Die verbesserte Entwässerbarkeit von Schlamm durch eine Stärke

Apr 28, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 402 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Koagulation/Flockung ist eine der am weitesten verbreiteten und kostengünstigsten Vorbehandlungsmethoden zur Verbesserung der Entwässerbarkeit von Schlamm. In dieser Studie wurde ein kationisch modifiziertes Flockungsmittel auf Stärkebasis (St-CTA) in Verbindung mit einem beliebten Ton, Attapulgit (ATP), zur Konditionierung von Abfallbelebtschlamm verwendet. Die Entwässerungseigenschaften, einschließlich des Feuchtigkeitsgehalts des Filterkuchens, des spezifischen Filtrationswiderstands, der Kapillarsaugzeit, der Filtrationsrate und des Kompressibilitätskoeffizienten, wurden gemessen und durch Variation der Dosierungen von St-CTA und ATP verglichen. Durch die Kombination der scheinbaren Entwässerungsleistung und der Änderungen im Gehalt und in der Verteilung der Fraktionen und Komponenten der extrazellulären Polymersubstanz (EPS), der Schlammflocken und der Mikrostrukturen der Schlammkuchen wurden die Entwässerungsmechanismen im Detail diskutiert. St-CTA kann in Verbindung mit ATP eine verbesserte Entwässerbarkeit des Schlamms aufweisen und der Wassergehalt im endgültigen Schlammkuchen kann aufgrund der synergistischen Wirkung von St-CTA und ATP stabil auf unter 80 % gesenkt werden. Neben der effizienten Ladungsneutralisierung von St-CTA fungiert ATP nicht nur als Gerüstbildner im Schlammentwässerungsprozess, wodurch die Schlammflocken kompakter werden und die Filtrierbarkeit und Durchlässigkeit verbessert werden, sondern interagiert auch eng mit den Proteinen im EPS des Schlamm, der den Proteingehalt reduziert und die Entwässerungswirkung weiter verstärkt. Diese Studie bietet eine wirtschaftliche, umweltfreundliche und effektive Möglichkeit, die Entwässerbarkeit von Schlamm weiter zu verbessern.

In den letzten Jahren hat sich mit der stetigen Verbesserung der Weltwirtschaft der Umfang der Wasser- und Abwasseraufbereitung deutlich erhöht, und dementsprechend ist auch die Einleitung von Schlamm als Nebenprodukt der Abwasseraufbereitung stetig gestiegen1. Allerdings enthält Rohschlamm in der Regel mehr als 95 % Wasser2, was aufgrund seines hohen Volumens hohe Transport- und Entsorgungskosten verursacht3. Daher ist es für eine effiziente Behandlung von entscheidender Bedeutung, das Schlammvolumen durch die Entwässerungsprozesse zu reduzieren4.

Schlamm wird in der Regel vor dem mechanischen Auspressen durch einige Vorbehandlungen konditioniert, um das Wasser effizient aus dem Schlamm zu trennen5. Schlammvorbehandlungen, die hauptsächlich Koagulation/Flockung, Oxidation, Ansäuerung, Skelettbildung, Mikrowellen- und Ultraschallkonditionierung umfassen, können das an der Oberfläche adsorbierte Wasser und das interne hydratisierte Wasser in freies Wasser umwandeln, wobei Koagulation/Flockung im Abwasser weit verbreitet ist Kläranlagen wegen seiner Einfachheit und Wirksamkeit6. Herkömmliche Koagulations- und Flockungsmittel wie Polyaluminiumchlorid, Polyeisensulfat und kationisches Polyacrylamid (PAM) wurden häufig verwendet, da sie die Schlammpartikel effektiv aggregieren und die Fest-Flüssig-Trennung erreichen können6. Allerdings können die restlichen Metallionen und hochgiftigen Monomere dieser herkömmlichen Koagulations- und Flockungsmittel potenzielle Umweltrisiken verursachen7. Darüber hinaus ist es mit der herkömmlichen Koagulation/Flockung schwierig, eine vollständige Entwässerung zu erreichen, da es schwierig ist, die stark hydratisierten organischen Stoffe im Schlamm, wie z. B. die extrazelluläre Polymersubstanz (EPS), die große Mengen an Wasser binden, zu zerstören, um die gebundenen und intrazellulären Stoffe vollständig freizusetzen Wasser8,9. Außerdem würden stark komprimierbare Schlammkuchen unter dem hohen mechanischen Druck vollständig verdichten, wodurch die Entwässerungskanäle zerstört, die Filtrierbarkeit verringert und das intern gebundene Wasser daran gehindert würden, vollständig abzulassen6,10,11. Daher ist es schwierig, die hohen Anforderungen der Schlammentwässerung allein mit der Koagulation/Flockung zu erfüllen, und eine umweltfreundliche und wirksame Kombination von Konditionierungsprozessen mit anderen Vorbehandlungen kann die Entwässerbarkeit des Schlamms deutlich verbessern1,6,12,13.

Zu den häufig kombinierten Konditionierungsprozessen gehörten die Ansäuerung-Koagulation12, die Oxidation-Koagulation13 sowie der Kombinationsprozess aus Koagulation und Gerüstaufbau1. Unter diesen können Ansäuerungs-Koagulation und Oxidations-Koagulation das EPS wirksam zerstören und das intrazelluläre Wasser freisetzen, aber die Filtrierbarkeit von Schlammkuchen nicht verbessern14. Der Koagulations- und Gerüstbildner-Kombinationsprozess basiert auf der Koagulation und der Zugabe einiger Gerüstbildner als Filterhilfsmittel zur Konditionierung des Schlamms5. Einige Gerüstbildner wie Bentonit, Flugasche und Biomasseasche sind weit verbreitet und kostengünstig und enthalten außerdem einen hohen Anteil an SiO2 mit einer guten mechanischen Festigkeit4,15,16,17. Mit Unterstützung der Gerüstbildner enthält der Schlammkuchen auch unter hohem mechanischen Druck eine starre und poröse Mikrostruktur, wodurch die Kompressibilität des Schlamms verringert wird, das in den Schlammkuchen enthaltene Wasser leicht abfließen kann und so die Durchlässigkeit und mechanische Festigkeit verbessert wird von Schlamm, um einen hohen Feststoffgehalt im Schlamm zu erreichen (> 30 % Trockenschlammvolumen)4,15,16,17. Das Koagulations- und Gerüstbildner-Kombinationsverfahren bietet somit die Vorteile einer kostenintensiven Leistung und einer einfachen Bedienung durch die direkte Zugabe von Flockungsmitteln und Gerüstbildnern ohne jegliche Anpassung6,7; Darüber hinaus können die porösen und starren Strukturen der Gerüstbildner durch diesen Kombinationsprozess die Kompressibilität des Schlamms leicht verändern und die Schlammentwässerungsleistung weiter verbessern.

