Jak MBBR dosahuje simultánní nitrifikaci a denitrifikaci

Podle tradiční teorie biologické denitrifikace zahrnuje denitrifikace obecně dvě fáze: nitrifikace a denitrifikace . Dva procesy nitrifikace a denitrifikace je třeba provádět ve dvou izolovaných reaktorech nebo ve stejném reaktoru se střídajícím se anoxickým a aerobním prostředím v čase nebo prostoru; v dřívějším období totiž lidé v některých procesech s aktivovaným kalem bez zjevných anoxických a anaerobních stádií opakovaně pozorovali fenomén ztráty neasimilovaného dusíku a mizení dusíku bylo také mnohokrát pozorováno v aeračních systémech. V těchto čistících systémech často probíhají nitrifikace a denitrifikační reakce za stejných podmínek úpravy a ve stejném prostoru úpravy. Proto se tyto jevy nazývají simultánní nitrifikace/denitrifikace (SND).

一: Jak je dosaženo současné nitrifikace a denitrifikace MBBR?

1. Pojem simultánní nitrifikace a denitrifikace biologická denitrifikace (SND)

Technologie synchronní nitrifikace a denitrifikace (SND) má produkovat reakce nitrifikace, denitrifikace a odstraňování uhlíku ve stejném reaktoru současně. Prolamuje tradiční názor, že nitrifikace a denitrifikace nemůže probíhat současně, zvláště za aerobních podmínek může probíhat i denitrifikace, což umožňuje současnou nitrifikace a denitrifikace.

Nitrifikace spotřebovává alkalitu a denitrifikace vytváří alkalitu. Proto může SND účinně udržovat hodnotu pH v reaktoru stabilní, bez acidobazické neutralizace a externího zdroje uhlíku; úspora objemu reaktoru, zkrácení reakční doby a snížení vyplavování kalu v sekundární sedimentační nádrži snížením koncentrace dusičnanového dusíku. SND se tak stalo centrem výzkumu biologické denitrifikace. Pokud jde o proveditelnost biologické denitrifikace SND, v současné době existují tři hlavní pohledy z různých perspektiv:

Makroenvironmentální perspektiva: Tento pohled věří, že neexistuje zcela jednotný stav míchání a nerovnoměrná distribuce DO v reaktoru může tvořit aerobní, anoxické a anaerobní oblasti. Denitrifikace může probíhat za anoxických/anaerobních podmínek ve stejném bioreaktoru. SND lze dosáhnout kombinací odstraňování organických látek a nitrifikace amoniakálního dusíku v aerobním prostředí sekce.

Perspektiva mikroprostředí: Tento názor zastává názor, že hlavní příčinou SND je anoxické mikroprostředí v mikrobiálních vločkách, to znamená, že v důsledku omezení difúze (přenosu) kyslíku je v mikrobiálních vločkách gradient rozpuštěného kyslíku, čímž vzniká mikroprostředí. což vede k současné nitrifikaci a denitrifikaci.

Biologická perspektiva: Tento názor zastává názor, že za hlavní příčinu SND je považována existence zvláštních mikrobiálních populací. Některé nitrifikační bakterie mohou kromě běžné nitrifikace provádět i denitrifikaci. Nizozemští vědci izolovali pantotrofní sirné koky, které mohou provádět jak aerobní nitrifikaci, tak aerobní denitrifikaci. Některé bakterie vzájemně spolupracují při provádění postupných reakcí za účelem přeměny amoniaku na plynný dusík, což umožňuje dokončit biologickou denitrifikaci ve stejném reaktoru za stejných podmínek.

