Ефекат комбинованог процеса А2О-МББР + изграђених мочвара за пречишћавање сеоских домаћинских отпадних вода

Ефекат комбиноване технологије А2О-МББР + ЦВс за пречишћавање руралних домаћинских отпадних вода

Последњих година држава дубоко промовише стратегију развоја руралне ревитализације, фокусирајући се на побољшање животне средине и постављајући веће захтеве за пречишћавање сеоских отпадних вода из домаћинстава. Тренутно, главни процеси за пречишћавање сеоских кућних отпадних вода укључују биолошке методе, еколошке методе и комбиноване процесе, од којих већина потиче од третмана градских отпадних вода. Међутим, рурална подручја карактерише раштрканост становништва, што доводи до бројних проблема као што су велика дисперзија отпадних вода, потешкоће у сакупљању, мали обим третмана, ниске стопе коришћења ресурса и недовољна постројења за пречишћавање. Штавише, постоје значајне разлике у квалитету и количини отпадних вода, географској локацији, клими и економским нивоима у различитим регионима, што отежава стандардизацију технологија пречишћавања; једноставно усвајање технологија за пречишћавање градских отпадних вода није изводљиво. Инфраструктура за сакупљање отпадних вода, као што је канализациона мрежа, често је неадекватна у руралним подручјима. На прикупљање отпадних вода лако утиче комбиновано преливање канализације и инфилтрација подземних вода, што резултира ниском концентрацијом органских вода у отпадној води и повећаном потешкоћом за биолошко уклањање азота. Велике флуктуације у квалитету и количини отпадних вода у руралним подручјима отежавају одржавање стабилне концентрације биомасе у постројењима за пречишћавање. Штавише, ниске зимске температуре ограничавају капацитет биолошког третмана, што доводи до ниске ефикасности и нестабилног квалитета ефлуента који је склон прекорачењу стандарда у традиционалним процесима активног муља. Због тога постоји хитна потреба за развојем технологија за пречишћавање отпадних вода које су погодне за локалне услове, са јаком отпорношћу на ударна оптерећења, стабилним дуготрајним-радом, ниском потрошњом енергије и високом ефикасношћу третмана.

Руралне области у Кини обично преферирају ниско-јесте, једноставне-технологије за-управљање домаћим отпадним водама, при чему су биолошки и еколошки комбиновани процеси главни истраживачки правац. Тренутно, широко коришћена интегрисана опрема за пречишћавање упакованих отпадних вода у руралним областима углавном користи процесе као што су анаеробни-аноксични-оксид (А2О) и биофилмски реактор са покретним слојем (МББР). Студије показују да се МББР процес више ослања на дизајн постројења него на прецизну оперативну контролу, не захтевајући стручно техничко особље за регулацију, што га чини погодним за рад и одржавање. Ово је погодније за практичне потребе пречишћавања сеоских кућних отпадних вода где је техничко особље мало. Његове предности укључују високу концентрацију биомасе, јаку отпорност на ударна оптерећења, високу ефикасност третмана и мали отисак. Истраживање Луо Јиавена и др. указује да додавање МББР медија у А2О процес може значајно побољшати његов капацитет за пречишћавање отпадних вода. Зхоу Зхенгбинг ет ал., у стварном пројекту сеоске кућне отпадне воде, дизајнирали су двостепени анаеробни/аноксични-комбиновани процес биолошког газираног филтера, постижући стабилан квалитет ефлуента који задовољава стандард разреда А ГБ 18918-2002 Стандард за Поллу Тресте воде за воду Биљке“. Поред тога, изграђене мочваре (ЦВ) се често користе за пречишћавање сеоских кућних отпадних вода. На пример, Зханг Ианг ет ал. користио биоугље као пунило за модификацију изграђеног мочварног земљишта, при чему би стопе уклањања за ТН, ТП и ЦОД могле достићи 99,41%, 91,40% и 85,09%, респективно. Претходно истраживање наше групе такође је показало да пунило биоугљева муља може побољшати перформансе уклањања азота и фосфора из изграђених мочвара, побољшавајући ефикасност и ефективност целокупног система третмана и чинећи систем отпорнијим на ударна оптерећења. Надовезујући се на горе наведено истраживање, да би истражио комбиновану технологију погодну за пречишћавање отпадних вода у сеоским домаћинствима и решио изазове као што су потешкоће у одржавању стабилне концентрације биомасе, слаба отпорност на ударна оптерећења и квалитет отпадних вода подложан флуктуацијама и премашује стандарде у сеоским постројењима за пречишћавање отпадних вода, аутор је поставио А2О-МББР аутомобил са интегрисаним процесом пуњења унапред за креирање биофилмирања. фиксно-окружење са филмским активним муљем (ИФАС), повећавајући концентрацију муља у систему и побољшавајући ефикасност третмана. Узимајући у обзир еколошко коришћење расположивог неискоришћеног земљишта као што су баре и депресије у руралним областима, и комбиновање изграђених мочвара као процеса полирања, коришћене су методе као што су употреба пунила биоугља муља, рециркулација нитрификоване течности и садња потопљених биљака да би се побољшала оперативна стабилност композитног мочварног земљишта. Тако је конструисан комбиновани процес А2О-МББР + ЦВс.

