Как осуществляется одновременная нитрификация и денитрификация MBBR?
(1) Концепция одновременной нитрификации и денитрификации с биологическим удалением азота (СНД)
Одновременная нитрификация, денитрификация и денитрификация (SND) представляет собой одновременное производство нитрификации, денитрификации и удаления углерода в одном и том же реакторе. Это разрушает традиционное представление о том, что нитрификация и денитрификация не могут происходить одновременно, особенно в аэробных условиях, денитрификация также может происходить, что делает возможным одновременную нитрификацию и денитрификацию.
Процесс нитрификации потребляет щелочность, а процесс денитрификации производит щелочность, поэтому SND может эффективно поддерживать стабильное значение pH в реакторе без необходимости кислотно-щелочной нейтрализации и без необходимости внешнего источника углерода; это экономит объем реактора, сокращает время реакции и снижает нитратное состояние. Концентрация азота может уменьшить плавание ила во вторичном отстойнике, поэтому SND стал центром исследований биологической денитрификации. В отношении возможности биологической денитрификации SND в настоящее время существует три основных взгляда с разных точек зрения:
Макроэкологическая перспектива: эта точка зрения предполагает, что полностью однородного состояния смешения не существует, и неравномерное распределение DO в реакторе может привести к образованию аэробных, бескислородных и анаэробных областей, которые могут возникать в одном и том же биореакторе при бескислородном/анаэробном воздействии. В условиях окружающей среды реакция денитрификации в сочетании с удалением органических веществ в аэробной среде и нитрификацией аммиачного азота в секции СНД может быть достигнута.
С точки зрения микросреды: Эта точка зрения утверждает, что бескислородная микросреда в микробном флоке является основной причиной образования СНД, то есть из-за ограничения диффузии (переноса) кислорода в микробной среде существует градиент растворенного кислорода. флок, что способствует одновременной нитрификации и денитрификации микросреды.
Биологическая точка зрения: эта точка зрения утверждает, что существование особых микробных популяций считается основной причиной возникновения СНД. Некоторые нитрифицирующие бактерии могут выполнять денитрификацию в дополнение к обычной нитрификации, а некоторые голландские ученые выделили аэробную нитрификацию. , и может проводить аэробную денитрификацию Thiococcus pantrophicus; некоторые бактерии взаимодействуют друг с другом для проведения последовательных реакций превращения аммиака в азот, что обеспечивает возможность полной биологической денитрификации в одном и том же реакторе в одних и тех же условиях.
В настоящее время существует множество микробиологических исследований и объяснений биологической денитрификации, но они несовершенны, и понимание феномена СНД все еще находится в стадии разработки и изучения. Теория микросреды является общепринятой. Из-за существования градиента растворенного кислорода концентрация растворенного кислорода на внешней поверхности микробных хлопьев или биопленок высока, в основном это аэробные нитрифицирующие бактерии и аммиачные бактерии; глубоко внутри перенос кислорода блокируется, а снаружи расходуется большое количество растворенного кислорода для образования бескислородных зон, а денитрифицирующие бактерии являются доминирующими штаммами, что может привести к возникновению одновременной нитрификации и денитрификации. Эта теория объясняет общую проблему различных видов бактерий в одном и том же реакторе, но есть и недостаток, то есть проблема источника органического углерода. Источник органического углерода является не только донором электронов гетеротрофной денитрификации, но и ингибитором процесса нитрификации. Когда источник органического углерода в сточных водах проходит через аэробный слой, он сначала окисляется за счет аэробного окисления. Денитрифицирующие бактерии в бескислородной зоне возникают из-за отсутствия доноров электронов, что снижает скорость денитрификации, что может повлиять на эффективность денитрификации SND. Поэтому механизм одновременной нитрификации и денитрификации еще нуждается в дальнейшем совершенствовании.
(2) Механизм одновременной нитрификации, денитрификации и денитрификации в биологическом подвижном слое MBBR.
