מחקר על ביצועי הסרת חנקן של MBBR עבור Quasi-IV שדרוג של מתקני טיהור שפכים בדרום מערב סין במהלך החורף

מחקר על ביצועי הסרת חנקן של MBBR עבור Quasi-IV שדרוג של מפעל לטיהור שפכים בדרום מערב סין במהלך החורף

האזור הדרום-מערבי של סין הוא עצום, עם הבדלים משמעותיים באקלים ובתנאים גיאולוגיים. המקורות הרחבים לאיכות שפכים מובילים לתנודות גדולות באיכות המים. למרות שאזור זה ממוקם בדרום, בשל הגובה והשטח הכללי, טמפרטורת השפכים יכולה לרדת מתחת ל-10 מעלות בעונת החורף הקרה. בשילוב עם השטח המורכב של האזור, עם הרים שזורים ועמקים עמוקים, גבעות ומישורים, והפרשי טמפרטורות גדולים בין יום ללילה, ניכרת גם השינוי היומי של טמפרטורת השפכים. מאפייני ההשפעה המורכבים וטמפרטורת המים הנמוכה מדי בחורף מטילים דרישות גבוהות יותר לתכנון ותפעול של מתקני טיהור שפכים באזור זה. על רקע השדרוג והבנייה מחדש של מתקני טיהור שפכים ביתיים, חשוב עוד יותר לבחור תהליך טיפול מתאים לשדרוג במפעלים דרום-מערביים כדי להבטיח עמידה יציבה בעונת הטמפרטורות-הנמוכות.

תהליך Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR), על ידי הוספת נשאים מרחפים באזור קבוע, משפר את העשרה של חיידקים פונקציונליים ומשפר עמידות-לטמפרטורות נמוכות. נעשה בו שימוש נרחב בשדרוג פרויקטים של מתקני טיהור שפכים. נכון לעכשיו, קנה המידה של תהליך ה-MBBR בסין עלה על 2.5×10⁷ m³·d⁻¹, ו-MBBR נכלל כ"תהליך בשימוש נרחב ובטוח ואמין" ב"תקן לתכנון ניקוז חיצוני" המתוקן לאחרונה (GB 50014-2021). היישום הנרחב של התהליך גם קידם מחקר{10}}מעקב מהיר. מוקדי מחקר על תהליך MBBR מתמקדים בעיקר בניתוח תכנון תהליכים, מחקר מנגנוני מעבדה ומעקב אחר אפקטים הנדסיים. המסקנות הרלוונטיות כוללות בעיקר MBBR המשפר את היעילות הביוכימית, ביופילם המשפר את עמידות ההשפעה ושיפור עמידות-לטמפרטורות נמוכות, MBBR המשפר את העשרת החיידקים הפונקציונליים, וביופילם SND המשפר את הסרת החנקן. לדוגמה, Huang Qing et al. מצא כי לאחר שדרוג בתהליך MBBR, עמידות הפגיעה של המתקן לטיפול בשפכים השתפרה באופן משמעותי, והקולחים עדיין יכולים לעמוד בתקנים ביציבות גם תחת חריגה ארוכת טווח של BOD ו-TN. ליו צ'יאנג ואחרים. מצא שתהליך MBBR שיפר משמעותית את יכולת הטיפול של המפעל בטמפרטורות נמוכות, והקולחים יכולים לעמוד ביציבות בתקני התכנון בטמפרטורות נמוכות של 9-11 מעלות. Luan Zhixiang et al. מצא כי לאחר שדרוג מתקן טיהור שפכים צפוני בתהליך MBBR, אזור MBBR האירובי יכול להסיר 20.12% מ-TN דרך SND של מובילים תלויים. האן וונג'י ועוד. השוו חמישה מכוני טיהור שפכים עירוניים עם תהליכי MBBR היברידיים באזור הדלתא של נהר היאנגצה תחת טמפרטורות חורף נמוכות ומצאו שתוספת של נשאים מרחפים הגדילה משמעותית את הביומסה של החיידקים המחנקים במערכת, כאשר הנשאים המרחפים מעשירים 86.12%-95.36% מהחיידקים המחנקים. עם זאת, למחקר הקיים עדיין יש מגבלות מסוימות. לדוגמה, מספר רב של מחקרים מפרידים בין תכנון MBBR לביצועים תפעוליים, ללא אימות השוואתי של תכנון וביצועים עבור אותו פרויקט. לגבי עמידות ההשפעה של MBBR, רק מסקנות "איכותיות אך לא כמותיות" זמינות, ללא הסקה כמותית של עומס הסובלנות המקסימלי. לגבי תופעת ה-SND, היא רק "ניתנת למדידה אך לא ניתנת לשליטה", חסרה אימות ישיר של מקור הסרת החנקן באמצעות ניסויי מאקרו מתוכננים, וגם לא הצעות פעולה רציונליות מנקודת המבט של בקרה הנדסית.

בהתבסס על מגבלות המחקר הקיים, מחקר זה לוקח את השדרוג של מפעל טיהור שפכים CASS בדרום מערב סין כדוגמה כדי להסביר את עקרונות התכנון וההיגיון של תהליך MBBR. בשילוב עם ביצועי המערכת בפועל בתנאי החורף הלא נוחים ביותר, נותחה הרציונליות של עיצוב MBBR. פוטנציאל הטיפול של המערכת נותח באופן כמותי באמצעות שינויים באיכות המים לאורך המיכל הביולוגי ובדיקות מעבדה- גבוהות במעבדה. בדיקת מעבדת דניטריפיקציה באמצעות ביופילם אירובי תוכננה כדי לוודא ישירות את מקור תופעת ה-SND במערכת MBBR ההיברידית. נחקרה ההשפעה של פרמטרי הפעלה הנדסיים על השפעת ה-SND של מערכת MBBR, ובשילוב עם התאמת נתונים, הוצעו הצעות פעולת אופטימיזציה עבור SND. ההבדלים בהתפלגות הקהילה המיקרוביאלית בין בוצה לביופילם נותחו מנקודת מבט של הרכב החיידקים, וגורמי ההשפעה המיקרוסקופיים של SND נותחו מהסוגים והשפע היחסי של חיידקים אירוביים דניטריפייתיים. יש לקוות שמחקר זה יכול לספק התייחסות לתכנון תהליך MBBR של מתקני טיהור שפכים דומים אחרים, לספק נתונים בסיסיים לפעולה יציבה של מפעלי MBBR, ולספק הצעות תפעול לביצועים יעילים של SND במערכות MBBR.