У овој студији, користећи сирову отпадну воду из сеоског постројења за пречишћавање отпадних вода у Хефеију као објекат за третман, направљена је пилот{0}}експериментална поставка комбинованог процеса А2О-МББР + ЦВс. Истражен је утицај сезонских промена температуре воде на њену пречишћавање. Индикатори загађивача у инфлуенту и ефлуенту су праћени током рада да би се истражила ефикасност уклањања и оперативна стабилност. Истовремено је анализирана економска изводљивост процеса. Циљ је да се обезбеди референца података и основа за примену комбиноване технологије А2О + изграђених мочвара у пројектима пречишћавања сеоских домаћих отпадних вода у Кини, и да се понуде референце за промовисање пречишћавања кућних отпадних вода и изградњу прелепих, еколошки прихватљивих села у руралним подручјима.

1. Експериментална поставка и методе истраживања

1.1 Комбиновани ток процеса

Експеримент комбинованог процеса А2О-МББР + ЦВс усвојио је серијски рад јединице А2О, мочварног земљишта са -базираним подземним током и еколошког језера. А2О јединица се састојала од анаеробног-аноксичног контактног резервоара и аеробног мембранског резервоара (МББР). И прекривени анаеробни резервоар и зона аерације аеробног МББР резервоара напуњени су суспендованим носачем биофилма да би се обезбедиле површине за причвршћивање микроорганизама да формирају биофилмове. Активни муљ и биофилм у резервоарима су коегзистирали, формирајући ИФАС систем, који би могао стабилно да одржава биомасу система. Збуњени аноксични резервоар је побољшао процес денитрификације кроз рециркулацију нитрификоване течности. Аеробни МББР резервоар је имао систем за аерацију на дну како би побољшао перформансе нитрификације. Порт за дозирање поли алуминијум хлорида (ПАЦ) постављен је унутар резервоара за додатно хемијско уклањање фосфора, омогућавајући ефикасно уклањање фосфора. Јединица ЦВс је укључивала мочварно земљиште-базирано на угљенику и подземни ток и потопљено биљно еколошко језеро. Изграђено мочварно земљиште са подземним протоком засновано на угљенику-усвојило је тростепени систем филтрације пунила. Дискови за аерацију су инсталирани на дну зоне пуњења за повратно испирање медија да би се ублажило зачепљење. Еколошки рибњак са потопљеним биљкама имао је слој супстрата од кречњака на дну и био је засађен хладно{20}}толерантним потопљеним биљкама Валлиснериа натанс и Потамогетон цриспус. Поставка је постављена на отвореном. У еколошком рибњаку постављен је термометар за праћење сезонских промена температуре воде. Детаљан ток процеса комбинованог процеса А2О-МББР + ЦВс приказан је уСлика 1.

1.2 Дизајн подешавања и оперативни параметри

Експериментална поставка је конструисана коришћењем полипропиленских плоча дебљине 10 мм. Прекривени анаеробни резервоар је напуњен квадратним носачем биофилма и садржавао је преграде. Однос рециркулације мешане течности за прекривени аноксични резервоар био је 50%~150%, а садржао је и преграде. Аеробни МББР резервоар је преградом подељен на зону аеробне аерације и зону седиментације. Зона аерације је испуњена МББР суспендованим носећим медијумом са односом ваздух-према-вода од 6:1~10:1. Зона седиментације имала је отвор за дозирање ПАЦ-а и нагнуте плоче за помоћ при седиментацији. Мочварно земљиште на бази угљеника-: примарна зона пунила је била испуњена кречњаком (~5 цм пречника), зона секундарног пуњења зеолитом (~3 цм пречника), а терцијарна зона пунила муљним биоугљеним пунилом (~0,5~1,0 цм пречника). Висина пунила за сваку зону била је 75 цм. Зона размака ширине око 4 цм постављена је између примарне и секундарне зоне пуњења за функције као што су додавање спољних извора угљеника, посматрање и одржавање/пражњење (ниједан извор угљеника није додат током овог експеримента). Потопљени биљни еколошки рибњак испуњен је кречњачким пунилом (~3 цм пречника) на висини од 20 цм. Потопљене биљке су засађене на размаку између редова од 10 цм и размаку биљака од 10 цм. Експеримент је користио сирову отпадну воду из сеоског постројења за пречишћавање отпадних вода у Хефеију као утицај. Експериментални период је био од 25. маја 2022. до 17. јануара 2023. године, укупно 239 дана. Потопљене биљке су убиране једном 2. децембра, са учесталошћу приближно једном у 6 месеци. Пројектовани капацитет пречишћавања отпадних вода био је 50~210 Л/д. Детаљни пројектни параметри подешавања су приказани уТабела 1.

1.3 Експерименталне методе

1.3.1 Експериментални дизајн

1.3.1.1 Тест капацитета оптималног третмана отпадних вода

Након успешног пробног рада експерименталне поставке (стабилан квалитет ефлуента), тест оптималног капацитета за пречишћавање отпадних вода спроведен је од 25. маја 2022. до 30. јуна 2022. У условима одржавања аеробног резервоара ваздух-/-однос воде 6:1, однос нитрификоване течности и рециркулације садржаја П1002% АЦ коришћењем од око 3,7 г/д, капацитет постројења за пречишћавање отпадних вода је постепено повећаван (50, 60, 70, 80, 100, 120, 150, 180, 210 Л/д). Промене у квалитету ефлуента су праћене да би се истражио оптимални капацитет за пречишћавање отпадних вода постројења. Током овог периода, температура воде је варирала између 24,5~27,1 степени. Да би се обезбедила стабилна усклађеност ефлуента зими, усвојени стандард за отпадне воде био је стандард разреда А ГБ 18918-2002 „Стандард за испуштање загађујућих материја за комунална постројења за пречишћавање отпадних вода“.

