Calcolo e dettaglio della progettazione del processo MBBR
Di: Kate
Email:Kate@aquasust.com
Data: 12 luglio 2021
Sommario
1. Che cosa sono MBBR e MBBR in formato completo
2. Progettazione del processo MBBR
2.1 Introduzione del vettore del biofilm
2.2 Rimozione delle sostanze carboniose
2.3 Progettazione di MBBR ad alto carico
2.4 Progettazione del carico convenzionale MBBR
2.5 Progettazione di MBBR a basso carico
2.6 Nitrificazione della tecnologia MBBR
2.7 Denitrificazione del serbatoio MBBR
2.7.1 Reattore a biofilm a letto mobile con pre-denitrificazione
2.7.2 Reattore a biofilm a letto mobile con post-denitrificazione
2.7.3 Reattore combinato a biofilm a letto mobile pre/post denitrificazione
2.7.4 Agitazione di denitrificazione
2.8 Pre-elaborazione
2.9Separazione solido-liquido di MBBR
2.10 Considerazioni sulla progettazione di MBBR
2.10.1MBBR Portata mobile (portata orizzontale)
2.10.2 Problemi di schiuma nel serbatoio MBBR
2.10.3 Sgombero del letto del trasportatore e deposito temporaneo
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1. Cos'è MBBR e MBBR modulo completo
Negli ultimi 20 anni, il Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) si è evoluto in un processo di trattamento delle acque reflue semplice, robusto, flessibile e compatto. Diverse configurazioni di MBBR sono state utilizzate con successo per la rimozione del BOD, l'ossidazione dell'ammoniaca e la rimozione dell'azoto e possono soddisfare diversi criteri di qualità degli effluenti, comprese rigorose limitazioni dei nutrienti.
Il reattore a biofilm a letto mobile utilizza plastica appositamente progettata come vettore del biofilm e, attraverso l'agitazione dell'aerazione, viene liquido
Il veicolo può essere sospeso nel reattore mediante riflusso o miscelazione meccanica. Nella maggior parte dei casi, il carrier viene riempito tra 1/3 e 2/3 del reattore. La versatilità dell'MBBR consente al progettista di sfruttare al massimo la propria immaginazione. La differenza principale tra l'MBBR e gli altri reattori a biofilm è che combina molti dei vantaggi dei metodi a fanghi attivi e a biofilm evitando il maggior numero possibile di svantaggi.
1) Come altri reattori a biofilm sommersi, l'MBBR è in grado di formare biofilm attivi altamente specializzati che possono essere adattati alle condizioni specifiche all'interno del reattore. Il biofilm attivo altamente specializzato determina un'elevata efficienza per unità di volume del reattore e aumenta la stabilità del processo, riducendo così le dimensioni del reattore.
2) La flessibilità e il flusso di processo dell'MBBR sono molto simili a quelli dei fanghi attivi, consentendo di disporre in sequenza più reattori lungo la direzione del flusso per soddisfare molteplici obiettivi di trattamento (ad esempio rimozione del BOD, nitrificazione, pre o post denitrificazione) senza necessità di una pompa intermedia.
3) La maggior parte della biomassa attiva viene trattenuta in modo persistente nel reattore, quindi, a differenza del processo a fanghi attivi, MBBR La concentrazione di solidi nell'effluente MBBR è almeno pari alla concentrazione di solidi nel reattore. L'MBBR è un ordine di grandezza inferiore rispetto al tradizionale serbatoio di sedimentazione, quindi oltre al tradizionale serbatoio di sedimentazione, l'MBBR può utilizzare una varietà di diversi processi di separazione solido-liquido.
4) MBBR è versatile e il reattore può avere geometrie diverse. Per i progetti di retrofit, MBBR è particolarmente adatto per il retrofit di stagni esistenti.
2.Progettazione del processo MBBR
La progettazione di MBBR si basa sul concetto che più MBBR formano una serie, ciascuno con una funzione specifica, e che questi MBBR lavorano insieme per svolgere il compito di trattamento delle acque reflue. Questa comprensione è appropriata perché nelle condizioni uniche previste (ad esempio donatori e accettori di elettroni disponibili), ciascun reattore è in grado di coltivare un biofilm specializzato in grado di essere utilizzato per raggiungere un particolare compito di trattamento. Questo approccio modulare può essere visto come un progetto semplice e diretto costituito da una sequenza di più reattori completamente miscelati, ciascuno con uno scopo di trattamento unico. Al contrario, la progettazione dei sistemi a fanghi attivi è molto complessa: poiché si verificano sempre reazioni competitive, per raggiungere l'obiettivo di trattamento desiderato entro il tempo di permanenza limitato da ciascuna parte del serbatoio (zone di aerazione e non aerazione), la il tempo di residenza totale dei biosolidi (SRT) deve essere mantenuto a un livello adeguato in modo che i batteri possano mescolarsi (in relazione ai tassi di crescita batterica e alle proprietà dell'acqua non depurata) e crescere insieme.