1 חומרים ושיטות

1.1 סקירת פרויקט

מפעל טיהור שפכים בדרום מערב סין, עם קיבולת עיצוב של 1×10⁵ m³·d⁻¹, הקולחים נדרשו לעמוד בתקן Class A של "תקן הזרמה של מזהמים למפעל לטיהור שפכים עירוני" (GB 18918-2002). עקב הגבלות שימוש בקרקע במהלך הבנייה המוקדמת, אומץ תהליך CASS ללא מיכלי שיקוע משניים מסורתיים. עם זאת, במהלך ההפעלה, התרחשו בעיות כגון ניטריפיקציה מספקת בטמפרטורות חורף נמוכות, כושר יישוב לקוי של בוצה וירידה ביעילות הטיפול. בשנת 2019 שודרג המפעל לסטנדרטים מעין Class IV. השדרוג היה צריך לשקול הן את העלייה בריכוז החנקן המשפיע והן את השיפור בתקני הקולחים. השפעת העיצוב ואיכות הקולחים לפני ואחרי השחזור מוצגות בטבלה 1. על בסיס שעומסי ה-NH₃-N וה-TN המשפיעים עלו ב-66.67% ו-62.16% בהתאמה, היה צורך לשדרג את הפחמן, החנקן, הזרחן וכו' הקולחים מ-Class A של GB 18918-2002 של "Envirace Water Standard" ל-"Envirace Water Standard" (Class IV) 3838-2002), המקבילה להגדלת עומסי הניטריפיקציה והדניטריפיקציה ב-127.27% ו-94%, בהתאמה. פרויקט זה אימץ את תהליך Bardenpho-MBBR, והמיר את מיכל CASS המקורי למיכל ביולוגי ולמיכל שיקוע.

לאחר בנייה מחדש, להסרת חנקן, בוצה פעילה המשיכה לשחק את התפקיד הראשי. זמן החזקת הדניטריפיקציה של מיכל CASS המקורי הוארך מ-3.78 שעות ל-6.35 שעות, והעומס הנפחי של הבוצה הפעילה גדל מ-0.140 ל-0.189 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹. כדי לשפר את הניטריפיקציה של בוצה פעילה, הוגדרו אזורים טרום-אנוקסיים ופוסט-אוקססיים עם זמני שמירה של 4.23 שעות ו-2.12 שעות, בהתאמה. האזור שלאחר-הנוקסים השתמש בתוספת מקור פחמן חיצוני כדי לשפר את הדניטריפיקציה כדי לפתור את הבעיה של מקור פחמן לא מספיק במים הגולמיים. עבור ניטריפיקציה, זמן החזקת הניטריפיקציה של מיכל ה-CASS המקורי הופחת מ-7.55 שעות ל-4.23 שעות, בעוד שעומס הניטריפיקציה היה צריך להיות מוגדל מאוד מ-0.079 ל-0.275 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹. כדי לשפר את אפקט הניטריפיקציה, נוספו נשאים מרחפים באזור האירובי ליצירת אזור MBBR אירובי. הנשאים שבהם נעשה שימוש היו מסוג SPR-III, בקוטר של (25±0.5) מ"מ ועובי של (10±1) מ"מ. לאחר הצמדת הביופילם, הצפיפות הייתה קרובה לזו של מים, ושטח הפנים הספציפי האפקטיבי היה גדול מ-800 מ"ר·מ⁻³, ועומד בתקן התעשייה "נשא פוליאתילן תלוי בצפיפות גבוהה לטיפול במים" (CJ/T461-2014). הביופילם על הנשאים התלויים נראה אפור כהה לאחר ההצמדה (איור 1). אזור MBBR השתמש רק באוורור מחורר כדי לספק גזירה הידראולית, השולטת בעובי הביופילם ב-(208.82±37.57) מיקרומטר, מה שמספק תנאים טובים להעברת מסה והעברת חמצן.

1.2 קביעת סילוק חנקן במיכל הביולוגי

כדי להבין את מסלול סילוק החנקן בכל אזור תפקודי של המיכל הביולוגי בטמפרטורות חורף נמוכות לאחר שחזור, איכות המים לאורך המיכל הביולוגי נוטרה מדי יום מ-15 בדצמבר 2020 ועד 22 בדצמבר 2020. במהלך תקופה זו, טמפרטורת המים במיכל הביולוגי הייתה 9.5-10.2 מעלות. הדגימות כללו את השפעת המיכל הביולוגי, שפכי האזור האנאירובי, שפכי האזור האנוקסי, שפכי אזור MBBR, קולחין של האזור האנוקסי הפוסט-, שפכי האזור האירובי הפוסט- ושפכי מיכל השפכים. דגימות נלקחו כל 2-3 שעות. לאחר האיסוף, הדגימות טופלו מראש באופן מיידי. לאחר שקיעה, הסופרנטנט נאסף, ושלוש דגימות עורבבו בכמויות שוות כדי לקבוע NH₃-N, NO₃-N, TN ו-COD, תוך אימות מסלול הסרת המזהמים ועומס הניטריפיקציה/דניטריפיקציה של כל אזור תפקודי.

1.3 קביעת פוטנציאל הניטריפיקציה של מערכת MBBR ושיעור התרומה של ספקים מושעים

כדי לוודא את עומס הסבילות המקסימלי של מערכת MBBR הקיימת, נערכה בדיקת מעבדת ניטריפיקציה ב-27 וב-28 בפברואר 2021. נשאים מרחפים ובוצה פעילה מהאזור האירובי של המפעל נאספו מדי יום כדי לדמות את עמידות הפגיעה של מערכת MBBR כאשר עומס ההשפעה גדל בחורף. בדיקת המעבדה דימה את ההשפעה האמיתית של אזור MBBR לאורך נתיב הזרימה. נעשה שימוש בסופרנטנט של שפכי האזור האנוקסי לאחר שיקוע, ו-NH₃-N ובסיסיות הוספו על ידי הוספת אמוניום כלוריד ונתרן ביקרבונט כחומר ההשפעה לבדיקה. מכשיר בדיקת הניטריפיקציה מוצג באיור 2. מערכות ביולוגיות-טהורות, בוצה-טהורה ומערכות היברידיות הוקמו ברצף. ריכוז הבוצה ויחס מילוי הנשא תאמו את התנאים בפועל של המיכל הביולוגי. כדי לנצל במלואו את פוטנציאל הניטריפיקציה של מערכת MBBR ולשפר את העברת המסה והעברת החמצן, ריכוז ה-NH₃-N המושפע מכ-10 mg·L⁻¹ לאורך נתיב הזרימה לכ-25 mg·L⁻¹, וה-DO הוגדל מ-2-4 mg·L⁻¹ לאורך נתיב הזרימה לכ. במהלך הבדיקה, טמפרטורת המים הייתה 9.7-10.4 מעלות. משאבות אוורור ויצרני גלים שימשו לשמירה על חמצון המערכת והנזלת הנשא. דגימות נלקחו כל 30 דקות וטופלו מראש כדי לקבוע את השינוי בריכוז חנקן אמוניה. על פי השיטות המדווחות, שיטת חישוב עומס הביופילם במערכת MBBR ההיברידית מוצגת במשוואות (1) ו-(2).