Stärke gehört zu den umweltfreundlichen und kostengünstigen Polysacchariden18. In dieser Arbeit wurde ein verethertes kationisches Flockungsmittel auf Stärkebasis mit hoher Ladungsdichte, nämlich Stärke-3-chlor-2-hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid (St-CTA), synthetisiert19, auf dem die quartären kationischen Ammoniumgruppen auch die Zelle wirksam schädigen können Strukturen und interagieren mit EPS. Laut früheren Berichten hat St-CTA daher eine bemerkenswerte Wirkung auf die Schlammentwässerung gezeigt13,19. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass einige Tone wie Montmorillonit und Kaolin in Kombination mit verschiedenen Flockungsmitteln wirksame Gerüstbildner für eine wirksame Schlammkonditionierung sind17,20. Attapulgit (ATP), ein in China beliebter Ton, zeichnet sich durch eine hohe spezifische Oberfläche, eine starre und poröse Struktur und gute Adsorptionseigenschaften für viele organische Stoffe aus21,22. ATP als Gerüstbauer stand hier also im Verbund mit St-CTA. Die Entwässerungsleistung ihrer kombinierten Anwendungen für Abfallbelebtschlamm mit unterschiedlichen Dosierungssequenzen und verschiedenen Dosierungsverhältnissen wurde im Hinblick auf den spezifischen Filtrationswiderstand (SRF), den Feuchtigkeitsgehalt des Filterkuchens (FCMC), die Filterzeit (TTF) und die Flockeneigenschaften bewertet und Mikrostrukturen von Schlammkuchen. Veränderungen in der EPS-Verteilung und Zusammensetzung des konditionierten Schlamms wurden im Verhältnis zur endgültigen Entwässerungseffizienz untersucht. Die synergistischen Mechanismen von St-CTA und ATP wurden ebenfalls ausführlich diskutiert. Diese Arbeit schlägt daher eine neuartige wirtschaftliche Kombinationskonditionierungsmethode zur Schlammentwässerung vor.

Vor dem Entwässerungsexperiment wurden zunächst die Auswirkungen von drei verschiedenen Dosierungssequenzen mit gemahlenem oder nicht gemahlenem ATP auf die Schlammentwässerung untersucht und verglichen, d. S1, S2. Gemäß Abb. S1 wiesen FCMC und SRF des Schlamms nach der Konditionierung durch diese Kombination unter den drei verschiedenen Dosierungssequenzen keine offensichtlichen Unterschiede auf. St-CTA, das vor der ATP-Dosis dosiert wurde, zeigte jedoch mit zunehmender ATP-Dosis eine etwas bessere Entwässerungsleistung, wobei die optimalen FCMC- und SRF-Werte bei etwa 79,50 % bzw. 0,30 × 1012 m/kg lagen, bei einer ATP-Dosis von etwa 10,00 kg/m3 (Abb . S1e–f). Dieser Befund könnte darauf zurückzuführen sein, dass sich das ATP leicht mit den durch das zuvor zugeführte St-CTA gebildeten Primärschlammflocken verbinden kann, um die Filtrierbarkeit und Durchlässigkeit der endgültigen Schlammkuchen zu verbessern. In ähnlicher Weise zeigen die Hintergrundinformationen, Abb. S2, keine nennenswerte Änderung des FCMC und des SRF von Schlamm durch Verwendung von gemahlenem oder nicht gemahlenem ATP mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 8,577 μm bzw. 18,107 μm (Abb. S2g). Bei Verwendung von nicht gemahlenem ATP wurde jedoch eine etwas bessere Entwässerungsleistung erzielt, wenn die ATP-Dosis auf 10,00 kg/m3 erhöht wurde (Abb. S2e–f). Dementsprechend war der Konditionierungsprozess von ungemahlenem ATP, das nach St-CTA zugeführt wurde, äußerst effizient und bequem, was daher in den folgenden Entwässerungsexperimenten angewendet wurde.

Die verschiedenen Konditionierungsverfahren mit unterschiedlichen Dosen von St-CTA und ATP, genannt CS-ATP1–CS-ATP19, wurden an Schlamm durchgeführt und ihre Entwässerungsleistung ist in den Abbildungen dargestellt. 1,2, Tabelle 1 und unterstützende Informationen Abb. S3–S5. Nach Abb. 1,2, Tabelle 1 und unterstützende Informationen Abb. S3–S5: Die Entwässerungsleistung von individuell mit St-CTA konditioniertem Schlamm verbesserte sich offensichtlich insbesondere im niedrigen Dosisbereich, erreichte jedoch ein Plateau, wenn St-CTA mit der optimalen Dosis von 16,00 mg/gTSS dosiert wurde, oder verschlechterte sich sogar nach den optimalen Dosen. Insbesondere verringerte sich die FCMC von 97,86 auf 82,52 %, die SRF von 4,10 × 1012 auf 0,57 × 1012 m/kg, die CST von 50,6 auf 10,1 s, die TTF von 320 auf 53 s und die Kompressibilitätskoeffizienten von 1,26 auf 1,02. Das Filtratvolumen betrug 32,1 bis 95,0 ml und die Filtrationsrate lag bei 0,2546 bis 1,4218 m3/(m2 h) bei der optimalen Dosis. Dieser Befund bestätigte, dass die Ladungsnaturalisierung von St-CTA für den Schlammkonditionierungsprozess von entscheidender Bedeutung ist und dass die übermäßigen positiven Ladungen zur Restabilisierung kolloidaler Schlammdispersionen führen könnten (CS-ATP5, CS-ATP10 und CS-ATP15, Abb. 3)6 ,23,24. Darüber hinaus konnte St-CTA, ein Polysaccharid-basiertes Material mit einer starren Kettenstruktur, immer noch als Gerüstbildner für den Bau von Entwässerungskanälen fungieren, was den Wasserabfluss begünstigte und so die Schlammentwässerung verbesserte6. Basierend auf Abb. 1,2, Tabelle 1 und unterstützende Informationen Abb. S3–S5: Die Entwässerungsleistung von mit St-CTA in Verbindung mit verschiedenen konstanten ATP-Dosen konditionierten Schlamms wurde insgesamt verbessert und zeigte aufgrund der synergistischen Wirkung von St-CTA und ATP ähnliche Muster wie bei nur St-CTA.

