawr mewn tynnu ffosfforws a nitrogen. Mae canlyniadau arbrofol yn dangos bod DPB yn cyfrif am 44% o gyfanswm y polyffosffad sy'n cronni yn y broses AOA, sy'n sylweddol uwch na phroses A/O confensiynol SBR (13%) ac A2O (21%).
Mae dwy nodwedd allweddol i'r broses AOA-SBR: ① Ychwanegir swm priodol o ffynhonnell garbon ar ddechrau'r cyfnod aerobig i atal cymeriant ffosfforws aerobig. Yn yr arbrawf hwn, y swm gorau posibl o ffynhonnell carbon a ychwanegwyd yn ystod y cyfnod aerobig oedd 40 mg/L.
② Yn y broses hon, gall nitraid weithredu fel derbynnydd electron ar gyfer cymeriant ffosfforws.
3.2 Proses Llaid Gronynnog
Mae llaid gronynnog ar gyfer tynnu nitrogen a ffosfforws yn dal yn y cam ymchwil ar hyn o bryd. O'i gymharu â phrosesau llaid confensiynol, mae gan slwtsh gronynnog aerobig well perfformiad setlo, crynodiad biomas uwch, a chynnwys lleithder llaid is. Gyda chymhwyso slwtsh gronynnog, gellir goresgyn problemau sy'n bodoli mewn llaid confensiynol (fel swmpio llaid, ôl troed mawr o strwythurau trin, a rhyddhau ffosfforws eilaidd o eglurwyr). Arbrofion gan Dulekgurgen E. et al. yn dangos bod gan slwtsh gronynnog fiomas sefydlog, gyda chyfraddau tynnu COD, ffosfforws, a nitrogen o 95%, 99.6%, a 71%, yn y drefn honno. Mae canlyniadau ymchwil domestig yn gyson â'r canfyddiadau hyn, ac mae llaid gronynnog aerobig yn meddu ar alluoedd dadnitreiddiad a thynnu ffosfforws. Oherwydd strwythur unigryw slwtsh gronynnog a phresenoldeb graddiant trylediad ocsigen, mae'n darparu amgylchedd ar gyfer cydfodoli polyffosffad-bacteria sy'n cronni, bacteria nitreiddio, a DPB. Mae symiau mawr o DPB a bacteria nitrifying yn cronni mewn llaid gronynnog; arbrofion gan Yang Guojing et al. dangos bod DPB yn cyfrif am 73.1% o'r holl facteria sy'n cronni polyffosffad mewn llaid gronynnog. Mae tyfu llaid gronynnog yn anoddach na thyfu llaid cyffredin, ac mae'r ffactorau dylanwadol yn gymharol gymhleth.
Yn ogystal â'r ffactorau dylanwadol sy'n gyffredin i ddadnitreiddiad llaid cyffredin a thynnu ffosfforws, mae gan slwtsh gronynnog ei ffactorau dylanwadu unigryw ei hun: ① Mae'r rhyngweithio rhwng crynodiad DO a maint gronynnau yn cael effaith sylweddol ar effeithlonrwydd dadnitreiddiad a thynnu ffosfforws. Os yw maint y gronynnau yn rhy fach, mae'r treiddiad ocsigen yn gymharol gryf, gan effeithio ar ffurfio'r parth anocsig, gan arwain at anallu i gyflawni denitrification a thynnu ffosfforws.
② Mae cynnal cymhareb nitrogen i ffosfforws priodol yn hanfodol ar gyfer gronyniad llaid a chynhwysedd tynnu ffosfforws. Pan fydd y gymhareb nitrogen-i-ffosfforws yn cynyddu o 2.36 i 4.0, mae'r gyfradd tynnu ffosfforws yn gostwng o 85.0% i 54.1%. ③ Arbrofion gan Lin Y-M et al. dangos perthynas agos rhwng maint gronynnau a'r gymhareb màs ffosfforws i-carbon. Gall cymhareb màs ffosfforws uchel i garbon arwain at ronynnau llai â strwythur mwy cryno, gan leihau SVI a hyrwyddo bacteria sy'n cronni polyffosffad.
