1. Denitrifikasyon Fosfor Giderme Mekanizması
Yüksek-asit bakterileri, anaerobik koşullar altında büyük organik molekülleri düşük-moleküler-ağırlıklı yağ asitlerine ayrıştırır. DPB (Distile Bizmut Biyota), anaerobik koşullar altında hücreleri içindeki polifosfatları ayrıştırarak ATP üretir, aktif taşıma yoluyla yağ asitlerini emer ve poli(-hidroksibutirat) (PHB) sentezler ve aynı anda PO43-'yi serbest bırakır. Büyük miktarlarda PHB biriktirdikten sonra DPB, PHB oksidasyonu için elektron alıcısı olarak NO3-'yi kullanarak anaerobik bir duruma girer. Enerji üretmek ve indirgeme gücü (nikotinamid adenin dinükleotid (NADH)) sağlamak için PHB'nin bozunmasını kullanır ve protonları uzaklaştırmak için elektron taşıma zincirinin taşıyıcısı olarak NADH+H+ kullanır, böylece proton güdümlü bir kuvvet oluşturur. Proton güdümlü bu kuvvet, PO43-'ü vücudun dışından vücuda taşır ve burada ATPazların etkisi altında ATP'yi sentezleyerek fazla PO43-'ü polifosfatlara polimerleştirir. DPB tarafından üretilen ATP Anaerobik koşullar altında elektron taşıma zinciri yoluyla, vücutta polifosfatların ayrışması yoluyla anaerobik koşullar altında üretilen ATP'yi aşar. Bu nedenle, anaerobik koşullar altında emilen fosfor, anaerobik koşullar altında salınan fosfordan daha fazladır. Dolayısıyla DPB, atık sudan aşırı fosfor alımı işlevine sahiptir.
2. Denitrifikasyon ve Fosfor Giderimini Etkileyen Ana Faktörler
2.1 Karbon-/Azot-Oranı
Geleneksel fosfor giderme teorisine göre, anoksik bölgede karbon kaynaklarının veya anaerobik bölgede nitratların varlığı, elektron alıcı nitrat nitrojen veya karbon kaynakları için denitrifikasyon bakterileri ve DPB arasında rekabete yol açar, böylece DPB'nin seçici avantajını azaltır ve fosfor giderme verimliliğini etkiler. Bu, giriş suyunda uygun bir karbon-/nitrojen oranını gerektirir. Ancak Ahn J. ve ark. anaerobik/aerobik (A/O) koşullar altında, karbon kaynaklarının uzun süreli alışmasının ve anaerobik bölgeye giren az miktardaki nitratın DPB zenginleşmesini desteklediğini ve DPB'nin A/O koşulları altında anoksik fosfor alım kapasitesini koruyabildiğini göstermektedir. Mikrobiyolojik açıdan bakıldığında iki açıklama vardır: Birincisi, DPB'nin trikarboksilik asit döngüsü (TCA) yoluyla anaerobik bölgedeki karbon kaynaklarını doğrudan kullanmasıdır; diğeri ise DPB'nin, polihidroksialkanoik asitleri biriktirmek için indirgeme gücü ve enerji elde etmek üzere TCA döngüsü yoluyla anaerobik dönem boyunca karbon kaynaklarını oksitlemesi ve aerobik dönem boyunca hayatta kalmasıdır. Bu bağlamda DPB'nin fizyolojik özelliklerine ilişkin başka bir rapor yayınlanmamıştır.
2.2 Nitrat Dozaj Yöntemleri
Anoksik bölgeye nitrat eklemenin iki yöntemi vardır: anlık ekleme ve sürekli ekleme. Sürekli ekleme biraz daha etkilidir ve aynı zamanda nitrit birikimini de önler. Sürekli ekleme süresinin fosfor alım hızı üzerindeki etkisine ilişkin olarak Zou Hua ve ark. sürekli ekleme süresi 2 saat olduğunda fosfor alım oranının 3,5 saate göre daha yüksek olduğunu gösterdi. Ancak şu anda ilave oranı ile fosfor alım oranı arasındaki spesifik ilişkiye dair herhangi bir rapor bulunmamaktadır. Çin Atıksu Arıtma Mühendisliği Ağı'nda daha fazla teknik belge bulunabilir.