1.3.1.2 Тест перформанси комбинованог процеса укупног третмана

Период испитивања је био од 1. јула 2022. до 17. јануара 2023. Оптимални капацитет пречишћавања отпадних вода је постављен на 120 Л/д. Однос ваздуха-на-вода аеробног резервоара био је 6:1~10:1, а однос рециркулације мешавине течности је био 50%~150%. Индикатори квалитета доводне и ефлуентне воде (ТН, ТП, НО₃^--Н, НХ₄⁺-Н и ЦОД) из сваке процесне јединице су праћени. Забележене су промене температуре воде током тестног периода (под утицајем сезонске климе). Анализиран је учинак третмана комбинованог процеса А2О-МББР + ЦВс за сеоске кућне отпадне воде и истражен је утицај сезонских промена температуре воде на перформансе комбинованог процеса.

1.3.2 Узорковање

Током периода испитивања, узорци су узимани нередовно (отприлике 1~2 пута недељно) за испитивање квалитета воде. Узорци су сакупљени из ефлуента који се доводе у инсталацију, ефлуента из анаеробног-аноксичног резервоара, ефлуента из аеробног МББР резервоара, ефлуента из мочварног подручја заснованог на угљенику- и ефлуента из потопљених биљака из еколошког језера. Узорци дотока су узети из улазне цеви инсталације, а узорци отпадних вода из излаза сваке јединице. Испитивање индикатора квалитета воде је завршено истог дана узорковања. Тестирани индикатори су укључивали ТН, ТП, НО₃^--Н, НХ₄⁺-Н и ЦОД. Сваки пут када су узети узорци, забележено је очитавање температуре воде са термометра у еколошком рибњаку (која варира између 0~32 степена). Температура воде у еколошком рибњаку се природно мењала са сезонским температурним разликама. Дизајнирани стандард ефлуента за експерименталну поставку пратио је стандард разреда А ДБ 34/3527-2019 „Стандард за испуштање загађујућих материја у сеоским објектима за пречишћавање отпадних вода у домаћинству“. Пројектоване концентрације инфлуента и стандарди ефлуента су детаљно описани уТабела 2.

1.3.3 Методе анализе квалитета воде

Концентрација ТН у ​​узорцима воде одређена је коришћењем ХЈ 636-2012 „Квалитет воде - Одређивање укупног азота – Алкална калијум персулфатна дигестија УВ спектрофотометријска метода“. НО₃^--Концентрација Н је одређена коришћењем ХЈ/Т 346-2007 „Квалитет воде - Одређивање нитратног азота – Ултраљубичаста спектрофотометрија (проба)“. НХ₄⁺-Концентрација Н је одређена коришћењем ХЈ 535-2009 „Квалитет воде - Одређивање амонијачног азота - Несслер-ова реагенс спектрофотометрија“. ЦОД је одређен коришћењем ХЈ 828-2017 „Квалитет воде - Одређивање хемијске потражње за кисеоником - Дихроматна метода“. Концентрација ТП је одређена применом ГБ 11893-1989 "Квалитет воде - Одређивање укупног фосфора - Спектрофотометријска метода амонијум-молибдата".

2. Резултати и дискусија

2.1 Утицај капацитета за третман отпадних вода на перформансе комбинованог процеса

Као што је приказано уСлика 2 (а)(б), како се дневни капацитет пречишћавања отпадних вода постепено повећавао са 50 Л/д на 210 Л/д, ефикасност уклањања ТН и НХ₄⁺-Н по свакој јединици комбинованог процеса показало је опадајући тренд. Стопа уклањања ТН смањена је са 91,55% (50 Л/д) на 52,17% (210 Л/д), а НХ₄⁺-Стопа уклањања Н је смањена са 97,47% (70 Л/д) на 80,68% (210 Л/д). То је зато што повећање капацитета дневног третмана отпадних вода смањује време хидрауличког задржавања, скраћујући време доступно микроорганизмима да разграђују загађиваче, што резултира лошијим перформансама третмана. Међу њима, јединица А2О је највише допринела ТН и НХ₄⁺-Н уклањање. Просечна концентрација улазног ТН за ову јединицу била је 38,68 мг/Л, ефлуент је био 16,87 мг/Л, са стопом уклањања од 56,29%. Просечан утицај НХ₄⁺-Концентрација Н је била 36,29 мг/Л, ефлуент је био 5,50 мг/Л, са стопом уклањања од 84,85%. За мочварно земљиште са -базираним подземним протоком на бази угљеника, просечна концентрација доводног ТН била је 16,87 мг/Л, ефлуент је био 11,96 мг/Л, са стопом уклањања од 29,10%. За потопљено биљно еколошко језерце, просечна концентрација дотока ТН била је 11,96 мг/Л, ефлуент је био 9,47 мг/Л, са стопом уклањања од 20,82%. Перформансе уклањања азота у мочварним подручјима са подземним током на бази угљеника- биле су боље од оних у еколошком рибњаку јер је анаеробно-аноксично окружење мочварног подручја подземног тока погодније за денитрификацију. Међутим, НХ₄⁺-Учинак уклањања Н еколошког језера био је бољи од учинка мочварног подручја подземног тока. Просечан утицај НХ₄⁺-Концентрација Н за мочварно подручје са подземним протоком на бази угљеника- била је 5,50 мг/Л, ефлуент је био 4,04 мг/Л, са стопом уклањања од само 26,53%. За еколошки рибњак, просечан утицај НХ₄⁺-Концентрација Н је била 4,04 мг/Л, ефлуент је био 2,38 мг/Л, са стопом уклањања од 41,07%. То је зато што је аеробно окружење еколошког језера погодније за нитрификацију, претварајући више НХ₄⁺-Н у НЕ₃^--Н, што доводи до већег НХ₄⁺-Н стопа уклањања. Када је капацитет пречишћавања отпадних вода достигао 150 Л/д, концентрација ефлуента ТН била је 15,11 мг/Л, што је премашило стандард разреда А из ГБ 18918-2002. Стога, да би се осигурала стабилна усклађеност са ТН, максимални капацитет пречишћавања отпадних вода био је 120 Л/д. Када је капацитет пречишћавања отпадних вода достигао 210 Л/д, ефлуент НХ₄⁺-Концентрација Н је била 7,07 мг/Л, што је премашило стандард разреда А из ГБ 18918-2002. Дакле, максимални капацитет пречишћавања отпадних вода за НХ₄⁺-Н усклађеност је била 180 Л/д.

