Cum se realizează nitrificarea și denitrificarea simultană a MBBR?
(1) Conceptul de nitrificare și denitrificare simultană a eliminării biologice a azotului (SND)
Nitrificarea, denitrificarea și denitrificarea simultană (SND) reprezintă producția simultană de nitrificare, denitrificare și îndepărtare a carbonului în același reactor. Se sparge de concepția tradițională că nitrificarea și denitrificarea nu pot avea loc în același timp, mai ales în condiții aerobe, poate apărea și denitrificarea, făcând posibilă nitrificarea și denitrificarea simultană.
Procesul de nitrificare consumă alcalinitate, iar procesul de denitrificare produce alcalinitate, astfel încât SND poate menține stabilă valoarea pH-ului în reactor, fără a fi nevoie de neutralizare acido-bazică și fără a necesita o sursă externă de carbon; economisește volumul reactorului, scurtează timpul de reacție și reduce starea de nitrat. Concentrația de azot poate reduce nămolul care plutește în rezervorul de sedimentare secundar, astfel încât SND a devenit un punct fierbinte de cercetare al denitrificării biologice. Pentru fezabilitatea denitrificării biologice SND, există în prezent trei puncte de vedere principale din perspective diferite:
Perspectivă macro-mediu: Acest punct de vedere consideră că o stare de amestec complet uniformă nu există, iar distribuția neuniformă a DO în reactor poate forma regiuni aerobe, anoxice și anaerobe, care pot apărea în același bioreactor în condiții anoxice/anaerobe. condițiile de mediu Reacția de denitrificare, combinată cu îndepărtarea materiei organice în mediul aerob și nitrificarea azotului amoniac în secțiune, se poate realiza SND.
Din perspectiva micromediului: Această viziune susține că micromediul anoxic din flocul microbian este principalul motiv pentru formarea SND, adică datorită limitării difuziei (transmisiei) oxigenului, există un gradient de oxigen dizolvat în microbian. floc, care este propice realizării simultane de nitrificare și denitrificare Micromediu.
Punct de vedere biologic: Acest punct de vedere susține că existența unor populații microbiene speciale este considerată a fi principalul motiv pentru apariția SND. Unele bacterii nitrificatoare pot efectua denitrificare în plus față de nitrificarea normală, iar unii savanți olandezi au izolat nitrificarea aerobă. și poate efectua denitrificarea aerobă a Thiococcus pantrophicus; unele bacterii cooperează între ele pentru a desfășura reacții secvențiale pentru a transforma amoniacul în azot, ceea ce oferă posibilitatea de a finaliza denitrificarea biologică în același reactor în aceleași condiții.
În prezent, există multe studii microbiologice și explicații privind denitrificarea biologică, dar acestea nu sunt perfecte, iar înțelegerea fenomenului SND este încă în curs de dezvoltare și explorare. Teoria micromediului este general acceptată. Datorită existenței gradientului de oxigen dizolvat, concentrația de oxigen dizolvat pe suprafața exterioară a flocurilor microbiene sau a biofilmelor este ridicată, în principal bacterii nitrificatoare aerobe și bacterii amoniac; adânc în interior, transferul de oxigen este blocat și extern O cantitate mare de oxigen dizolvat este consumată pentru a produce zone anoxice, iar bacteriile denitrificatoare sunt tulpinile dominante, ceea ce poate duce la apariția simultană a nitrificării și denitrificării. Această teorie explică problema comună a diferitelor specii bacteriene în același reactor, dar există și un defect, adică problema sursei de carbon organic. Sursa de carbon organic nu este doar donatorul de electroni al denitrificării heterotrofe, ci și inhibitorul procesului de nitrificare. Când sursa de carbon organic din ape uzate trece prin stratul aerob, aceasta este mai întâi oxidată prin oxidare aerobă. Bacteriile denitrificatoare din zona anoxică se datorează lipsei donatorilor de electroni reduce rata de denitrificare, ceea ce poate afecta eficiența denitrificării SND. Prin urmare, mecanismul de nitrificare și denitrificare simultană trebuie încă îmbunătățit.