3.3 Cylchrediad Mewnol Aerlif Dilyniannu Swp Proses Bioffilm
Mae'r broses biofilm swp dilyniant cylchrediad aerlif mewnol (SBBR) wedi'i chynllunio'n bennaf ar gyfer tynnu ffosfforws a nitrogen integredig. Astudiaethau gan Zhang ZY et al. yn dangos bod yr awyrgludiad cylchrediad mewnol SBBR wedi cyflawni cyfraddau symud nitrogen a ffosfforws sefydlog. Y cyfraddau tynnu COD, N, a P o dan y dwysedd pacio gorau posibl a'r llwyth organig oedd 95.3% ±3.3%, 94.6% ±4.1%, a 73.1% ±8.3%, yn y drefn honno. Rhennir yr adweithydd yn ddau barth gan raniad-parth aerobig a pharth adlif. Mae bacteria nitreiddio a polyffosffad aerobig-bacteria cronnus i'w cael yn bennaf yn y parth aerobig, tra bod DPB i'w gael yn y parth adlif. Yn ystod y cyfnod anaerobig, mae DPB yn y parth adlif a'r bacteria sy'n cronni polyffosffad yn y parth aerobig yn amsugno'r swbstrad organig; yn ystod y cyfnod aerobig/anocsig, mae bacteria nitreiddio yn y parth aerobig yn cynhyrchu NO3- a NO2- i ddarparu derbynyddion electronau ar gyfer mewnlifiad ffosfforws DPB, gan ddileu nitrogen a ffosfforws. Mae tynnu llaid yn ffactor hanfodol sy'n effeithio ar dynnu ffosfforws, y gellir ei gyflawni trwy addasu dwysedd y pacio ffibr. Mae gan SBBRs confensiynol effeithlonrwydd tynnu nitrogen a ffosfforws gwael, yn bennaf oherwydd cystadleuaeth am ocsigen a maetholion rhwng bacteria nitreiddio a bacteria heterotroffig o fewn y biofilm. O'i gymharu â SBBRs confensiynol, mae'r awyrgludiad cylchrediad mewnol SBBR yn osgoi'r gystadleuaeth hon; o'i gymharu â phrosesau llaid actifedig confensiynol, mae'r adweithydd hwn yn arbed ynni a buddsoddiad.
4. Rhagolwg
Cyflawnwyd canlyniadau rhagarweiniol yn yr ymchwil i dechnoleg tynnu ffosfforws dadnitreiddiad yn ddomestig ac yn rhyngwladol, ac mae'r dechnoleg wedi symud ymlaen o ymchwil sylfaenol i gymhwysiad peirianneg. Ar hyn o bryd, mae ein dealltwriaeth o strwythur a swyddogaeth y gymuned ficrobaidd mewn systemau tynnu ffosfforws denitrification yn gyfyngedig o hyd. Mae strwythur y gymuned ficrobaidd yn amrywio'n sylweddol rhwng systemau gwahanol, ac mae'r gymuned ficrobaidd o fewn yr un system hefyd yn gymhleth iawn. Gellir defnyddio technegau bioleg moleciwlaidd i olrhain deinameg cymunedol microbaidd a nodi grwpiau swyddogaethol, gan ddatgelu'r berthynas rhwng strwythur a swyddogaeth gymunedol ficrobaidd, a thrwy hynny alluogi gwell rheolaeth ar beirianneg triniaeth fiolegol. Mae technegau bioleg moleciwlaidd a ddefnyddir i dynnu ffosfforws biolegol yn cynnwys adwaith cadwyn polymeras (PCR), polymorffedd hyd darn cyfyngu (RFLP), a thechnegau archwilio oligonucleotid. Mae astudiaethau'n gyffredinol yn ystyried bod polyffosffad-bacteria cronnus (PABs) yn dod o'r grwpiau Rhodocyclus a Dechlorimonas o -Proteobacteria. Mae Satoshi T. et al. defnyddio RFLP i astudio nodweddion polyffosffad-bacteria sy'n cronni (DPBs), gan ddangos mai Thaurera mechrnichensis ac Azoarcus tolulyticus o'r grŵp Rhodocyclus yw DPBs. Mae angen inni integreiddio microbioleg a pheirianneg systemau tynnu ffosfforws dadnitreiddiad yn agos. Trwy ganfod microbau ac astudiaethau ecolegol, gallwn ddadansoddi a phennu maint a strwythur cymunedol DPBs yn y system, deall sut mae paramedrau gweithredu yn effeithio ar nodweddion, dosbarthiad dwysedd poblogaeth, a dosbarthiad gofodol PPBs, bacteria nitreiddio, a DPBs, a thrwy hynny gyflawni gwelliant artiffisial o systemau tynnu ffosfforws denitrification, optimeiddio prosesau trin, a chryfhau datblygiad a chymhwyso technolegau newydd.
