1. Denitrifikazzjoni Mekkaniżmu għat-Tneħħija tal-Fosfru
Batterji ta'-aċidu għoli jiddekomponu molekuli organiċi kbar f'aċidi grassi ta' piż-molekulari-baxx taħt kundizzjonijiet anerobiċi. DPB (Distilled Bismut Biota) jiddekomponi polifosfati fiċ-ċelloli tiegħu taħt kundizzjonijiet anerobiċi biex jiġġenera ATP, jassorbi aċidi grassi permezz ta' trasport attiv u jissintetizza poly(-hydroxybutyrate) (PHB), filwaqt li fl-istess ħin jirrilaxxa PO43-. Wara li jakkumula ammonti kbar ta' PHB, DPB jidħol fi stat anerobiku, billi juża NO3- bħala l-aċċettatur tal-elettroni għall-ossidazzjoni tal-PHB. Jutilizza d-degradazzjoni tal-PHB biex jiġġenera l-enerġija u jipprovdi qawwa li jnaqqas (nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), u juża NADH + H + bħala l-ġarrier tal-katina tat-trasport tal-elettroni biex tneħħi l-protoni, u b'hekk tifforma forza mmexxija mill-protoni. Din il-forza mmexxija mill-protoni tittrasporta PO43- minn barra l-ġisem għal ġol-ġisem, fejn tissintetizza l-azzjoni ta 'ATP4 f'PO3-eċċess. polifosfati. L-ATP prodott minn DPB taħt kundizzjonijiet anaerobiċi permezz tal-katina tat-trasport tal-elettroni jaqbeż l-ATP prodott taħt kundizzjonijiet anaerobiċi permezz tad-dekompożizzjoni tal-polifosfati fil-ġisem.
2. Fatturi Ewlenin li Jaffettwaw id-Denitrifikazzjoni u t-Tneħħija tal-Fosfru
2.1 Proporzjon tal-karbonju-għa-nitroġenu
Skont it-teorija tradizzjonali tat-tneħħija tal-fosfru, il-preżenza ta 'sorsi tal-karbonju fiż-żona anosika jew nitrati fiż-żona anerobika twassal għal kompetizzjoni bejn batterji denitrifikanti u DPB għal nitroġenu tan-nitrat li jaċċetta l-elettroni jew għal sorsi tal-karbonju, u b'hekk tnaqqas il-vantaġġ selettiv ta' DPB u taffettwa l-effiċjenza tat-tneħħija tal-fosfru. Dan jeħtieġ proporzjon adattat tal-karbonju-għal-nitroġenu fl-influwent. Madankollu, riċerka minn Ahn J. et al. juri li taħt kundizzjonijiet anerobiċi/aerobiċi (A/O), l-akklimatizzazzjoni fit-tul-tas-sorsi tal-karbonju u ammont żgħir ta 'nitrati li jidħlu fiż-żona anerobika tippromwovi l-arrikkiment tad-DPB, u DPB jista' jżomm il-kapaċità tiegħu ta 'assorbiment tal-fosfru anosiku taħt kundizzjonijiet A/O. Minn perspettiva mikrobijoloġika, hemm żewġ spjegazzjonijiet: waħda hija li d-DPB direttament tutilizza sorsi tal-karbonju fiż-żona anerobika permezz taċ-ċiklu tal-aċidu trikarboksiliku (TCA); l-ieħor huwa li d-DPB jossidizza sorsi tal-karbonju matul il-perjodu anerobiku permezz taċ-ċiklu TCA biex jikseb qawwa u enerġija ta 'tnaqqis biex jakkumula aċidi polyhydroxyalkanoic, u jgħix matul il-perjodu aerobiku. L-ebda rapporti oħra ma ġew ippubblikati rigward il-karatteristiċi fiżjoloġiċi tad-DPB f'dan ir-rigward.
2.2 Metodi ta' Doża tan-Nitrat
Hemm żewġ metodi biex jiżdiedu n-nitrat fiż-żona anosika: żieda istantanja u żieda kontinwa. Iż-żieda kontinwa hija kemmxejn aktar effettiva u tevita wkoll l-akkumulazzjoni ta 'nitrit. Rigward l-effett ta 'ħin ta' żieda kontinwu fuq ir-rata ta 'assorbiment tal-fosfru, Zou Hua et al. wera li r-rata ta 'assorbiment tal-fosfru kienet ogħla meta l-ħin ta' żieda kontinwa kien ta 'sagħtejn milli meta kien ta' 3.5 sigħat. Madankollu, bħalissa m'hemm l-ebda rapporti dwar ir-relazzjoni speċifika bejn ir-rata ta 'żieda u r-rata ta' assorbiment tal-fosfru. Aktar dokumenti tekniċi jistgħu jinstabu fuq in-Netwerk tal-Inġinerija tat-Trattament tal-Ilma Mormi taċ-Ċina.