היכן: N₂ הוא העומס הנפחי של הניטריפיקציה של הביופילם במערכת ההיברידית, kg·(m³·d)⁻¹; N₁ הוא העומס הנפחי הכולל של הניטריפיקציה של המערכת ההיברידית MBBR, kg·(m³·d)⁻¹; N₃ הוא העומס הנפחי של הניטריפיקציה של הבוצה הפעילה, kg·(m³·d)⁻¹; η הוא שיעור תרומת הניטריפיקציה של הנשאים המושעים, %.

1.4 אימות וניתוח בקרת אופטימיזציה של SND במערכת MBBR

עבור תופעת הניטריפיקציה והדניטריפיקציה הסימולטנית (SND) במערכת MBBR, לאימות ישירה של מקור אפקט ה-SND, נערכה בדיקת מעבדת דניטריפיקציה באמצעות ביופילם MBBR טהור ב-28 בפברואר 2021. נאספו נשאים מרחפים מהאזור האירובי. יחס מילוי המנשא היה עקבי עם התנאים בפועל של המיכל הביולוגי. ההשפעה לבדיקה הוכנה על ידי הוספת אשלגן חנקתי למים הגולמיים של הצמח. דגימות נלקחו כל 20 דקות וטופלו מראש כדי לקבוע את ריכוז החנקן החנקתי.

החל מ-1 בדצמבר 2020 ועד 28 בפברואר 2021, עוקבים מדי יום לאורך כל החורף אחר איכות המים ופרמטרי ההפעלה של אזור MBBR לאחר שיקום. הדגימות כללו שפכים של האזור האנוקסי ושפכים של אזור MBBR. דגימות נלקחו כל 2-3 שעות. לאחר האיסוף, הדגימות טופלו מראש באופן מיידי. לאחר שקיעה, הסופרנטנט נאסף ושלוש דגימות ערבבו בכמויות שוות כדי לקבוע TN, NH₃-N, NO₃-N ו-COD. במקביל, נמדדה רמת ה-DO באזור MBBR האירובי. הנתונים הנמדדים עברו ניתוח רכיבים ראשוניים (PCA) כדי לאמת את פרמטרי התגובה העיקריים המשפיעים על אפקט SND באזור האירובי. פרמטרי הבקרה האופטימליים נקבעו באמצעות ניתוח התאמה כדי לספק בסיס לבקרת{15}}הגדלה של SND.

1.5 רצף תפוקה- גבוה של מיקרואורגניזמים במפעל לטיהור שפכים

כדי לנתח את ההבדלים בין שלבי הבוצה והביופילם במערכת MBBR במונחים של מגוון מיקרוביאלי, מינים דומיננטיים ויעילות העשרת חיידקים פונקציונליים, ולאימות מיקרוסקופית של מקור ה-SND, נאספו בוצה פעילה ונושאים מרחפים ממערכת MBBR ב-28 בפברואר 2021, עם סט אחד של דגימות{2} מקבילות. אמפליקוני 16S rDNA. בשלב זה, המערכת חוותה את כל החורף, והרכב הקהילה המיקרוביאלית יכול לשקף טוב יותר את המצב בפועל בתנאי טמפרטורה-נמוכים. השיטות הספציפיות לקביעה וניתוח של תפוקה גבוהה- מתייחסות לספרות שדווחה בעבר.

1.6 שיטות קונבנציונליות לקביעת איכות מים

כל הפרמטרים של איכות המים המעורבים במחקר זה נקבעו בשיטות סטנדרטיות. COD נקבע בשיטת הסטנדרט הלאומי; NH₃-N נקבע על ידי השיטה הספקטרופוטומטרית של ריאגנטים של Nessler; NO₃-N נקבע בשיטה הספקטרופוטומטרית האולטרה סגולה; TN נקבע על ידי עיכול אלקליין אשלגן פרסולפט -שיטה ספקטרופוטומטרית UV; TP נקבע על ידי השיטה הספקטרופוטומטרית של אמוניום מוליבדאט; DO וטמפרטורת המים נמדדו באמצעות מד חמצן מומס נייד.

2 תוצאות ודיון

2.1 השפעת הטיפול הכוללת בתנאי טמפרטורה-נמוכים לפני ואחרי שחזור

ראשית, הושווה השפעת הטיפול הכוללת של המערכת בטמפרטורות חורף נמוכות לפני ואחרי שיקום (2018-12-01 עד 2019-02-28, 2020-12-01 עד 2021-02-28). לפני ואחרי השחזור, טמפרטורת המים בחורף נשמרה בעיקרון על 9-13 מעלות. לפני השחזור, זרימת החורף הייתה (9.12±0.58)×10⁴ מ³·d⁻¹, ולאחר שחזור היא עלתה ל- (9.42±0.44)×10⁴ m³·d⁻¹. כפי שמוצג באיור 3(א)-(ד), לאחר שחזור, עומסי ה-COD וה-BOD₅ הממוצעים גדלו ב-16.82% ו-26.97%, בהתאמה, בהשוואה לפני השחזור, אך הקולחים ירדו ל-(20.04±2.38) ו-(4.47±L₻,»,4.47±L₻,», בהתאמה) מ"ג. לאחר השחזור, עומס ה-TP המשפיע הממוצע עלה ב-23.40% בהשוואה לפני השחזור, אך TP הקולחים עדיין יכול להיות נמוך כמו (0.26±0.02) mg·L⁻¹. לאחר שחזור, עומס ה-SS המשפיע היה מעט נמוך מבעבר, אך ה-SS הקולחים ירד ביותר מ-17.51% בהשוואה לקודם, ל- (3.44±1.17) mg·L⁻¹, עם מקסימום של 4.75 mg·L⁻¹ בלבד.