2.3 SRT
DPB, A/A koşulları altında A/O koşullarına göre daha yavaş büyür. Çok kısa bir SRT, reaktördeki DPB'nin ortadan kaldırılmasına neden olurken, çok uzun bir SRT, çamurun yaşlanmasına ve fosfor içeriğinin azalmasına neden olacaktır. Merzouki M., SBR denitrifikasyon fosfor giderme sisteminin fosfor giderme verimliliğinin, SRT 15 gün olduğunda, 7,5 gün olduğu zamana göre 1,8 kat daha yüksek olduğunu bildirdi. Fosfor ve nitrojen giderimi için kullanılan granüler çamur proseslerinde çamurun yapısı, daha zengin ve daha entegre biyolojik topluluk nedeniyle karmaşıktır. DPB'nin, polifosfat-biriktiren bakterilerin ve nitrifikasyon bakterilerinin çamur yaşı boyunca nasıl dengeleneceği belirsizliğini koruyor.
2.4 nitrit
Günümüzde nitritin fosfor alımını engelleyip engellemediğine ilişkin iki görüş bulunmaktadır ve bu görüşler farklı araştırma konularına dayanmaktadır. Araştırma konusu olarak denitrifikasyon ve fosfor giderme alıştırmasına tabi tutulmamış çamur kullanıldığında, sonuçlar sürekli olarak kritik seviyeyi aşan nitrit konsantrasyonlarının fosfor alımını engellediğini göstermektedir. Wang Ya-yi ve arkadaşlarının deneyleri. nitrit konsantrasyonu 15 mg/L'yi aştığında fosfor alımının engellendiğini gösterirken, Meinhold J. ve ark. kritik nitrit konsantrasyonunun 5-8 mg/L olduğunu belirtti. Ancak denitrifikasyon ve fosfor giderme işlemine tabi tutulmuş çamurun araştırma konusu olarak kullanılması farklı sonuçlar doğurmaktadır. Hu JY'nin deneyleri, yaygın olarak tanınan polifosfat{13}}biriktiren bakteriler (PAB'ler) ve DPB'ye ek olarak üçüncü bir PPB grubunun da mevcut olduğunu gösterdi. Bu PPB'ler nitriti fosfor alımı için elektron alıcısı olarak kullanabilir. Ayrıca deneyler, başlangıçtaki nitrit konsantrasyonu 115 mg/L'den az olduğunda fosfor alımında önemli bir inhibisyonun olmadığını gösterdi. Evsel atıksu arıtma tesislerindeki nitrit konsantrasyonu bu kritik konsantrasyonun çok altındadır, dolayısıyla biyolojik fosfor giderimini olumsuz etkilemeyecektir. Sıcaklık (DPB özellikle sıcaklığa, özellikle düşük sıcaklıklara karşı hassastır) ve katyonlar (Mg2+ ve K+) gibi diğer birçok faktör denitrifikasyon fosfor giderimini etkiler. Şu anda bu yönler üzerine çok az araştırma bulunmaktadır ve çeşitli faktörler arasındaki etkileşimler araştırmanın zorluğunu arttırmaktadır.