2.3 SRT
DPB jikber aktar bil-mod taħt kundizzjonijiet A/A milli taħt kundizzjonijiet A/O. SRT qasir wisq jikkawża li DPB fir-reattur jiġi eliminat, filwaqt li SRT twil wisq jikkawża li l-ħama tixjieħ u l-kontenut tal-fosfru jonqos. Merzouki M. irrapporta li l-effiċjenza tat-tneħħija tal-fosfru tas-sistema tat-tneħħija tal-fosfru denitrifikazzjoni SBR kienet 1.8 darbiet ogħla meta l-SRT kien 15-il jum milli meta kien 7.5 ijiem. Għall-proċessi tal-ħama granulari użati għat-tneħħija tal-fosfru u n-nitroġenu, l-istruttura tal-ħama hija kumplessa minħabba l-komunità bijoloġika aktar rikka u integrata tagħha. Kif tibbilanċja d-DPB, il-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-, u l-batterji nitrifikanti matul l-età tal-ħama għadu inċert.
2.4 Nitrit
Bħalissa, hemm żewġ opinjonijiet dwar jekk in-nitrit jinibixxix l-assorbiment tal-fosfru, u dawn l-opinjonijiet huma bbażati fuq suġġetti ta 'riċerka differenti. Bl-użu ta 'ħama li ma jkunx għadda minn akklimazzjoni ta' denitrifikazzjoni u tneħħija tal-fosfru bħala s-suġġett tar-riċerka, ir-riżultati juru b'mod konsistenti li l-konċentrazzjonijiet ta 'nitriti li jaqbżu livell kritiku jinibixxu l-assorbiment tal-fosfru. Esperimenti minn Wang Ya-yi et al. wera li l-assorbiment tal-fosfru huwa inibit meta l-konċentrazzjoni tan-nitrit taqbeż il-15 mg/L, filwaqt li esperimenti minn Meinhold J. et al. indika li l-konċentrazzjoni kritika tan-nitrit hija 5-8 mg/L. Madankollu, l-użu ta 'ħama li jkun għadda minn akklimazzjoni ta' denitrifikazzjoni u tneħħija tal-fosfru bħala s-suġġett tar-riċerka jagħti riżultati differenti. L-esperimenti ta' Hu JY wrew li minbarra l-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-li jakkumulaw (PABs) u DPB, jeżisti wkoll it-tielet grupp ta' PPBs. Dawn il-PPBs jistgħu jutilizzaw in-nitritu bħala aċċettatur tal-elettroni għall-assorbiment tal-fosfru. Barra minn hekk, l-esperimenti wrew li meta l-konċentrazzjoni inizjali tan-nitrit kienet inqas minn 115 mg/L, ma kien hemm l-ebda inibizzjoni sinifikanti tal-assorbiment tal-fosfru. Il-konċentrazzjoni tan-nitrit fl-impjanti tat-trattament tad-drenaġġ domestiku hija ovvjament ferm taħt din il-konċentrazzjoni kritika, għalhekk mhux se taffettwa ħażin it-tneħħija tal-fosfru bijoloġiku. Ħafna fatturi oħra jinfluwenzaw it-tneħħija tal-fosfru tad-denitrifikazzjoni, bħat-temperatura (DPB huwa partikolarment sensittiv għat-temperatura, speċjalment temperaturi baxxi) u katjoni (Mg2+ u K+). Bħalissa, ftit hemm riċerka dwar dawn l-aspetti, u l-interazzjonijiet bejn diversi fatturi jżidu d-diffikultà tar-riċerka.