גולת הכותרת של פרויקט זה לאחר הבנייה מחדש הייתה שיפור יכולת הסרת החנקן. לאחר שחזור, עומסי השפעת NH₃-N ו-TN הממוצעים גדלו ב-21.56% ו-19.79%, בהתאמה, בהשוואה לפני השחזור, אך הקולחים ירדו ל-(0.94±0.22) ו-(8.59±0.64) מ"ג·L⁻¹ בהתאמה. ה-NH₃-N המקסימלי של קולחין היה רק ​​1.33 מ"ג·L⁻¹, וה-TN המקסימלי היה רק ​​9.7 מ"ג·L⁻¹. עבור סילוק חנקן, מכיוון שהבוצה פעילה עדיין מילאה את תפקיד הליבה לאחר השחזור, בהתבסס על הארכה משמעותית של זמן השמירה האנוקסית, העומס הנפחי בפועל של הדניטריפיקציה בחורף של המערכת לפני ואחרי השחזור לא השתנה הרבה. עבור ניטריפיקציה, לאחר בנייה מחדש, אפקט הניטריפיקציה הוגבר על ידי הוספת נשאים מרחפים ליצירת מערכת MBBR היברידית לחיזוק הסרת NH₃-N. בהתבסס על ההפחתה המשמעותית של זמן השמירה האירובית, עומס הניטריפיקציה בחורף בפועל עלה מ-0.081 ל-0.182 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹ לאחר השחזור, עלייה של 124.69% בהשוואה לפני השחזור. היישום של תהליך MBBR בפרויקט זה השיג שיפור משמעותי בביצועי הניטריפיקציה.

2.2 ניתוח של ביצועי הסרת חנקן במערכת, הפוטנציאל והתפקיד של הספקים המושעים

כדי לקבוע עוד יותר את השפעת הסרת החנקן של כל אזור תפקודי במקטע הביולוגי לאחר השחזור, בוצע מעקב אחר איכות המים לאורך המיכל הביולוגי, ומסלול הסרת החנקן של כל אזור תפקודי לאחר השחזור נותח באמצעות פרמטרי איכות המים הממוצעים של כל חלק תפקודי. כפי שמוצג באיור 4, במהלך תקופת המדידה, ריכוזי ההשפעה הממוצעים בפועל של TN, NH₃-N ו-COD של המיכל הביולוגי היו 43.59, 38.50 ו-278.00 mg·L⁻¹, בהתאמה, והקולחים TN, NH₃- ו-COD5,0, 3,1 24.46 מ"ג·L⁻¹, בהתאמה. עבור הסרת TN, שיעור הסרת TN של המערכת שחושב מריכוזי TN בשפכים ובקולחים היה 78.95±6.01%, וההסרה התרחשה בעיקר באזור הפרה{11}}האנוקסי, עם כמות הסרת חנקן של 27.51 מ"ג·L⁻¹. עומס הדניטריפיקציה ושיעור התרומה היו 0.149 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹ ו-79.16%±2.24%, בהתאמה. בשילוב עם השינוי בריכוז ה-COD, ה-COD/TN שנצרך עבור דניטריפיקציה באזור הפרה{18}}האנוקסי היה 5.22±0.21. האזור האנוקסי לאחר-השתמש בנתרן אצטט חיצוני לדניטריפיקציה, עם כמות והסרת חנקן של 4.35 מ"ג·L⁻¹ ו-0.024 ק"ג·(m³·d)⁻¹, בהתאמה. ה-COD/TN המחושב שנצרך עבור דניטריפיקציה היה 4.66±0.57. נתרן אצטט, כמלח חומצה אורגנית מולקולרית קטנה, מנוצל בקלות על ידי מיקרואורגניזמים ויש לו יעילות דניטריפיקציה גבוהה יותר ממקור הפחמן האורגני המורכב במים גולמיים. לאחר בנייה מחדש, לחומר ההשפעה הייתה מתכלות ביולוגית טובה, וניתן היה לעמוד בדרישות הדניטריפיקציה רק ​​דרך האזור הטרום-האנוקסי, ובכך להפחית את הלחץ על הניטריפיקציה הפוסט-אנוקסית וכמות מקור הפחמן החיצוני. עבור הסרת NH₃-N, ה-DO באזור MBBR במהלך הפעולה בפועל היה 2-4 mg·L⁻¹, ושיעור ההסרה של NH₃-N של המערכת שחושב מריכוזי NH₃-N של שפכים ושפכים היה 938.14%±.

בהפעלתם בפועל של מכוני טיהור שפכים, מתרחשים פעמים רבות זעזועים משפיעים על איכותם עקב גורמים טבעיים כמו גשמים והפשרת שלגים, גורמים תעשייתיים כמו הגדלת מפעלי תעשייה או חריגות עסקיות זמניות, וגורמים חברתיים כמו חגים ואירועים מיוחדים. שיפור עמידות הפגיעה של מערכת הטיפול הביולוגי הפך למפתח לפעולה בטוחה ויציבה של המפעל. כדי לאמת את עומס הסבילות המקסימלי של המערכת, נערכה בדיקת מעבדת ניטריפיקציה תחת מצע גבוה ו-DO גבוה. במקביל, כדי לאמת את התפקיד האמיתי של נשאים מרחפים במערכת ה-MBBR ההיברידית, שלוש קבוצות של ניסויים (היברידית, -ביופילם טהור ובוצה- טהורה) הוקמו פעמיים. השינויים ב-NH₃-N בכל מערכת במהלך הבדיקה מוצגים באיור 5. עם שפעת NH₃-N ב-25 מ"ג·L⁻¹, המערכות ההיברידיות והביופילם הטהור-הפחיתו את NH₃-N מתחת ל-1.5 מ"ג·L⁻¹ תוך 2.5 ו-3.0 שעות, בהתאמה, בעוד שלירידה הטהורה-במערכת הבוצה- הטהורה הייתה הרבה יותר- בבוצה NH₃9 תקופת מבחן. עומסי הניטריפיקציה הממוצעים המחושבים של-בוצה טהורה, ביופילם-טהור ומערכות היברידיות היו 0.072, 0.215 ו-0.286 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹, בהתאמה. על פי משוואה (1), בהימצאות בוצה פעילה, העומס הנפחי של הנשאים התלויים במערכת MBBR היה 0.214 ק"ג·(מ³·d)⁻¹, מה שלא היה שונה באופן משמעותי מהעומס הנמדד של קבוצת הביופילם הטהורה.{19}} בהשוואה למפעלים אחרים המשתמשים בתהליך MBBR ההיברידי, עם יחסי מילוי נשאים דומים, עומס הניטריפיקציה המרבי של הנשאים המרחפים בפרויקט זה היה גם הוא ברמה גבוהה יחסית, אשר עשויה להיות קשורה לשיפור נוסף בהעברת המסה של הנשאים המרחפים והגברת הפעילות של חיידקים תפקודיים בתנאי עומס שפע גבוה. בנוסף, בשילוב של בוצה פעילה, עומס הניטריפיקציה המקסימלי בתנאי מצע גבוה ו-DO גבוה הגיע ל-0.286 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹, עמידה ועומס התכנון (0.275 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹, עומד בציפיות התכנון.

