[Investigación sobre el proceso biológico mejorado de eliminación de fósforo para aguas residuales industriales a alta temperatura] Proceso de eliminación de fósforo

Investigación sobre la eliminación biológica mejorada de fósforo de aguas residuales industriales de alta temperatura: la eliminación biológica mejorada de fósforo (EBPR) es actualmente el proceso de eliminación biológica de fósforo más utilizado. En este proceso, el polifosfato (Poli-P) almacenado en el cuerpo es hidrolizado por las Polibacterias de Fósforo (PAO) en condiciones anaeróbicas para obtener energía, que se utiliza para absorber los ácidos grasos volátiles (AGV) del agua y convertirlos en polihidroxi. almacenados en las células como ésteres de ácido alcanoico (PHA). En condiciones aeróbicas, la PAO utiliza PHA almacenados en las células como fuente de carbono y energía, absorbe fósforo en el agua y sintetiza Poly-P para la proliferación celular y, finalmente, logra el propósito de eliminar el fósforo de las aguas residuales mediante la eliminación de lodos ricos en fósforo. En el sistema EBPR, también hay bacterias polisacáridas (GAO) con un mecanismo metabólico similar al de la PAO. En condiciones anaeróbicas, la GAO compite con la PAO por el sustrato (VFA). Sin embargo, en condiciones aeróbicas, el fósforo no se absorbe. Por lo tanto, cómo mejorar la actividad de PAO y mejorar su competitividad con GAO en sustratos es un aspecto importante para garantizar el funcionamiento estable del proceso EBPR. Las investigaciones muestran que los principales factores que afectan el funcionamiento estable del sistema EBPR incluyen la fuente de carbono, el pH, la temperatura, OD, etc. , donde el efecto de la temperatura ha sido controvertido. En general, se cree que cuando la temperatura es inferior a 20 °C, favorece la competencia de PAO, mejorando así el rendimiento del sistema EBPR. Cuando la temperatura es superior a 20 °C, el PAO tiene una ventaja competitiva, lo que hace que el PAO en el lodo disminuya gradualmente, la eficiencia de eliminación de fósforo disminuya gradualmente e incluso el sistema EBPR colapse. Sin embargo, las últimas investigaciones muestran que los sistemas EBPR aún pueden eliminar eficazmente el fósforo a altas temperaturas. Freitas et al. utilizaron un ciclo de corta duración (anaeróbico durante 20 min, aeróbico durante 10 min y de pie durante 1 min) para lograr un funcionamiento estable del EBPR a una temperatura alta de 30 °C. Winkler et al. utilizaron la diferencia de densidad entre el lodo granular de PAO y el lodo granular de GAO para eliminar el GAO con menor densidad en el lecho de lodo, enriquecer el PAO que puede adaptarse a las altas temperaturas en el reactor USB y lograron buenos resultados a 30 °C. efecto de eliminación. La investigación de Ong et al. muestra que en condiciones de 28 ~ 32 °C, el reactor EBPR puede alcanzar una tasa de eliminación de fósforo del 95 % en funcionamiento a largo plazo. Los resultados de la prueba qPCR muestran que el PAO en el lodo es Cladeif. una subespecie de Accumulibacter. Sin embargo, en el sistema EBPR, el efecto de la temperatura sobre la actividad de PAO y su efecto competitivo con GAO en el sustrato aún no son concluyentes. Por lo tanto, es necesario estudiar el impacto de diferentes temperaturas en la competencia entre PAO y GAO bajo las mismas condiciones experimentales, especialmente es más importante el estudio específico del proceso de competencia en condiciones de alta temperatura.

Para comprender mejor la actividad de PAOHT y la influencia de la competencia de la matriz en el sistema EBPR a altas temperaturas, este estudio utilizó la contaminación en un reactor SBR con buena función de eliminación de fósforo que ha estado operando durante un Se utilizó barro durante mucho tiempo a 30 °C en el laboratorio, combinado con la tecnología FISH, para explorar su liberación y absorción de fósforo por parte de las bacterias termófilas que acumulan fósforo (PAOHT) en el rango de temperatura de 15 ~ 30 ℃ (basado en). (el rango de temperatura anual de las aguas residuales de 10 ~ 30 ℃ en el sur de China) y la tasa de absorción de ácido acético proporcionan una base para el funcionamiento estable de los sistemas biológicos de eliminación de fósforo en áreas con grandes cambios de temperatura y áreas que reciben aguas residuales industriales a alta temperatura.