3. Denitrifikasyon Fosfor Gideriminin Gerçekleştirilmesinde Yeni Yaklaşımlar
Geleneksel tipik denitrifikasyon fosfor giderme işlemleri şunları içerir: ① Anaerobik/Anoksik ve Nitrifikasyon (A2N) Süreci. Bu işlem, nitrifikasyon bakterileri ve DPB'nin farklı çamur sistemlerinde ayrı ayrı yetiştirildiği ve nitrifikasyon bakterilerinin DPB'den tamamen ayrıldığı ikili bir-çamur denitrifikasyon fosfor giderme işlemidir. A2N işlemi, düşük karbon ve nitrojen oranlarına sahip durumlar için en uygunudur. ② Dephanox Süreci. Girişteki karbon ve nitrojen içeriği yüksek olduğunda, A2N prosesinde anoksik tanktan sonra bir havalandırma tankının eklenmesi gerekir, böylece DEPHANOX prosesi oluşturulur.
③BCFS süreci. Bu süreç değiştirilmiş bir UCT sürecidir. UCT sürecinin tasarım ilkesi, polifosfat-biriktiren bakterilerin gerektirdiği çevre koşullarının mühendislikle iyileştirilmesine dayanırken, BCFS'nin geliştirilmesi, süreç perspektifinden DPB için zenginleştirme koşulları yaratmaktır. Son zamanlarda denitrifikasyon fosfor giderme teknolojisinin uygulanmasına ilişkin araştırmalarda bir atılım yaşandı. Atık su arıtımına ihtiyaç duyan birimler, Atık Su Hazinesi proje hizmet platformu üzerinden benzer atık su arıtma tecrübesine sahip firmalara da danışabilmektedir.
3.1 AOA-SBR yöntemi
Anaerobik/anoksik/aerobik (A2O) işlemi, nitrojen ve fosfor gideriminin yaygın bir şeklidir. Esas olarak polifosfat-biriktiren bakterilerin, nitrifikasyon bakterilerinin ve nitrifikasyon bakterilerinin metabolizması yoluyla çalışır. Bu nedenle bu proseste nitrat ve nitrit içeren sıvıların sirkülasyonu esastır. Tsuneda S. ve ark. anoksik koşullar altında ve bir karbon kaynağı olmadan aynı anda nitrojen ve fosforu gidermek için DPB'nin (difosfat polifosfat) karakteristiğini tamamen kullanan SBR'de (Kendi-Biyokimyasal Reaktör) bir anaerobik/aerobik/anoksik (AOA) işlemi önerdi. Bu, anoksik bölümde karbon kaynağı olmadan denitrifikasyonun gerçekleşmesine olanak tanır, aerobik ve anoksik tanklar arasındaki sirkülasyon ihtiyacını ortadan kaldırır, böylece tek bir SBR'de eşzamanlı nitrojen ve fosfor giderimi sağlanır. Deneyler ayrıca, karbon-nitrojen oranı 10'un altında olan ve ortalama nitrojen ve fosfor giderme oranları sırasıyla %83 ve %92 olan sentetik atık suyu arıtıldığında, bu işlemin mükemmel nitrojen ve fosfor giderme etkileri elde edebildiğini göstermiştir. Bu işlem sadece DPB'yi zenginleştirmekle kalmaz, aynı zamanda DPB'nin fosfor ve nitrojen gideriminde önemli bir rol oynamasını sağlar. Deneysel sonuçlar, DPB'nin, AOA-SBR işleminde polifosfat-biriktiren bakterilerin %44'ünü oluşturduğunu göstermektedir; bu, geleneksel A/O-SBR (%13) ve A2O işlemlerinden (%21) önemli ölçüde daha yüksektir.
AOA-SBR işleminin iki temel özelliği vardır: ① Aerobik fosfor alımını engellemek için aerobik fazın başlangıcına uygun miktarda karbon kaynağı eklenir. Bu deneyde aerobik faz sırasında eklenen optimum karbon kaynağı miktarı 40 mg/L idi.
② Bu süreçte nitrit, fosfor alımı için elektron alıcısı görevi görebilir.