כדי לנתח כמותית את עומס הסבילות המקסימלי של המערכת הביולוגית בפרויקט זה, בהתבסס על העומס הנפחי של המערכת ההיברידית שנמדד בבדיקת המעבדה, בשילוב עם נתוני איכות המים המשפיעים לאורך נתיב הזרימה, המערכת יכלה לעמוד ביכולת טיפול מקסימלית של 1.23×10⁵ m³·d⁻¹ (יחסי שמירה ליניארית חיובית של המערכת לבין הנחת זמן הידראולי מחושב) תוך הבטחת תאימות יציבה ל-NH₃-N של שפכים. מדובר בעלייה של 30.57% בהשוואה ליכולת הטיפול בחורף בפועל של פרויקט זה, כאשר זמן השמירה ההידראולי של המערכת מופחת עוד יותר ל-3.43 שעות. באופן דומה, בהתבסס על יכולת הטיפול בפועל לאחר שחזור, ריכוז השפעת NH₃-N הנסבל של המיכל הביולוגי היה גבוה כמו 55 מ"ג·L⁻¹, עלייה של 56.96% בהשוואה לממוצע השפעת החורף בפועל NH₃-N של פרויקט זה.

לגבי תפקידם של נשאים מרחפים במערכת ה-MBBR ההיברידית של פרויקט זה, לפי משוואה (2), שיעור תרומת הניטריפיקציה של הביופילם של הנשא התלוי בפרויקט זה היה 74.83%. ניתן לראות שבתנאי טמפרטורה-נמוכים, הנשאים המרחפים הפכו לגורם הדומיננטי לניטריפיקציה במערכת MBBR ההיברידית. בשילוב עם דוחות ספרות, נותח כי תחת טמפרטורות חורף נמוכות, מערכת הבוצה המופעלת, המוגבלת על ידי המבנה הרופף שלה ושטח הפנים הספציפי הגבוה שלה, היא בעלת ביצועי פיזור חום טובים ובידוד תרמי לקוי עבור מיקרואורגניזמים פנימיים, מה שמוביל לביצועי ניטריפיקציה מופחתים. לעומת זאת, הביופילם על הנשאים התלויים, הנהנה מהמבנה הצפוף שלו ומהגנת EPS גבוהה, מספק בידוד תרמי טוב לשכבה הפנימית של הביופילם, ובכך מבטיח ביצועי ניטריפיקציה טובים בתנאי טמפרטורה-נמוכים. בנוסף, תוצאות מדידת הזרימה-של פרויקט זה הראו תופעת הסרת TN משמעותית באזור MBBR. בשילוב עם השינוי בריכוז NH₃-N לאורך האזור האירובי ויחס המחזור, הסרת ה-TN המחושבת הייתה (3.42±0.11) mg·L⁻¹, עם שיעור תרומה של 9.83%±0.67%, המעיד על קיומו של אפקט SND במערכת.

2.3 אימות השפעת SND וניתוח גורמים משפיעים

נכון לעכשיו, רוב מכוני טיהור שפכים המיישמים את תהליך MBBR יכולים לראות סילוק חנקן באזור האירובי, בדרך כלל מסירים 3-8 מ"ג·L⁻¹ של TN. הסיבה לתופעה זו מיוחסת בעיקר להשפעת ה-SND של הביופילם. כלומר, ככל שכושר החדירה של חמצן מומס נחלשת, נוצרת שכבה אנוקסית/היפוקסית בשכבה הפנימית של הביופילם, המספקת תנאים להעשרת חיידקים דניטריפיים, ובכך מניחה את הבסיס להסרת חנקן SND.

כדי לאשר עוד יותר את המקור ל-SND אירובי, נערכה בדיקת מעבדת דניטריפיקציה באמצעות ביופילם אירובי, כפי שמוצג ב-איור 6. לאורך כל תקופת הבדיקה, הירידה ב-NO₃-N הייתה עדינה ואחידה יחסית, כאשר המערכת הסירה 3.72 מ"ג·L⁻¹ של חנקן חנקתי תוך 120 דקות. ה-C/N הממוצע שנצרך על ידי המערכת היה 3.43±0.05. תיאורטית, ה-C/N הנדרש עבור דניטריפיקציה הוא 2.86. בהתחשב בצריכה על ידי הטמעה ביולוגית ו-DO במים הגולמיים, ה-C/N הנדרש מגיע בדרך כלל מעל 4. עם זאת, ה-C/N הנדרש להסרת חנקן על ידי הנשאים המרחפים בפרויקט זה היה נמוך מזה שנצרך על ידי דניטריפיקציה מיקרוביאלית כללית. משערים שכאשר הנשאים המרחפים באזור MBBR מפעילים הסרת חנקן מסוג SND, הם משתמשים בעיקר במקורות פחמן פנימיים הנוצרים מהזדקנות והתמוגגות של הביופילם כתורמי אלקטרונים, כך ששיעור הניצול של החומר האורגני (מקור פחמן חיצוני) במים הגלם נמוך בדרך כלל. השימוש בביופילם מיושן כמקור פחמן פנימי לדניטריפיקציה מצביע גם על כך שלתהליך MBBR עשוי להיות ייצור בוצה נמוך יותר. תוך שימוש בכל תקופת הבדיקה כצומת, העומס הנפחי המחושב של הניטריפיקציה של הביופילם האירובי היה (0.045±0.003) ק"ג·(מ³·ד)⁻¹. לביופילם על הנשאים המרחפים שנוספו באזור האירובי היה אפקט דניטריפיקציה, המספק עדות להתרחשות של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית בביופילם.

