Come si realizza la nitrificazione e la denitrificazione simultanee di MBBR?
(1) Il concetto di nitrificazione simultanea e rimozione biologica dell'azoto (SND)
La nitrificazione, denitrificazione e denitrificazione simultanee (SND) è la produzione simultanea di nitrificazione, denitrificazione e rimozione del carbonio nello stesso reattore. Rompe la visione tradizionale secondo cui la nitrificazione e la denitrificazione non possono verificarsi contemporaneamente, specialmente in condizioni aerobiche, può verificarsi anche la denitrificazione, rendendo possibile la nitrificazione e la denitrificazione simultanee.
Il processo di nitrificazione consuma alcalinità e il processo di denitrificazione produce alcalinità, quindi SND può effettivamente mantenere stabile il valore del pH nel reattore, senza la necessità di neutralizzazione acido-base e senza la necessità di una fonte di carbonio esterna; risparmia il volume del reattore, riduce il tempo di reazione e riduce lo stato di nitrato. La concentrazione di azoto può ridurre i fanghi che galleggiano nella vasca di sedimentazione secondaria, quindi SND è diventato un punto caldo della ricerca di denitrificazione biologica. Per la fattibilità della denitrificazione biologica SND, ci sono attualmente tre punti di vista principali da diverse prospettive:
Prospettiva macroambientale: questo punto di vista ritiene che non esista uno stato di miscelazione completamente uniforme e che la distribuzione irregolare di DO nel reattore possa formare regioni aerobiche, anossiche e anaerobiche, che possono verificarsi nello stesso bioreattore in condizioni anossiche/anaerobiche condizioni ambientali La reazione di denitrificazione, combinata con la rimozione della materia organica nell'ambiente aerobico e la nitrificazione dell'azoto ammoniacale nella sezione, può essere ottenuta SND.
Dal punto di vista del microambiente: questo punto di vista sostiene che il microambiente anossico nel floc microbico è la ragione principale per la formazione di SND, ovvero, a causa della limitazione della diffusione dell'ossigeno (trasmissione), vi è un gradiente di ossigeno disciolto nel microbico floc, che è favorevole alla realizzazione di nitrificazione e denitrificazione simultanee Microambiente.
Punto di vista biologico: questo punto di vista sostiene che l'esistenza di popolazioni microbiche speciali è considerata la ragione principale dell'insorgenza di SND. Alcuni batteri nitrificanti possono eseguire la denitrificazione oltre alla normale nitrificazione e alcuni studiosi olandesi hanno isolato la nitrificazione aerobica. , e può effettuare la denitrificazione aerobica del Thiococcus pantrophicus; alcuni batteri cooperano tra loro per effettuare reazioni sequenziali per convertire l'ammoniaca in azoto, il che offre la possibilità di completare la denitrificazione biologica nello stesso reattore nelle stesse condizioni.
Al momento, ci sono molti studi microbiologici e spiegazioni sulla denitrificazione biologica, ma non sono perfetti e la comprensione del fenomeno SND è ancora in fase di sviluppo ed esplorazione. La teoria del microambiente è generalmente accettata. A causa dell'esistenza del gradiente di ossigeno disciolto, la concentrazione di ossigeno disciolto sulla superficie esterna dei fiocchi o dei biofilm microbici è elevata, principalmente batteri nitrificanti aerobi e batteri dell'ammoniaca; nel profondo, il trasferimento di ossigeno è bloccato ed esterno. Una grande quantità di ossigeno disciolto viene consumata per produrre aree anossiche e i batteri denitrificanti sono i ceppi dominanti, che possono portare al verificarsi simultanea di nitrificazione e denitrificazione. Questa teoria spiega il problema comune di diverse specie batteriche nello stesso reattore, ma c'è anche un difetto, cioè il problema della fonte di carbonio organico. La fonte di carbonio organico non è solo il donatore di elettroni della denitrificazione eterotrofica, ma anche l'inibitore del processo di nitrificazione. Quando la fonte di carbonio organico nelle acque reflue passa attraverso lo strato aerobico, viene prima ossidata dall'ossidazione aerobica. I batteri denitrificanti nella zona anossica sono dovuti a La mancanza di donatori di elettroni riduce il tasso di denitrificazione, che può influenzare l'efficienza di denitrificazione di SND. Pertanto, il meccanismo di nitrificazione e denitrificazione simultanea deve ancora essere ulteriormente migliorato.