3. Approċċi ġodda għall-kisba tat-tneħħija tal-fosfru tad-denitrifikazzjoni
Proċessi ta 'tneħħija tal-fosfru ta' denitrifikazzjoni tipiċi tradizzjonali jinkludu: ① Proċess Anaerobiku / Anossiku u Nitrifikazzjoni (A2N). Dan il-proċess huwa proċess doppju ta'-denitrifikazzjoni tal-ħama għat-tneħħija tal-fosfru fejn il-batterji nitrifikanti u d-DPB huma kkultivati separatament f'sistemi ta' ħama differenti, li jisseparaw kompletament il-batterji nitrifikanti mid-DPB. Il-proċess A2N huwa l-aktar adattat għal sitwazzjonijiet bi proporzjonijiet baxxi ta 'karbonju u nitroġenu. ② Proċess Dephanox. Meta l-kontenut ta 'karbonju u nitroġenu influwenti jkun għoli, jeħtieġ li jiżdied tank ta' arjazzjoni wara t-tank anosiku fil-proċess A2N, u b'hekk jifforma l-proċess DEPHANOX.
③Proċess BCFS. Dan il-proċess huwa proċess UCT modifikat. Il-prinċipju tad-disinn tal-proċess UCT huwa bbażat fuq it-titjib tal-inġinerija tal-kundizzjonijiet ambjentali meħtieġa minn batterji li jakkumulaw il-polifosfat-, filwaqt li l-iżvilupp tal-BCFS huwa li joħloq kundizzjonijiet ta 'arrikkiment għal DPB minn perspettiva ta' proċess. Riċentement, kien hemm avvanz fir-riċerka dwar l-applikazzjoni tat-teknoloġija tat-tneħħija tal-fosfru tad-denitrifikazzjoni. Unitajiet li jeħtieġu trattament tad-drenaġġ jistgħu wkoll jikkonsultaw kumpaniji b'esperjenza simili ta 'trattament tad-drenaġġ fuq il-pjattaforma tas-servizz tal-proġett Wastewater Treasure.
3.1 Metodu AOA-SBR
Il-proċess anerobiku / anossiku / aerobiku (A2O) huwa forma komuni ta 'tneħħija tan-nitroġenu u fosfru. Jopera prinċipalment permezz tal-metaboliżmu ta' batterji li jakkumulaw polifosfat-, batterji nitrifikanti, u batterji denitrifikanti. Għalhekk, iċ-ċirkolazzjoni ta 'likwidi li fihom nitrati u nitriti hija essenzjali f'dan il-proċess. Tsuneda S. et al. ippropona proċess anerobiku/aerobiku/anossiku (AOA) f'SBR (Reattur Awto-Bijokimiku), li juża bis-sħiħ il-karatteristika tad-DPB (polifosfat tad-difosfat) biex simultanjament ineħħi n-nitroġenu u l-fosfru taħt kundizzjonijiet anosiċi u mingħajr sors tal-karbonju. Dan jippermetti li sseħħ denitrifikazzjoni fit-taqsima anosika mingħajr sors tal-karbonju, u telimina l-ħtieġa għal ċirkolazzjoni bejn tankijiet aerobiċi u anosiċi, u b'hekk tinkiseb tneħħija simultanja tan-nitroġenu u fosfru f'SBR wieħed. L-esperimenti wrew ukoll li dan il-proċess jista' jikseb effetti eċċellenti ta' tneħħija ta' nitroġenu u fosfru meta jittratta drenaġġ sintetiku bi proporzjon ta' karbonju-ma-nitroġenu taħt l-10, b'rati medji ta' tneħħija ta' nitroġenu u fosfru ta' 83% u 92%, rispettivament. Dan il-proċess mhux biss jarrikkixxi d-DPB iżda jagħmel ukoll li d-DPB ikollu rwol ewlieni fit-tneħħija tal-fosfru u n-nitroġenu. Riżultati sperimentali juru li d-DPB jammonta għal 44% tal-batterji totali li jakkumulaw il-polifosfat-fil-proċess AOA-SBR, li huwa ogħla b'mod sinifikanti minn dak tal-proċessi konvenzjonali A/O-SBR (13%) u A2O (21%).
Il-proċess AOA-SBR għandu żewġ karatteristiċi ewlenin: ① Ammont xieraq ta' sors tal-karbonju huwa miżjud fil-bidu tal-fażi aerobika biex jinibixxi l-assorbiment tal-fosfru aerobiku. F'dan l-esperiment, l-aħjar ammont ta 'sors tal-karbonju miżjud matul il-fażi aerobika kien 40 mg/L.
② F'dan il-proċess, in-nitrit jista 'jaġixxi bħala aċċettatur tal-elettroni għall-assorbiment tal-fosfru.