SND, כאפקט מועיל לאחר יישום תהליך ה-MBBR לשדרוג בפרויקט זה, שיפר עוד יותר את קצב הסרת TN של המערכת והפחית את התלות במקורות פחמן חיצוניים לצורך דניטריפיקציה במידה מסוימת. כדי להגביר עוד יותר את אפקט ה-SND האירובי, מנקודת המבט של פעולה אופטימלית, נחקרה עוד יותר ההשפעה של איכות מי הקולחים ופרמטרי הבקרה על השפעת ה-SND של אזור MBBR. באמצעות-מעקב ארוך טווח אחר פרמטרי בקרה כגון חנקן חנקתי משפיע (NO₃-Ninf), חנקן חנקתי קולח (NO₃-Neff), חומר אורגני משפיע (CODinf), חומר אורגני קולח (CODeff), חנקן אמוניה שטף ({NH}), חנקן אמוניה בשפכים (NH₃-Neff), סילוק חנקן כולל (ΔTN) ו-DO באזור MBBR לאורך כל החורף, נעשה שימוש בניתוח רכיבים עיקריים (PCA) כדי לחקור את המתאמים בין פרמטרים אלה. התוצאות מוצגות באיור 7. ה-ΔTN באזור האירובי הראה מתאם שלילי משמעותי יחסית עם DO, בעוד המתאם עם CODinf, CODeff ו-NO₃-Ninf לא היה ברור. DO גבוה מדי מוביל להעברת מסה יסודית יותר בביופילם, מה שמקשה על יצירת אזור אנוקסי בתוכו, דבר שאינו חיובי לתהליך הניטריפיקציה ומעכב את אפקט SND. בנוסף, ל-CODinf ול-NO₃-Ninf באזור MBBR לא הייתה השפעה משמעותית על השפעת ה-SND של הספקים המושעים. מצד אחד, זה שוב מאמת שתהליך SND של הביופילם משתמש בעיקר במקורות פחמן פנימיים ולא במקורות פחמן חיצוניים. מצד שני, זה גם מצביע על כך שה-NO₃-N שהוסר על ידי SND באזור MBBR אינו מגיע מ-NO₃-N המשפיע, אלא בעיקר מ-NO₃-N שנוצר על ידי ניטריפיקציה במיכל האירובי. NO₃-Neff נמצא בקורלציה שלילית עם ΔTN באזור האירובי. כתוצאה מהפעולה המשולבת של ניטריפיקציה ו-SND באזור האירובי, מצד אחד, DO גבוה יותר מוביל לניטריפיקציה טובה יותר ולקולחים גבוהים יותר של NO₃-Neff; מצד שני, DO גבוה יותר מוביל ל-SND גרוע יותר ולסילוק חנקן מעוכב יותר, מה שמוביל עוד יותר ל-NO₃ -Neff בשפכים גבוה יותר.

כדי להשיג SND "ניתן למדידה וניתנת לשליטה" ולספק הדרכה לבקרת פעולת המפעל, DO, שניתן לשלוט באופן ידני, נבחר כמשתנה הבלתי תלוי, ו-ΔTN שימש כמשתנה התלוי לניתוח רגרסיה ליניארית. התוצאות מוצגות באיור 8(א). כאשר ה-DO בפועל באזור MBBR של הצמח היה 2.06-3.67 מ"ג·L⁻¹, הייתה קיימת אפקט SND, עם הסרת חנקן של 2.36-4.10 מ"ג·L⁻¹, ו-ΔTN ו-DO סיפקו בעצם את ΔTN=6.0040 – {0.}9R²). יתרה מזאת, באמצעות העקומה המותאמת, חושב שתיאורטית, כאשר DO נשלט מתחת ל-6.27 mg·L⁻¹, אזור MBBR יכול להפעיל אפקט הסרת חנקן SND. זה תואם את המסקנה של Wang Xuejiang et al. בחקר ההשפעה של DO על השפעת SND של מערכת MBBR, שם הם מצאו ששיעור הסרת ה-TN עדיין יכול לעלות על 30% כאשר ה-DO היה גבוה כמו 6.0 mg·L⁻¹. עם זאת, יש לציין כי ערך זה הוא ערך תיאורטי המתקבל על ידי התאמה, ואת אפקט היישום בפועל צריך מחקר נוסף בפעולה שלאחר מכן. בנוסף, יש לקחת בחשבון שוויסות DO משפיע בו-זמנית על אפקט הניטריפיקציה של המערכת, ובכך משפיע על יעילות הסרת NH₃-N. לכן, התוצאות של ניתוח רגרסיה לינארית תוך שימוש ב-DO כמשתנה הבלתי תלוי ו-ΔNH₃-N כמשתנה התלוי מוצגות באיור 8(ב). על פי ממוצע ההשפעה NH₃-N של אזור MBBR בחורף (10.47 מ"ג·L⁻¹) ותקן הקולחים המתוכנן (1.50 מ"ג·L⁻¹), מחושב כי יש לשלוט ב-ΔNH₃-N לא פחות מ-7 mg·L⁻¹. בשילוב עם תוצאות הרגרסיה הליניארית, יש לשלוט ב-DO מעל 2.47 mg·L⁻¹. לסיכום, כאשר ה-DO בפרויקט זה היה 2.06-3.67 mg·L⁻¹, היה קיים אפקט SND. עם זאת, בהתבסס על העיקרון של עמידה בתקני חנקן אמוניה בקולחים תוך הפחתת צריכת אנרגיית אוורור, ניתן לשלוט ב-DO בסביבות 2.47 מ"ג·L⁻¹, כאשר אפקט ה-SND של המערכת הוא אופטימלי, תוך הסרת 3.64 מ"ג·L⁻¹ של TN.

כדי לאמת את השפעת פרמטרי ההפעלה על אפקט ה-SND של הביופילם ולקבל תבנית כללית, הושוו השפעות ה-SND של שישה מתקני טיהור שפכים המיישמים את תהליך MBBR בתנאי הפעלה שונים. התוצאות מוצגות בטבלה 2. ראשית, ה-DO באזור האירובי של כל צמח נשלט בעיקר על 2-3 מ"ג·L⁻¹, וריכוז הבוצה היה 3.0-4.0 g·L⁻¹. בתנאים אלה, ניתן להשיג אפקט SND ברור יחסית. על פי תוצאות ההתאמה של ΔTN ו-DO בפרויקט זה, כאשר DO נשלט מתחת ל-6.27 mg·L⁻¹, עלולה להתרחש אפקט SND. לפרויקט הזה, עם ביופילם עבה יחסית בחורף, הייתה סובלנות חזקה יותר ל-DO. שנית, לצמח B, עם ריכוז הבוצה הנמוך ביותר, היה השפעת SND הטובה ביותר. לצמחים A, D ו-E, עם יחסי מילוי נשאים גבוהים יותר, היו השפעות SND ברורות יותר, כולן מצביעות על כך שבמערכת MBBR ההיברידית, תופעת ה-SND מקורה בעיקר בביופילם.

