Kako se ostvaruje istovremena nitrifikacija i denitrifikacija MBBR?
(1) Koncept simultane nitrifikacije i denitrifikacije biološkog uklanjanja dušika (SND)
Simultana nitrifikacija, denitrifikacija i denitrifikacija (SND) je istovremena proizvodnja nitrifikacije, denitrifikacije i uklanjanja ugljika u istom reaktoru. Probija se kroz tradicionalno gledište da se nitrifikacija i denitrifikacija ne mogu desiti istovremeno, posebno u aerobnim uslovima, može doći i do denitrifikacije, čineći simultanu nitrifikaciju i denitrifikaciju mogućim.
Proces nitrifikacije troši alkalnost, a proces denitrifikacije proizvodi alkalnost, tako da SND može efikasno održavati pH vrijednost u reaktoru stabilnom, bez potrebe za kiselo-baznom neutralizacijom i bez potrebe za vanjskim izvorom ugljika; štedi volumen reaktora, skraćuje vrijeme reakcije i smanjuje stanje nitrata. Koncentracija dušika može smanjiti plutanje mulja u sekundarnoj taložnici, tako da je SND postao istraživačko žarište biološke denitrifikacije. Za izvodljivost SND biološke denitrifikacije, trenutno postoje tri glavna gledišta iz različitih perspektiva:
Makro-ekološka perspektiva: Ova tačka gledišta vjeruje da potpuno uniformno stanje miješanja ne postoji, a neravnomjerna distribucija DO u reaktoru može formirati aerobne, anoksične i anaerobne regije, koje se mogu pojaviti u istom bioreaktoru pod anoksičnim/anaerobnim uslovi okoline Reakcija denitrifikacije, u kombinaciji sa uklanjanjem organske materije u aerobnom okruženju i nitrifikacijom amonijačnog azota u sekciji, može se postići SND.
Iz perspektive mikrookruženja: Ovo gledište smatra da je anoksično mikrookruženje u mikrobnom floku glavni razlog za nastanak SND, odnosno zbog ograničenja difuzije (transmisije) kiseonika, postoji gradijent rastvorenog kiseonika u mikrobnom floc, što pogoduje realizaciji simultane nitrifikacije i denitrifikacije mikrookruženja.
Biološko gledište: Ovo gledište smatra da se postojanje posebnih mikrobnih populacija smatra glavnim razlogom za pojavu SND. Neke nitrificirajuće bakterije mogu izvršiti denitrifikaciju uz normalnu nitrifikaciju, a neki holandski naučnici su izolovali aerobnu nitrifikaciju. , i može izvršiti aerobnu denitrifikaciju Thiococcus pantrophicus; neke bakterije sarađuju jedna s drugom kako bi izvršile sekvencijalne reakcije za pretvaranje 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 mikrookruženja je općenito prihvaćena. Zbog postojanja gradijenta otopljenog kisika, koncentracija otopljenog kisika na vanjskoj površini mikrobnih flokula 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 denitrifikujuće bakterije su dominantni sojevi, što može dovesti do simultane 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. Denitrificirajuće bakterije u anoksičnoj zoni su posljedica Nedostatak donora elektrona smanjuje brzinu denitrifikacije, što može utjecati na efikasnost denitrifikacije SND. Stoga, mehanizam simultane nitrifikacije i denitrifikacije još uvijek treba dodatno poboljšati.
(2) Mehanizam simultane nitrifikacije, denitrifikacije i denitrifikacije u biološkom pokretnom krevetu MBBR
MBBR je novi tip reaktora visoke efikasnosti koji kombinuje metodu aktivnog mulja suspendovanog rasta i biofilmsku metodu vezanog rasta. Osnovni princip dizajna je da se direktno dodaju suspendovana punila specifične težine bliske vodi i mogu se suspendovati u vodi u reakcioni rezervoar kao aktivnost mikroorganizama. Nosač, suspendovano punilo može biti u čestom kontaktu sa kanalizacijom, a biofilm (film visi) postepeno raste na površini punila, čime se pojačava efekat prenosa mase zagađivača, rastvorenog kiseonika i biofilma, odnosno MBBR je pod nazivom "mobilni biološki film". membrana". Na osnovu dosadašnjih istraživanja mehanizma SND, u kombinaciji s mikrookruženjem 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 sa anammox bakterijama, autotrofnim nitritnim bakterijama i denitrifikujućim bakterijama raspoređenim u biološkom anoksičnom sloju i konačno postižu svrhu denitrifikacije.
MBBR se oslanja na aeraciju u rezervoaru za aeraciju i efekat podizanja vodenog toka kako bi nosač bio u fluidiziranom stanju, čime se formira suspendirani aktivni mulj i pričvršćeni biofilm, dajući punu igru prednostima vezanih i suspendiranih organizama. Ne samo da pruža makroskopsko i mikroskopsko aerobno i anaerobno okruženje, već također rješava sporove oko DO i sporove o izvorima ugljika između autotrofnih nitrifikujućih bakterija, heterotrofnih denitrifikujućih bakterija i heterotrofnih bakterija. Dakle, MBBR može ostvariti dinamičku ravnotežu dva procesa nitrifikacije i denitrifikacije, i ima vrlo dobre uslove za istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju, a može ostvariti i MBBR istovremenu nitrifikaciju, denitrifikaciju i denitrifikaciju.