(2) Mecanismul de nitrificare, denitrificare și denitrificare simultană în patul mobil biologic MBBR
MBBR este un nou tip de reactor de înaltă eficiență care combină metoda cu nămol activat de creștere în suspensie și metoda biofilm de creștere atașată. Principiul de proiectare de bază este de a adăuga direct materiale de umplutură suspendate cu o greutate specifică aproape de apă și pot fi suspendate în apă în rezervorul de reacție ca activitate a microorganismelor. Purtătorul, umplutura suspendată poate fi în contact frecvent cu canalizarea, iar biofilmul (agățat de film) crește treptat pe suprafața umpluturii, ceea ce întărește efectul de transfer de masă al poluanților, oxigenului dizolvat și biofilmului, adică MBBR este numită „film biologic mobil”. Pe baza cercetărilor efectuate până acum asupra mecanismului SND, combinate cu micromediul și teoria biologică, posibilele moduri de reacție ale SND în biofilmul MBBR sunt bacteriile aerobe oxidante de amoniac, bacteriile oxidante de nitriți și denitrificarea aerobă distribuite în stratul aerob al biofilmului. Bacteriile cooperează cu bacteriile anammox, bacteriile autotrofe nitrite și bacteriile denitrificatoare distribuite în stratul anoxic biologic și în cele din urmă ating scopul denitrificării.
MBBR se bazează pe aerarea din rezervorul de aerare și pe efectul de ridicare al fluxului de apă pentru a face purtătorul într-o stare fluidizată, formând astfel nămol activat în suspensie și biofilm atașat, dând pe deplin avantajele atât ale organismelor atașate, cât și ale organismelor suspendate. Nu numai că oferă medii aerobe și anaerobe macroscopice și microscopice, dar rezolvă și disputele de DO și disputele surselor de carbon dintre bacteriile nitrifiante autotrofe, bacteriile denitrificatoare heterotrofe și bacteriile heterotrofe. Prin urmare, MBBR poate realiza echilibrul dinamic al celor două procese de nitrificare și denitrificare și are condiții foarte bune pentru nitrificare și denitrificare simultană și poate realiza nitrificare, denitrificare și denitrificare simultană MBBR.
Factori de influență ai nitrificării și denitrificării simultane MBBR
Tehnologia cheie pentru a realiza nitrificarea și denitrificarea simultană în MBBR este de a controla echilibrul cinetic al nitrificării și denitrificării în MBBR și de a rezolva disputa DO dintre bacteriile nitrifiante autotrofe și bacteriile heterotrofe și disputa surselor de carbon dintre bacteriile denitrificatoare și bacteriile heterotrofe, etc., deci principalii factori de control sunt: raportul carbon-azot, concentrația de oxigen dizolvat, temperatura și pH-ul.
(1) Influența materialelor de umplutură asupra metodei MBBR
Cheia tehnică a metodei MBBR constă în materialele de umplutură biologice a căror greutate specifică este apropiată de cea a apei și care se deplasează ușor cu apă sub agitare ușoară. De obicei, umplutura este realizată din plastic de polietilenă. Forma fiecărui suport este un cilindru mic cu un diametru de 10mm și o înălțime de 8mm. Există suporturi transversale în cilindru și aripioare verticale proeminente pe peretele exterior. Partea goală a materialului de umplutură reprezintă 0,95 la sută din întregul volum. , adică într-un recipient plin cu apă și umplutură, volumul de apă din fiecare umplutură este de 95 la sută . Luând în considerare rotația umpluturii și volumul total al recipientului, raportul de umplere al umpluturii este definit ca proporția din spațiul ocupat de purtător. Pentru a obține cel mai bun efect de amestecare, raportul de umplere al umpluturii este de cel mult 0,7. Teoretic, suprafața specifică totală a materialului de umplutură este definită de numărul de suprafețe specifice per unitate de volum de purtător biologic, care este în general 700 m2/m3. Când biofilmul crește în interiorul purtătorului, utilizarea efectivă efectivă a suprafeței specifice este de aproximativ 500 m2/m3.
Acest tip de umplutură biologică favorizează creșterea microorganismelor în interiorul umpluturii, formând un biofilm relativ stabil și este ușor să se formeze o stare fluidizată. Atunci când cerințele de pretratare sunt scăzute sau canalul conține o cantitate mare de substanțe fibroase, de exemplu, rezervorul de sedimentare primară nu este utilizat în tratarea apelor uzate municipale sau atunci când apa uzată de fabricare a hârtiei care conține o cantitate mare de fibre este tratată, umplutura biologică cu se foloseste o suprafata specifica mica si o dimensiune mare. Când există un pretratare mai bun sau pentru nitrificare, se folosește umplutura biologică cu o suprafață specifică mare.