לסיכום, בנוסף לשיפור אפקט ה-SND על ידי שליטה ב-DO, פרויקט זה יכול גם לנסות להפחית בהדרגה את בוצת המערכת לכ-3.0 g·L⁻¹, לספק תנאים טובים יותר לטיפוח עובי ביופילם ויצירת שכבה אנוקסית באמצעות ריכוז בוצה נמוך, ובכך לספק תנאים לביצועי SND נוספים.

2.4 ניתוח חנקן-הסרת הרכב קהילת חיידקים

מבחינת ההבדלים בעושר המינים ובמגוון בין שלבי הבוצה והביופילם, בהתבסס על ההבדל הקטן בתוצאות של שתי ריצות רצף אמפליקונים, נבחרה סט נתונים אחד לניתוח. כפי שמוצג באיור 9, מדדי Chao, Ace ו-Simpson מאפיינים את העושר ואחידות ההפצה של הקהילה המיקרוביאלית, בעוד שמדד שאנון מייצג את המגוון של הקהילה המיקרוביאלית. מדדי צ'או ואסים גבוהים יותר מצביעים על עושר OTU גבוה יותר, מדד סימפסון נמוך יותר מצביע על אחידות תפוצה טובה יותר של מינים, ומדד שאנון גבוה יותר מצביע על גיוון קהילתי גבוה יותר. התוצאות הראו שגם עושר המינים וגם הגיוון היו גבוהים יותר באופן מובהק בביופילם מאשר בבוצה המופעלת, וגם התפלגות המינים בביופילם הייתה אחידה יותר מאשר בבוצה הפעילה. המספר הכולל של OTUs בביופילם ובבוצה פעילה היה 1,652 ו-1,372, בהתאמה, עם 770 OTUs משותפים, המהווים 46.6% ו-56.1% מסך ה-OTUs בביופילם ובבוצה הפעילה, בהתאמה. לביופילם היו 882 OTUs ייחודיים, המהווים כמעט 40% מסך ה-OTUs. ניתן לראות שהביופילם העשיר חלק של מיקרואורגניזמים שלא היו בבוצה הפעילה המקורית. תוספת של נשאים מרחפים הגדילה משמעותית את העושר והמגוון של קהילת החיידקים במערכת, והרכב הקהילה המיקרוביאלי המורכב יותר גם הניח את הבסיס לעמידות הפגיעה של מערכת ה-MBBR.

כדי להבין יותר את ההבדלים במינים הדומיננטיים ובהרכב החיידקים הפונקציונלי בין הביופילם והבוצה הפעילה ולספק תמיכה מיקרוסקופית לתופעת SND בביופילם, נותח הרכב החיידקים ברמת הסוג. כפי שמוצג באיור 10, המינים הדומיננטיים במערכת הביולוגית של פרויקט זה כללו את norank_f_Caldilineaceae, norank_f_JG30-KF-CM45, Nitrospira, Pedomicrobium ו-SWB02. ביניהם, norank_f_Caldilineaceae ו-norank_f_JG30-KF-CM45 יכלו להיות מועשרים הן בביופילם והן בבוצה פעילה, עם שפע יחסי בביופילם ובבוצה פעילה של 3.05, 5.69% ו-7.06, 3.08%, בהתאמה. norank_f_Caldilineaceae הם לרוב חיידקים חוטיים, ולחלק מהסוגים יש יכולת דניטריפיקציה. הם הועשרו בביופילם מכיוון שהביופילם יכול להפריש יותר EPS עבור התפשטותם. מצד שני, ניתן להעשיר אותם גם בבוצה פעילה כ-PAOs, המעודדים סילוק זרחן. norank_f_JG30-KF-CM45 יכול להשתתף בתהליכי טרנספורמציה של פחמן וחנקן, לשפר את ההסרה של חומרים אורגניים וחנקן.

על פי דיווחי ספרות, נמצא שתהליך MBBR יכול להשיג העשרה יעילה של חיידקים מחנקים כגון Nitrospirota, Nitrosomonas ו- Nitrolancea בטמפרטורות נמוכות. הסוג המחניק העיקרי בפרויקט זה היה Nitrospira, בעל יכולת ניטריפיקציה מלאה. השפע היחסי שלו בביופילם ובבוצה הפעילה היו 4.73% ו-0.39%, בהתאמה. על פי דיווחי ספרות, השפע היחסי של חיידקים מחנקים בצמחים אחרים המשתמשים במערכות בוצה פעילה תחת טמפרטורות חורף נמוכות הוא לרוב מתחת ל-1%. לאחר שחזור MBBR ההיברידית בפרויקט זה, השפע היחסי של חיידקים מחנקים בבוצה המופעלת היה נמוך יחסית, מה שסיפק עדות לפיזור מחדש של חיידקים מחנקים במערכת MBBR בתנאי טמפרטורה-נמוכים, כפי שהוזכר קודם לכן. השפע היחסי של Nitrospira בביופילם של פרויקט זה היה יותר מפי 10 מהבוצה הפעילה, וחושב שיותר מ-92% מהחיידקים המחנקים במערכת הועשרו בביופילם. זהו היתרון של תהליך MBBR בתנאי טמפרטורה-נמוכים, המבטיח את הפעולה היציבה של המערכת.