Faktori uticaja MBBR istovremene nitrifikacije i denitrifikacije
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, te spora o izvoru ugljika između denitrificirajućih bakterija i heterotrofnih bakterija, itd., pa su glavni kontrolni faktori: odnos ugljik-azot, koncentracija rastvorenog kiseonika, 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 lako kreću s vodom uz lagano miješanje. Obično je punilo izrađeno od polietilenske plastike. Oblik svakog nosača je mali cilindar prečnika 10mm i visine 8mm. U cilindru su poprečni oslonci, a na vanjskom zidu izbočena vertikalna rebra. Šuplji dio punila čini 0,95 posto cjelokupnog volumena. , odnosno u posudi punoj vode i punila, zapremina vode u svakom punilu je 95 posto. Uzimajući u obzir rotaciju punila i ukupnu zapreminu kontejnera, omjer punjenja punila je definiran kao udio prostora koji zauzima nosač. Da bi se postigao najbolji efekat mešanja, odnos punjenja punila je najviše 0,7. Teoretski, ukupna specifična površina punila je definisana brojem specifičnih površina po jedinici zapremine biološkog nosača, što je generalno 700m2/m3. Kada biofilm raste unutar nosača, stvarna efektivna upotreba specifične površine je oko 500m2/m3.
Ova vrsta biološkog punila pogoduje rastu mikroorganizama u unutrašnjosti punila, formirajući relativno stabilan biofilm i lako se formira fluidizovano stanje. Kada su zahtjevi za predtretman niski ili kanalizacija sadrži veliku količinu vlaknastih tvari, na primjer, primarni taložnik se ne koristi u komunalnom tretmanu otpadnih voda ili kada se tretira otpadna voda iz proizvodnje papira koja sadrži veliku količinu vlakana, biološko punilo sa koristi se mala specifična površina i velika veličina. Kada postoji bolji predtretman ili za nitrifikaciju, koristi se biološko punilo sa velikom specifičnom površinom.
(2) Utjecaj rastvorenog kiseonika (DO) na MBBR metodu
Koncentracija DO je glavni ograničavajući faktor koji utiče na istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju. Kontrolom koncentracije DO, različiti dijelovi biofilma mogu formirati aerobnu zonu ili anoksičnu zonu, koja ima sposobnost da postigne istovremenu nitrifikaciju i denitrifikaciju. fizičkim uslovima.
Teoretski, kada je koncentracija DO previsoka, DO može prodrijeti u unutrašnjost biofilma, što otežava stvaranje anoksične zone unutra, a velika količina amonijačnog dušika se oksidira 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 kapacitet denitrifikacije 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 utiče na konačni učinak tretmana.
Istraživanjem je konačno dobijena optimalna vrijednost MBBR metode za prečišćavanje 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 dostići 97 procenata -99 procenat procenata, amonijačni azot se može održavati ispod 1.0mg/L; kada je masena koncentracija DO oko 1.0mg/L, brzina uklanjanja amonijačnog dušika je oko 84 procenta, a koncentracija amonijačnog dušika u efluentu se značajno povećala. Osim toga, DO u rezervoaru za aeraciju ne bi trebao biti previsok. Previše otopljenog kisika može uzrokovati prebrzo razlaganje organskih zagađivača, tako da 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 konačni tretman otpadnih voda kroz suspendovana punila, efekat DO na suspendovana punila je takođe ključ za ukupne rezultate tretmana. Istraživanja su pokazala da se kapacitet oksigenacije reaktora povećava s povećanjem brzine punjenja suspendiranog punila unutar određenog raspona. Pod dejstvom aeracije voda se fluidizuje zajedno sa punilom, a turbulencija toka vode je veća od one bez punila, što ubrzava obnavljanje granice gas-tečnost i prenos kiseonika i povećava brzinu prenosa kiseonika. 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, efekat fluidizacije punila u vodi postaje slab, a stepen turbulencije u vodnom tijelu također se smanjuje, što smanjuje brzinu prijenosa kisika i stopu iskorištenja kisika. Stoga, za različite vrste kvaliteta vode, kontrola količine DO je ključna za konačni rezultat tretmana cijelog procesa.
Šta je MBBR?
MBBR proces se zasniva na osnovnom principu metode biofilma. Dodavanjem određene količine suspendovanog nosača u reaktor povećava se biomasa i biološke vrste u reaktoru, čime se poboljšava efikasnost obrade reaktora. Pošto je gustina punila bliska gustini vode, tokom aeracije se potpuno meša sa vodom, a okruženje za rast mikroba je gasovito, tečno i čvrsto 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, i aerobnim bakterijama izvan, tako da je svaki nosač mikroreaktor, tako da reakcija nitrifikacije i reakcija denitrifikacije koegzistiraju, čime se poboljšava učinak obrade .