Kako se ostvaruje istovremena nitrifikacija i denitrifikacija MBBR-a?
(1) Koncept simultane nitrifikacije i denitrifikacije biološkog uklanjanja dušika (SND)
Istovremena nitrifikacija, denitrifikacija i denitrifikacija (SND) je istovremena proizvodnja nitrifikacije, denitrifikacije i uklanjanja ugljika u istom reaktoru. Probija se kroz tradicionalno stajalište da se nitrifikacija i denitrifikacija ne mogu dogoditi u isto vrijeme, posebno u aerobnim uvjetima, može doći i do denitrifikacije, čineći istovremenu nitrifikacija i denitrifikacija moguća.
Proces nitrifikacije troši alkalnost, a proces denitrifikacije proizvodi lužnatost, tako da SND može učinkovito održavati pH vrijednost u reaktoru stabilnom, bez potrebe za kiselinsko-baznom neutralizacijom i bez potrebe za vanjskim izvorom ugljika; štedi volumen reaktora, skraćuje vrijeme reakcije i smanjuje nitratno stanje. Koncentracija dušika može smanjiti plutanje mulja u sekundarnom taložniku, pa je SND postao istraživačko žarište biološke denitrifikacije. Za izvedivost biološke denitrifikacije SND-a trenutno postoje tri glavna gledišta iz različitih perspektiva:
Perspektiva makrookoliša: Ovo gledište vjeruje da ne postoji potpuno ujednačeno stanje miješanja, a neravnomjerna raspodjela DO u reaktoru može formirati aerobna, anoksična i anaerobna područja, koja se mogu pojaviti u istom bioreaktoru pod anoksičnim/anaerobnim okolišni uvjeti Reakcija denitrifikacije, u kombinaciji s uklanjanjem organske tvari u aerobnom okruženju i nitrifikacijom amonijačnog dušika u sekciji, može se postići SND.
Iz perspektive mikrookoliša: Ovo gledište drži da je anoksično mikrookruženje u mikrobnom floku glavni razlog za nastanak SND, odnosno zbog ograničenja difuzije (prijenosa) kisika postoji gradijent otopljenog kisika u mikrobnom floc, što pogoduje realizaciji istovremene nitrifikacije i denitrifikacije Mikrookoliša.
Biološko gledište: Ovo stajalište drži da se postojanje posebnih mikrobnih populacija smatra glavnim razlogom za pojavu SND. Neke nitrificirajuće bakterije mogu izvršiti denitrifikaciju uz normalnu nitrifikaciju, a neki nizozemski znanstvenici su izdvojili aerobnu nitrifikaciju. , i može provesti aerobnu denitrifikaciju Thiococcus pantrophicus; neke bakterije međusobno surađuju kako bi provode sekvencijalne reakcije pretvaranja amonijaka u dušik, što pruža mogućnost dovršetka biološke denitrifikacije u istom reaktoru pod istim uvjetima.
Trenutno postoji mnogo mikrobioloških studija i objašnjenja o biološkoj denitrifikaciji, ali ona nisu savršena, a razumijevanje fenomena SND je još uvijek u razvoju i istraživanju. Teorija mikrookoliša je općenito prihvaćena. Zbog postojanja gradijenta otopljenog kisika, koncentracija otopljenog kisika na vanjskoj površini mikrobnih nakupina ili biofilma je visoka, uglavnom aerobnih nitrificirajućih bakterija i amonijačnih bakterija; duboko iznutra blokiran je prijenos kisika i vanjski. Velika količina otopljenog kisika se troši za stvaranje anoksičnih područja, a denitrificirajuće bakterije su dominantni sojevi, što može dovesti do pojave istovremene nitrifikacije i denitrifikacije. Ova teorija objašnjava zajednički problem različitih vrsta bakterija u istom reaktoru, ali postoji i nedostatak, odnosno problem izvora organskog ugljika. Organski izvor ugljika nije samo donor elektrona heterotrofne denitrifikacije, već i inhibitor procesa nitrifikacije. Kada organski izvor ugljika u kanalizaciji prođe kroz aerobni sloj, prvo se oksidira aerobnom oksidacijom. Denitrifikacijske bakterije u anoksičnoj zoni uzrokovane su nedostatkom donora elektrona, što smanjuje brzinu denitrifikacije, što može utjecati na učinkovitost denitrifikacije SND-a. Stoga mehanizam istovremene nitrifikacije i denitrifikacije još treba dodatno poboljšati.