לגבי תופעת ה-SND בביופילם, הנשאים המרחפים הראו גם יכולת העשרה חזקה יותר עבור כמה חיידקים מדניטרים מאשר הבוצה הפעילה. מחקרים הראו שגם SWB02 וגם Pedomicrobium יכולים להשתתף בתהליך הדניטריפיקציה, ו-SWB02 יכול להפריש C6-HSL, שיש לו השפעה מעכבת טובה על נפח בוצה. השפע היחסי של SWB02 ו-Pedomicrobium בביופילם היה 3.68% ו-3.78%, בהתאמה, גבוה בהרבה מהשפע היחסי שלהם בבוצה הפעילה (0.21% ו-0.22%). יתרה מכך, חישוב היה כי הפרופורציות של SWB02 ו-Pedomicrobium בכל המערכת ההיברידית היו שניהם מעל 94.5%. למרות שהנשאים התלויים נוספו רק באזור האירובי, לביופילם הבוגר יש עובי מסוים. בשל המגבלות של העברת מסה והעברת חמצן, קיימת בשכבה הפנימית של הביופילם סביבה אנוקסית/היפוקסית, מעשירה חיידקים דניטריפיים, ובכך מקנה לביופילם יכולת דניטריפיקציה. זהו הבסיס המיקרוביולוגי ליכולת הניטריפיקציה והדיניטריפיקציה בו-זמנית של הביופילם. בנוסף, נמצא שניתן להעשיר את Hyphomicrobium גם בסביבות בטמפרטורה נמוכה. סוג זה יכול להשתמש בתרכובות אורגניות רעילות ועמידות לביצוע דניטריפיקציה. השפע היחסי שלו בביופילם היה 1.80%, גם גבוה בהרבה מהשפע היחסי שלו בבוצה הפעילה (0.12%).

בהשוואת החיידקים הדומיננטיים (DNB) והשפע היחסי שלהם בביופילם של צמחים אחרים, התוצאות מוצגות בטבלה 3. ראשית, מבחינת הרכב החיידקים הדניטריפיים בביופילם האירובי, סוגי החיידקים הדניטריפיים המועשרים בביופילם האירובי של כל פרויקט לא היו עקביים. הזנים היחידים שחוזרים על עצמם היו Terrimonas ו-Hyphomicrobium. Terrimonas הוא גם חיידק דניטריפי נפוץ במערכות בוצה פעילה, ובדומה ל-Hyphomicrobium, הוא יכול לפרק תרכובות אנתרצין, וחלקם מסווגים כחיידקים דניטריפי אירובי. שני החיידקים הללו הופיעו בצמחים F, H, ובפרויקט הזה. מפעל H ופרויקט זה הושפעו לעתים קרובות משפכים תעשייתיים במהלך הפעילות בפועל, ואיכות המים הספציפית של מים תעשייתיים עשויה להיות אחת הסיבות להעשרה של שתי קבוצות חיידקים אלו. לכן, ניתן להסיק שסוגים דניטריפיים ספציפיים בביופילם האירובי אינם תנאי הכרחי ל-SND, והבדלים באיכות המים בין פרויקטים שונים עשויים להיות הסיבה העיקרית להבדלים בקבוצות החיידקים המדנות. שנית, מבחינת השפע היחסי של חיידקים דניטריפיי בביופילם האירובי, למעט צמחים F, H, ופרויקט זה, פרויקטים אחרים השיגו שפע יחסי של חיידקים דניטריפיי בביופילם האירובי של כ-8%, כאשר הסרת חנקן SND עולה על 2 mg·L⁻¹. תחת ההשפעה של מים תעשייתיים, למרות שהשפע היחסי של חיידקים דניטריפיים בביופילם האירובי של צמח H ובפרויקט זה היה גבוה יחסית, יעילות הדניטריפיקציה לא הייתה יוצאת דופן במיוחד. ניתן לראות כי לאיכות המים המשפיעים יש עדיפות גבוהה בבחירת סוגי החיידקים הדניטריפיים בביופילם האירובי, והשפעתם של מים תעשייתיים מעכבת את יעילות הדניטריפיקציה של הביופילם האירובי.

לסיכום, תהליך MBBR יכול להגדיל משמעותית את העושר והמגוון של קהילת החיידקים במערכת. יכולת ההעשרה של הביופילם עבור הסוג הניטריפייתי Nitrospira היא יותר מפי 10 מזו של הבוצה הפעילה, מה שמשפר מאוד את השפעת הניטריפיקציה של המערכת. סוגים מגניבים כגון SWB02, Pedomicrobium ו-Hyphomicrobium מועשרים טוב יותר בביופילם האירובי, מה שמספק את הבסיס המיקרוסקופי לביצועי SND ומשפר את הסרת ה-TN. עם זאת, בשל ההשפעה של מים תעשייתיים, יעילות הדניטריפיקציה של SND אינה משמעותית.

3 מסקנות

① מפעל טיהור שפכים בדרום מערב סין שדרג את מיכל ה-CASS המקורי שלו למכל ביולוגי של Bardenpho-MBBR ומיכל שיקוע כדי להשיג שדרוג מ-Class A לסטנדרטים מעין-Class IV. לאחר שחזור, תחת טמפרטורות מים בחורף של 9.3-13.1 מעלות ועם עומסי השפעת NH₃-N ו-TN ממוצעים עלו בכ-20% בהשוואה לפני השחזור, מדדי הקולחים עמדו ביציבות בתקני המים המעין-Class IV. עומס הניטריפיקציה המרבי של מערכת MBBR הגיע ל-0.286 ק"ג·(מ³·ד)⁻¹, מה שעומד בציפיות התכנון. שיעור תרומת הניטריפיקציה של המובילים המושעים היה 74.83%, תופסים עמדה דומיננטית. למערכת עדיין יש פוטנציאל להעלות את איכות המים ב-56.96% ולזרימה ב-30.57%.

② באזור MBBR, הנשאים המרחפים משתמשים במקורות פחמן פנימיים כדי להפעיל אפקט SND, ומשיגים שיעור תרומה של הסרת חנקן של 9.83%±0.67%. כדי להגביר את אפקט ה-SND, יש לשלוט ב-DO ככל האפשר ב-2.47 mg·L⁻¹ בפעולה בפועל, כאשר SND יכול להסיר 3.64 mg·L⁻¹ של TN. מאוחר יותר, ניתן לעשות ניסיונות להפחית עוד יותר את ריכוז הבוצה לכ-3.0 גרם·L⁻¹ כדי לספק תנאים להגברה נוספת של אפקט ה-SND של הביופילם.

③ תהליך MBBR הגדיל באופן משמעותי את העושר והמגוון של הקהילה המיקרוביאלית במערכת. יכולת ההעשרה של הביופילם לסוג ניטריפיקציה Nitrospira הייתה יותר מפי 10 מזו של הבוצה הפעילה, מה שמהווה את הבסיס המיקרוביולוגי לניטריפיקציה משופרת בפרויקט זה. הסוגים הדניטריפיים המועשרים בביופילם האירובי, כגון SWB02, Pedomicrobium ו-Hyphomicrobium, הניחו את הבסיס המיקרוסקופי להתרחשות תופעת SND בביופילם.