3.2 Granül Çamur Prosesi
Azot ve fosfor giderimi için granül çamur şu anda hala araştırma aşamasındadır. Geleneksel çamur prosesleriyle karşılaştırıldığında aerobik granüler çamur daha iyi çökelme performansına, daha yüksek biyokütle konsantrasyonuna ve daha düşük çamur nem içeriğine sahiptir. Granül çamurun uygulanmasıyla, geleneksel çamurda mevcut olan problemlerin (çamurun birikmesi, arıtma yapılarının geniş kaplama alanı ve durultuculardan ikincil fosfor salınımı gibi) üstesinden gelinebilir. Dulekgurgen E. ve arkadaşlarının deneyleri. granüler çamurun sırasıyla %95, %99,6 ve %71 KOİ, fosfor ve nitrojen giderim oranlarıyla stabil bir biyokütleye sahip olduğunu gösterdi. Yurtiçi araştırma sonuçları bu bulgularla tutarlıdır ve aerobik granüler çamur, denitrifikasyon ve fosfor giderme özelliklerine sahiptir. Granüler çamurun benzersiz yapısı ve oksijen difüzyon gradyanının varlığı nedeniyle, polifosfat{10}}biriktiren bakterilerin, nitrifikasyon bakterilerinin ve DPB'nin bir arada bulunması için bir ortam sağlar. Granül çamurda büyük miktarlarda DPB ve nitrifikasyon bakterileri birikir; Yang Guojing ve arkadaşlarının deneyleri. DPB'nin, granüler çamurda biriken tüm polifosfat-bakterilerinin %73,1'ini oluşturduğunu gösterdi. Granül çamurun yetiştirilmesi sıradan çamurun yetiştirilmesine göre daha zordur ve etkileyen faktörler nispeten karmaşıktır.
Sıradan çamur denitrifikasyonu ve fosfor gideriminde ortak olan etkileyici faktörlere ek olarak, granüler çamurun kendine özgü etkileyici faktörleri vardır: ① ÇO konsantrasyonu ile parçacık boyutu arasındaki etkileşimin, denitrifikasyon ve fosfor giderme verimliliği üzerinde önemli bir etkisi vardır. Parçacık boyutu çok küçükse, oksijen nüfuzu nispeten güçlü olur, anoksik bölgenin oluşumunu etkiler, denitrifikasyonun ve fosfor gideriminin gerçekleştirilememesine yol açar.
② Uygun bir nitrojen---fosfor oranının korunması, çamur granülasyonu ve fosfor giderme kapasitesi açısından çok önemlidir. Azot-/-fosfor oranı 2,36'dan 4,0'a yükseldiğinde, fosfor giderme oranı %85,0'dan %54,1'e düşer. ③ Lin Y-M ve ark.'nın deneyleri. parçacık boyutu ile fosforun-karbon-kütle oranı arasında yakın bir ilişki olduğunu gösterdi. Fosforun-karbon-kütle oranının yüksek olması, daha kompakt bir yapıya sahip daha küçük parçacıklar oluşmasına neden olabilir, böylece SVI azaltılır ve polifosfat-biriktiren bakterilerin birikmesi teşvik edilir.