È la semplicità dell’MBBR che ci consente di comprendere bene il biofilm nell’MBBR attraverso le osservazioni di ricercatori, ingegneri e operatori di impianti di trattamento delle acque reflue. La maggior parte di questo documento presenta esempi di osservazioni dell'MBBR, dimostrando in tal modo quali sono i componenti critici e i fattori da considerare nella progettazione e nel funzionamento dell'MBBR.
● AcquasustoMBBRPprocessoFBassoDdiagramma
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2.1Introduzione del vettore del biofilm
La chiave del successo di qualsiasi reattore a biofilm è mantenere un'elevata percentuale di volume bioattivo all'interno del reattore. Se si converte la concentrazione di biomassa sui supporti MBBR in concentrazione di solidi sospesi, i valori sono generalmente compresi tra 1000 e 5000 mg/l. In termini di volume unitario, il tasso di rimozione dell'MBBR è molto superiore a quello dei sistemi a fanghi attivi. Ciò può essere attribuito a quanto segue.
1) La forza di taglio applicata al carrier dall'energia di miscelazione (ad esempio l'aerazione) controlla efficacemente lo spessore del biofilm sul carrier, mantenendo così un'elevata attività biologica totale.
2) La capacità di mantenere un elevato livello di biomassa dedicata in condizioni specifiche all'interno di ciascun reattore, indipendentemente dalla HRT totale del sistema.
3) La condizione di flusso turbolento nel reattore mantiene la velocità di diffusione richiesta.
I reattori a letto mobile possono essere utilizzati per la rimozione di BOD, nitrificazione e denitrificazione e quindi possono essere combinati in diversi processi. La tabella 1-1 riassume i vari processi di MBBR. La determinazione del processo più efficiente è legata ai seguenti fattori.
1) Condizioni locali, compresa la disposizione e la sezione idraulica (elevazione) dell'impianto di trattamento delle acque reflue.
2) Processi di trattamento esistenti e possibilità di modificare strutture e bacini esistenti.
3) Obiettivo qualità dell'acqua.
● Tabella 1-1 Riepilogo del processo MBBR
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Scopo del trattamento |
Processo |
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MBBR singolo MBBR ad alto carico posizionato prima del processo a fanghi attivi |
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Nitrificazione |
MBBR singolo MBBR impostato dopo il trattamento secondario IFAS |
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Denitrificazione denitrificazione |
MBBR da solo e post denitrificazione, MBBR da solo e post denitrificazione, MBBR solo e pre e post denitrificazione, Post-MBBR per la denitrificazione degli effluenti di nitrificazione. |
For moving bed reactors, the effective net biofilm area is the key design parameter, and the load and reaction rate can be expressed as a function of the carrier surface area, so the carrier surface area becomes a common and convenient parameter to express the performance of MBBR. the load of MBBR is often expressed as the carrier surface area removal rate (SAAR) or the carrier surface area loading (SALR). When the concentration of the host substrate is low (e.g., S>>K), the substrate removal rate of MBBR is zero-level response. When the main substrate concentration is low (e.g. S>>K), la velocità di rimozione del substrato di MBBR è una reazione del primo ordine. In condizioni controllate, il tasso di rimozione dell'area superficiale del portatore (SAAR) può essere espresso in funzione del carico dell'area superficiale del portatore (SALR), come mostrato nell'equazione (1-1).
r =rmassimo-[L/(K+L)] (1-1)
r - tasso di rimozione (g/(m2 -d));
rmassimo- tasso di rimozione massimo (g/(m2 -d)).
L - tasso di caricamento (g/(m2 -d)).
K - costante di semisaturazione.
2.2 Rimozione delle sostanze carboniose
Il carico superficiale (SALR) del supporto richiesto per la rimozione del carbonio dipende dallo scopo di trattamento più importante e dai metodi di separazione dell'acqua dei fanghi.
La tabella 1-2 fornisce gli intervalli di carico BOD comunemente utilizzati per diversi scopi applicativi. Valori di carico inferiori dovrebbero essere utilizzati quando la nitrificazione è a valle. Carichi elevati dovrebbero essere utilizzati solo quando si considera solo la rimozione del carbonio. L'esperienza mostra che per la rimozione del carbonio, l'ossigeno disciolto nella fase liquida principale di 2-3 mg/L è sufficiente e un ulteriore aumento della concentrazione di ossigeno disciolto non è significativo per migliorare il tasso di rimozione dell'area superficiale del portatore (SARR).