Die Schlammentwässerungsleistung von St-CTA in Verbindung mit ATP unter Verwendung verschiedener Dosen: (a) FCMC, (b) SRF, (c) CST und (d) TTF.

Die Kompressibilitätskoeffizienten von Schlamm, der durch St-CTA in Verbindung mit ATP unter Verwendung unterschiedlicher Dosen konditioniert wurde.

Die Zetapotentiale der durch St-CTA in Verbindung mit ATP konditionierten Schlammüberstände bei unterschiedlichen Dosierungen.

Abbildungen 1,2, Tabelle 1 und unterstützende Informationen Abb. S3–S5 zeigen, dass die konditionierende Wirkung des allein verwendeten ATP recht begrenzt war (CS-ATP1–CS-ATP4), da ATP eine negative Oberflächenladung aufweist (Abb. 3), was mit den vorherigen Berichten übereinstimmt1,4. Allerdings konnte ATP, das nach St-CTA dosiert wurde, die Entwässerungsleistung von St-CTA weiter verbessern, insbesondere sank der FCMC von 82,52 auf 76,99 % und der Kompressibilitätskoeffizient lag bei 1,02 auf 0,79, bedingt durch 16,00 mg/g TSS von St-CTA Verbindung mit einer optimalen ATP-Dosis von 14,00 kg/m3 (CS-ATP14, Abb. 1, Tabelle 1). Bei einer weiteren Erhöhung der ATP-Dosis war die Verbesserung der Entwässerungsleistung recht begrenzt (Hintergrundinformationen Abb. S6), aber die resultierende Schlammmasse nahm dementsprechend stetig zu. Darüber hinaus könnte ATP, das nach St-CTA verabreicht wurde, offensichtlich auch den Restabilisierungseffekt abschwächen6,23,24. Bei einer Überdosierung von St-CTA mit einer Dosis von 26,67 mg/gTSS verbesserte sich der FCMC von 88,88 auf 76,71 % bei einer ATP-Dosis von 14,00 kg/m3 (CS-ATP19, Abb. 1 und Tabelle 1). Die negativ an der Oberfläche geladenen festen ATP-Partikel könnten als Gerüstbildner wirken, um die Kompressibilität des Schlamms zu verringern und die FCMC weiter zu verbessern (Abb. 1a, 2). Darüber hinaus könnten sie die übermäßigen positiven Ladungen von überdosiertem St-CTA neutralisieren und kombinieren schwächen den Restabilisierungseffekt6,23,24 (CS-ATP15, CS-ATP17 und CS-ATP 19, Abb. 3). Die gebildeten Verbundstoffe aus St-CTA und ATP können aufgrund der dichten Struktur von ATP25 zu rauen und kompakten Flocken führen (Hintergrundinformationen, Abb. S7). ATP zeigte jedoch eine geringere Verbesserung einiger Entwässerungsleistungen, insbesondere für CST nach der Kombination von St-CTA (Abb. 1c), was möglicherweise auf den Fehler bei der Bestimmung des Filtrationsvolumens und CST26 zurückzuführen ist, der durch eine verkürzte Filtrationszeit und ein schnelles Aufbrechen des Schlammkuchens verursacht wurde die geförderten Entwässerungsprozesse nach der Zugabe von ATP.

Darüber hinaus wurde die Entwässerungsleistung dieser Kombination mit einem kommerziellen Flockungsmittel, PAM, verglichen, das derzeit in der Abwasseraufbereitungsanlage in Nanjing verwendet wird (Hintergrundinformationen, Abb. S8). Gemäß Abb. S8 betrug der durch PAM erzielte optimale FCMC 84,81 % und war viel höher als der durch die kombinierte Konditionierungsmethode in dieser Arbeit erzielte Wert von ca. 76,99 % (CS-ATP14, Abb. 1 und Tabelle 1), obwohl PAM einen niedrigeren Wert aufwies optimale Dosis von 5,33 mg/gTSS. Abb. S8 zeigt immer noch, dass St-CTA in Verbindung mit ATP ein breiteres effektives Entwässerungsfenster von etwa 5,00–26,00 mg/g TSS aufwies als PAM von etwa 3,00–8,00 mg/g TSS. In Tabelle 2 wurden ihre Kosten weiter verglichen. Dementsprechend betrugen die Kosten für den optimalen Konditionierungsprozess (CS-ATP14) nur 14,55 USD/tTSS und waren damit niedriger als für PAM mit etwa 21,32 USD/tTSS in Wasserpflanzen. Zusätzlich zu PAM wurde die Entwässerungsleistung dieser Kombination laut früheren Berichten grob auch mit einigen herkömmlichen Koagulanzien wie FeCl3, Polyaluminiumchlorid (PAC) und CaO verglichen19,27,28. Die optimale FCMC von mit FeCl3 oder PAC allein konditioniertem Schlamm betrug etwa 84 %19,27 und war damit deutlich höher als bei dieser Kombination. CaO hatte eine gute Entwässerungswirkung, der resultierende pH-Wert des konditionierten Schlamms war jedoch höher und die anschließende Behandlung war daher kompliziert28.

Kurz gesagt, St-CTA, gefolgt von der Zugabe von ATP, zeigte eine bessere und stabilere Entwässerungsleistung aufgrund der Ladungsneutralisierungs- und Brückeneffekte von St-CTA in Verbindung mit der Skelettaufbauwirkung von ATP und den optimalen Dosen von St-CTA und Es wurden ATP-Werte von etwa 16,00 mg/gTSS bzw. 14,00 kg/m3 erhalten.