3.3 Dahili Sirkülasyon Hava İkmal Sıralaması Toplu Biyofilm Prosesi
Dahili sirkülasyonlu hava taşımalı sıralama toplu biyofilm işlemi (SBBR), esas olarak entegre fosfor ve nitrojen giderimi için tasarlanmıştır. Zhang ZY ve ark. dahili sirkülasyonlu hava taşımalı SBBR'nin stabil nitrojen ve fosfor giderim oranlarına ulaştığını gösterdi. Optimum paketleme yoğunluğu ve organik yük altında COD, N ve P giderim oranları sırasıyla %95,3±%3,3, %94,6±%4,1 ve %73,1±%8,3'tür. Reaktör, bir aerobik bölge ve bir geri akış bölgesi-bölmesiyle iki bölgeye ayrılmıştır. Nitrifikasyon bakterileri ve aerobik polifosfat-biriktiren bakteriler esas olarak aerobik bölgede bulunurken DPB, geri akış bölgesinde bulunur. Anaerobik dönem sırasında geri akış bölgesindeki DPB ve aerobik bölgede polifosfat{16}}biriktiren bakteriler organik substratı emer; Aerobik/anoksik dönem sırasında, aerobik bölgedeki nitrifikasyon bakterileri, DPB fosfor alımı için elektron alıcıları sağlamak üzere NO3- ve NO2- üretir, böylece nitrojen ve fosforu giderir. Çamurun uzaklaştırılması, fosfor giderimini etkileyen çok önemli bir faktördür ve bu, elyaf dolgusunun yoğunluğunun ayarlanmasıyla elde edilebilir. Geleneksel SBBR'ler, esas olarak biyofilm içindeki nitrifikasyon bakterileri ve heterotrofik bakteriler arasındaki oksijen ve besin rekabeti nedeniyle zayıf nitrojen ve fosfor giderim verimliliğine sahiptir. Geleneksel SBBR'lerle karşılaştırıldığında, dahili sirkülasyonlu hava taşımacılığı SBBR bu rekabetin önüne geçer; Geleneksel aktif çamur prosesleriyle karşılaştırıldığında bu reaktör enerji ve yatırım tasarrufu sağlar.
4. Görünüm
Denitrifikasyon fosfor giderme teknolojisinin hem yurt içinde hem de yurt dışında araştırılmasında ön sonuçlara ulaşılmış ve teknoloji, temel araştırmadan mühendislik uygulamasına doğru ilerlemiştir. Şu anda, denitrifikasyon fosfor giderme sistemlerindeki mikrobiyal topluluk yapısı ve işlevi hakkındaki anlayışımız hala sınırlıdır. Mikrobiyal topluluk yapısı farklı sistemler arasında önemli ölçüde farklılık gösterir ve aynı sistem içindeki mikrobiyal topluluk da oldukça karmaşıktır. Moleküler biyoloji teknikleri, mikrobiyal topluluk dinamiklerini izlemek ve fonksiyonel grupları tanımlamak için kullanılabilir; mikrobiyal topluluk yapısı ile işlevi arasındaki ilişkiyi ortaya çıkarır ve böylece biyolojik arıtma mühendisliğinin daha iyi kontrol edilmesini sağlar. Biyolojik fosfor gideriminde kullanılan moleküler biyoloji teknikleri arasında polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), kısıtlama fragman uzunluğu polimorfizmi (RFLP) ve oligonükleotid prob teknikleri yer alır. Araştırmalar genellikle polifosfat-biriktiren bakterilerin (PAB'lerin) -Proteobakterilerin Rhodocyclus ve Dechlorimonas gruplarından olduğunu kabul etmektedir. Satoshi T. ve diğerleri. polifosfat{10}}biriktiren bakterilerin (DPB'ler) özelliklerini incelemek için RFLP'yi kullandı ve DPB'lerin Rhodocyclus grubundan Thaurera mechrnichensis ve Azoarcus tolulyticus olduğunu gösterdi. Denitrifikasyon fosfor giderme sistemlerinin mikrobiyolojisini ve mühendisliğini yakından entegre etmemiz gerekiyor. Mikrobiyal tespit ve ekolojik çalışmalar yoluyla, sistemdeki DPB'lerin miktarını ve topluluk yapısını analiz edip belirleyebilir, işletme parametrelerinin PPB'lerin, nitrifikasyon bakterilerinin ve DPB'lerin özelliklerini, popülasyon yoğunluğu dağılımını ve mekansal dağılımını nasıl etkilediğini anlayabilir, böylece denitrifikasyon fosfor giderme sistemlerinin yapay olarak geliştirilmesini sağlayabilir, arıtma süreçlerini optimize edebilir ve yeni teknolojilerin geliştirilmesini ve uygulanmasını güçlendirebiliriz.