1 Materiales y métodos 1.1 Fuente de lodos

Los lodos experimentales se tomaron de un reactor SBR que había estado operado a 30°C durante 430 días en el laboratorio [15]. El reactor fue operado en modo A/O con 6 ciclos por día, cada ciclo fue de 4 h, incluyendo 7 min de entrada de agua, 1 h de anaeróbico, 2 h de aeróbico, 40 min de sedimentación y 10 min de drenaje. Inactivo durante 3 minutos, controlar el tiempo de retención hidráulica (HRT) a 8 h, el tiempo de retención de lodos (SRT) a 8 d, mantener la temperatura del reactor a 30°C, la concentración de DQO (ácido acético) del agua entrante a 300 mg·L-1, y la concentración de fósforo (PO43-P) es de 10 mg·L-65438. El fósforo efluente (PO43-P) es siempre inferior a 0,1 mg·L-1 y la tasa de eliminación de fósforo es superior al 99%. Las concentraciones de sólidos suspendidos (SS) y sólidos suspendidos volátiles (SSV) en el reactor se mantuvieron estables en 2,36 g·L-1 y 1,63, respectivamente.

1.2 Determinación de las tasas de liberación y absorción de fósforo de los lodos activados

Las tasas de liberación y absorción de fósforo de los lodos activados se determinan mediante ensayos intermitentes. La configuración de la prueba se muestra en la Figura 1. Antes de la prueba, enjuague el lodo con agua del grifo desoxigenada, luego viértalo en la botella de reacción y agregue la solución de matriz preparada (de acuerdo con la calidad del agua de entrada del reactor SBR).

Se colocó un rotor magnético en el fondo del matraz de reacción para asegurar una mezcla completa. Durante la reacción,

la temperatura se controló mediante un baño de agua. En la etapa anaeróbica, se introduce gas nitrógeno para aislar el aire y garantizar que la botella de reacción esté en un estado anaeróbico. En la etapa aeróbica, se introdujo aire a razón de 60 L·h-1 para asegurar que el oxígeno disuelto (OD) en la solución mezclada fuera mayor a 2 mg·L-1. Tome muestras en diferentes momentos de reacción, mida las concentraciones correspondientes de fósforo y ácido acético, mida el SS y VSS de la solución mixta al final del experimento y calcule la tasa de liberación de fósforo anaeróbico [calculada como P/VSS, mg (el lo mismo a continuación], tasa de absorción de fósforo aeróbico [calculada por P/VSS, mg (g·h)-1, lo mismo a continuación] y tasa de absorción de ácido acético [calculada por HAc/VSS, mg (g·h)-1, la lo mismo a continuación]

1. Botella de nitrógeno; 2. Aireador; 3. Tubo de entrada de agua; 5. Tubo de escape; 7. Rotor; /p>

9. Termómetro; 10. Baño María

Figura 1 Diagrama esquemático del dispositivo de prueba intermitente

1.3 Método de análisis

Fósforo (PO43- P) se determina mediante espectrofotometría de molibdeno y antimonio. Los sólidos suspendidos (SS) y los sólidos suspendidos volátiles (VSS) se midieron mediante el método gravimétrico; la demanda química de oxígeno (DQO) se midió mediante el método de dicromato de potasio; el valor del pH se midió mediante cromatografía de gases (modelo: Agilent); 6890N) mide los ácidos grasos volátiles (AGV). El detector es de iones de llama de hidrógeno (FID) y el modelo de columna es DB-FFAP.