● Tabella 1-2 Valori di caricamento BOD tipici
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Scopo dell'applicazione |
BOD per unità di superficie del vettore (SALR) (g/m2.d) |
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Carico elevato (75%-80% rimozione BOD) |
20 |
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Carico elevato (80%-90% rimozione BOD) |
5-15 |
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Carico basso (prima della nitrificazione) |
5 |
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2.3Progettazione di MBBR ad alto carico
Per soddisfare gli standard di base del trattamento secondario ma è necessario un sistema compatto ad alto carico, prendere in considerazione l'utilizzo di un reattore a letto mobile
Quando MBBR funziona a carico elevato, il valore del caricamento dell'area della superficie portante (SALR) è elevato. Quando l'MBBR viene utilizzato a carico elevato, il valore del carico superficiale del supporto (SALR) è elevato e l'obiettivo principale è rimuovere il BOD disciolto e facilmente degradabile dall'acqua influente. a carichi elevati, il biofilm perde le sue proprietà di sedimentazione, quindi la coagulazione chimica, la flottazione con aria o il processo di contatto con i solidi vengono spesso utilizzati per rimuovere i solidi sospesi dall'effluente di MBBR a carico elevato. Tuttavia, in generale, questo processo è semplice e può soddisfare gli standard di base per il trattamento secondario con una TOS breve. I risultati dello studio MBBR ad alto carico sono presentati nella Figura 1-3. La Figura 1-3(a) mostra che l'MBBR è molto efficace nella rimozione del COD ed è essenzialmente lineare su un'ampia gamma di carichi. La Figura 1- 3 (b) illustra che la sedimentazione degli effluenti MBBR è molto scarsa, anche a tassi di tracimazione superficiale molto bassi, suggerendo che è effettivamente necessaria una strategia potenziata di cattura dei solidi. Il processo di contatto MBBR/solidi è stato utilizzato presso l'impianto di trattamento delle acque reflue di Mao Point in Nuova Zelanda. La Figura 1-4 mostra la relazione tra la rimozione del BOD disciolto e il carico totale del BOD influente in questo impianto. La Figura 1-4 illustra che i valori tipici della rimozione del BOD per MBBR a carico elevato vanno dal 70% al 75%. La bioflocculazione e l'ulteriore trattamento con il processo di contatto con i solidi consentono al processo di soddisfare gli standard di base per il trattamento secondario.
● Figura 1-3
(a) Tasso di rimozione del COD a carico elevato.
(b) Scarsa sedimentazione del biofilm distaccato sotto carico elevato
● Figura 1-4 Relazione tra il tasso di rimozione del BOD disciolto e il carico BOD totale nell'MBBR a carico elevato
2.4 Progettazione del carico convenzionale MBBR
Quando si considera il processo di trattamento secondario convenzionale convenzionale, è possibile selezionare un reattore a letto mobile. In questo caso, 2 MBBR sequenziali nella riga possono soddisfare i requisiti di trattamento (livello di trattamento secondario).
La tabella 1- 4 riassume la rimozione di BOD7 nei quattro impianti di depurazione. Tutti e quattro gli impianti di depurazione hanno utilizzato MBBR caricato in modo convenzionale con un carico organico MBBR di 7-10 gBOD7 /( m2 -d) (a 10 gradi); prima dell'MBBR, venivano applicate sostanze chimiche per la flocculazione e la rimozione del fosforo ed era anche implementata una migliore separazione delle sostanze sospese.
● Risultati operativi di MBBR a carico convenzionale con processo di rimozione chimica del fosforo
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2.5Progettazione di MBBR a basso carico
Quando l'MBBR viene posizionato prima del reattore di nitrificazione, l'opzione di progettazione più economica è considerare l'uso dell'MBBR per la rimozione della sostanza organica. Ciò consente al reattore a letto mobile di nitrificazione a valle dell'MBBR di raggiungere un tasso di nitrificazione elevato. Se il carico BOD dell'MBBR di nitrificazione non viene ridotto sufficientemente, il tasso di nitrificazione verrà ridotto in modo significativo, lasciando così il reattore in uno stato inefficiente.
La Figura {{0}} (a) mostra l'effetto dell'aumento del carico di BOD sul tasso di nitrificazione del vettore. Questo è un esempio di un carico BOD elevato che porta ad un carico eccessivo di nitrificazione nella sezione successiva quando la materia organica viene rimossa nella sezione anteriore. In questo esempio, il tasso di nitrificazione era di 0,8 g/(m2 -d). Quando il carico BOD era di 2 g/(m2 -d) e l'ossigeno disciolto nel liquido principale era di 6 mg/L. Tuttavia, quando il carico di BOD è aumentato a 3 g/(m2 -d), il tasso di nitrificazione è stato di 0,8 g/(m2 -d). Tuttavia, quando il carico di BOD è stato aumentato a 3 g/(m2 -d), il tasso di nitrificazione è diminuito di circa il 50%. Per contrastare questo problema, l'operatore può aumentare la concentrazione di ossigeno disciolto nella fase liquida principale o aumentare il rapporto di riempimento per ridurre il tasso di carico superficiale. Tuttavia, è importante notare che tale approccio non dovrebbe essere utilizzato nella progettazione a causa della mancanza di economia ed efficacia. Inoltre, quando si progetta un MBBR per la rimozione del BOD, si dovrebbe adottare un approccio conservativo, scegliendo un tasso di carico basso per il dimensionamento al fine di ottenere la massima efficienza nel MBBR di nitrificazione a valle.