3.2 Proċess tal-Ħama Granulari
Ħama granulari għat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru bħalissa għadha fl-istadju tar-riċerka. Meta mqabbel ma 'proċessi ta' ħama konvenzjonali, ħama granulari aerobika għandha prestazzjoni aħjar ta 'setiljar, konċentrazzjoni ogħla ta' bijomassa, u kontenut ta 'umdità tal-ħama aktar baxx. Bl-applikazzjoni ta 'ħama granulari, problemi eżistenti fil-ħama konvenzjonali (bħal bulking tal-ħama, footprint kbir ta' strutturi ta 'trattament, u rilaxx sekondarju tal-fosfru minn kjarifikaturi) jistgħu jingħelbu. Esperimenti minn Dulekgurgen E. et al. wera li l-ħama granulari għandha bijomassa stabbli, b'rati ta 'tneħħija ta' COD, fosfru u nitroġenu ta '95%, 99.6%, u 71%, rispettivament. Ir-riżultati tar-riċerka domestiċi huma konsistenti ma 'dawn is-sejbiet, u l-ħama granulari aerobika tippossjedi kapaċitajiet ta' denitrifikazzjoni u tneħħija tal-fosfru. Minħabba l-istruttura unika tal-ħama granulari u l-preżenza ta 'gradjent ta' diffużjoni ta 'ossiġnu, jipprovdi ambjent għall-koeżistenza ta' batterji li jakkumulaw-polifosfat, batterji nitrifikanti, u DPB. Ammonti kbar ta 'DPB u batterji nitrifikanti jakkumulaw fil-ħama granulari; esperimenti minn Yang Guojing et al. wera li d-DPB kien jammonta għal 73.1% tal-batterji kollha li jakkumulaw il-polifosfat-fil-ħama granulari. Il-kultivazzjoni tal-ħama granulari hija aktar diffiċli milli l-kultivazzjoni tal-ħama ordinarja, u l-fatturi li jinfluwenzaw huma relattivament kumplessi.
Minbarra l-fatturi li jinfluwenzaw komuni għad-denitrifikazzjoni ordinarja tal-ħama u t-tneħħija tal-fosfru, il-ħama granulari għandha l-fatturi uniċi ta 'influwenza tagħha stess: ① L-interazzjoni bejn il-konċentrazzjoni DO u d-daqs tal-partiċelli għandha impatt sinifikanti fuq id-denitrifikazzjoni u l-effiċjenza tat-tneħħija tal-fosfru. Jekk id-daqs tal-partiċelli huwa żgħir wisq, il-penetrazzjoni tal-ossiġnu hija relattivament qawwija, li taffettwa l-formazzjoni taż-żona anosika, li twassal għall-inkapaċità li tinkiseb denitrifikazzjoni u tneħħija tal-fosfru.
② Iż-żamma ta' proporzjon xieraq ta' nitroġenu-per-fosfru huwa kruċjali għall-granulazzjoni tal-ħama u l-kapaċità tat-tneħħija tal-fosfru. Meta l-proporzjon tan-nitroġenu-għall-fosfru jiżdied minn 2.36 għal 4.0, ir-rata tat-tneħħija tal-fosfru tonqos minn 85.0% għal 54.1%. ③ Esperimenti minn Lin Y-M et al. wera relazzjoni mill-qrib bejn id-daqs tal-partiċelli u l-proporzjon tal-massa tal-fosfru-għall--karbonju. Proporzjon għoli ta' fosfru-għall--massa tal-karbonju jista' jirriżulta f'partiċelli iżgħar bi struttura aktar kompatta, u b'hekk inaqqas l-SVI u jippromwovi l-akkumulazzjoni ta' batterji li jakkumulaw-polifosfat.