1.4 Método de análisis de peces

Muestra. Pretratamiento: Tomar el sobrenadante de la mezcla de lodos de oxígeno, agregar 1 mL de tampón 1xPBS y resuspender. Repetir la operación dos veces, luego agregar 1 mL de solución de paraformaldehído al 4% para resuspender, fijar a 4°C durante 2 h, luego dejar el sobrenadante. y agregue 1x Centrífuga con tampón PBS y repita tres veces Para eliminar el exceso de solución de paraformaldehído, agregue 0,5 ml de solución tampón 1X de PBS y etanol absoluto, agite bien y almacene a -20 °C para la hibridación por deshidratación. portaobjetos recubiertos en una incubadora para que se sequen, luego coloque los portaobjetos secos en soluciones de etanol al 75%, 95% y 100% durante 3 minutos, luego saque y seque el tampón de hibridación preparado. Mezcle con la solución de sonda en una proporción de volumen de 8. :1, proteger de la luz, aplicar sobre la muestra en el portaobjetos y rápidamente mover el portaobjetos a hibridación.

Método de observación y análisis de la muestra: utilice un microscopio de enfoque láser (Leica SP8, Alemania) para observar. las muestras e imágenes, y utilice el software Image-ProPlus 6.0 para el análisis estadístico de las imágenes recopiladas para determinar las proporciones de PAO, GAO y GAO en la muestra.

Para operaciones detalladas en sondas fluorescentes e hibridación, Consulte la literatura.

2 Resultados y discusión 2.1 Actividad del lodo experimental

La Figura 2 muestra los resultados de la medición de la actividad del lodo experimental a 30 °C. La tasa máxima de liberación de fósforo. es de 239,46 mg (g·h)-1, la tasa máxima de absorción de fósforo en la etapa aeróbica es de 79,90 mg (g·h)-1 y la tasa de absorción de ácido acético en la etapa anaeróbica es de 357,47 mg. p>Figura 2 Cambios en la liberación anaeróbica de fósforo, la absorción de ácido acético y la absorción aeróbica de fósforo en lodos experimentales a 30°C

La investigación de Brdjanovic sobre el impacto de la temperatura en la eliminación biológica de fósforo muestra que la tasa máxima de liberación de fósforo de el lodo es de 68 mg (g·h)-1, la tasa máxima de absorción de fósforo aeróbico es de 57 mg (g·h)-1 y la tasa de absorción de ácido acético es de 180 mg (g. δP/δHAc es 0,376. Por el contrario, el lodo experimental de este estudio ha estado funcionando a una temperatura alta de 30 °C durante más de un año, tiene buenas capacidades de liberación y absorción de fósforo y es un PAO que se ha adaptado a las altas temperaturas. El valor de δP/δHAC alcanza 0,628, es decir, por cada mol de ácido acético absorbido se liberan 0,628 moles de fósforo, lo que indica además PAO.

2.2 Bacterias acumuladoras de fosfato y sus proporciones en lodos experimentales

La Figura 3 muestra los resultados de la detección FISH de lodos activados experimentales utilizando sondas PAOMIX de uso común. Se puede observar que las bacterias que acumulan fosfato en el lodo experimental pertenecen al grupo Accumulibacter. Utilizó el análisis metagenómico para determinar la estructura de la población de lodos de 12 plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas con funciones de eliminación de fósforo, y los resultados mostraron que había 5 subespecies bajo el acumulador. Debido a la diferente calidad del agua y condiciones operativas, las diferentes plantas de tratamiento de aguas residuales tienen diferentes Clade, ⅱA, ⅱB, ⅱC y ⅱD. abulón.

Ong et al. [14] estudiaron la eficiencia de eliminación de fósforo de un sistema EBPR a base de ácido acético a altas temperaturas (28~32°C). Los resultados mostraron que el EBPR aún puede lograr buenos efectos de tratamiento incluso a temperaturas tan altas como 32°C. DO. Utilizando la tecnología qPCR, se concluyó que la bacteria dominante en el lodo era una subespecie de Accumulibacter Cladeif y Peterson et al.

Las diferentes subespecies de bacterias acumuladoras de fosfato tienen diferentes características fisiológicas y ecológicas, lo que indica que las bacterias acumuladoras de fosfato en este sistema que están adaptadas a altas temperaturas son subespecies de bacterias acumuladoras de fosfato.

Figura 3 Estructura comunitaria de microorganismos en lodos activados experimentales.