La Figura 1-6(b) mostra i tassi di nitrificazione dei tre MBBR aerobici della sequenza. Nella Figura 6(b), il trasportatore all'interno di ciascun MBBR è stato rimosso per una piccola prova della velocità di nitrificazione. I sottotest sono durati 6 settimane e sono stati eseguiti due volte. In ciascun test secondario, le condizioni dei tre reattori subtest erano quasi identiche (ad esempio, ossigeno disciolto, temperatura, pH e concentrazione iniziale di azoto ammoniacale). I risultati del test hanno mostrato che il primo reattore aveva il carico di COD disciolto più elevato (5,6 g/(m2 -d)) e quasi nessun effetto di nitrificazione, ma è riuscito molto bene a rimuovere il carico di COD. Ciò è dimostrato dai due aspetti seguenti.
(1) Il tasso di nitrificazione del reattore del secondo stadio è elevato e vicino a quello del terzo stadio.
(2) I carichi di COD disciolto del secondo e del terzo stadio non erano significativamente diversi.
Per la progettazione di reattori a basso carico, è importante scegliere in modo conservativo il carico superficiale del portatore (SALR). È possibile
La seguente equazione è stata utilizzata per correggere il carico dell'area superficiale del vettore (SALR) in base alla temperatura dell'effluente: LT=L101.06(T-10)
LT - il carico alla temperatura T.
L10 -10 grado con un carico di 4,5 g/(m2 -d).
● Figura 1-6
(a) Effetto del carico di BOD e dell'ossigeno disciolto sul tasso di nitrificazione a 15 gradi.
(b) Differenze nei tassi di nitrificazione di diversi MBBR nelle serie MBBR
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2.6Nitrificazionedella tecnologia MBBR
Ci sono alcuni fattori che hanno un impatto significativo sulle prestazioni di un MBBR nitro e devono essere considerati quando si progetta un MBBR nitro. Il più pesante
I fattori sono.
(1) Carico organico.
(2) Concentrazione di ossigeno disciolto.
(3) Concentrazione di ammoniaca.
(4) Concentrazione degli effluenti.
(5) pH o alcalinità.
La Figura 1- 6 illustra che per ottenere tassi di nitrificazione soddisfacenti in un MBBR nitrificante a valle, è importante rimuovere la materia organica dall'effluente nel MBBR a monte; in caso contrario, il biofilm eterossico competerà con esso per lo spazio e l'ossigeno, riducendo (estinguendo) l'attività di nitrificazione del biofilm. Il tasso di nitrificazione aumenta con la diminuzione del carico organico fino a quando l'ossigeno disciolto diventa il fattore limitante. Solo a concentrazioni di ammoniaca molto basse (<2 mgN/l) does the available substrate (ammonia) become the limiting factor. It is thus the concentration of ammonia that is an issue when complete nitrification is required. In this case, 2 sequential reactors can be considered, with the first stage being limited by oxygen and the second by ammonia. As with all biological treatment processes, temperature has a significant effect on nitrification rates, but this can be mitigated by increasing the dissolved oxygen within the MBBR. As alkalinity decreases to very low levels, nitrification rates within the biofilm begin to be limited. Each of the important factors that affect nitrification are discussed below.
A concentrazioni di alcalinità e ammoniaca sufficienti (almeno inizialmente), i tassi di nitrificazione diminuiranno con il carico organico
aumenta finché l’ossigeno disciolto diventa il fattore limitante. All'interno di un biofilm nitrificante ben cresciuto, la concentrazione di ossigeno disciolto limiterà il tasso di nitrificazione sul trasportatore solo se il rapporto tra O2 e NH4+-N è inferiore a 2.0. A differenza dei sistemi a fanghi attivi, in condizioni di ossigeno limitato, la velocità di reazione nei reattori a letto mobile presenta una relazione lineare o approssimativamente lineare con la concentrazione di ossigeno disciolto nel corpo della fase liquida. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che il passaggio dell’ossigeno attraverso la membrana liquida stazionaria nel biofilm può essere un passaggio critico nel limitare il trasferimento di ossigeno. L’aumento della concentrazione di ossigeno disciolto nella fase liquida principale aumenta il gradiente di concentrazione di ossigeno disciolto all’interno del biofilm. A velocità di aerazione più elevate, la maggiore energia di miscelazione contribuisce anche al trasferimento di ossigeno dalla fase liquida principale al biofilm. Come si può vedere nella Figura 1- 6(a), se il carico organico viene mantenuto costante (ad esempio, spessore e composizione del biofilm costanti), ci si può aspettare una relazione lineare tra il tasso di nitrificazione e la concentrazione di ossigeno disciolto. La Figura 1-7 spiega che l'aumento dell'ossigeno disciolto nella fase liquida principale contribuisce al tasso di nitrificazione finché la concentrazione di ammoniaca nella fase liquida principale non viene ridotta a un livello molto basso.