Као што је приказано уСлика 2 (ц), просечан утицај ЦОД био је испод 100 мг/Л, што указује на низак садржај органских материја. Повећање капацитета за пречишћавање отпадних вода није значајно утицало на уклањање ХПК, са стопама уклањања ХПК између 75%~90%. Како се капацитет пречишћавања отпадних вода повећао са 50 Л/д на 210 Л/д, просечан ЦОД ефлуента био је 19,16 мг/Л, са максималним ЦОД ефлуента од 26,07 мг/Л, што је још увек далеко испод стандарда од 50 мг/Л од ГБ 18918-2002, јер је уређај А2 степена А највише допринео уклањању уређаја А2 степена А. аеробни МББР резервоар створио је аеробно окружење, побољшавајући биохемијски капацитет аеробних микроорганизама и јачајући уклањање ЦОД-а. Поред тога, рециркулација нитрификоване течности у А2О јединици омогућила је запрепашћеном аноксичном резервоару да даље користи органску материју у отпадној води као извор угљеника, уклањајући део ЦОД-а и истовремено повећавајући денитрификацију. Мочварно земљиште са -базираним подземним током је дало други највећи допринос уклањању ЦОД-а. Његово анаеробно-аноксично окружење погодује коришћењу органске материје у отпадним водама као извора угљеника, разграђујући део органских материја уз повећање денитрификације, што је такође разлог зашто је имао боље уклањање ТН. Штавише, слој супстрата мочварног подручја подземног тока може да адсорбује неку органску материју. Еколошки рибњак је имао ограничен утицај на деградацију ХПК. Просечан утицај ЦОД за еколошки рибњак био је 22,21 мг/Л, а најлакше биоразградиви органски делови су већ били разграђени, остављајући органске материје које је теже разградити.

Као што је приказано уСлика 2 (д), како се капацитет пречишћавања отпадних вода повећавао, концентрација ТП у ефлуенту је остала стабилна. Повећање капацитета за пречишћавање отпадних вода није значајно утицало на уклањање ТП. Просечна концентрација ТП у инфлуенту била је 3,7 мг/Л, а просечна концентрација ефлуента је била 0,18 мг/Л, са просечном стопом уклањања од 95,14%, што указује на добро уклањање ТП. ТП је углавном уклоњен у јединици А2О. Концентрација улазног ТП за јединицу А2О била је 3,7 мг/Л, а ефлуент је био само 0,29 мг/Л, што је боље од стандарда од 0,5 мг/Л ГБ 18918-2002 Граде А. То је зато што јединица А2О не само да је имала биолошки додатак фосфора са уклањањем органа, већ и суплементацију органског фосфора (кумулативног фосфата) хемијско уклањање фосфора дозирањем 3,7 г/д ПАЦ-а. Комбинација биолошког и хемијског уклањања фосфора резултирала је уклањањем преко 90% фосфора у А2О јединици. Мочварно земљиште са подземним током и еколошко језерце углавном су се ослањали на механизме као што су адсорпција супстрата, седиментација, усвајање биљака и микробна деградација за уклањање фосфора. Штавише, концентрација ТП која улази у мочварно земљиште је већ била ниска од 0,29 мг/Л, што је отежало даље уклањање. Ови комбиновани разлози довели су до општег учинка уклањања ТП у мочварном и еколошком рибњаку.

Стога, да би се осигурала стабилна усклађеност свих индикатора ефлуента са стандардом ГБ 18918-2002 Граде А, оптимални капацитет пречишћавања отпадних вода за овај процес је одређен на 120 Л/д.