(2) Mehanizam simultane nitrifikacije, denitrifikacije i denitrifikacije u biološkom pokretnom krevetu MBBR
MBBR je novi tip reaktora visoke učinkovitosti koji kombinira metodu aktivnog mulja suspendiranog rasta i biofilmsku metodu vezanog rasta. Osnovni princip dizajna je izravno dodavanje suspendiranih punila specifične težine bliske vodi i mogu se suspendirati u vodi u reakcijski spremnik kao aktivnost mikroorganizama. Nosač, suspendirano punilo može biti u čestom kontaktu s kanalizacijom, a biofilm (film viseći) postupno raste na površini punila, čime se pojačava učinak prijenosa mase zagađivača, otopljenog kisika i biofilma, odnosno MBBR je pod nazivom "mobilni biološki film". membrana". Na temelju dosadašnjih istraživanja mehanizma SND, u kombinaciji s mikrookolinom i biološkom teorijom, mogući načini reakcije SND u MBBR biofilmu su aerobne bakterije koje oksidiraju amonijak, bakterije koje oksidiraju nitrite i aerobna denitrifikacija raspoređena u aerobnom sloju biofilma. Bakterije surađuju s anammox bakterijama, autotrofnim nitritnim bakterijama i denitrifikacijskim bakterijama raspoređenim u biološkom anoksičnom sloju te na kraju postižu svrhu denitrifikacije.
MBBR se oslanja na prozračivanje u spremniku za prozračivanje i učinak podizanja protoka vode kako bi nosač bio u fluidiziranom stanju, stvarajući tako suspendirani aktivni mulj i pričvršćeni biofilm, dajući punu igru prednostima vezanih i suspendiranih organizama. Ne samo da osigurava makroskopsko i mikroskopsko aerobno i anaerobno okruženje, već također rješava sporove oko DO i sporove o izvorima ugljika između autotrofnih nitrificirajućih bakterija, heterotrofnih denitrifikacijskih bakterija i heterotrofnih bakterija. Stoga MBBR može ostvariti dinamičku ravnotežu dva procesa nitrifikacije i denitrifikacije, te ima vrlo dobre uvjete za istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju, te može ostvariti MBBR istovremenu nitrifikaciju, denitrifikaciju i denitrifikaciju.
Utječući čimbenici istodobne nitrifikacije i denitrifikacije MBBR-a
Ključna tehnologija za postizanje istovremene nitrifikacije i denitrifikacije u MBBR-u je kontrola kinetičke ravnoteže nitrifikacije i denitrifikacije u MBBR-u i rješavanje spora o DO između autotrofnih nitrificirajućih bakterija i heterotrofnih bakterija i spora o izvoru ugljika između denitrificirajućih bakterija i heterotrofnih bakterija, itd., pa su glavni kontrolni faktori: omjer ugljik-dušik, koncentracija otopljenog kisika, temperatura i pH.
(1) Utjecaj punila na MBBR metodu
Tehnički ključ MBBR metode leži u biološkim punilima čija je specifična težina bliska onoj u vodi i koja se uz lagano miješanje lako pomiču s vodom. Obično je punilo izrađeno od polietilenske plastike. Oblik svakog nosača je mali cilindar promjera 10 mm i visine 8 mm. U cilindru su križni oslonci, a na vanjskom zidu izbočene okomite peraje. Šuplji dio punila čini 0.95 posto cjelokupnog volumena. , odnosno u posudi punoj vode i punila, volumen vode u svakom punilu je 95 posto . Uzimajući u obzir rotaciju punila i ukupni volumen spremnika, omjer punjenja punila definira se kao udio prostora koji zauzima nosač. Kako bi se postigao najbolji učinak miješanja, omjer punjenja punila je najviše 0,7. Teoretski, ukupna specifična površina punila definirana je brojem specifičnih površina po jedinici volumena biološkog nosača, što općenito iznosi 700 m2/m3. Kada biofilm raste unutar nosača, stvarna učinkovita upotreba specifične površine je oko 500 m2/m3.
Ova vrsta biološkog punila pogoduje rastu mikroorganizama na unutarnjoj strani punila, tvoreći relativno stabilan biofilm, te je lako formirati fluidizirano stanje. Kada su zahtjevi za prethodnu obradu niski ili kanalizacija sadrži veliku količinu vlaknastih tvari, na primjer, primarni taložnik se ne koristi u pročišćavanju komunalne otpadne vode ili kada se pročišćava otpadna voda iz proizvodnje papira koja sadrži veliku količinu vlakana, biološko punilo s koristi se mala specifična površina i velika veličina. Kada postoji bolja predobrada ili za nitrifikaciju, koristi se biološko punilo s velikom specifičnom površinom.