● Figura 1-7 Effetto dell'ossigeno disciolto a bassa concentrazione di ammoniaca
Per un biofilm nitrificante "puro" ben cresciuto, la concentrazione di ammoniaca nella fase liquida principale non influenza la velocità di reazione finché O2:NH4+- N non raggiunge un valore compreso tra 2 e 5. Alcuni esempi di O2:NH{{6} } N sono riportati nella Tabella 1-5.
● Tabella 1-5 Alcuni esempi di O2:NH4+- N
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Riferimenti |
O2:NH4+- N |
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Orlo(1994) |
＜2(Limitazione di ossigeno) 2.7(Critico O2 concentrazione=9-20mg/l) 3.2(Critico O2 concentrazione=6mg/l) >5 (Restrizione sull'ammoniaca) |
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Buonomo (2000) |
＞3-4 (Restrizione ammoniaca) ＜1-2 (Limitazione di ossigeno) |
La progettazione di MBBR inizia spesso con un valore soglia di 3,2. Il valore di soglia è regolabile. Utilizzando l'equazione (1-3), la concentrazione di ammoniaca a questo valore soglia può essere utilizzata per stimare il tasso di nitrificazione appropriato e utilizzata come base per la progettazione.
rNH3-N= k × (SNH3-N) (n) (1-3)
rNH3-N-tasso di nitrificazione (g rNH3-N /(m2 -d)
k - costante di velocità di reazione (dipendente dalla posizione e dalla temperatura).
SNH3-N: concentrazione del substrato che limita la velocità di reazione.
n - numero di stadi di reazione (dipendente dalla posizione e dalla temperatura).
La costante di velocità di reazione (k) con lo spessore del biofilm e la diffusione del substrato limitante ad una data concentrazione di ossigeno disciolto. Il coefficiente è correlato al Il numero di livelli di reazione (n) è correlato al film liquido adiacente al biofilm. Quando il flusso turbolento è forte e lo strato di pellicola liquida stazionaria è sottile, il livello di reazione tende a {{0}}.5; quando il flusso turbolento è lento e il film liquido stazionario è spesso, il livello di reazione tende a 1,0. A questo punto, la diffusione diventa il fattore limitante.
La concentrazione di ammoniaca al valore critico (SNH3-N) può essere stimata dal rapporto critico e dalla concentrazione di ossigeno disciolto di progetto nella fase liquida principale, come mostrato di seguito. L’aumento della concentrazione di ossigeno disciolto nella fase liquida principale può aiutare a ridurre il rapporto critico, ma con scarso successo. Inoltre, si consideri il caso in cui i batteri eterotrofi competono per lo spazio in determinati carichi del reattore e condizioni di miscelazione, riducendo così il passaggio dell'ossigeno attraverso lo strato eterotrofo sul biofilm.
(SNH3-N)=1,72 mg-N/L=(6 mgO2/L - 0,5 O2/L)/3,2
Prendendo SNH{{0}}N come 1,72, presupponendo una costante di velocità di reazione k=0,5 e uno stadio di reazione di 0,7, l'equazione (1- 3) può essere calcolata come segue.
rNH3-N=0.73g/(m2 -)=0.5×1.720.7
Quando si considera l’effetto della temperatura su un MBBR nitrificante, sono importanti diversi fattori. Va considerato che la temperatura dell'effluente all'interno dell'MBBR può influenzare intrinsecamente il processo cinetico di nitrificazione biologica; il tasso di diffusione del substrato dentro e fuori la biomassa; e la viscosità del liquido, che a sua volta può avere un effetto a catena sull'energia di taglio sullo spessore del biofilm. L'effetto della temperatura sulle velocità di reazione macroscopiche sopra descritte può essere espresso dalla seguente relazione.
kT2= kT1-θ(T2-T1) (1-4)
kT1 - la costante di velocità di reazione alla temperatura T1.
kT2 - la costante di velocità di reazione alla temperatura di T2.
θ - coefficiente di temperatura.