(2) Efectul oxigenului dizolvat (DO) asupra metodei MBBR
Concentrația de DO este un factor limitator major care afectează nitrificarea și denitrificarea simultană. Prin controlul concentrației de DO, diferite părți ale biofilmului pot forma o zonă aerobă sau o zonă anoxică, care are capacitatea de a realiza nitrificare și denitrificare simultană. conditiile fizice.
Teoretic, atunci când concentrația de DO este prea mare, DO poate pătrunde în interiorul biofilmului, ceea ce face dificilă formarea unei zone anoxice în interior, iar o cantitate mare de azot amoniac este oxidat la nitrat și nitriți, făcând efluentul TN încă ridicat. . Dimpotrivă, dacă concentrația de DO este foarte scăzută, în interiorul biofilmului se va forma o mare parte a zonei anaerobe, iar capacitatea de denitrificare a biofilmului va fi sporită (concentrațiile de nitrat și nitriți din efluent sunt foarte scăzute). ), dar din cauza aprovizionării insuficiente cu DO, MBBR Efectul de nitrificare al procesului scade, astfel încât concentrația de azot amoniac în efluent crește, ceea ce duce la creșterea TN a efluentului, ceea ce afectează efectul final de tratare.
Prin cercetare, se obține în sfârșit o valoare optimă a metodei MBBR pentru tratarea DO a apelor uzate menajere urbane: când concentrația de DO este peste 2 mg/L, DO are un efect redus asupra efectului de nitrificare a MBBR, iar rata de îndepărtare a azotului amoniac poate ajunge la 97 la sută -99 la sută , azotul amoniac efluent poate fi menținut sub 1.0mg/L; când concentrația de masă DO este de aproximativ 1.0mg/L, rata de eliminare a azotului amoniac este de aproximativ 84%, iar concentrația de azot amoniac din efluent a crescut semnificativ. În plus, DO din rezervorul de aerare nu trebuie să fie prea mare. Oxigenul dizolvat prea mare poate duce la descompunerea prea rapidă a poluanților organici, astfel încât microorganismele lipsesc de nutrienți, nămolul activat se îmbătrânește ușor, iar structura este liberă. În plus, DO este prea mare și consumul excesiv de energie nu este adecvat din punct de vedere economic.
Deoarece metoda MBBR realizează în principal epurarea finală a apelor uzate prin materiale de umplutură suspendate, efectul DO asupra materialelor de umplutură în suspensie este, de asemenea, cheia pentru rezultatele generale ale epurării. Studiile au arătat că capacitatea de oxigenare a reactorului crește odată cu creșterea vitezei de umplere a umpluturii suspendate într-un anumit interval. Sub acțiunea aerării, apa este fluidizată împreună cu umplutura, iar turbulența debitului de apă este mai mare decât cea fără umplutură, ceea ce accelerează reînnoirea interfeței gaz-lichid și transferul de oxigen și crește viteza. de transfer de oxigen. Pe măsură ce cantitatea de umplutură crește, acțiunea de tăiere și acțiunea turbulentă dintre umplutură, fluxul de aer și fluxul de apă continuă să se întărească. Cu toate acestea, atunci când cantitatea de umplutură adăugată este de 60 la sută, efectul de fluidizare al umpluturii în apă devine slab, iar gradul de turbulență în corpul de apă scade, de asemenea, ceea ce reduce viteza de transmitere a oxigenului și rata de utilizare a oxigenului. Prin urmare, pentru diferite tipuri de calitate a apei, controlul cantității de DO este crucial pentru rezultatul final al tratamentului al întregului proces.
Ce este MBBR?
Procesul MBBR se bazează pe principiul de bază al metodei biofilmului. Prin adăugarea unei anumite cantități de purtător în suspensie în reactor, biomasa și speciile biologice din reactor sunt crescute, îmbunătățind astfel eficiența de procesare a reactorului. Deoarece densitatea umpluturii este apropiată de cea a apei, acesta este complet amestecat cu apa în timpul aerării, iar mediul pentru creșterea microbiană este gazos, lichid și solid trifazic.
Ciocnirea și forfecarea purtătorului în apă fac bulele de aer mai mici și cresc rata de utilizare a oxigenului. În plus, fiecare purtător are specii biologice diferite în interior și în exterior, cu unele bacterii anaerobe sau bacterii facultative crescând în interior și bacterii aerobe în exterior, astfel încât fiecare purtător este un microreactor, astfel încât reacția de nitrificare și reacția de denitrificare coexistă, îmbunătățind astfel efectul de procesare. .