Ako MBBR dosahuje súčasnú nitrifikáciu a denitrifikáciu

Podľa tradičnej teórie biologickej denitrifikácie cesta denitrifikácie vo všeobecnosti zahŕňa dve fázy: nitrifikácie a denitrifikácia . Dva procesy nitrifikácie a denitrifikácie sa musia uskutočňovať v dvoch izolovaných reaktoroch alebo v tom istom reaktore so striedaním anoxického a aeróbneho prostredia v čase alebo priestore; v skutočnosti v skoršom období pri niektorých procesoch aktivovaného kalu bez zjavných anoxických a anaeróbnych štádií ľudia opakovane pozorovali fenomén straty neasimilovaného dusíka a miznutie dusíka bolo tiež mnohokrát pozorované v prevzdušňovacích systémoch. V týchto systémoch úpravy sa nitrifikačné a denitrifikačné reakcie často vyskytujú za rovnakých podmienok úpravy a v rovnakom priestore úpravy. Preto sa tieto javy nazývajú simultánna nitrifikácia/denitrifikácia (SND).

一: Ako sa dosiahne súčasná nitrifikácia a denitrifikácia MBBR?

1. Koncepcia simultánnej nitrifikácie a denitrifikácie biologická denitrifikácia (SND)

Synchrónna nitrifikačná a denitrifikačná technológia (SND) má produkovať reakcie nitrifikácie, denitrifikácie a odstraňovania uhlíka v tom istom reaktore súčasne. Prelamuje tradičný názor, že nitrifikácia a denitrifikácia nemôže prebiehať súčasne, najmä za aeróbnych podmienok môže prebiehať aj denitrifikácia, čím je možná súčasná nitrifikácia a denitrifikácia.

Nitrifikáciou sa spotrebúva zásaditosť a pri denitrifikácii sa zásaditosť vytvára. Preto môže SND efektívne udržiavať stabilnú hodnotu pH v reaktore bez acidobázickej neutralizácie a externého zdroja uhlíka; úspora objemu reaktora, skrátenie reakčného času a zníženie plávania kalu v sekundárnej sedimentačnej nádrži znížením koncentrácie dusičnanového dusíka. Preto sa SND stalo výskumným centrom biologickej denitrifikácie. Pokiaľ ide o realizovateľnosť biologickej denitrifikácie SND, v súčasnosti existujú tri hlavné pohľady z rôznych perspektív:

Makroenvironmentálna perspektíva: Tento pohľad sa domnieva, že neexistuje úplne jednotný stav miešania a nerovnomerná distribúcia DO v reaktore môže vytvárať aeróbne, anoxické a anaeróbne oblasti. Denitrifikácia môže prebiehať za anoxických/anaeróbnych podmienok v tom istom bioreaktore. SND je možné dosiahnuť kombináciou odstraňovania organických látok a nitrifikácie amoniakálneho dusíka v aeróbnom prostredí sekcie.

Perspektíva mikroprostredia: Tento názor zastáva názor, že hlavnou príčinou SND je anoxické mikroprostredie v mikrobiálnych vločkách, to znamená, že v dôsledku obmedzenia difúzie (prestupu) kyslíka je v mikrobiálnych vločkách gradient rozpusteného kyslíka, čím sa vytvára mikroprostredie. čo vedie k súčasnej nitrifikácii a denitrifikácii.

Biologický pohľad: Tento názor zastáva názor, že za hlavnú príčinu SND sa považuje existencia špeciálnych mikrobiálnych populácií. Niektoré nitrifikačné baktérie môžu okrem bežnej nitrifikácie vykonávať aj denitrifikáciu. Holandskí vedci izolovali pantotrofné sírové koky, ktoré môžu vykonávať aeróbnu nitrifikáciu aj aeróbnu denitrifikáciu. Niektoré baktérie navzájom spolupracujú pri uskutočňovaní sekvenčných reakcií na premenu amoniaku na plynný dusík, čo umožňuje dokončiť biologickú denitrifikáciu v tom istom reaktore za rovnakých podmienok.