Sebbene la dipendenza dalla temperatura della cinetica di nitrificazione alla temperatura di progettazione invernale riduca il tasso di nitrificazione dell'MBBR, a basse temperature si può osservare un aumento della concentrazione di biofilm sul supporto e inoltre può essere aumentata la concentrazione di ossigeno disciolto nel reattore, il che mitiga entrambi l’effetto negativo della temperatura sul tasso di nitrificazione. A temperature di effluente più basse, la biomassa (g/m2) è stata osservata più alta. Inoltre, la concentrazione di ossigeno disciolto nella fase liquida principale può essere aumentata senza aumentare la velocità di aerazione poiché l'ossigeno in questa fase è dovuto alla maggiore solubilità dei liquidi a bassa temperatura. Ciò porta al risultato finale che mentre l'attività del biofilm è superiore all'attività del biofilm (g NH3-N/(m2 -d) ÷ g SS/ m2) diminuisce, ma l'attività di nitrificazione per unità la superficie del vettore può ancora essere mantenuta a un livello elevato. La variazione stagionale della biomassa con la temperatura dell'effluente per un MBBR di nitrificazione terziaria è riportata nella Figura 1- 8(a). Quando la temperatura dell'effluente è aumentata da 〈15 gradi a 〉15 gradi tra maggio e giugno, la concentrazione di biomassa è diminuita drasticamente. La Figura 1- 8 (b) divide i dati in due zone in base alla temperatura dell'effluente (〈15 gradi e 〉15 gradi). Sebbene l'attività specifica del biofilm diminuisca nella regione dei 〈15 gradi, le prestazioni macroscopiche del reattore rimangono elevate a causa della maggiore concentrazione totale di biomassa e della maggiore concentrazione di ossigeno disciolto (causata dalla maggiore solubilità del gas a basse temperature). Questo fenomeno osservato suggerisce che la velocità di reazione superficiale macroscopica sul supporto può essere mantenuta a un livello elevato in condizioni di bassa temperatura, nonostante il ridotto tasso di crescita dei batteri nitrificanti, a causa dell'adattamento del biofilm.
● Figura 1-8 (a) Variazione stagionale della concentrazione e della temperatura della biomassa in MBBR con nitrificazione terziaria.
(b) Relazione tra l'attività di nitrificazione e la concentrazione di ossigeno disciolto a diverse condizioni di temperatura
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2.7 Denitrificazionedel serbatoio MBBR
I reattori a letto mobile sono stati utilizzati con successo nei processi di denitrificazione pre, post e combinati. A differenza di altri bio, il processo di denitrificazione del materiale è identico, i fattori che devono essere considerati nella progettazione sono.
1) Una fonte di carbonio adatta e un rapporto carbonio/azoto appropriato nel reattore.
2) Il grado di denitrificazione desiderato.
3) Temperatura dell'effluente.
4) Ossigeno disciolto nell'acqua di ritorno o a monte.
2.7.1 Reattore a biofilm a letto mobile con pre-denitrificazione
Quando sono necessarie la rimozione del BOD, la nitrificazione e la rimozione moderata dell'azoto, l'MBBR con denitrificazione frontale è particolarmente adatto. Per utilizzare completamente il volume del reattore anossico, l'acqua di alimentazione dovrebbe avere un rapporto adeguato di COD facilmente biodegradabile e azoto ammoniacale (C /N). Poiché la fase di nitrificazione dell'MBBR richiede un elevato ossigeno disciolto, l'ossigeno disciolto nel riflusso ha un impatto significativo sulle prestazioni dell'MBBR. Ciò si traduce in un limite superiore del rapporto di riflusso più economico (Q riflusso/Q influente) nella produzione. Al di sopra di questo valore l'efficienza complessiva della denitrificazione diminuisce quando il flusso di ritorno viene ulteriormente aumentato. Se la natura dell'effluente è adatta alla denitrificazione front-end, il tasso di rimozione dell'azoto è generalmente compreso tra il 50% e il 70% con un rapporto di rendimento compreso tra (1:1) e (3:1). Nella pratica di produzione, i tassi di denitrificazione possono essere influenzati da fattori quali: ubicazione, differenze stagionali nelle proprietà dell'effluente (ad esempio, C/N), concentrazione di ossigeno disciolto portato nel reattore e temperatura dell'effluente.
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2.7.2 Reattore a biofilm a letto mobile con post-denitrificazionen
When the degradable carbon in the wastewater is naturally insufficient, or has been consumed by upstream processes, or when the wastewater treatment plant occupies an area subject to when the need for concise and high-speed denitrification is limited, MBBR with posterior denitrification can be considered. because the denitrification performance is not affected by internal circulation or carbon source, the posterior denitrification process can achieve high denitrification rates (>80%) con una TOS breve.
Se i requisiti di BOD e nitrati dell'effluente sono più rigorosi, potrebbe essere necessaria una post-denitrificazione dopo la piccola aerazione MBBR. l'esperienza operativa dimostra che se è presente un processo di sedimentazione a monte, nella fase post-denitrificazione potrebbero esserci concentrazioni di fosforo non sufficienti per la sintesi cellulare e, a quel punto, le prestazioni della denitrificazione potrebbero essere inibite.