V současné době existuje mnoho mikrobiologických studií a vysvětlení biologické denitrifikace, které však nejsou dokonalé, a chápání fenoménu SND je stále ve vývoji a zkoumání. Teorie mikroprostředí je obecně přijímána. V důsledku existence gradientu rozpuštěného kyslíku je koncentrace rozpuštěného kyslíku na vnějším povrchu mikrobiálních vloček nebo biofilmů vysoká, zejména aerobních nitrifikačních bakterií a amonifikačních bakterií; hluboko uvnitř je blokován přenos kyslíku a spotřebovává se velké množství vnějšího rozpuštěného kyslíku, což má za následek vznik anoxických zón, kde jsou dominantním druhem denitrifikační bakterie, což může vést k současnému výskytu nitrifikace a denitrifikace. Tato teorie vysvětluje problém koexistence různých kmenů ve stejném reaktoru, ale je zde i defekt, a to problém zdrojů organického uhlíku. Zdroje organického uhlíku jsou jak donory elektronů pro heterotrofní denitrifikaci, tak inhibitory procesu nitrifikace. Když zdroj organického uhlíku v odpadních vodách prochází aerobní vrstvou, je nejprve oxidován aerobní oxidací. Denitrifikační bakterie v anoxické zóně nemohou získat donory elektronů, což snižuje rychlost denitrifikace a může ovlivnit účinnost denitrifikace SND. Mechanismus současné nitrifikace a denitrifikace je proto stále potřeba dále zlepšovat.

2. Mechanismus synchronní nitrifikace a denitrifikace biologického pohyblivého lože MBBR

MBBR je nový typ účinného reaktoru, který kombinuje metodu suspendovaného růstu aktivovaného kalu a metodu připojeného růstového biofilmu. Základním konstrukčním principem je přímé přidání suspendovaného plniva s měrnou hmotností blízkou vodě a může být suspendováno ve vodě do reakční nádoby jako aktivní nosič mikroorganismů. Suspendované plnivo se může často a vícekrát dostat do kontaktu s odpadními vodami a postupně na povrchu plniva narůstá biofilm (film), který posiluje efekt přenosu hmoty znečišťujících látek, rozpuštěného kyslíku a biofilmu, to znamená, že MBBR se nazývá „mobilní biofilm“. ". Na základě dosavadního výzkumu mechanismu SND v kombinaci s mikroprostředím a biologickou teorií je možným reakčním režimem SND v biofilmu MBBR to, že aerobní bakterie oxidující amoniak, bakterie oxidující dusitany a aerobní denitrifikační bakterie distribuované v aerobní vrstvě biofilmu spolupracují s anaerobní amoniak oxidující bakterie, autotrofní dusitanové bakterie a denitrifikační bakterie distribuované v biologické anoxické vrstvě, a nakonec dosáhnout účelu denitrifikace.

MBBR se spoléhá na provzdušňování a proudění vody v provzdušňovací nádrži, aby se nosič dostal do fluidního stavu, čímž se vytváří suspendovaný aktivovaný kal a připojený biofilm, což dává plnou hru výhodám organismů vázaných i suspendovaných fází, nejen poskytuje makroskopické a mikroskopické aerobní a anaerobní prostředí, ale také řešení sporů o DO a zdroj uhlíku mezi autotrofními nitrifikátory, heterotrofními denitrifikátory a heterotrofními bakteriemi. MBBR tedy může dosáhnout kinetické rovnováhy dvou procesů nitrifikace a denitrifikace, má velmi dobré podmínky pro současnou nitrifikaci a denitrifikaci a může dosáhnout MBBR simultánní nitrifikace, denitrifikace a denitrifikace.

二. Faktory ovlivňující současnou nitrifikaci a denitrifikaci MBBR

Klíčovou technologií pro dosažení současné nitrifikace a denitrifikace MBBR je kontrola reakční kinetické rovnováhy nitrifikace a denitrifikace v MBBR, řešení sporu DO mezi autotrofními nitrifikátory a heterotrofními bakteriemi a sporu o zdroj uhlíku mezi denitrifikátory a heterotrofními bakteriemi atd. hlavními kontrolními faktory jsou: poměr uhlík-dusík, koncentrace rozpuštěného kyslíku, teplota a pH atd.