2.2 Учинак уклањања загађивача комбинованог процеса

2.2.1 Перформансе уклањања ЦОД-а

Као што је приказано уСлика 3, током периода тестирања укупног учинка третмана (1. јула 2022. до 17. јануара 2023., капацитет пречишћавања отпадних вода 120 Л/д), температура воде је показала флуктуирајући опадајући тренд, опадајући са 32 степена на 0 степени. Брзина уклањања ХПК је флуктуирала, а смањење температуре воде није имало очигледан утицај на уклањање ХПК. У комбинацији саСлика 4, стопа уклањања ЦОД варира између 66,16% ~ 82,51%, првенствено под утицајем утицајне концентрације ЦОД. Студије показују да се у анаеробним/аноксичним условима уклањање ХПК углавном ослања на деловање микроба. А2О-МББР+ЦВс процес се мења између анаеробних-аноксичних-оксичних-аноксичних-оксичних услова, побољшавајући уклањање КПК. Током рада, како се температура воде смањивала, иако је ЦОД утицао био у распону од 80~136 мг/Л, отпадни ЦОД је остао стабилан испод 50 мг/Л, испуњавајући стандард разреда А ДБ 34/3527-2019, што указује на добру органску деградацију. Одељак А2О је највише допринео уклањању ЦОД-а. Збуњени анаеробни-аноксични контактни резервоар је имао просечну стопу уклањања ХПК од 43,38%, што је чинило 65,43% укупног уклањања ХПК. Аеробни МББР резервоар је имао просечну стопу уклањања од 14,69%, што чини 19,87% укупног. А2О одељак је допринео са преко 85% уклањању ЦОД-а, захваљујући великој специфичној површини медијума у ​​затвореном анаеробном резервоару и аеробном МББР резервоару, високој концентрацији муља и формирању ланца исхране од бактерија → протозоа → метазоа, ефикасно разграђујући органску материју у води. Висок биодиверзитет ИФАС система је обезбедио добро органско уклањање чак и са променама температуре. Поред тога, део растворљиве органске материје у отпадној води у анаеробно-аноксичном контактном резервоару би се користио као извор угљеника денитрификујућим бактеријама. У међувремену, рециркулисана мешана течност повећала је НО₃^--Концентрација Н у затвореном аноксичном резервоару, промовишући коришћење извора угљеника денитрификујућим бактеријама за претварање НО₃^--Н/НЕ₂^--Н у гас азота. Висока стопа уклањања ЦОД-а у затвореном анаеробном-аноксичном контактном резервоару додатно потврђује да овај процес може ефикасно да искористи органску материју у отпадној води као извор угљеника за денитрификацију. Мочварно земљиште са -базираним подземним током имало је просечну стопу уклањања ХПК од 7,18%, што чини 9,18% укупног уклањања ХПК. Анаеробно/аноксично окружење мочварног подручја подземног тока погодно је за микроорганизме који користе органску материју као извор угљеника, постижући уклањање ЦОД-а уз повећање денитрификације. Сродна истраживања такође показују да пунило биоугља може да адсорбује органску материју путем електростатичке привлачности и интермолекуларне водоничне везе. Према томе, пунило биоугљева муља у мочварном подручју подземног тока би такође адсорбовало неку органску материју. Потопљени еколошки рибњак имао је просечну стопу уклањања ХПК од само 3,68% јер је ЦОД који је улазио у рибњак већ био низак на 30,59 мг/Л у просеку, и углавном се састојао од ватросталних органских материја, уклоњених углавном адсорпцијом и усвајањем биљака, са ограниченим ефектом.

2.2.2 Перформансе уклањања азота

Као што је приказано уСлика 3, како се температура воде постепено смањивала са 32 степена на 12 степени , ТН и НХ₄⁺-Н стопе уклањања су варирале. Просечна стопа уклањања ТН достигла је 75,61%, а просечна НХ₄⁺-Стопа уклањања Н је достигла 95,70%. Када је температура воде пала испод 12 степени, ТН и НХ₄⁺-Н стопе уклањања су показале брзи опадајући тренд, али просечне стопе уклањања су и даље достигле 58,56%, односно 80,40%. То је зато што сезонско смањење температуре воде инхибира микробну активност, слаби учинак денитрификације. Према статистичким резултатима концентрација загађивача инфлуента и ефлуента током комбинованог периода рада процеса (01.07.2022. до 17.01.2023.) приказаним уТабела 3, просечан утицај ТН и НХ₄⁺-Концентрације Н биле су 36,56 мг/Л и 32,47 мг/Л, респективно. НХ₄⁺-Н чини 88,81% ТН. Инфлуент НО₃^--Н (0,01 мг/Л) је био скоро занемарљив. Просечан ефлуент ТН и НХ₄⁺-Концентрације Н биле су 11,69 мг/Л и 3,5 мг/Л, респективно, и обе су испуњавале стандард разреда А ДБ 34/3527-2019. Просечан ефлуент НО₃^--Концентрација Н је била 6,03 мг/Л, што указује на добар капацитет нитрификације овог процеса, претварајући НХ₄⁺-Н до НЕ₃^--Н. Међутим, акумулација НО₃^--Н у ефлуенту сугерише да још има простора за даљу денитрификацију. Као што је приказано уСлика 5 (а), уклањање ТН је било највеће у А2О секцији. Збуњени анаеробни-аноксични контактни резервоар је имао просечну стопу уклањања ТН-а од 44,25%, а аеробни МББР резервоар имао је просечну стопу уклањања ТН-а од 9,55%. Ово је резултат комбинованог деловања нитрификујућих бактерија у аеробној зони и денитрификујућих бактерија у аноксичној зони. Изграђено мочварно земљиште- засновано на угљенику имало је просечну стопу уклањања ТН од 11,07%, јер његова способност ослобађања извора угљеника и његово анаеробно/аноксично окружење погодују денитрификацији, одржавајући одређени капацитет уклањања азота. Потопљени биљни еколошки рибњак имао је просечну стопу уклањања ТН од само 3,54%, са општим перформансама уклањања, јер његово аеробно окружење није погодно за денитрификацију. Као што је приказано уСлика 5 (б), НХ₄⁺-Н уклањање је првенствено завршено у одељку А2О. Збуњени анаеробни-аноксични контактни резервоар имао је НХ₄⁺-Стопа уклањања Н од 59,46%, а аеробни МББР резервоар је имао НХ₄⁺-Стопа уклањања Н од 24,24%. Секција А2О чинила је 93,57% укупног НХ₄⁺-Н уклањање. Високи НХ₄⁺-Уклањање Н у одељку А2О је због континуиране аерације у аеробном МББР резервоару, омогућавајући нитрификујућим бактеријама да у потпуности искористе ДО за претварање НХ₄⁺-Н до НЕ₃^--Н. Ово се затим враћа у аноксични резервоар, где денитрификујућа бактерија претвара НО₃^--Н до Н2 за уклањање. Током периода тестирања, просечна стопа уклањања ТН била је 68,40%, а просечна НХ₄⁺-Стопа уклањања Н износила је 89,45%, што указује на добар учинак уклањања азота.