(2)Il meccanismo di nitrificazione, denitrificazione e denitrificazione simultanee nel letto mobile biologico MBBR
MBBR è un nuovo tipo di reattore ad alta efficienza che combina il metodo a fanghi attivi di crescita sospesa e il metodo di biofilm di crescita attaccata. Il principio di base del progetto consiste nell'aggiungere direttamente riempitivi sospesi con un peso specifico vicino all'acqua e che possono essere sospesi in acqua nel serbatoio di reazione come attività di microrganismi. Il vettore, il riempitivo sospeso può essere a contatto frequente con le acque reflue e il biofilm (film sospeso) cresce gradualmente sulla superficie del riempitivo, rafforzando l'effetto di trasferimento di massa di inquinanti, ossigeno disciolto e biofilm, ovvero MBBR è chiamato "film biologico mobile". membrana". Sulla base della ricerca sul meccanismo SND finora, combinato con il microambiente e la teoria biologica, le possibili modalità di reazione dell'SND nel biofilm MBBR sono i batteri aerobici ossidanti l'ammoniaca, i batteri ossidanti i nitriti e la denitrificazione aerobica distribuita nello strato aerobico del biofilm. I batteri cooperano con batteri anammox, batteri nitriti autotrofi e batteri denitrificanti distribuiti nello strato anossico biologico e, infine, raggiungono lo scopo della denitrificazione.
MBBR si basa sull'aerazione nel serbatoio di aerazione e sull'effetto di sollevamento del flusso d'acqua per rendere il vettore in uno stato fluidizzato, formando così fanghi attivi in sospensione e biofilm attaccato, dando pieno gioco ai vantaggi degli organismi sia attaccati che sospesi. Non solo fornisce ambienti aerobici e anaerobici macroscopici e microscopici, ma risolve anche le controversie sul DO e le controversie sulla fonte di carbonio tra batteri nitrificanti autotrofi, batteri denitrificanti eterotrofi e batteri eterotrofi. Pertanto, MBBR può realizzare l'equilibrio dinamico dei due processi di nitrificazione e denitrificazione e ha ottime condizioni per la nitrificazione e denitrificazione simultanee e può realizzare la nitrificazione, denitrificazione e denitrificazione simultanee di MBBR.
Fattori di influenza della nitrificazione e denitrificazione simultanee di MBBR
La tecnologia chiave per ottenere la nitrificazione e la denitrificazione simultanee in MBBR è controllare l'equilibrio cinetico di nitrificazione e denitrificazione in MBBR e risolvere la controversia sul DO tra batteri nitrificanti autotrofi e batteri eterotrofi e la controversia sulla fonte di carbonio tra batteri denitrificanti e batteri eterotrofi, ecc., quindi i principali fattori di controllo sono: rapporto carbonio-azoto, concentrazione di ossigeno disciolto, temperatura e pH.
(1) L'influenza dei filler sul metodo MBBR
La chiave tecnica del metodo MBBR risiede nelle cariche biologiche il cui peso specifico è prossimo a quello dell'acqua, e che sono facilmente movimentabili con acqua in leggera agitazione. Di solito il riempitivo è realizzato in plastica di polietilene. La forma di ciascun supporto è un piccolo cilindro con un diametro di 10mm e un'altezza di 8 mm. Sono presenti supporti trasversali nel cilindro e alette verticali sporgenti sulla parete esterna. La parte cava del riempitivo rappresenta il 0,95 percento dell'intero volume. , ovvero, in un contenitore pieno di acqua e riempitivo, il volume d'acqua in ogni riempitivo è del 95 percento. Tenendo conto della rotazione della riempitrice e del volume totale del contenitore, il rapporto di riempimento della riempitrice è definito come la proporzione dello spazio occupato dal supporto. Per ottenere il miglior effetto di miscelazione, il rapporto di riempimento del riempitivo è al massimo 0,7. Teoricamente, la superficie specifica totale del riempitivo è definita dal numero di superfici specifiche per unità di volume di veicolo biologico, che è generalmente 700 m2/m3. Quando il biofilm cresce all'interno del carrier, l'effettivo utilizzo effettivo della superficie specifica è di circa 500 m2/m3.
Questo tipo di riempitivo biologico favorisce la crescita di microrganismi all'interno del riempitivo, formando un biofilm relativamente stabile, ed è facile formare uno stato fluidizzato. Quando i requisiti di pretrattamento sono bassi o il liquame contiene una grande quantità di sostanze fibrose, ad esempio, la vasca di sedimentazione primaria non viene utilizzata nel trattamento delle acque reflue comunali o quando vengono trattate le acque reflue della cartiera contenenti una grande quantità di fibre, il riempitivo biologico con viene utilizzata una piccola superficie specifica e una grande dimensione. Quando c'è un pretrattamento migliore o per la nitrificazione, viene utilizzato il riempitivo biologico con un'ampia superficie specifica.