3.3 Proċess ta 'Bijofilm tal-Lott ta' Sekwenzar ta 'Ċirkolazzjoni Interna ta' Airlift
Il-proċess tal-bijofilm tal-lott tas-sekwenza tal-airlift taċ-ċirkolazzjoni interna (SBBR) huwa ddisinjat prinċipalment għat-tneħħija integrata tal-fosfru u n-nitroġenu. Studji minn Zhang ZY et al. wera li l-airlift taċ-ċirkolazzjoni interna SBBR kisbet rati stabbli ta 'tneħħija ta' nitroġenu u fosfru. Ir-rati ta 'tneħħija ta' COD, N, u P taħt densità ta 'ppakkjar ottimali u tagħbija organika kienu 95.3%±3.3%, 94.6%±4.1%, u 73.1%±8.3%, rispettivament. Ir-reattur huwa maqsum f'żewġ żoni b'partizzjoni-żona aerobika u żona ta' rifluss. Il-batterji nitrifikanti u l-batterji li jakkumulaw il-polifosfat aerobiku-jinstab l-aktar fiż-żona aerobika, filwaqt li d-DPB jinstab fiż-żona ta 'rifluss. Matul il-perjodu anerobiku, DPB fiż-żona ta 'rifluss u batterji li jakkumulaw il-polifosfat- fiż-żona aerobika jassorbu s-sottostrat organiku; matul il-perjodu aerobiku/anossiku, batterji nitrifikanti fiż-żona aerobika jipproduċu NO3- u NO2- biex jipprovdu aċċettaturi ta 'elettroni għall-assorbiment tal-fosfru DPB, u b'hekk ineħħu n-nitroġenu u l-fosfru. It-tneħħija tal-ħama hija fattur kruċjali li jaffettwa t-tneħħija tal-fosfru, li jista 'jinkiseb billi tiġi aġġustata d-densità tal-ippakkjar tal-fibra. L-SBBRs konvenzjonali għandhom effiċjenza fqira tat-tneħħija tan-nitroġenu u l-fosfru, prinċipalment minħabba l-kompetizzjoni għall-ossiġnu u n-nutrijenti bejn batterji nitrifikanti u batterji eterotrofiċi fi ħdan il-bijofilm. Meta mqabbel ma 'SBBRs konvenzjonali, iċ-ċirkolazzjoni interna airlift SBBR jevita din il-kompetizzjoni; meta mqabbel ma 'proċessi ta' ħama attivat konvenzjonali, dan ir-reattur jiffranka l-enerġija u l-investiment.
4. Outlook
Inkisbu riżultati preliminari fir-riċerka tat-teknoloġija tat-tneħħija tal-fosfru tad-denitrifikazzjoni kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment, u t-teknoloġija mxiet 'il quddiem mir-riċerka bażika għall-applikazzjoni tal-inġinerija. Bħalissa, il-fehim tagħna tal-istruttura u l-funzjoni tal-komunità mikrobjali fis-sistemi tat-tneħħija tal-fosfru tad-denitrifikazzjoni għadu limitat. L-istruttura tal-komunità mikrobjali tvarja b'mod sinifikanti bejn sistemi differenti, u l-komunità mikrobjali fl-istess sistema hija wkoll kumplessa ħafna. Tekniki tal-bijoloġija molekulari jistgħu jintużaw biex jittraċċaw id-dinamika tal-komunità mikrobjali u jidentifikaw gruppi funzjonali, li jiżvelaw ir-relazzjoni bejn l-istruttura u l-funzjoni tal-komunità mikrobjali, u b'hekk jippermettu kontroll aħjar tal-inġinerija tat-trattament bijoloġiku. Tekniki tal-bijoloġija molekulari użati fit-tneħħija tal-fosfru bijoloġiku jinkludu reazzjoni tal-katina tal-polimerażi (PCR), polimorfiżmu tat-tul tal-frammenti ta 'restrizzjoni (RFLP), u tekniki ta' sonda oligonucleotide. Studji ġeneralment iqisu l-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-(PABs) li huma mill-gruppi Rhodocyclus u Dechlorimonas ta' -Proteobacteria. Satoshi T. et al. uża RFLP biex jistudja l-karatteristiċi tal-batterji li jakkumulaw il-polifosfat-(DPBs), li jindikaw li DPBs huma Thaurera mechrnichensis u Azoarcus tolulyticus mill-grupp Rhodocyclus. Għandna bżonn nintegraw mill-qrib il-mikrobijoloġija u l-inġinerija tas-sistemi tat-tneħħija tal-fosfru tad-denitrifikazzjoni. Permezz ta 'skoperta mikrobjali u studji ekoloġiċi, nistgħu nanalizzaw u niddeterminaw il-kwantità u l-istruttura komunitarja tad-DPBs fis-sistema, nifhmu kif il-parametri operattivi jaffettwaw il-karatteristiċi, id-distribuzzjoni tad-densità tal-popolazzjoni, u d-distribuzzjoni spazjali tal-PPBs, batterji nitrifikanti u DPBs, u b'hekk niksbu titjib artifiċjali tad-denitrifikazzjoni tal-fosfru tneħħija tas-sistemi, u jsaħħu teknoloġiji ġodda ta 'żvilupp ta' trattament u jsaħħu l-iżvilupp tal-proċessi ta 'trattament.