MBBR — это высокоэффективный реактор нового типа, который сочетает в себе метод взвешенного роста с активным илом и метод прикрепленного роста с биопленкой. Основной принцип конструкции заключается в непосредственном добавлении взвешенных наполнителей с удельным весом, близким к воде, и которые могут быть взвешены в воде в реакционный резервуар по мере активности микроорганизмов. Носитель, взвешенный наполнитель может находиться в частом контакте со сточными водами, а на поверхности наполнителя постепенно нарастает биопленка (повисание пленки), что усиливает массообменный эффект загрязняющих веществ, растворенного кислорода и биопленки, то есть МББР называется «мобильной биологической пленкой». мембрана». Основываясь на исследованиях механизма SND до сих пор, в сочетании с микроокружением и биологической теорией, возможными режимами реакции SND в биопленке MBBR являются аэробные бактерии, окисляющие аммиак, бактерии, окисляющие нитрит, и аэробная денитрификация, распределенные в аэробном слое биопленки. Бактерии сотрудничают с анаммокс-бактериями, автотрофными нитритными бактериями и денитрифицирующими бактериями, распределенными в биологическом бескислородном слое, и, наконец, достигают цели денитрификации.
MBBR основан на аэрации в аэротенке и подъемном эффекте потока воды, чтобы перевести носитель в псевдоожиженное состояние, тем самым образуя взвешенный активный ил и прикрепленную биопленку, полностью раскрывая преимущества как прикрепленных, так и взвешенных организмов. Он не только обеспечивает макроскопические и микроскопические аэробные и анаэробные среды, но также разрешает споры о DO и споры об источниках углерода между автотрофными нитрифицирующими бактериями, гетеротрофными денитрифицирующими бактериями и гетеротрофными бактериями. Таким образом, MBBR может реализовать динамический баланс двух процессов нитрификации и денитрификации и имеет очень хорошие условия для одновременной нитрификации и денитрификации, а также может реализовать одновременную нитрификацию, денитрификацию и денитрификацию MBBR.
Факторы, влияющие на одновременную нитрификацию и денитрификацию МББР
Ключевой технологией для достижения одновременной нитрификации и денитрификации в MBBR является контроль кинетического баланса нитрификации и денитрификации в MBBR, а также разрешение спора о DO между автотрофными нитрифицирующими бактериями и гетеротрофными бактериями, а также спора об источнике углерода между денитрифицирующими бактериями и гетеротрофными бактериями. и т. д., поэтому основными факторами контроля являются: соотношение углерода и азота, концентрация растворенного кислорода, температура и рН.
(1) Влияние наполнителей на метод MBBR
Технический ключ метода MBBR заключается в биологических наполнителях, удельный вес которых близок к плотности воды и которые легко перемещаются с водой при легком перемешивании. Обычно наполнитель из полиэтилена. Форма каждого носителя представляет собой небольшой цилиндр диаметром 10мм и высотой 8мм. В цилиндре имеются поперечные опоры и выступающие вертикальные ребра на внешней стенке. На полую часть наполнителя приходится 0,95% всего объема. , то есть в емкости, полной воды и наполнителя, объем воды в каждом наполнителе составляет 95 процентов. С учетом вращения наполнителя и общего объема тары коэффициент заполнения наполнителем определяется как доля площади, занимаемой носителем. Для достижения наилучшего эффекта смешивания коэффициент наполнения наполнителя составляет не более 0,7. Теоретически общая удельная поверхность наполнителя определяется количеством удельных поверхностей на единицу объема биологического носителя, которое обычно составляет 700 м2/м3. При росте биопленки внутри носителя фактическое эффективное использование удельной поверхности составляет около 500 м2/м3.
Этот тип биологического наполнителя способствует росту микроорганизмов внутри наполнителя, образуя относительно стабильную биопленку, и легко образует псевдоожиженное состояние. Когда требования к предварительной очистке низкие или сточные воды содержат большое количество волокнистых веществ, например, первичный отстойник не используется при очистке городских сточных вод или когда очищаются сточные воды производства бумаги, содержащие большое количество волокон, биологический наполнитель с малая удельная поверхность и большой размер. При более качественной предварительной обработке или для нитрификации используется биологический наполнитель с большой удельной поверхностью.
