Com es realitza la nitrificació i desnitrificació simultànies de MBBR?
(1) El concepte de nitrificació i desnitrificació simultànies eliminació biològica de nitrogen (SND)
La nitrificació, desnitrificació i desnitrificació simultània (SND) és la producció simultània de nitrificació, desnitrificació i eliminació de carboni en un mateix reactor. Trenca la visió tradicional que la nitrificació i la desnitrificació no es poden produir al mateix temps, especialment en condicions aeròbiques, també es pot produir la desnitrificació, fent possible la nitrificació i la desnitrificació simultànies.
El procés de nitrificació consumeix alcalinitat i el procés de desnitrificació produeix alcalinitat, de manera que SND pot mantenir el valor del pH al reactor estable, sense necessitat de neutralització àcid-base i sense necessitat d'una font externa de carboni; estalvia el volum del reactor, escurça el temps de reacció i redueix l'estat de nitrat. La concentració de nitrogen pot reduir els fangs que suren al tanc de sedimentació secundari, per la qual cosa SND s'ha convertit en un punt d'investigació de desnitrificació biològica. Per a la viabilitat de la desnitrificació biològica SND, actualment hi ha tres punts de vista principals des de diferents perspectives:
Perspectiva macroambiental: aquest punt de vista creu que no existeix un estat de mescla completament uniforme, i la distribució desigual del DO al reactor pot formar regions aeròbiques, anòxiques i anaeròbies, que es poden produir al mateix bioreactor sota anòxic/anaeròbic. condicions ambientals La reacció de desnitrificació, combinada amb l'eliminació de matèria orgànica en el medi aeròbic i la nitrificació del nitrogen amoníac a la secció, es pot aconseguir SND.
Des de la perspectiva del microambient: aquesta visió sosté que el microambient anòxic al floc microbià és la raó principal de la formació de SND, és a dir, a causa de la limitació de la difusió (transmissió) d'oxigen, hi ha un gradient d'oxigen dissolt en el microbià. floc, que és propici per a la realització de nitrificació i desnitrificació simultània Microambient.
Punt de vista biològic: aquesta visió sosté que l'existència de poblacions microbianes especials es considera la principal raó de l'aparició de SND. Alguns bacteris nitrificants poden realitzar la desnitrificació a més de la nitrificació normal, i alguns estudiosos holandesos han aïllat la nitrificació aeròbica. , i pot dur a terme la desnitrificació aeròbica de Thiococcus pantrophicus; alguns bacteris cooperen entre ells per dur a terme reaccions seqüencials per convertir l'amoníac en nitrogen, la qual cosa ofereix la possibilitat de completar la desnitrificació biològica en el mateix reactor en les mateixes condicions.
Actualment, hi ha molts estudis i explicacions microbiològiques sobre la desnitrificació biològica, però no són perfectes i la comprensió del fenomen SND encara està en desenvolupament i exploració. La teoria del microentorn és generalment acceptada. A causa de l'existència del gradient d'oxigen dissolt, la concentració d'oxigen dissolt a la superfície exterior dels flocs microbians o biofilms és alta, principalment bacteris nitrificants aeròbics i bacteris d'amoníac; a l'interior, la transferència d'oxigen està bloquejada i externa Es consumeix una gran quantitat d'oxigen dissolt per produir zones anòxiques, i els bacteris desnitrificants són les soques dominants, cosa que pot provocar l'aparició de nitrificació i desnitrificació simultània. Aquesta teoria explica el problema comú de diferents espècies bacterianes en un mateix reactor, però també hi ha un defecte, és a dir, el problema de la font de carboni orgànic. La font de carboni orgànic no només és el donant d'electrons de la desnitrificació heteròtrofa, sinó també l'inhibidor del procés de nitrificació. Quan la font de carboni orgànic de les aigües residuals travessa la capa aeròbica, primer s'oxida per oxidació aeròbica. Els bacteris desnitrificants de la zona anòxica es deuen a La manca de donants d'electrons redueix la taxa de desnitrificació, la qual cosa pot afectar l'eficiència de desnitrificació de SND. Per tant, encara cal millorar encara més el mecanisme de nitrificació i desnitrificació simultànies.