V súčasnosti existuje mnoho mikrobiologických štúdií a vysvetlení o biologickej denitrifikácii, ktoré však nie sú dokonalé a chápanie fenoménu SND je stále vo vývoji a skúmaní. Teória mikroprostredia je všeobecne akceptovaná. V dôsledku existencie gradientu rozpusteného kyslíka je koncentrácia rozpusteného kyslíka na vonkajšom povrchu mikrobiálnych vločiek alebo biofilmov vysoká, najmä aeróbne nitrifikačné baktérie a amonifikačné baktérie; hlboko vo vnútri je zablokovaný prenos kyslíka a spotrebúva sa veľké množstvo externého rozpusteného kyslíka, čo vedie k anoxickým zónam, kde sú dominantným druhom denitrifikačné baktérie, čo môže viesť k súčasnému výskytu nitrifikácie a denitrifikácie. Táto teória vysvetľuje problém koexistencie rôznych kmeňov v tom istom reaktore, ale je tu aj defekt, a to problém zdrojov organického uhlíka. Zdroje organického uhlíka sú ako donory elektrónov pre heterotrofnú denitrifikáciu, tak inhibítory procesu nitrifikácie. Keď zdroj organického uhlíka v odpadovej vode prechádza cez aeróbnu vrstvu, najskôr sa oxiduje aeróbnou oxidáciou. Denitrifikačné baktérie v anoxickej zóne nedokážu získať donory elektrónov, čo znižuje rýchlosť denitrifikácie a môže ovplyvniť účinnosť denitrifikácie SND. Mechanizmus súčasnej nitrifikácie a denitrifikácie je preto stále potrebné ďalej zlepšovať.

2. Mechanizmus synchrónnej nitrifikácie a denitrifikácie biologického pohyblivého lôžka MBBR

MBBR je nový typ účinného reaktora, ktorý kombinuje metódu pozastaveného rastu aktivovaného kalu a metódu pripojeného rastového biofilmu. Základným konštrukčným princípom je priame pridávanie suspendovaného plniva so špecifickou hmotnosťou blízkou vode a môže byť suspendované vo vode do reakčnej nádoby ako aktívny nosič mikroorganizmov. Suspendované plnivo sa môže často a viackrát dostať do kontaktu s odpadovými vodami a postupne na povrchu plniva vyrastie biofilm (film), ktorý zosilňuje efekt prenosu hmoty znečisťujúcich látok, rozpusteného kyslíka a biofilmu, to znamená, že MBBR sa nazýva „mobilný biofilm“. ". Na základe doterajšieho výskumu mechanizmu SND v kombinácii s mikroprostredím a biologickou teóriou je možný reakčný režim SND v biofilme MBBR, že aeróbne baktérie oxidujúce amoniak, baktérie oxidujúce dusitany a aeróbne denitrifikačné baktérie distribuované v aeróbnej vrstve biofilmu spolupracujú s anaeróbne baktérie oxidujúce amoniak, autotrofné baktérie dusitanov a denitrifikačné baktérie distribuované v biologickej anoxickej vrstve a nakoniec dosiahnuť účel denitrifikácie.

MBBR sa spolieha na prevzdušňovanie a prietok vody v prevzdušňovacej nádrži, aby sa nosič dostal do fluidného stavu, čím sa vytvorí suspendovaný aktivovaný kal a pripojený biofilm, čím sa naplno prejavia výhody prichytených aj suspendovaných organizmov, nielen makroskopické a mikroskopické. aeróbne a anaeróbne prostredie, ale aj riešenie sporov o DO a zdroj uhlíka medzi autotrofnými nitrifikátormi, heterotrofnými denitrifikátormi a heterotrofnými baktériami. Preto MBBR môže dosiahnuť kinetickú rovnováhu dvoch procesov nitrifikácie a denitrifikácie, má veľmi dobré podmienky pre súčasnú nitrifikáciu a denitrifikáciu a môže dosiahnuť MBBR simultánnu nitrifikáciu, denitrifikáciu a denitrifikáciu.

二. Faktory ovplyvňujúce súčasnú nitrifikáciu a denitrifikáciu MBBR

Kľúčovou technológiou na dosiahnutie súčasnej nitrifikácie a denitrifikácie MBBR je kontrola reakčnej kinetickej rovnováhy nitrifikácie a denitrifikácie v MBBR, riešenie sporu DO medzi autotrofnými nitrifikátormi a heterotrofnými baktériami a spor o zdroj uhlíka medzi denitrifikátormi a heterotrofnými baktériami atď. hlavné kontrolné faktory sú: pomer uhlík-dusík, koncentrácia rozpusteného kyslíka, teplota a pH atď.