Quando il carbonio è riempito eccessivamente, il tasso massimo di rimozione dell'area superficiale del trasportatore di nitrato (SARR) della fonte di carbonio applicata può essere maggiore di 2 g/(m2 -d). I tassi di rimozione dell'area superficiale dei nitrati per diverse fonti di carbonio e diverse temperature sono riportati nelle Figure 2-9.
● Figura 1-9 Tasso di rimozione dell'area superficiale dei portatori con diverse fonti di carbonio in funzione della temperatura
2.7.3 Reattore combinato a biofilm a letto mobile pre/post denitrificazione
È possibile combinare reattori a letto mobile con denitrificazione anteriore e posteriore, sfruttando così i vantaggi economici della denitrificazione anteriore. La struttura del reattore di denitrificazione anteriore può essere considerata come un serbatoio di aerazione in inverno. Il progetto può prendere in considerazione l'utilizzo del reattore di denitrificazione anteriore come serbatoio di aerazione in inverno. Questo è perché.
1) Aumentare il volume del serbatoio di reazione di aerazione aiuta a migliorare la nitrificazione.
2) Temperature dell'acqua più basse possono portare ad un aumento delle concentrazioni di ossigeno disciolto e ad una riduzione del COD disciolto, che può influenzare l'efficacia della denitrificazione front-end.
3) In inverno, il reattore post-denitrificazione può svolgere tutte le attività di denitrificazione.
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2.7.4 Agitazione di denitrificazione
Nella denitrificazione MBBR, è stato utilizzato un miscelatore meccanico sommergibile montato su rotaia per far circolare e miscelare il liquido nel reattore
corpo e portatore. I seguenti aspetti dovrebbero essere considerati in modo specifico durante la progettazione dell'agitatore: (1) la posizione e la direzione dell'agitatore; (3)Tipo di agitatore; (3) agitazione dell'energia.
La densità relativa del supporto del biofilm è di circa 0,96, quindi galleggerà nell'acqua senza energia applicata, il che è diverso dal processo a fanghi attivi. Quando non viene applicata energia nel processo a fanghi attivi, i solidi (fanghi) si depositano.
Di conseguenza, in MBBR, l'agitatore deve essere posizionato vicino alla superficie dell'acqua ma non troppo vicino alla superficie dell'acqua, altrimenti creerà un vortice sulla superficie del re-acqua e quindi porterà aria nel reattore. Come mostrato nella Figura 1-10, l'agitatore deve essere inclinato leggermente verso il basso in modo che il trasportatore possa essere spinto più in profondità nel reattore. Generalmente, un MBBR non aerato richiede da 25 a 35 w/m3 di energia per agitare l'intero supporto. L'agitazione dell'MBBR denitrificante dovrebbe essere presa in particolare considerazione. Non tutti gli agitatori sono adatti per essere utilizzati a lungo nel MBBR. Il produttore di agitatori (ABS), utilizzando diverse unità MBBR, ha sviluppato l'agitatore ABS123K specificamente adatto per reattori a letto mobile. Questo agitatore è realizzato in acciaio inossidabile con un agitatore curvo all'indietro, in grado di resistere all'abrasione dell'agitatore da parte del trasportatore. Per evitare danni al supporto e l'usura dell'agitatore, l'agitatore ABS123K è dotato di barre tonde da 12 mm saldate lungo le ali dell'elica. Se utilizzato in un reattore a letto mobile, la velocità dell'agitatore ABS123K è piuttosto bassa (90 giri al minuto a 50 Hz e 105 giri al minuto a 60 Hz). L'energia di miscelazione richiesta per agitare l'MBBR denitrificante è correlata al rapporto di riempimento del trasportatore e alla crescita prevista del biofilm. L'esperienza pratica dimostra che l'agitazione è più efficiente con bassi rapporti di riempimento del trasportatore (ad es<55%). At higher fill ratios, it is difficult for the agitator to circulate the carriers and therefore high carrier fill ratios should be avoided. Low filling ratios and correspondingly high carrier surface loadings increase the biofilm concentration and thus sink the carrier, making it easier for the stirrer to stir the carrier and circulate it in the reactor. From this point of view, it is important to choose the appropriate denitrification reactor size, as a proper reactor size allows for a filling ratio and mechanical stirring to be compatible.