(2) El mecanisme de nitrificació, desnitrificació i desnitrificació simultànies al llit mòbil biològic MBBR
MBBR és un nou tipus de reactor d'alta eficiència que combina el mètode de fang activat de creixement suspès i el mètode de biofilm de creixement unit. El principi bàsic del disseny és afegir directament farciments en suspensió amb una gravetat específica prop de l'aigua i es poden suspendre en aigua al dipòsit de reacció com a activitat dels microorganismes. El portador, el farciment suspès pot estar en contacte freqüent amb les aigües residuals, i el biofilm (pel·lícula penjada) creix gradualment a la superfície del farciment, la qual cosa reforça l'efecte de transferència de massa dels contaminants, l'oxigen dissolt i el biofilm, és a dir, MBBR és anomenada "pel·lícula biològica mòbil". Sobre la base de la investigació sobre el mecanisme SND fins ara, combinat amb el microambient i la teoria biològica, els possibles modes de reacció de SND en el biofilm MBBR són bacteris oxidants d'amoníac aeròbics, bacteris oxidants de nitrits i desnitrificació aeròbica distribuïts a la capa aeròbica del biofilm. Els bacteris cooperen amb bacteris anammox, bacteris de nitrit autòtrof i bacteris desnitrificants distribuïts a la capa anòxica biològica i, finalment, aconsegueixen el propòsit de la desnitrificació.
MBBR es basa en l'aireació del dipòsit d'aireació i l'efecte d'elevació del flux d'aigua per fer que el portador estigui en un estat fluiditzat, formant així fangs actius en suspensió i biofilm adherit, donant ple joc als avantatges tant dels organismes connectats com en suspensió. No només proporciona entorns aeròbics i anaeròbics macroscòpics i microscòpics, sinó que també resol les disputes de DO i les disputes de fonts de carboni entre bacteris nitrificants autòtrofs, bacteris desnitrificants heteròtrofs i bacteris heteròtrofs. Per tant, MBBR pot realitzar l'equilibri dinàmic dels dos processos de nitrificació i desnitrificació, i té molt bones condicions per a la nitrificació i desnitrificació simultànies, i pot realitzar la nitrificació, desnitrificació i desnitrificació simultànies MBBR.
Factors que influeixen en la nitrificació i desnitrificació simultànies de MBBR
La tecnologia clau per aconseguir nitrificació i desnitrificació simultànies en MBBR és controlar l'equilibri cinètic de nitrificació i desnitrificació en MBBR, i resoldre la disputa de DO entre bacteris nitrificants autòtrofs i bacteris heteròtrofs, i la disputa de fonts de carboni entre bacteris desnitrificants i bacteris heteròtrofs, etc., de manera que els principals factors de control són: relació carboni-nitrogen, concentració d'oxigen dissolt, temperatura i pH.
(1) La influència dels farcits en el mètode MBBR
La clau tècnica del mètode MBBR rau en els farcits biològics la gravetat específica dels quals és propera a la de l'aigua, i que són fàcils de moure lliurement amb aigua sota una lleugera agitació. Normalment, el farciment està fet de plàstic de polietilè. La forma de cada suport és un petit cilindre amb un diàmetre d'10mm i una alçada de 8 mm. Hi ha suports creuats al cilindre i aletes verticals que sobresurten a la paret exterior. La part buida del farciment representa el 0,95 per cent de tot el volum. , és a dir, en un recipient ple d'aigua i farciment, el volum d'aigua de cada farciment és del 95 per cent. Tenint en compte la rotació del farciment i el volum total del contenidor, la proporció d'ompliment del farciment es defineix com la proporció de l'espai ocupat pel transportista. Per aconseguir el millor efecte de barreja, la proporció d'ompliment del farciment és com a màxim de 0,7. Teòricament, la superfície específica total del farciment es defineix pel nombre d'àrees superficials específiques per unitat de volum de transportador biològic, que generalment és de 700 m2/m3. Quan el biofilm creix dins del portador, l'ús efectiu real de la superfície específica és d'uns 500 m2/m3.
Aquest tipus de farciment biològic afavoreix el creixement de microorganismes a l'interior del farciment, formant un biofilm relativament estable i és fàcil formar un estat fluiditzat. Quan els requisits de pretractament són baixos o les aigües residuals contenen una gran quantitat de substàncies fibroses, per exemple, el dipòsit de sedimentació primari no s'utilitza en el tractament d'aigües residuals municipals o quan es tracten les aigües residuals de fabricació de paper que contenen una gran quantitat de fibres, el farciment biològic amb s'utilitza una petita superfície específica i una gran mida. Quan hi ha un millor pretractament o per a la nitrificació, s'utilitza el farciment biològic amb una gran superfície específica.