1. Vplyv plnív na metódu MBBR

Technický kľúč metódy MBBR spočíva v biologických plnivách so špecifickou hmotnosťou blízkou vode a ľahko sa voľne pohybujú s vodou za mierneho miešania. Zvyčajne sú plnivá vyrobené z polyetylénového plastu. Tvar každého nosiča je malý valček s priemerom 10mm a výškou 8mm. Vo valci sú krížové podpery a na vonkajšej stene vyčnievajúce zvislé rebrá. Dutá časť náplne tvorí 0,95 z celkového objemu, to znamená, že v nádobe plnej vody a plnív je objem vody v každej náplni 95 %. Berúc do úvahy rotáciu plniva a celkový objem nádoby, pomer plnenia plniva je definovaný ako podiel priestoru, ktorý zaberá nosič. Pre dosiahnutie najlepšieho miešacieho efektu je maximálny plniaci pomer plniva 0,7. Teoreticky je celkový špecifický povrch plniva definovaný podľa počtu špecifických povrchov biologických nosičov na jednotku objemu, čo je všeobecne 700 m2/m3. Keď biofilm rastie vo vnútri nosiča, skutočný efektívny špecifický povrch je asi 500 m2/m3.

Tento typ biologického plniva prispieva k prichytávaniu a rastu mikroorganizmov na vnútornej strane plniva, pričom vytvára relatívne stabilný biofilm a je ľahké vytvoriť fluidný stav. Ak sú požiadavky na predúpravu nízke alebo odpadová voda obsahuje veľké množstvo vlákniny, ako keď sa primárna sedimentačná nádrž nepoužíva pri čistení komunálnych odpadových vôd alebo keď sa upravuje odpadová voda z výroby papiera s veľkým množstvom vlákniny, biologické plnivo s menším špecifickým povrchom plocha a používa sa väčšia veľkosť. Keď je dobrá predúprava alebo sa používa na nitrifikáciu, používa sa biologické plnivo s veľkým špecifickým povrchom.

2. Vplyv rozpusteného kyslíka (DO) na metódu MBBR

Koncentrácia DO je hlavným limitujúcim faktorom ovplyvňujúcim súčasnú nitrifikáciu a denitrifikáciu . Riadením koncentrácie DO sa môžu v rôznych častiach biofilmu vytvárať aeróbne zóny alebo anoxické zóny, čím sa získajú fyzikálne podmienky na dosiahnutie súčasnej nitrifikácie a denitrifikácie.

Teoreticky, keď je koncentrácia DO príliš vysoká, DO môže preniknúť do biofilmu, čo sťažuje vytváranie anoxických zón vo vnútri a veľké množstvo amoniakálneho dusíka sa oxiduje na dusičnany a dusitany, takže TN v odpade je stále veľmi vysoká; naopak, ak je koncentrácia DO veľmi nízka, spôsobí to veľký podiel anaeróbnych zón vo vnútri biofilmu a zvýši sa denitrifikačná kapacita biofilmu (koncentrácie dusičnanov a dusitanov v odpadovej vode sú veľmi nízke), ale v dôsledku nedostatočného prísunu DO sa nitrifikačný účinok procesu MBBR znižuje, čo spôsobuje zvýšenie koncentrácie amoniakálneho dusíka v odpadovej vode, čo spôsobuje zvýšenie TN v odpadovej vode, čo ovplyvňuje konečný efekt čistenia.

Prostredníctvom výskumu sa nakoniec získala optimálna hodnota DO pre čistenie mestských domácich odpadových vôd MBBR: keď je koncentrácia DO nad 2 mg/l, DO má malý vplyv na nitrifikačný účinok MBBR, rýchlosť odstraňovania amoniakálneho dusíka môže dosiahnuť 97 %. -99 % a vytekajúci amoniakový dusík sa môže udržiavať pod 1,0 mg/l; keď je koncentrácia DO okolo 1,0 mg/l, rýchlosť odstraňovania amoniakálneho dusíka je okolo 84 % a koncentrácia amoniakálneho dusíka v odpade sa výrazne zvýšila. Navyše DO v prevzdušňovacej nádrži by nemalo byť príliš vysoké. Príliš veľa rozpusteného kyslíka môže spôsobiť príliš rýchly rozklad organických znečisťujúcich látok, čo vedie k nedostatku výživy pre mikroorganizmy a aktivovaný kal je náchylný na starnutie a uvoľnenie štruktúry. Príliš vysoký DO navyše spotrebuje príliš veľa energie, čo je aj ekonomicky nevhodné.