(2) Влияние растворенного кислорода (DO) на метод MBBR.
Концентрация DO является основным ограничивающим фактором, влияющим на одновременную нитрификацию и денитрификацию. Контролируя концентрацию DO, различные части биопленки могут образовывать аэробную зону или бескислородную зону, в которой возможна одновременная нитрификация и денитрификация. физические условия.
Теоретически, когда концентрация DO слишком высока, DO может проникать внутрь биопленки, что затрудняет формирование внутри нее бескислородной зоны, а большое количество аммиачного азота окисляется до нитратов и нитритов, что делает TN по-прежнему высоким. . Наоборот, если концентрация DO очень низкая, внутри биопленки будет формироваться большая часть анаэробной зоны, а денитрифицирующая способность биопленки будет повышена (концентрации нитратов и нитритов в сточных водах очень низкие). ), но из-за недостаточной подачи РК, МББР снижается нитрифицирующий эффект процесса, вследствие чего увеличивается концентрация аммиачного азота в стоках, что приводит к увеличению ТС стоков, что сказывается на конечном эффекте очистки.
Благодаря исследованиям, наконец, получено оптимальное значение метода MBBR для очистки городских бытовых сточных вод DO: когда концентрация DO выше 2 мг / л, DO мало влияет на нитрифицирующий эффект MBBR, а скорость удаления аммиачного азота может достигает 97 процентов -99 процентов процентов, выходящий аммиачный азот может поддерживаться ниже 1,0 мг/л; когда массовая концентрация DO составляет около 1,0 мг/л, скорость удаления аммиачного азота составляет около 84 процентов, а концентрация аммиачного азота в сточных водах значительно увеличивается. Кроме того, DO в аэротенке не должно быть слишком высоким. Слишком высокое содержание растворенного кислорода может привести к слишком быстрому разложению органических загрязнителей, в результате чего микроорганизмам не хватает питательных веществ, активный ил легко стареет, а его структура становится рыхлой. Кроме того, DO слишком высок, и чрезмерное потребление энергии нецелесообразно с экономической точки зрения.
Поскольку метод MBBR в основном реализует окончательную очистку сточных вод с помощью взвешенных наполнителей, влияние DO на взвешенные наполнители также является ключом к общим результатам очистки. Исследования показали, что оксигенационная способность реактора увеличивается с увеличением скорости заполнения взвешенным наполнителем в определенных пределах. Под действием аэрации вода псевдоожижается вместе с наполнителем, при этом турбулентность потока воды больше, чем без наполнителя, что ускоряет обновление границы раздела газ-жидкость и перенос кислорода, увеличивает скорость переноса кислорода. По мере увеличения количества наполнителя режущее и турбулентное действие между наполнителем, потоками воздуха и воды продолжают усиливаться. Однако, когда количество добавленного наполнителя составляет 60 процентов, эффект псевдоожижения наполнителя в воде становится плохим, а также уменьшается степень турбулентности в водоеме, что снижает скорость передачи кислорода и скорость использования кислорода. Таким образом, для различных типов воды контроль количества DO имеет решающее значение для конечного результата очистки всего процесса.
Что такое МББР?
Процесс MBBR основан на основном принципе метода биопленки. При добавлении в реактор определенного количества суспендированного носителя биомасса и биологические виды в реакторе увеличиваются, тем самым повышая эффективность обработки в реакторе. Так как плотность наполнителя близка к плотности воды, то при аэрации он полностью смешивается с водой, а среда для роста микробов – газообразная, жидкая и твердая трехфазная.
Столкновение и сдвиг носителя в воде уменьшают размеры пузырьков воздуха и увеличивают коэффициент использования кислорода. Кроме того, каждый носитель имеет разные биологические виды внутри и снаружи, с некоторыми анаэробными бактериями или факультативными бактериями, растущими внутри, и аэробными бактериями снаружи, так что каждый носитель представляет собой микрореактор, так что реакция нитрификации и реакция денитрификации сосуществуют, тем самым улучшая эффект обработки. .