● Figura 10
(a) agitatore ABS123K rivolto verso la superficie dell'acqua e inclinato di 30 gradi verso il basso per spingere il supporto più in profondità nel reattore;
(b) MBBR di denitrificazione in funzione presso un impianto di trattamento delle acque reflue
2.8 Pre-elaborazione
Come con altre tecnologie di biofilm sommerso, l'acqua di alimentazione dell'MBBR richiede un adeguato pretrattamento. Per ottenere una buona grigliatura e sedimentazione è necessario evitare l'accumulo a lungo termine di materiali inerti nocivi come detriti, plastica e sabbia nell'MBBR. Poiché l'MBBR è parzialmente riempito di trasportatori, questi materiali inerti sono difficili da rimuovere una volta entrati nell'MBBR. Quando è disponibile il trattamento primario, i produttori di MBBR generalmente consigliano che lo spazio della griglia non sia maggiore di 6 mm e, se non è disponibile alcun trattamento primario, è necessario installare una griglia fine di 3 mm o meno. Inoltre, se si aggiunge l'MBBR al processo esistente, non è necessario aggiungere altre griglie se il livello di trattamento esistente è già elevato.
2.9 Separazione solido-liquido di MBBR
Rispetto al processo a fanghi attivi, il processo a letto mobile è molto flessibile dal punto di vista della successiva separazione solido-liquido. L'effetto del trattamento biologico del processo a letto mobile è indipendente dalla fase di separazione solido-liquido, quindi le sue unità di separazione solido-liquido possono essere variate. Inoltre, la concentrazione di solidi dell'effluente MBBR è almeno un ordine di grandezza inferiore a quella del processo a fanghi attivi. Pertanto, una varietà di tecnologie di separazione solido-liquido sono state applicate con successo all'MBBR, che possono essere combinate con tecnologie di separazione solido-liquido semplici ed efficienti come la flottazione ad aria o vasche di sedimentazione ad alta densità dove la terra è una risorsa preziosa. Nell'ammodernamento degli impianti di trattamento delle acque reflue esistenti, i serbatoi di decantazione esistenti possono essere utilizzati per la separazione dei solidi in MBBR.
2.10 Considerazioni sulla progettazione di MBBR
Quanto segue è molto importante per la progettazione di MBBR.
2.10.1MBBRPortata mobile (portata orizzontale)
The peak flow rate (flow divided by reactor cross-sectional area) at peak flow through the MBBR must be considered in the design with a small flow rate (e.g. 20m/h), the carriers can be evenly distributed in the reactor. Too high travel flow rate (e.g. >35m/h), i portatori si accumuleranno sulla griglia di intercettazione e genereranno grandi perdite di carico. A volte le condizioni idrauliche alla portata di picco determineranno la geometria e il numero di serie di MBBR. Consultare il produttore e determinare la portata di viaggio adeguata è importante per la progettazione dell'MBBR. Anche le proporzioni del reattore sono un fattore. In generale, un rapporto d'aspetto ridotto (ad esempio 1:1 o inferiore) aiuta a ridurre la deriva dei portatori verso la griglia di intercettazione alle portate di picco e consente una distribuzione più uniforme dei portatori all'interno del reattore.
2.10.2Problemi di schiuma nel serbatoio MBBR
I problemi di schiuma non sono comuni nell'MBBR, ma possono verificarsi in caso di avvio o funzionamento inadeguati. A causa delle due pareti divisorie al centro della piscina continua, questa è più alta della superficie dell'acqua, quindi la schiuma sarà limitata all'MBBR. Se è necessario controllare la schiuma, si consiglia l'uso di agenti antischiuma. L'uso di antischiuma coprirà il supporto e impedirà la diffusione del substrato nel biofilm, il che potrebbe influire sulle prestazioni dell'MBBR. Gli antischiuma silicicidi non devono essere utilizzati poiché non sono compatibili con i supporti in plastica.
2.10.3Sgombero del letto del trasportatore e deposito temporaneo
Per i reattori a letto mobile ben progettati e costruiti, anche se i guasti sono rari, è prudente risolvere il problema di come spostare il vettore fuori dal reattore e immagazzinarlo quando il reattore viene spento per manutenzione, ecc., si dovrebbe comunque considerare . Tutti i liquidi nel reattore, compresi i trasportatori, possono essere drenati da una pompa a vortice con ruota concava da 10 cm. Se il rapporto di riempimento progettato è adatto, il trasportatore in un reattore può essere temporaneamente spostato in un altro reattore. Tuttavia, lo svantaggio di questo metodo è che è difficile ripristinare entrambi i reattori ai loro rapporti di riempimento originali quando si spostano indietro i portatori. Una volta che i trasportatori vengono reimmessi nel reattore, l'unico modo ragionevole per misurare con precisione il rapporto di riempimento del trasportatore è svuotare il reattore e misurare l'altezza del trasportatore in entrambi i reattori. Idealmente, ci sarebbe un'altra piscina o altra unità inutilizzata che potrebbe essere utilizzata come contenitore di stoccaggio temporaneo per i trasportatori, in modo che il rapporto di riempimento dei trasportatori originale del reattore possa essere facilmente garantito.
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