(2) L'effetto dell'ossigeno disciolto (DO) sul metodo MBBR
La concentrazione di DO è un importante fattore limitante che influenza la nitrificazione e la denitrificazione simultanee. Controllando la concentrazione di DO, diverse parti del biofilm possono formare una zona aerobica o una zona anossica, che ha la capacità di ottenere nitrificazione e denitrificazione simultanee. condizioni fisiche.
Teoricamente, quando la concentrazione di DO è troppo alta, DO può penetrare all'interno del biofilm, rendendo difficile la formazione di una zona anossica all'interno e una grande quantità di azoto ammoniacale viene ossidato in nitrato e nitrito, rendendo l'effluente TN ancora alto . Al contrario, se la concentrazione di DO è molto bassa, all'interno del biofilm si formerà un'ampia parte della zona anaerobica e si aumenterà la capacità di denitrificazione del biofilm (le concentrazioni di nitrati e nitriti nell'effluente sono molto basse ), ma a causa dell'apporto insufficiente di DO, MBBR L'effetto di nitrificazione del processo diminuisce, così che la concentrazione di azoto ammoniacale nell'effluente aumenta, il che porta ad un aumento del TN dell'effluente, che influisce sull'effetto del trattamento finale.
Attraverso la ricerca, si ottiene finalmente un valore ottimale del metodo MBBR per il trattamento delle acque reflue domestiche urbane DO: quando la concentrazione di DO è superiore a 2 mg/L, DO ha scarso effetto sull'effetto di nitrificazione di MBBR e il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale può raggiungere il 97 percento -99 percento percento, l'azoto ammoniacale effluente può essere mantenuto al di sotto di 1.0mg/L; quando la concentrazione di massa di DO è di circa 1.0mg/L, il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale è di circa l'84% e la concentrazione di azoto ammoniacale nell'effluente è aumentata in modo significativo. Inoltre, il DO nel serbatoio di aerazione non dovrebbe essere troppo alto. Troppo alto ossigeno disciolto può causare una decomposizione troppo rapida degli inquinanti organici, per cui i microrganismi mancano di nutrienti, il fango attivo è facile da invecchiare e la struttura è sciolta. Inoltre, il DO è troppo elevato e il consumo di energia eccessivo non è conveniente dal punto di vista economico.
Poiché il metodo MBBR realizza principalmente il trattamento finale delle acque reflue attraverso riempitivi sospesi, l'effetto di DO sui riempitivi sospesi è anche la chiave per i risultati complessivi del trattamento. Gli studi hanno dimostrato che la capacità di ossigenazione del reattore aumenta con l'aumento della velocità di riempimento della carica in sospensione entro un certo intervallo. Sotto l'azione dell'aerazione, l'acqua viene fluidizzata insieme al riempitivo e la turbolenza del flusso d'acqua è maggiore di quella senza il riempitivo, il che accelera il rinnovamento dell'interfaccia gas-liquido e il trasferimento di ossigeno e aumenta la velocità di trasferimento di ossigeno. All'aumentare della quantità di riempitivo, l'azione di taglio e l'azione turbolenta tra riempitivo, flusso d'aria e flusso d'acqua continuano a rafforzarsi. Tuttavia, quando la quantità di riempitivo aggiunto è del 60 percento, l'effetto di fluidificazione del riempitivo nell'acqua diventa scarso e diminuisce anche il grado di turbolenza nel corpo idrico, il che riduce la velocità di trasmissione dell'ossigeno e la velocità di utilizzo dell'ossigeno. Pertanto, per diversi tipi di qualità dell'acqua, il controllo della quantità di DO è fondamentale per il risultato finale del trattamento dell'intero processo.
Cos'è MBBR?
Il processo MBBR si basa sul principio di base del metodo del biofilm. Aggiungendo una certa quantità di veicolo sospeso al reattore, la biomassa e le specie biologiche nel reattore vengono aumentate, migliorando così l'efficienza di elaborazione del reattore. Poiché la densità del riempitivo è vicina a quella dell'acqua, viene completamente miscelata con l'acqua durante l'aerazione e l'ambiente per la crescita microbica è gas, liquido e solido trifase.
La collisione e il taglio del vettore nell'acqua riducono le bolle d'aria e aumentano il tasso di utilizzo dell'ossigeno. Inoltre, ogni vettore ha diverse specie biologiche all'interno e all'esterno, con alcuni batteri anaerobici o batteri facoltativi che crescono all'interno e batteri aerobici all'esterno, in modo che ogni vettore sia un microreattore, in modo che la reazione di nitrificazione e la reazione di denitrificazione coesistano, migliorando così l'effetto di elaborazione .