Die Größen und D2s von Schlammflocken, die mit unterschiedlichen Dosen von St-CTA und ATP konditioniert wurden, sind in Abb. 4 basierend auf der Bildanalyse7,29 dargestellt (Abb. 5 und Hintergrundinformationen Abb. S9). Abbildung 4 zeigt, dass die Größen und D2s der Schlammflocken mit der Erhöhung der St-CTA-Dosis zu Beginn zunahmen, dann aber abnahmen, nachdem die Maximalwerte bei 16,00 mg St-CTA/g TSS, selbst in Verbindung mit ATP, erreicht wurden zum Restabilisierungseffekt6,23,24, der vollständig mit der Entwässerungsleistung übereinstimmte (Abb. 1, 2, Tabelle 1 und Hintergrundinformationen Abb. S3–S5). Darüber hinaus führte die Zugabe von St-CTA dazu, dass sich die Oberfläche der Schlammflocken aufgrund der effizienten Koagulationswirkung von St-CTA von relativ glatt zu rau und porös veränderte (Abb. 6c), was die Aggregation und Kompression bei der anschließenden mechanischen Entwässerung erleichterte um das Wasser weiter aus dem Schlamm zu entfernen. Darüber hinaus führte die Zugabe von ATP dazu, dass viel mehr kleine Feststoffpartikel als Gerüstbildner in die Schlammflocken eingebettet wurden (Abb. 6b, d), um möglicherweise Entwässerungskanäle in den anschließend gebildeten Schlammkuchen zu erzeugen und die Schlammentwässerungsleistung weiter zu verbessern30.

Die Eigenschaften von Schlammflocken, die durch St-CTA in Verbindung mit ATP unter Verwendung unterschiedlicher Dosen erzeugt werden: (a) Durchschnittliche Flockengröße (l) und (b) 2D-Fraktaldimension (D2).

Lichtmikroskopische Bilder von Schlammflocken: (a) Rohschlamm und konditioniert durch (b) ATP, (c) St-CTA und (d) St-CTA in Verbindung mit ATP in der jeweiligen optimalen Dosis, d. h. St-CTA 16,00 mg/gTSS und ATP beträgt 14,00 kg/m3.

REM-Bilder von Schlammflocken: (a) Rohschlamm und konditioniert durch (b) ATP, (c) St-CTA und (d) St-CTA in Verbindung mit ATP bei jeweils optimaler Dosis, d. h. St-CTA beträgt 16,00 mg/gTSS und ATP beträgt 14,00 kg/m3.

Die Größen und D2-Werte der Schlammflocken zeigten jedoch einen gegenläufigen Änderungstrend mit der Erhöhung der ATP-Dosen nach Kombination mit St-CTA (Abb. 4). Die Tatsache, dass die Zugabe von ATP die Flockengröße verkleinerte, war möglicherweise auf zwei Tatsachen zurückzuführen. Einer davon war, dass die primären Schlammflocken durch das zweite schnelle Mischen bei der Konditionierung von ATP nach St-CTA aufgebrochen würden; Der andere Grund war, dass ein Teil des ATP nicht mit den Schlammflocken verbunden war und das verwendete ATP eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 18,107 μm hat, viel kleiner als die primären Schlammflocken, was dazu führte, dass die erhaltene scheinbare durchschnittliche Schlammflockengröße kleiner wurde (Abb . 4). Die dichtere Struktur von ATP führte jedoch zu kompakteren inneren Strukturen der Schlammflocken und einem höheren nachgewiesenen D2s31. Konsequenterweise könnte die Zugabe von ATP nach St-CTA zur Verbesserung der Entwässerungsleistung beitragen (Abb. 1, 2, Tabelle 1 und Hintergrundinformationen Abb. S3–S5), was impliziert, dass die relativ kleinen, aber kompakten Schlammflocken verursacht werden eine gute Entwässerungseigenschaft (Abb. 4).

Die Schlammflocken wurden weiter aggregiert, komprimiert und durch das anschließende mechanische Auspressen zu Schlammkuchen geformt. Abbildung 7 vergleicht die Oberflächenmorphologien von Schlammkuchen, die ohne und mit Konditionierung unter verschiedenen Behandlungen erhalten wurden. Die Oberfläche des Schlammkuchens ohne Konditionierung war relativ glatt, flach und ohne Mikroporen (Abb. 7a). Nach der Konditionierung mit St-CTA, ATP bzw. deren Kombination wurden die Oberflächen der Schlammkuchen alle rau und mikroporös, wobei diese Veränderung der Oberflächenmorphologie des mit der Kombination von St-CTA und ATP behandelten Schlammkuchens deutlicher hervortrat ( Abb. 7b–d). Diese Hohlräume und die poröse Struktur könnten Entwässerungskanäle in Schlammkuchen erzeugen und die Filtrierbarkeit und Durchlässigkeit verbessern, was sich positiv auf die weitere Ableitung des inneren Wassers aus dem Schlamm auswirkt30,32. Die beobachteten Oberflächenmorphologien der Schlammkuchen stimmten vollständig mit ihren entsprechenden Schlammflockeneigenschaften (Abb. 4), Kompressionskoeffizienten (Abb. 2 und Hintergrundinformationen, Abb. S5) und Entwässerungsleistung (Abb. 1, Tabelle 1 und Hintergrundinformationen, Abb. S5) überein. S3–S4). St-CTA kann den Schlamm hauptsächlich durch Ladungsneutralisierung effizient koagulieren und aggregieren, und auch teilweises St-CTA und ATP wirken als Gerüstbildner und können die Kompressibilität der Schlammkuchen verringern. Darüber hinaus ist die überlegene Entwässerungsleistung der Kombination von St-CTA und ATP wurde auf ihre synergistischen Effekte zurückgeführt.

REM-Bilder von Schlammkuchen: (a) Rohschlamm und konditioniert durch (b) ATP, (c) St-CTA und (d) St-CTA in Verbindung mit ATP in der jeweils optimalen Dosis, d. h. St-CTA beträgt 16,00 mg/gTSS und ATP beträgt 14,00 kg/m3.