Као што је приказано уСлика 3, како је температура воде пала са 32 степена на 0 степени , брзина уклањања ТН-а се смањила са максималних 79,19% на 51,38%. У комбинацији саСлика 5 (а), when water temperature was >20 степени, просечна стопа уклањања ТН је премашила 75%, са просечном концентрацијом ефлуента од 8,41 мг/Л, јер је микробна активност већа у опсегу од 20 ~ 32 степена, што доводи до боље денитрификације, у складу са истраживањем Зханг На ет ал. Када се температура воде смањила са 20 степени на 5 степени, просечна брзина уклањања ТН се смањила на 65,44%, а просечна концентрација ефлуента порасла је на 12,70 мг/Л. Када је температура воде била 0~5 степени, просечна брзина уклањања ТН се смањила на 52,75%, а просечна концентрација ефлуента се повећала на 17,62 мг/Л, што указује на одређени утицај на уклањање ТН. Студије показују да како температура воде опада, микробна активност је инхибирана. Када температура воде<5.6°C, microorganisms are basically dormant, and population numbers sharply decrease, limiting pollutant degradation. When water temperature <4°C, microorganisms begin to die. However, in this process, even when water temperature dropped to 0°C, the TN removal rate still reached 51.52%, and effluent always met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. This is because the IFAS system in the A2O section maintained high biomass concentration. During the test period, MLSS concentration in the baffled anaerobic-anoxic contact tank and aerobic MBBR tank reached 6,000~8,000 mg/L. Additionally, recirculation of nitrified liquid further enhanced denitrification. Furthermore, wastewater passed sequentially through the limestone, zeolite, and sludge biochar filler zones of the subsurface flow wetland, where anaerobic and aerobic reactions occurred simultaneously. Various organics adsorbed on filler surfaces and the slow-release of carbon sources from biochar filler promoted denitrification, further enhancing nitrogen removal. Research indicates that biochar can increase the abundance and diversity of denitrifying microorganisms in wetlands. Also, due to its structure, subsurface flow wetlands have some thermal insulation effect, helping maintain internal microbial activity. Under the influence of multiple factors, the combined process exhibited strong resistance to low-temperature shock, maintaining over 50% TN removal even at 0°C. In summary, when water temperature is >5 степени, учинак уклањања ТН-а је добар, са ефлуентом стабилним испод 15 мг/Л. У овом тренутку, узимајући у обзир уклањање других загађивача, капацитет пречишћавања отпадних вода може се на одговарајући начин повећати.

Као што је приказано уСлика 3, како се температура воде постепено смањивала, НХ₄⁺-Стопа уклањања Н је смањена са максималних 99,52% на минимум од 74,77%, а ефлуент НХ₄⁺-Концентрација Н је повећана са минималних 0,17 мг/Л на 8,40 мг/Л. Смањење температуре воде инхибира активност нитрификујућих и нитрификујућих бактерија, смањујући НХ₄⁺-N removal. However, when water temperature >12 степени, просечан ефлуент НХ₄⁺-Концентрација Н је била 1,58 мг/Л. Када је температура воде мања или једнака 12 степени, просечан ефлуент НХ₄⁺-Концентрација Н је повећана на 6,58 мг/Л, али ефлуент НХ₄⁺-Н је увек испуњавао стандард разреда А ДБ 34/3527-2019. Када је температура воде била 20~32 степена, просечан НХ₄⁺-Н стопа уклањања је премашила 96%. У комбинацији саСлика 5 (б), ефлуент НХ₄⁺-Концентрација Н је била испод 2 мг/Л у овом опсегу, што указује на високу активност нитрификујућих бактерија и одличан укупни НХ₄⁺-Н уклањање. Када се температура воде постепено смањивала са 20 степени на 12 степени, просечна НХ₄⁺-N removal rate still exceeded 90%, showing good removal, as research indicates water temperature >12 степени је погодан за нитрификацију раста бактерија, промовишући нитрификацију. Стога, НХ₄⁺-Н одржава високе стопе уклањања у опсегу од 12 до 20 степени. Када се температура воде постепено смањивала са 12 степени на 0 степени, просечна НХ₄⁺-Н стопа уклањања је и даље достигла 80%. Постојећа истраживања показују да нитрификационе бактерије скоро губе капацитет нитрификације на 0 степени. Међутим, резултати ове студије показују да чак и на 0 степени НХ₄⁺-Стопа уклањања Н је премашила 75%, што указује на добар учинак нитрификације овог процеса на ниским температурама. То је зато што ИФАС систем у одељку А2О-МББР ове студије има дугу старост биофилма муља до око 1 месец, што чини стопу нитрификације у биохемијском резервоару далеко мање под утицајем температуре него традиционални процеси активног муља, значајно побољшавајући перформансе нитрификације при ниским зимским температурама. Истраживање Веи Ксиаохана и др. такође указује да је главни разлог за -неусаглашеност НХ₄⁺-Н ефлуент у условима ниске температуре воде је недовољна старост активног муља, при чему је утицај температуре на активност нитрификатора секундаран. Стога, иако је смањење температуре воде у одређеној мери утицало на активност нитрификатора, довољна старост муља у овом процесу је обезбедила НХ₄⁺-Н уклањање на ниским температурама. Током периода испитивања, просечан ефлуент НХ₄⁺-Концентрација Н је била 3,50 мг/Л, а комбиновани процес је показао добре и стабилне перформансе нитрификације.