(2) L'efecte de l'oxigen dissolt (DO) sobre el mètode MBBR
La concentració de DO és un factor limitant important que afecta la nitrificació i la desnitrificació simultànies. En controlar la concentració de DO, diferents parts del biofilm poden formar una zona aeròbica o una zona anòxica, que té la capacitat d'aconseguir nitrificació i desnitrificació simultània. condicions físiques.
Teòricament, quan la concentració de DO és massa alta, el DO pot penetrar a l'interior del biofilm, dificultant la formació d'una zona anòxica a l'interior, i una gran quantitat de nitrogen d'amoníac s'oxida a nitrat i nitrit, fent que l'efluent TN encara sigui alt. . Per contra, si la concentració de DO és molt baixa, es formarà una gran proporció de la zona anaeròbica dins del biofilm, i es millorarà la capacitat de desnitrificació del biofilm (les concentracions de nitrat i nitrit a l'efluent són molt baixes). ), però per un subministrament insuficient de DO, MBBR L'efecte de nitrificació del procés disminueix, de manera que augmenta la concentració de nitrogen amoníac a l'efluent, la qual cosa comporta un augment del TN de l'efluent, que afecta l'efecte del tractament final.
A través de la investigació, finalment s'obté un valor òptim del mètode MBBR per tractar el DO de les aigües residuals urbanes: quan la concentració de DO és superior a 2 mg/L, el DO té poc efecte sobre l'efecte de nitrificació del MBBR i la taxa d'eliminació del nitrogen amoníac pot arribar al 97 per cent -99 per cent per cent, el nitrogen d'amoníac efluent es pot mantenir per sota d'1.0mg/L; quan la concentració de massa de DO és d'aproximadament 1,0mg/L, la taxa d'eliminació de nitrogen d'amoníac és d'uns 84 per cent, i la concentració de nitrogen d'amoníac de l'efluent ha augmentat significativament. A més, el DO al dipòsit d'aireació no ha de ser massa elevat. L'oxigen dissolt massa alt pot provocar que els contaminants orgànics es descomposin massa ràpidament, de manera que els microorganismes no tenen nutrients, el fang activat és fàcil d'envellir i l'estructura és fluixa. A més, el DO és massa elevat i un consum excessiu d'energia no és adequat econòmicament.
Com que el mètode MBBR realitza principalment el tractament final d'aigües residuals mitjançant farciments en suspensió, l'efecte del DO sobre els farciments en suspensió també és la clau dels resultats globals del tractament. Els estudis han demostrat que la capacitat d'oxigenació del reactor augmenta amb l'augment de la velocitat d'ompliment del farciment suspès dins d'un determinat rang. Sota l'acció de l'aireació, l'aigua es fluidifica juntament amb el farciment i la turbulència del flux d'aigua és més gran que la sense farciment, la qual cosa accelera la renovació de la interfície gas-líquid i la transferència d'oxigen i augmenta la velocitat. de transferència d'oxigen. A mesura que augmenta la quantitat de farciment, l'acció de tall i l'acció turbulenta entre el farciment, el flux d'aire i el flux d'aigua es continuen reforçant. Tanmateix, quan la quantitat de farciment afegit és del 60 per cent, l'efecte de fluidització del farciment a l'aigua es torna pobre i el grau de turbulència a la massa d'aigua també disminueix, la qual cosa redueix la velocitat de transmissió d'oxigen i la taxa d'utilització d'oxigen. Per tant, per a diferents tipus de qualitat d'aigua, el control de la quantitat de DO és crucial per al resultat final del tractament de tot el procés.
Què és MBBR?
El procés MBBR es basa en el principi bàsic del mètode del biofilm. En afegir una certa quantitat de transportador en suspensió al reactor, s'incrementa la biomassa i les espècies biològiques del reactor, millorant així l'eficiència de processament del reactor. Com que la densitat del farciment és propera a la de l'aigua, es barreja completament amb l'aigua durant l'aireació i l'entorn per al creixement microbià és gasós, líquid i sòlid trifàsic.
La col·lisió i el cisallament del portador a l'aigua fan que les bombolles d'aire siguin més petites i augmenten la taxa d'utilització d'oxigen. A més, cada portador té diferents espècies biològiques dins i fora, amb alguns bacteris anaeròbics o bacteris facultatius que creixen a l'interior i bacteris aeròbics a l'exterior, de manera que cada portador és un microreactor, de manera que la reacció de nitrificació i la reacció de desnitrificació coexisteixen, millorant així l'efecte de processament. .