Zahlreichen Berichten in der Literatur33,34 zufolge ist EPS einer der Hauptfaktoren, die die Effizienz der Schlammentwässerung beeinflussen, die Wirkung von ATP auf EPS wurde jedoch nicht systematisch untersucht. Die Auswirkungen von ATP auf die EPS-Fraktionen und -Komponenten wurden untersucht (Abb. 8). Was den Schlamm betrifft, der nur durch ATP (CS-ATP2 und CS-ATP4) bzw. St-CTA einzeln (CS-ATP10 und CS-ATP15) konditioniert wurde, sind die TOC-Gehalte in drei EPS-Fraktionen (S-, LB- und TB-) EPS) waren nahezu rückläufig (Abb. 8a). Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass sowohl St-CTA als auch ATP das EPS hemmen könnten. Das S-EPS würde aggregieren und sich absetzen, während ein Teil des LB-EPS aufgrund der Ladungsneutralisierung und der verbrückenden Flockungseffekte von St-CTA19 und der möglichen Wechselwirkungen von ATP, wie z. B. dem Chelateffekt zwischen den Metallen, in TB-EPS umgewandelt würde Ionen auf ATP und diesen organischen Stoffen35,36, die im folgenden Abschnitt ausführlich besprochen werden. Der weiter verringerte Gehalt an TB-EPS könnte jedoch darauf zurückzuführen sein, dass sie zu fest an die Schlammpartikel gebunden waren, als dass sie mit den derzeit verwendeten Messmethoden nachgewiesen werden könnten7,37,38,39. Außerdem nahm der TOC-Gehalt in EPS aufgrund ihrer verstärkten Wechselwirkungen (CS-ATP2/CS-ATP4, CS-ATP10/CS-ATP12/CS-ATP14 und CS-ATP15/CS-ATP17) kontinuierlich mit der ATP-Dosis ab /CS-ATP19). Allerdings war der TOC-Gehalt in drei EPS-Fraktionen aufgrund des Restabilisierungseffekts19,23,24 bei einer Überdosierung von St-CTA (CS-ATP15) leicht angestiegen.

Der Gehalt verschiedener EPS-Komponenten in Schlamm, der durch St-CTA in Verbindung mit ATP unter Verwendung unterschiedlicher Dosen konditioniert wurde: (a) TOC, (b) Protein (PN) und (c) Polysaccharide (PS).

Darüber hinaus führte St-CTA in Verbindung mit ATP aufgrund ihres synergistischen Effekts zu einem weiteren Rückgang des TOC-Gehalts in diesen drei EPS-Fraktionen, was den überlegenen Entwässerungseffekt dieser kombinierten Technik bestätigt (Abb. 8a). Dementsprechend wurde der optimale Prozess, nämlich CS-ATP14, erhalten, bei dem die Dosen von ATP und St-CTA 14,00 kg/m3 bzw. 16,00 mg/g TSS betrugen. Die Änderungen des TOC-Gehalts in EPS mit den Dosen von St-CTA und ATP waren vollständig auf die Schlammentwässerungsleistung abgestimmt (Abb. 1, 2, Tabelle 1 und Hintergrundinformationen Abb. S3–S5). Es wurde bestätigt, dass die Verringerung des EPS-Gehalts sich positiv auf die Verbesserung der Entwässerbarkeit des Schlamms auswirkt33,34.

Die chemische Zusammensetzung von EPS umfasst hauptsächlich PN, PS, Huminsäure, Fulvinsäure und Nukleinsäure, wobei PN und PS zwei wichtige Bestandteile sind40. Der Gehalt an PN und PS in verschiedenen EPS-Fraktionen des durch verschiedene CS-ATP-Prozesse konditionierten Schlamms wurde in Abb. 8b, c weiter bestimmt. Abbildung 8b, c zeigt, dass die Änderungstrends im Gehalt an PN und PS denen von TOC in drei EPS-Fraktionen mit den Dosen von St-CTA und ATP nahezu ähnlich waren (Abb. 8a). Im Gegensatz dazu nahm der Gehalt an PN in allen drei EPS-Fraktionen offensichtlich ab, aber der Gehalt an PS veränderte sich nach der Zugabe von ATP sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von St-CTA (CS-ATP2/CS-ATP4, CS-ATP10) unwesentlich zueinander /CS-ATP12/CS-ATP14 und CS-ATP15/CS-ATP17/CS-ATP19). Dieser Befund zeigte, dass ATP hauptsächlich auf das PN und nicht auf PS einwirkte, da die Metalleisen auf ATP, wie Al3+ und Fe3+, die zunächst an das negativ geladene ATP an der Oberfläche binden, leicht mit dem –NH2 und –COOH von PN chelatieren würden, was zur Folge hätte bei der weiteren Aggregation und Ausfällung von PN35,36. Darüber hinaus wurde PN in S-EPS im optimalen Prozess, d. h. CS-ATP14, erheblich gehemmt, was die effizienten synergistischen Wirkungen von St-CTA und ATP bestätigt.

Darüber hinaus deuten die starken Pearson-Korrelationen zwischen den PN-, PS- und TOC-Gehalten verschiedener EPS-Fraktionen und dem FCMC und SRF von Schlamm, wie in Tabelle 3 gezeigt, auch darauf hin, dass die PN-, PS- und TOC-Gehalte in EPS eng mit der Schlammentwässerungsleistung zusammenhängen41. Kurz gesagt könnte St-CTA in Verbindung mit ATP die EPS effizient hemmen und so die Entwässerbarkeit von Schlamm effektiv verbessern.

Wie bereits erwähnt, enthält das EPS neben PN und PS noch viele andere organische Stoffe. Die 3D-EEM-Spektren verschiedener EPS-Fraktionen im Schlamm vor und nach der Konditionierung durch St-CTA und ATP mit unterschiedlichen Dosen wurden ebenfalls gemessen (Hintergrundinformationen Abb. S10, S11). Laut früherer Literatur42,43 kann das 3D-EEM-Spektrum hauptsächlich in fünf Bereiche unterteilt werden, die verschiedene Substanzen repräsentieren, hauptsächlich aromatisches PN (λex/em = 230/340 nm, Peak A) und tryptophanähnliches PN (λex/em = 280). /350 nm, Peak B), Fulvosäure (λex/em = 240/420 nm, Peak C) und Huminsäuresubstanzen (λex/em = 350/440 nm und 270/450 nm, Peaks D und E). Dementsprechend zeigen Abb. 6 und die Hintergrundinformationstabelle S1 die Zusammenfassung der Intensitäten dieser fünf charakteristischen Peaks in verschiedenen EPS-Fraktionen.