2.2.3 Перформансе уклањања фосфора

Као што је приказано уСлика 3, брзина уклањања ТП је мало варирала са променама температуре воде, остајући стабилна изнад 94%. У комбинацији саСлика 6, концентрација улазног ТП кретала се у распону од 3,03~4,14 мг/Л, а концентрација ТП у ефлуенту била је у распону од 0,14~0,28 мг/Л, испуњавајући стандард разреда А ДБ 34/3527-2019. Овај процес се ослања на комбиновано дејство биолошког уклањања фосфора (помоћу ПАО) и хемијског уклањања фосфора (помоћу ПАЦ). Када се температура воде смањи, активност ПАО је инхибирана, што утиче на биолошко уклањање фосфора. Међутим, овај процес допуњује хемијско уклањање фосфора дозирањем 3,7 г/д ПАЦ-а, одржавајући стабилну брзину уклањања ТП и смањујући утицај промена температуре воде на уклањање фосфора у комбинованом процесу. А2О јединица је имала најбоље перформансе уклањања ТП. Просечна концентрација ТП у ефлуенту анаеробне-аноксичне јединице била је 2,48 мг/Л, са стопом уклањања од 32,61%. Просечна концентрација ТП у ефлуенту аеробне јединице била је 0,29 мг/Л, са стопом уклањања од 59,51%. Укупна стопа уклањања ТП за А2О јединицу била је 92,12%. Збуњени дизајн А2О-МББР секције може у великој мери да уклони нитратни азот који се носи у рециркулисаној мешаној течности, омогућавајући анаеробним ПАО-има да темељније ослобађају фосфор у анаеробном делу и потпуније апсорбују фосфор у аеробном одељку, појачавајући бифорно уклањање. Поред тога, хемијско уклањање фосфора дозирањем на једној страни аеробног МББР резервоара одржало је стабилну брзину уклањања ТП, са квалитетом ефлуента који је стабилно бољи од стандарда А разреда ДБ 34/3527-2019. Биолошко уклањање фосфора у А2О-МББР секцији се углавном дешава када ПАО у поремећеном анаеробном резервоару користе изворе угљеника да претворе део органске материје и испарљивих масних киселина у полихидроксиалканоате (ПХА). Када отпадна вода тече из затвореног анаеробног резервоара до аеробног МББР резервоара, ПАО тада користе ПХА као доноре електрона да доврше апсорпцију фосфора. Међутим, ПАО активност лако утиче на учинак биолошког уклањања фосфора, а ниска температура воде ограничава активност ПАО. Стога, да би се постигло стабилно уклањање фосфора, хемијско уклањање фосфора је укључено у дизајн процеса. Поред тога, адсорпција слојем супстрата у мочварном земљишту са подземним током на бази угљеника и раст потопљених биљака у еколошком рибњаку такође апсорбују нешто фосфора.

Укратко, поставка је радила стабилно током периода тестирања, са добрим укупним перформансама уклањања загађивача. Комбиновани процес А2О-МББР + ЦВс постигао је просечну стопу уклањања од 68,40%, 89,45%, 73,94% и 94,04% за ТН, НХ₄⁺-Н, ЦОД и ТП, респективно. Просечне концентрације ефлуента биле су 11,69 мг/Л, 3,50 мг/Л, 26,9 мг/Л и 0,22 мг/Л, респективно, а све су испуњавале стандард А разреда ДБ 34/3527-2019. Истраживање Ву Кионг ет ал. указује да је А2О-МББР композитни процес активног муља и биофилма, који карактерише велику количину микроба, дугу старост муља, велико запреминско оптерећење, малу запремину и отисак, јаку отпорност на ударна оптерећења, добар квалитет отпадних вода и стабилан рад. Штавише, учинак денитрификације процеса биофилма зими је бољи од процеса активног муља, што га чини погоднијим за пречишћавање нискотемпературних отпадних вода зими. Ово је такође главни разлог за добре перформансе уклањања загађивача А2О-МББР одељка у овој студији. Комбиновани процес А2О-МББР + ЦВс у овој студији додаје зону третмана полирања ЦВс на основу А2О-МББР процеса, додатно побољшавајући укупне перформансе пречишћавања и оперативну стабилност процеса. Уклањање ТН и НХ₄⁺-Н је био мање под утицајем сезонских промена температуре воде, док на уклањање ЦОД-а и ТП-а готово није утицала сезонска температура воде. Током тестног периода, показао је снажну отпорност на ударна оптерећења, што га чини погодним за употребу у руралним подручјима са великим флуктуацијама квалитета и количине кућних отпадних вода.

