MBBR의 질소 및 망간 동시 제거에 대한 pH의 영향
MBBR 성능에 대한 pH의 영향
pH는 미생물 활동과 생화학적 반응 속도에 직접적인 영향을 미쳐 이동층 생물막 반응기(MBBR)의 효율성에 중요한 역할을 합니다. 주요 환경 요인인 pH 변화는 다음에 영향을 미칩니다.
- 생물막 커뮤니티 구조- pH의 변화는 질산화/탈질화 박테리아와 망간-산화 미생물의 우세를 변화시킵니다.
- 효소 활성- 최적의 pH 범위는 아질산염 산화환원효소(pH 7~8)와 망간산화효소(pH 6~7)의 성능을 좌우합니다.
- 산화환원 반응 동역학- pH는 Mn²⁺/Mn⁴⁺ 변환과 질소 전환 경로 사이의 평형을 결정합니다.
- 강수량 잠재력 - Higher pH (>8) Mn²⁺ 산화 및 인산염 침전을 촉진하는 반면, 산성 조건(pH<6) may inhibit these processes.
이 시스템은 특정 pH 수준에서 다양한 오염 물질에 대한 최적의 제거 효율이 발생하지만 특정 미생물 집단이 넓은 pH 범위(5-9)에서 기능을 유지하는 놀라운 적응성을 보여줍니다.
다양한 pH 조건에서의 MBBR 성능
최근 중국 대학에서 실시한 연구에서는 다양한 pH 조건(pH 5{3}}9)과 유입수 Mn²⁺ 농도 10mg·L⁻1의 조건에서 이동층 생물막 반응기(MBBR) 시스템의 성능을 조사했습니다. 운영 단계 IV 동안 NH₄⁺-N, TN, TP, COD, Mn²⁺, NO2⁻-N 및 NO₃⁻-N의 유입 및 유출 농도는 아래에 요약되어 있습니다.
(1)NH₄⁺-N 제거 효율
The MBBR demonstrated consistently high NH₄⁺-N removal across all pH levels, with average efficiencies of 96.22% (pH 5), 98.89% (pH 6), 98.70% (pH 7), 98.65% (pH 8), and 96.69% (pH 9). These results indicate robust nitrification performance (>96% 효율성) pH 변화에 관계없이. 제거 효율은 초기에 pH 5에서 6(98.89%로 최고) 증가한 후 더 높은 pH 수준에서 점차 감소했지만, NH₄⁺-N 제거에 대한 pH의 전반적인 영향은 미미했습니다. 이는 생물막 내의 질화 박테리아가 pH 변동에 대한 강한 적응성을 시사합니다.
(2)TN 제거 효율
총 질소 제거는 상당한 pH 의존성을 나타냈습니다.
- pH 5: 40.13%
- pH 6: 42.66%
- pH 7: 49.20%
- pH 8: 52.74%
- pH 9:69.79%(최고 성능)
pH 5에서 9로의 29.66% 개선은 알칼리성 조건에서 향상된 탈질 미생물 활동을 강조합니다.
(3)COD 제거 효율
COD 제거는 종-모양의 곡선을 따릅니다.
- 최적의 중성 pH: pH 7에서 94.27%
- 극단적인 감소:
- pH 5: 90.85%
- pH 9: 53.81%
The sharp drop at pH>도 7은 알칼리성 환경에서 종속영양세균의 억제를 시사한다.
(4)Mn²⁺ 제거 효율
Mn²⁺ 제거는 중성에 가까운 pH에서-가장 효율적이었습니다.
- pH 6: 95.74% (Mn²⁺→MnOx 산화에 최적)
- pH 5/9: <60% efficiency
이는 망간-산화 미생물 활동 추세와 관련이 있습니다.
(5)TP 제거 효율
인 제거는 pH에 따라 선형적으로 향상되었습니다.
- pH 5: 20.70% → pH 9:51.76%
가장 낮은 유출수 TP(pH 9에서 2.80mg/L)는 알칼리성{2}}선호 PAO 활동을 나타냅니다.
(6)NO₃⁻-N & NO²⁻-N 역학
- NO₃⁻-pH 9에서 N 최소화: 5.89 mg/L (pH 5에서 . 11.63 mg/L 대비)
- 모든 단계에서 안정적인 NO2⁻-N 축적(0.16~0.19mg/L)
이는 알칼리성 pH에서 시너지적인 질산화-탈질화를 확인합니다.
결론
유입수 Mn²⁺ 농도 10 mg·L⁻1 조건에서 이 연구에서는 다양한 pH 수준이 폐수 처리의 MBBR 성능에 미치는 영향을 추가로 조사했습니다. 결과는 유입수 pH가 9로 증가했을 때 NH₄⁺-N, TN 및 TP의 평균 제거 효율이96.69%, 69.79%, 51.76%, 각각. Phase I(pH 5)에 비해 TN과 TP의 제거 효율은 다음과 같이 크게 증가했습니다.29.66% 및 31.06%, 각각.
주요 결과
1. pH 9에서 최적의 성능
- 가장 높은 N&P 제거율: MBBR이 최고의 성능을 발휘했습니다.탈질 및 인 제거최소의 NO₃⁻-N 생성과 거의-완전한 NH₄⁺-N 전환으로 알칼리성 조건(pH 9)에서 성능을 발휘합니다.
- 향상된 미생물 활동:유효 총 표면적(ETSA)생물막의 pH(7-9)에 비례하여 증가하여 pH 9에서 최고조에 이르렀으며 이는 알칼리성 조건에서 우수한 대사 활성을 나타냅니다. 이는 유리 수산화물 이온(OH⁻)이 풍부하기 때문일 가능성이 높습니다.동시 질산화-탈질화(SND) 효율성.
2. Mn²⁺ 제거 메커니즘
- 세포외 흡착 우세: 모든 단계(I-V)에 걸쳐,Mn²⁺ 제거율 75%생물막 미생물에 의한 세포외 흡착을 통해 달성되었습니다.
3. 미생물 군집 역학
- 알칼리성-선호되는 탈질제: Comamonas 및 Hyphomicrobium과 같은 주요 탈질 속은 높은 pH 수준에서 상대적 풍부도가 증가하여 알칼리성 환경에 대한 적응을 확인했습니다.
- Comamonas aquatica LNL3은 NH₄⁺-N → NO²⁻-N 및 NH₄⁺-N → N²를 모두 전환하는 탁월한 대사 다양성을 보여주었습니다.
- pH 9에서 향상된 생물 다양성: 고유 OTU(운영 분류 단위)가 다음에서 증가했습니다.2(pH 5) ~ 13(pH 9), 알칼리성 조건에서 더 큰 미생물 풍부도를 반영합니다.
4. 기능적 의미
- 시너지 효과가 있는 영양소 제거: 알칼리성 pH(9)로 활성을 촉진합니다.폴리인산염-축적 유기체(PAO)그리고탈질세균(예: Acinetobacter), 동시 N-P 제거를 최적화합니다.
- 공정 안정성: The MBBR maintained robust Mn²⁺ adsorption (>75%) pH 변화와 관계없이 시스템 탄력성을 강조합니다.
실질적인 의미
- 권장 작동 pH: 8.5–9.0Mn²⁺-수정된 MBBR 시스템에서 최대 TN/TP 제거를 위해.
- 미생물 관리: Comamonas 또는 Hyphomicrobium 균주를 이용한 생물학적 강화는 알칼리 반응기의 탈질작용을 더욱 향상시킬 수 있습니다.