Gemäß Abb. 9 und der Hintergrundinformationstabelle S1 waren die Änderungstrends in der Intensität dieser fünf charakteristischen Peaks in verschiedenen EPS-Fraktionen mit den Dosen von St-CTA und ATP offenbar denen im TOC der drei EPS-Fraktionen ähnlich (Abb . 8a). Detaillierter sind die Pearson-Korrelationen zwischen den Intensitäten der verschiedenen Fluoreszenzsignale und der Schlammentwässerbarkeit in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 zeigt, dass es sich bei den proteinähnlichen Substanzen um aromatisches PN (Peak A) und tryptophanähnliches PN (Peak B) handelt beide stehen in engem Zusammenhang mit der Schlammentwässerungsleistung in allen drei EPS-Fraktionen; Die Fulvosäure (Peak C) und die Huminsäuresubstanzen (Peak D und E) sind jedoch nur in S-EPS eng mit der Schlammentwässerungsleistung verbunden. Durch die Kombination der Korrelationsanalyse der TOC-, PS- und PN-Gehalte in Tabelle 3 steht S-EPS in engem Zusammenhang mit der Schlammentwässerungsleistung19 und der PN in EPS anstelle von Huminsäure und Fulvinsäure hat eine dominante Wirkung44,45,46.

Die Intensitäten verschiedener charakteristischer 3D-EEM-Peaks von (a) S-EPS, (b) LB-EPS und (c) TB-EPS in Schlamm, der durch St-CTA in Verbindung mit ATP unter Verwendung unterschiedlicher Dosen konditioniert wurde.

Gemäß der oben genannten Diskussion wurden die Schlammentwässerungsmechanismen schematisch in Abb. 10 beschrieben. Die negativ an der Oberfläche geladenen Schlammpartikel in Kombination mit EPS waren zunächst klein und dispergiert und enthielten eine große Menge Wasser. Wenn das positiv geladene St-CTA dosiert wurde, würde St-CTA die Schlammpartikel agglomerieren und durch Ladungsneutralisierung und überbrückende Flockungseffekte auch die EPS zusammen wirksam hemmen. Die anschließende Zugabe von ATP wirkte nicht nur als Gerüstbildner in den agglomerierten Schlammkuchen, um die Durchlässigkeit und Filtrierbarkeit des Schlamms zu verbessern, sondern bildete durch die Metallionen auf ATP auch eine wirksame Chelatisierung mit den hochhydrophilen PN-Substanzen im EPS des Schlamms, wodurch diese miteinander verbunden wurden Verbesserung der Entwässerbarkeit des Schlamms38,40,47.

Schematische Darstellung der Mechanismen bei der Schlammentwässerung durch die Kombination von St-CTA und ATP.

Zusätzlich zu den oben erwähnten synergistischen Effekten von St-CTA und ATP, die eine effiziente Leistung bei der Schlammentwässerung bewirken, sind die Vorläufer von St-CTA, d kosten. Die Kombination von St-CTA und ATP hatte somit eine hohe Kostenleistung bei der Schlammentwässerung. Allerdings bestehen bei dieser kombinierten Konditionierungsmethode in der zukünftigen Anwendung noch einige Nachteile und Herausforderungen. Die Zugabe von ATP würde zwangsläufig die resultierende Gesamtmasse des Schlamms erhöhen und damit die Schwierigkeit der nachfolgenden Behandlung erhöhen. Außerdem konnten St-CTA und ATP das EPS im Schlamm nicht wesentlich zerstören und das gebundene Wasser nicht vollständig freisetzen, was dazu führte, dass die Schlammentwässerungsleistung nur schwer weiter verbessert werden konnte. Um die Dosis des Gerüstbildners und die resultierende Schlammmasse zu reduzieren, sollten Hochleistungsflockungsmittel entwickelt werden, die intrinsisch auf der gut etablierten Struktur-Aktivitäts-Beziehung6,7 basieren. Entwässerungsmechanismen sollten daher auf der Grundlage der strukturellen Eigenschaften von Flockungsmitteln und auch der Schlüsselkomponenten im Schlamm, wie beispielsweise der Sekundärstruktur des Proteins in EPS48, im Detail untersucht werden. Darüber hinaus kann die Voroxidationsmethode das EPS im Schlamm vollständig zerstören13, und daher war der Kombinationsprozess mit der Voroxidation möglich, um die Schlammentwässerungsleistung weiter zu verbessern.

Diese Studie konzentrierte sich hauptsächlich auf die Verwendung eines kationischen, veretherten, modifizierten Flockungsmittels auf Stärkebasis, St-CTA, gefolgt von einem Tonmaterial, ATP, um den Schlamm zu konditionieren und die Schlammentwässerung zu verbessern; und die synergistischen Entwässerungsmechanismen wurden im Detail untersucht. Die wichtigsten erzielten Ergebnisse wurden wie folgt zusammengefasst:

(1) Es zeigte sich, dass nach St-CTA zugeführtes ATP bei der Schlammentwässerung eine etwas höhere Effizienz aufweist als die beiden anderen Dosierungssequenzen. Insbesondere der Schlammkonditionierungsprozess mit 16,00 mg/g TSS St-CTA in Verbindung mit 14,00 kg/m3 ATP hat eine überlegene Schlammentwässerungsleistung und niedrige Kosten von etwa 14,55 USD/tTSS, außerdem wurde der FCMC entsprechend reduziert 97,86 bis 76,99 % und die Schlammflocken wurden mit einem D2 von etwa 1,933 verdichtet. Der Einsatz dieses kombinierten Konditionierungsverfahrens zur Schlammentwässerung hat daher ein vielversprechendes Anwendungspotenzial.

(2) Auf der Grundlage der Analyse der Änderungen in den Inhalten und Verteilungen der EPS-Fraktionen und -Komponenten im durch St-CTA und ATP konditionierten Schlamm mit unterschiedlichen Dosen im Zusammenhang mit der Pearson-Korrelationsanalyse könnten St-CTA und ATP beides sein hemmen das EPS, und S-EPS steht in engem Zusammenhang mit der Schlammentwässerungsleistung. Darüber hinaus reduzierte die Kombination von St-CTA und ATP den PN in allen drei EPS-Fraktionen effizient von insgesamt 6,09 auf 3,01 mg/gTSS, was alle signifikante Korrelationen (p < 0,05) mit den Entwässerungsparametern von SRF und FCMC sowie dem PN in aufwies EPS anstelle von Huminsäure und Fulvosäure hat somit eine dominierende Wirkung bei der Schlammentwässerung.