2.3 Економска анализа комбинованог процеса

Трошкови овог комбинованог процеса углавном укључују трошкове изградње и оперативне трошкове третмана отпадних вода. Трошкови изградње били су за постављање експерименталне поставке, укључујући куповину кућишта резервоара, помоћне електричне опреме, медија, потопљених постројења и цевних спојница, укупно око 3.000 ЦНИ. На основу максималног капацитета пречишћавања отпадних вода током експеримента од 0,18 м³/д, трошак изградње по м³ пречишћене отпадне воде износи приближно 16.700 ЦНИ. Оперативни трошкови углавном произилазе из операције подешавања, укључујући потрошњу енергије опреме, трошкове хемикалија, трошкове одлагања муља и трошкове рада. Електрична опрема обухвата: напојну пумпу (снага 2 В, К=2.8 м³/д), рециркулацијску пумпу (снага 2 В, К=2.8 м³/д), аератор (снага 5 В, брзина аерације=5 Л/мин) и перисталтичку дозирну пумпу (снага 2 В). Израчунато на основу стварне максималне употребне снаге: напојна пумпа 0,13 В, рециркулацијска пумпа 0,19 В, аератор 1,25 В, дозирна пумпа 2 В. Укупна стварна употребна снага је 0,00357 кВ, дневна потрошња енергије 0,086 кВх. Потрошња електричне енергије по м³ пречишћене отпадне воде износи 0,48 кВх. Коришћењем индустријске цене електричне енергије од 0,7 ЦНИ/кВх, цена електричне енергије је 0,33 ЦНИ/м³. Цена ПАЦ хемикалија је око 2,4 ЦНИ/кг, употреба 3,7 г/д. ПАЦ потребан по м³ отпадне воде је 20,56 г, цена 0,05 ЦНИ/м³. Трошкови одлагања муља=количина муља × јединична запремина трошкови одлагања муља. Производња сувог муља по тони воде износи 0,09 кг. На основу јединичне цене транспорта и одлагања муља за ППОВ од 60 ЦНИ/тона, цена одлагања муља по тони воде=0.09 кг × 0,06 ЦНИ/кг=0.054 ЦНИ. Пошто је пилот постављање захтевало само периодичне провере након рада, цена рада је процењена на основу стварног инжењерског искуства. Фабриком од 10.000 тона дневно управља 1-2 особе. Под претпоставком да је плата једне особе 3.000 ЦНИ/месечно, за 2 особе, индикатор трошкова рада је око 0,02 ЦНИ/тони воде. Детаљи о трошковима су приказани уТабела 4. Укратко, цена оперативног третмана је приближно 0,46 ЦНИ/м³. Међутим, како се капацитет пречишћавања отпадних вода повећава, трошкови изградње и рада по тони воде би се смањивали. Трошкови изградње и рада током пилот тестирања су само за референцу.

3. Закључци

Комбиновани процес А2О-МББР + ЦВс показао је добре перформансе за пречишћавање сеоских кућних отпадних вода. На уклањање ТП и ЦОД-а углавном нису утицале промене температуре воде. Просечне стопе уклањања за ТН, НХ₄⁺-N, TP, and COD reached 68.4%, 89.45%, 94.02%, and 73.94%, respectively. When water temperature ≤5°C, effluent quality stably met the Grade A standard of DB 34/3527-2019. When water temperature >5 степени, квалитет отпадних вода могао би задовољити стандард разреда А ГБ 18918-2002 „Стандард за испуштање загађујућих материја за комунална постројења за пречишћавање отпадних вода“. Овај процес може ефикасно да искористи органску материју унутар система као извор угљеника за побољшање денитрификације, одржавајући преко 50% уклањања ТН чак и при температурама воде од 0 степени.

Оптимални капацитет пречишћавања отпадних вода за комбиновани процес А2О-МББР + ЦВс зими био је 120 Л/д и 180 Л/д у не-зимским сезонама. Сезонске промене температуре воде (постепено опадање са 32 степена на 0 степени) имале су само одређени утицај на уклањање азота комбинованим процесом. Стопа уклањања ТН се смањила са 79,19% на 51,38%, а НХ₄⁺-Стопа уклањања Н је смањена са 99,52% на 74,77%. Чак и при 0 степени, квалитет отпадних вода је стабилно испуњавао стандард разреда А ДБ 34/3527-2019, а НХ₄⁺-Стопа уклањања Н је и даље достигла 74,77%. Ово има користи од ИФАС система, где је старост муља до 1 месеца обезбедила нитрификацију на ниским температурама. Процес је функционисао стабилно током периода тестирања, показујући јаку отпорност на промене температуре воде.

Унапред А2О-МББР процес користио је два типа суспендованих носача биофилма за причвршћивање микроба, формирајући ИФАС систем. Мочварно подручје са подземним током на бази угљеника- користило је више пунила медија укључујући муљ биоугљевље, кречњак и зеолит, побољшавајући перформансе филтрације, истовремено пружајући довољно површине за причвршћивање микроорганизама, побољшавајући њен капацитет биолошког третмана. Унапред А2О-МББР процес са ИФАС-ом има високу концентрацију биомасе. Задња ЦВс композитна мочвара служи као фаза третмана полирања, даље третира отпадне воде, чинећи укупан систем отпорнијим на ударна оптерећења.

Комбиновани процес А2О-МББР + ЦВс је погодан за пречишћавање кућних отпадних вода у руралним областима са великим флуктуацијама у квалитету и квантитету. Ради стабилно и ефикасно, са трошковима третмана од приближно 0,46 ЦНИ/м³. Штавише, делови процеса А2О-МББР+ЦВс могу се флексибилно прилагодити према различитим стандардима, сценаријима и сврхама за отпадне воде. Овај комбиновани процес може да обезбеди референцу за податке и основу за пројекте пречишћавања сеоских домаћих отпадних вода у Кини, понуди пут коришћења ресурса за беспотребну пустош у руралним областима и има широк потенцијал за примену на тржишту у складу са националним трендом (јако наглашавајући побољшање квалитета руралне животне средине.