(2) Učinak otopljenog kisika (DO) na MBBR metodu
Koncentracija DO je glavni ograničavajući čimbenik koji utječe na istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju. Kontrolom koncentracije DO, različiti dijelovi biofilma mogu formirati aerobnu zonu ili anoksičnu zonu, koja ima sposobnost postizanja istovremene nitrifikacije i denitrifikacije. fizičkih uvjeta.
Teoretski, kada je koncentracija DO previsoka, DO može prodrijeti u unutrašnjost biofilma, što otežava stvaranje anoksične zone unutar, a velika količina amonijačnog dušika oksidira se u nitrate i nitrit, čineći efluent TN još uvijek visokim . Naprotiv, ako je koncentracija DO vrlo niska, veliki dio anaerobne zone će se formirati unutar biofilma, a denitrifikacijski kapacitet biofilma će se povećati (koncentracije nitrata i nitrita u efluentu su vrlo niske ), ali zbog nedovoljne opskrbe DO, MBBR Nitrifikacijski učinak procesa se smanjuje, tako da se povećava koncentracija amonijačnog dušika u efluentu, što dovodi do povećanja TN efluenta, što utječe na konačni učinak obrade.
Istraživanjem je konačno dobivena optimalna vrijednost MBBR metode za pročišćavanje urbane kućne kanalizacije DO: kada je koncentracija DO iznad 2 mg/L, DO ima mali utjecaj na nitrifikacijski učinak MBBR, a brzina uklanjanja amonijačnog dušika može doseći 97 posto -99 posto posto, amonijačni dušik u otpadnoj vodi može se držati ispod 1.0mg/L; kada je masena koncentracija DO oko 1.0mg/L, brzina uklanjanja amonijačnog dušika je oko 84 posto, a koncentracija amonijačnog dušika u otpadnoj vodi značajno se povećala. Osim toga, DO u spremniku za prozračivanje ne smije biti previsok. Previsoka količina otopljenog kisika može uzrokovati prebrzu razgradnju organskih zagađivača, pa mikroorganizmima nedostaju hranjive tvari, aktivni mulj lako stari, a struktura je rahla. Osim toga, DO je previsok i pretjerana potrošnja energije nije ekonomski prihvatljiva.
Budući da MBBR metoda uglavnom ostvaruje konačnu obradu otpadnih voda kroz suspendirana punila, učinak DO na suspendirana punila također je ključ za ukupne rezultate obrade. Istraživanja su pokazala da se kapacitet oksigenacije reaktora povećava s povećanjem brzine punjenja suspendiranog punila unutar određenog raspona. Pod djelovanjem aeracije voda se fluidizira zajedno s punilom, a turbulencija vodenog toka je veća od one bez punila, što ubrzava obnavljanje graničnog sloja plin-tekućina i prijenos kisika te povećava brzinu prijenosa kisika. Kako se količina punila povećava, djelovanje rezanja i turbulentno djelovanje između punila, protoka zraka i protoka vode nastavljaju jačati. Međutim, kada je količina dodanog punila 60 posto, učinak fluidizacije punila u vodi postaje slab, a stupanj turbulencije u vodnom tijelu također se smanjuje, što smanjuje brzinu prijenosa kisika i stopu iskorištenja kisika. Stoga je za različite vrste kakvoće vode, kontrola količine DO ključna za konačni rezultat obrade cijelog procesa.
Što je MBBR?
MBBR proces temelji se na osnovnom principu metode biofilma. Dodavanjem određene količine suspendiranog nosača u reaktor povećava se biomasa i biološke vrste u reaktoru, čime se poboljšava učinkovitost obrade reaktora. Budući da je gustoća punila bliska gustoći vode, tijekom prozračivanja se potpuno miješa s vodom, a okruženje za rast mikroba je plinovito, tekuće i kruto trofazno.
Sudar i smicanje nosača u vodi čine mjehuriće zraka manjim i povećavaju stopu iskorištenja kisika. Osim toga, svaki nosač ima različite biološke vrste iznutra i izvana, s nekim anaerobnim bakterijama ili fakultativnim bakterijama koje rastu unutra, a aerobnim bakterijama izvana, tako da je svaki nosač mikroreaktor, tako da reakcija nitrifikacije i reakcija denitrifikacije koegzistiraju, čime se poboljšava učinak obrade .