(3) Die überlegene Schlammentwässerungsleistung dieses kombinierten Verfahrens durch St-CTA und ATP wurde auf ihre synergistischen Effekte zurückgeführt. Das positiv geladene St-CTA könnte die Schlammpartikel effizient aggregieren und koagulieren und durch Ladungsneutralisierung und überbrückende Flockungseffekte auch die EPS zusammen wirksam hemmen. Die anschließende Zugabe von ATP wirkte nicht nur als Gerüstbildner in den agglomerierten Schlammkuchen, um deren Durchlässigkeit und Filtrierbarkeit zu verbessern, wodurch sich der Kompressionskoeffizient der Schlammkuchen von 1,26 auf 0,79 verringerte, sondern bildete auch effektiv eine Chelatbildung mit den hochhydrophilen PN-Substanzen in den Schlammkuchen EPS des Schlamms durch die Metallionen auf ATP, wodurch insgesamt die Entwässerbarkeit des Schlamms verbessert wird.

Stärke (St, gewichtsmittleres Molekulargewicht ~ 1,5 × 105 g/mol) wurde von Binzhou Jinhui Corn Development Co., Ltd. bezogen. 3-Chlor-2-hydroxypropyltrimethylamin-oniumchlorid (CTA, 60 Gew.-% in Wasser) wurde von gekauft Aladdin Industrial Corporation. Es wurde St-CTA mit einem St-zu-CTA-Einspeisemassenverhältnis von 1:1,5 synthetisiert, dessen Ladungsdichte durch kolloidale Titration zu etwa 1,875 mmol/g bestimmt wurde29,49. ATP wurde von MESB (Meishibo), Changzhou, mit einer durchschnittlichen Partikelgröße [d(0,5)] von etwa 18,107 μm gekauft, die mit einem Laserbeugungs-Partikelgrößenanalysator (Mastersizer 2000, Malvern, UK) ermittelt wurde. ATP wurde vor der Verwendung vollständig in einem Ofen getrocknet, dessen Zetapotential mit etwa -9,08 ± 0,09 mV bestimmt wurde. PAM (gewichtsmittleres Molekulargewicht von etwa 1,0 × 107 g/mol und CD von 1,06 ± 0,13 mmol/g) wurde von Dongying Nuoer Chemical Co., Ltd. erhalten.

Abfallbelebtschlammproben wurden aus einer Abwasseraufbereitungsanlage in Nanjing entnommen, die Schlamm durch das Belebtschlammverfahren und Membranbioreaktoren behandelt. Die Proben wurden im Kühlschrank bei 4 °C gelagert und die gleichen Versuchsreihen unter Verwendung des gleichen Schlamms wurden innerhalb von 7 Tagen abgeschlossen. Alle physikalisch-chemischen Eigenschaften des Schlamms einschließlich der detaillierten Bestimmungsmethoden sind in der Hintergrundinformationstabelle S2 aufgeführt.

Die 250-ml-Gläser wurden für die Konditionierung von 100 ml Schlammsuspension durch einen programmierten Paddelmischer mit sechs Plätzen, Modell TA6 (Wuhan Hengling Tech. Co. Ltd.), bei Raumtemperatur verwendet. Der detaillierte Konditionierungsprozess war wie folgt. Den Schlammsuspensionen wurden verschiedene Volumina der frisch zubereiteten St-CTA-Lösung (4,0 g/L) zugesetzt; Die Mischung wurde 1,0 Minuten lang schnell bei 250 U/min gerührt, gefolgt von einem langsamen Rühren 2,0 Minuten lang bei 50 U/min. Anschließend wurden den Schlammmischungen unterschiedliche Mengen ATP zugesetzt, die 30 s lang schnell bei 250 U/min und anschließend 3,5 Minuten lang langsam bei 50 U/min gerührt wurden. Der konditionierte Schlamm wurde für nachfolgende Experimente verwendet, um FCMC, SRF, Kapillarsaugzeit (CST), Kompressionskoeffizient, Flockeneigenschaften einschließlich Flockengröße und -kompaktheit, Zetapotentiale sowie die Fraktionen und Komponenten der EPS-Extraktionen zu bestimmen. Die oben genannten Charakterisierungsmethoden werden ausführlich in der Hintergrundinformationstabelle S2 beschrieben. Jedes Experiment wurde dreifach gemessen und die Endergebnisse stellten die Durchschnittswerte dar, wobei der relative Fehler weniger als 5 % betrug.

FCMC und SRF sind zwei wichtige Parameter zur Bewertung der Schlammentwässerungsleistung, wobei SRF die Bestimmung des spezifischen Schlammwiderstands durch Pumpen des konditionierten Schlamms durch einen Brinell-Trichter mit einem Druck von 0,05 MPa ist. Das extrahierte Filtrat wurde in einem 100-ml-Messzylinder gesammelt und der Zylinderablesungswert alle 5 s vom Beginn des Pumpens bis zum Platzen des Schlammkuchens oder bis zum Erreichen von 6,0 min aufgezeichnet. Der Schlammkuchen wurde in einem Ofen bei 105 °C getrocknet und der FCMC wurde gemäß dem vorherigen Bericht50 bestimmt. Der SRF des Schlamms wurde wie folgt berechnet7,49:

wobei P (N/m2) den für die Filtration verwendeten Druck darstellt, Sa (m2) die Fläche des für die Extraktion verwendeten Filterpapiers angibt, b (s/m6) die Steigung der Filtrataustragskurve angibt; μ ist die kinetische Viskosität und ω gibt das Trockengewicht pro Volumeneinheit Schlamm auf dem Filtratmedium an.

CST wurde mit einem CST-Gerät (England Triton Electronics 304 m) gemessen, um die Filtrierbarkeit von freiem Wasser im Schlamm anzuzeigen51. Die Schlammkompressionsleistung wird durch den Schlammkompressionskoeffizienten ausgedrückt, der durch Messung der spezifischen Schlammwiderstände unter verschiedenen Pumpdrücken, d. h. 0,02, 0,03, 0,04 und 0,05 MPa, gemäß Gl. (2)47,52:

TTF bezieht sich auf die Zeit, die erforderlich ist, um unter einem Druck von 0,05 MPa ein Filtratvolumen zu erhalten, das dem halben Schlammvolumen entspricht5,53. Unter dem Filtrationsvolumen versteht man das Filtratvolumen im Messzylinder am Ende der Filtration. Die Filtratrate (q), die die Filtrationsgeschwindigkeit angibt, wird durch das Darcy-Gesetz gemäß Gl. (3):

Dabei ist V ein Filtratvolumen (m3), das am Ende der Filtration am Messzylinder abgelesen wird, Sb eine Filtrationsfläche (m2) und t die Filtrationszeit (h)53.