1. Vliv plniv na metodu MBBR

Technický klíč metody MBBR spočívá v biologických plnivech s měrnou hmotností blízkou vodě a snadno se s vodou za mírného míchání volně pohybují. Obvykle jsou výplně vyrobeny z polyethylenového plastu. Tvar každého nosiče je malý váleček o průměru 10mm a výšce 8mm. Ve válci jsou příčné podpěry a na vnější stěně vyčnívající vertikální žebra. Dutá část plniva tvoří 0,95 z celkového objemu, to znamená, že v nádobě plné vody a plniv je objem vody v každém plnivu 95 %. Při zohlednění rotace plničky a celkového objemu nádoby je poměr plnění plničky definován jako podíl prostoru, který zabírá nosič. Pro dosažení nejlepšího mísícího účinku je maximální poměr plnění plniva 0,7. Teoreticky je celkový specifický povrch plniva definován podle počtu specifických povrchů biologických nosičů na jednotku objemu, což je obecně 700 m2/m3. Když biofilm roste uvnitř nosiče, skutečný efektivní specifický povrch je asi 500 m2/m3.

Tento typ biologického plniva přispívá k uchycení a růstu mikroorganismů na vnitřní straně plniva, čímž se vytváří relativně stabilní biofilm a je snadné vytvořit fluidní stav. Když jsou požadavky na předúpravu nízké nebo odpadní voda obsahuje velké množství vlákniny, jako když se primární sedimentační nádrž nepoužívá při čištění komunálních odpadních vod nebo když se čistí odpadní voda z výroby papíru obsahující velké množství vlákniny, biologické plnivo s menším specifickým povrchem plocha a používá se větší velikost. Pokud je dobrá předúprava nebo se používá pro nitrifikaci, používá se biologické plnivo s velkým specifickým povrchem.

2. Vliv rozpuštěného kyslíku (DO) na metodu MBBR

Koncentrace DO je hlavním limitujícím faktorem ovlivňujícím současnou nitrifikaci a denitrifikaci . Řízením koncentrace DO mohou být vytvořeny aerobní zóny nebo anoxické zóny v různých částech biofilmu, čímž se vytvoří fyzikální podmínky pro dosažení současné nitrifikace a denitrifikace.

Teoreticky, když je koncentrace DO příliš vysoká, DO může proniknout do biofilmu, což znesnadňuje vytváření anoxických zón uvnitř, a velké množství amoniakálního dusíku se oxiduje na dusičnany a dusitany, takže TN v odpadních vodách je stále velmi vysoká; naopak, pokud je koncentrace DO velmi nízká, způsobí to velký podíl anaerobních zón uvnitř biofilmu a zvýší se denitrifikační kapacita biofilmu (koncentrace dusičnanů a dusitanů v odpadní vodě jsou velmi nízké), ale kvůli nedostatečné dodávce DO se nitrifikační účinek procesu MBBR snižuje, což způsobuje zvýšení koncentrace amoniakálního dusíku v odpadních vodách, což způsobuje zvýšení TN v odpadních vodách, což ovlivňuje konečný účinek čištění.

Prostřednictvím výzkumu byla nakonec získána optimální hodnota DO pro čištění MBBR z městských domovních odpadních vod: když je koncentrace DO nad 2 mg/l, DO má malý vliv na nitrifikační účinek MBBR, rychlost odstraňování amoniakálního dusíku může dosáhnout 97 %. -99 % a vytékající amoniakální dusík může být udržován pod 1,0 mg/l; když je koncentrace DO kolem 1,0 mg/l, rychlost odstraňování amoniakálního dusíku je kolem 84 % a koncentrace amoniakálního dusíku v odpadních vodách významně vzrostla. Kromě toho by DO v provzdušňovací nádrži nemělo být příliš vysoké. Příliš vysoké množství rozpuštěného kyslíku může způsobit příliš rychlý rozklad organických polutantů, což má za následek nedostatek výživy pro mikroorganismy a aktivovaný kal je náchylný ke stárnutí a volné struktuře. Příliš vysoké DO navíc spotřebuje příliš mnoho energie, což je také ekonomicky nevhodné.