Усовершенствованное переваривание отходов активным илом с использованием погружного анаэробного биореактора с динамической мембраной: производительность, характеристики ила и микробное сообщество

Научные отчеты, том 6, Номер статьи: 20111 (2016) Цитировать эту статью

5564 Доступа

67 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Анаэробное сбраживание (AD) играет важную роль в очистке отходов активированным илом (WAS); однако традиционный процесс AD (CAD) требует существенных улучшений, особенно для обработки WAS с низким содержанием твердых веществ и плохой анаэробной биоразлагаемостью. Здесь мы предлагаем погружной анаэробный динамический мембранный биореактор (AnDMBR) для одновременного сгущения и расщепления WAS без какой-либо предварительной обработки. В ходе долгосрочной эксплуатации АнДМБР продемонстрировал повышенное снижение шлама и улучшение производства метана по сравнению с процессом CAD. Более того, биогаз, вырабатываемый в АнДМБР, содержал более высокое содержание метана, чем в процессе CAD. Стабильные изотопные характеристики углерода прояснили наличие комбинированных метаногенных путей в процессе AnDMBR, в которых гидрогенотрофный метаногенный путь вносил больший вклад в общее производство метана. Также было обнаружено, что в AnDMBR усиливается деградация органических веществ, что обеспечивает более благоприятные субстраты для микроорганизмов. Пиросеквенирование показало, что Proteobacteria и Bacteroidetes широко распространены в бактериальных сообществах, а Methanosarcina и Methanosaeta — в сообществах архей, которые играют важную роль в системе AnDMBR. Это исследование пролило свет на улучшение переваривания WAS с помощью технологии AnDMBR.

Активный ил отходов (ВАО) образуется в процессе биологической очистки сточных вод и потенциально является вторичным загрязнителем, если с ним не бороться должным образом. На очистку и утилизацию WAS приходится до 50% эксплуатационных затрат на очистных сооружениях (ОСВ), что ставит под угрозу управление муниципальными сточными водами во всем мире1,2. Для очистки WAS анаэробное сбраживание (АД) привлекательно из-за его преимуществ, таких как уменьшение количества осадка, производство биогаза и уничтожение патогенов2. Однако в традиционных процессах AD (CAD) существуют некоторые недостатки, препятствующие их широкому применению. Например, перед процессом AD необходимо сгущение осадка, чтобы уменьшить объем WAS. Кроме того, время гидравлического удерживания (HRT) идентично времени удерживания твердого вещества (SRT), что приводит к увеличению объема варочного котла и негибкости работы процессов САПР. С другой стороны, WAS, особенно в системах биологической очистки с длинными SRT, демонстрирует относительно низкую анаэробную биоразлагаемость по сравнению с первичным илом из-за накопления клеточных остатков и взвешенных инертных материалов3,4, что также отрицательно влияет на эффективность AD.

Чтобы улучшить производительность AD, были предложены некоторые высокоскоростные процессы AD, такие как слой ила из расширенных гранул (EGSB)5 и анаэробный мембранный биореактор (AnMBR)1,6. Для технологии EGSB гранулирование осадка является сложным и трудоемким процессом, и WAS, в отличие от сточных вод, может влиять на производительность анаэробных гранул5. Процесс AnMBR преобладает над процессом CAD с точки зрения уменьшения занимаемой площади, одновременного утолщения и переваривания, а также отделения HRT от SRT1. Эффективное разделение твердой и жидкой фаз мембран хорошо удерживает микроорганизмы и, таким образом, усиливает разложение загрязняющих веществ7. Недавно для расщепления WAS были применены системы AnMBR с мембранами микрофильтрации/ультрафильтрации (МФ/УФ). Дагнью и др.8 использовали внешние трубчатые мембраны для обработки загущенных WAS с дозировкой полимера (общее количество твердых веществ 17,0 г/л) в пилотном анаэробном варочном котле и наблюдали скорость снижения летучих твердых веществ около 48% при HRT 15 дней и SRT 30 дней. Об аналогичной скорости разрушения летучих твердых веществ (45–51%) сообщили Сюй и др.9 с использованием внешней системы AnMBR для разложения загущенных WAS при мембранном потоке 1,3–3,5 л/(м2 ч). Однако основными недостатками процессов AnMBR являются низкий поток мембран МФ/УФ и высокая скорость загрязнения мембран6. Более того, конфигурация внешней мембраны приводит к большому потреблению энергии, поскольку загрязнение контролируется за счет высоких скоростей циркуляции, что также может подавлять метаногенную активность из-за интенсивного сдвига насоса6,10.