Die Flockeneigenschaften des behandelten Schlamms, einschließlich der Flockengröße (l) und der zweidimensionalen fraktalen Dimension (D2), wurden bestimmt, um die mikrostrukturellen Veränderungen im konditionierten Schlamm zu untersuchen. Die Schlammflocken wurden mit einer Pentax-Modell-Km-Digitalkamera, ausgestattet mit einem optischen Mikroskop (XTL-3400; Shanghai Caikon Optical Instrument Co., Ltd.), bei fester Vergrößerung fotografiert. l war die charakteristische Länge von Schlammflocken und die längste Linie, die zwei Punkte des Objektumrisses verband und durch den Schwerpunkt ging. Wie in der vorherigen Studie erwähnt7,29, wurden die projizierte charakteristische Länge l und die projizierte Fläche (A) der Schlammflocken mit einer Bildanalysesoftware (Image pro® Plus 6.0) gemessen und D2 entsprechend durch Logarithmus ermittelt Anpassung von Gl. (4).

Die konditionierten Schlammflocken und ihre nach einem anschließenden mechanischen Auspressen gebildeten Schlammkuchen wurden 72 Stunden lang bei –60 °C gefriergetrocknet und anschließend wurden ihre Oberflächenmorphologien direkt mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM, FEI Quanta 250) beobachtet.

Das EPS im Schlamm wurde hauptsächlich in lösliches EPS (S-EPS), locker gebundenes EPS (LB-EPS) und fest gebundenes EPS (TB-EPS)6 eingeteilt, die in dieser Arbeit durch ein modifiziertes Ultraschall-Thermoextraktionsverfahren extrahiert werden7,54 . Einzelheiten zur Betriebsmethode sind wie folgt: 10 ml des Schlamms wurden in einem Röhrchen bei 3000 U/min 10,0 Minuten lang zentrifugiert, der Überstand wurde extrahiert und durch eine 0,45-μm-Filtermembran filtriert, um S-EPS zu erhalten. Der verbleibende Schlamm wurde mit NaCl-Lösung mit einem Massenanteil von 0,05 % auf 10 ml resuspendiert, 2,0 Minuten lang bei 20 kHz beschallt und dann 10,0 Minuten lang in einem Schüttler bei 150 U/min geschüttelt, gefolgt von einer 10,0-minütigen Zentrifugation bei 5000 U/min. Der Überstand wurde extrahiert und durch eine 0,45 μm-Membran filtriert, um LB-EPS zu erhalten. Der verbleibende Schlamm wurde in einer NaCl-Lösung mit einem Massenanteil von 0,05 % auf 10 ml resuspendiert, 3,0 Minuten lang bei 20 kHz beschallt, 30,0 Minuten lang in einem Wasserbad auf 60 °C erhitzt und dann 10,0 Minuten lang bei 8000 U/min zentrifugiert, um den Überstand zu extrahieren und durch eine 0,45 μm-Membran filtriert, um TB-EPS zu erhalten.

Der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) in EPS-Fraktionen wurde mit einem Analysegerät für den gesamten organischen Kohlenstoff (Aurora 1030 W, USA) gemessen, um gelöste organische Stoffe im Schlamm anzuzeigen. Der Proteingehalt (PN) wurde mit einem UV-2600A-Spektrometer (Unico USA) mit Rinderserumalbumin (BSA) als Standardsubstanz gemessen55,56. Die drei EPS-Extrakte und die BSA-Standardlösung wurden mit der vorbereiteten Lösung von Coomassie Brilliant Blue G-250 gefärbt und die Absorption von PN wurde durch UV bei 595 nm nach 2,0-minütigem Stehen gemessen. Der Gehalt an Polysacchariden (PS) wurde mit der Anthrone-Methode57 analysiert. Denn PS kann mit Anthron zu einer blaugrünen Lösung reagieren. EPS und vorbereitete Glucose-Standardlösungen können erhitzt und mit Anthron umgesetzt werden und die Absorption wird mittels UV bei 620 nm gemessen.

Spektren der dreidimensionalen Anregungsemissionsmatrix (3D-EEM) wurden mit einem F-7000-Fluoreszenzspektrophotometer (Hitachi, Japan) gemessen. Die spezifischen Versuchsbedingungen sind wie folgt: Die Wellenlänge des emittierten Lichts reicht von 250 bis 550 nm in Schritten von 1 nm und der Wellenlängenbereich des Anregungslichts reicht von 200 bis 450 nm in Schritten von 5 nm. Die Scangeschwindigkeit beträgt 2400 nm/min und die Emissions- und Anregungsspaltbandbreiten betragen 5 nm38.

Die Korrelationsanalyse wurde mit dem Pearson-Korrelationskoeffizienten-Berechnungsmodul von IBM SPSS Statistics Version 22.0 durchgeführt, das hauptsächlich zur Quantifizierung der Korrelation zwischen FCMC- oder SRF-Werten und verschiedenen Fraktionen im Schlamm-EPS58 verwendet wurde.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (Fördernummer 51978325) unterstützt.

Staatliches Schlüssellabor für Umweltverschmutzungskontrolle und Ressourcenwiederverwendung, Fakultät für Umwelt, Universität Nanjing, Nanjing, 210023, Volksrepublik China

Shaohang Shen, Yu Pan, Pan Hu und Hu Yang

School of Ecology Technology and Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai, 201418, Volksrepublik China

Hua Wei

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SHS führte diese Experimente durch, analysierte die Ergebnisse und verfasste das Manuskript. HW, PH und YP führten diese Experimente durch und verfassten das Manuskript. HY ist der korrespondierende Autor (Tel. & Fax: 86-25-89681272, E-Mail: [email protected]), hat die Experimente entworfen, das Manuskript überprüft und bearbeitet. Alle Autoren haben das Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Hu Yang.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

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Eingegangen: 24. November 2022

Angenommen: 06. Januar 2023

Veröffentlicht: 09. Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27749-3

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