Как МББР обеспечивает одновременную нитрификацию и денитрификацию

Согласно традиционной биологической теории денитрификации, путь денитрификации обычно включает две стадии: нитрификация и денитрификация . Два процесса нитрификации и денитрификации необходимо проводить в двух изолированных реакторах или в одном реакторе с чередующимися бескислородными и аэробными средами во времени или пространстве; Фактически, в более ранний период в некоторых процессах с активным илом без явных бескислородных и анаэробных стадий люди неоднократно наблюдали явление потери неассимилированного азота, а исчезновение азота также неоднократно наблюдалось в системах аэрации. В этих системах очистки реакции нитрификации и денитрификации часто происходят в одних и тех же условиях обработки и в одном и том же пространстве обработки. Поэтому эти явления называются одновременной нитрификацией/денитрификацией (СНД).

一: Как достигается одновременная нитрификация и денитрификация МББР?

1. Концепция одновременной нитрификации и денитрификации биологической денитрификации (СНД).

Технология синхронной нитрификации и денитрификации (СНД) заключается в одновременном проведении реакций 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.

Нитрификация поглощает щелочность, а денитрификация производит щелочность. Таким образом, SND может эффективно поддерживать стабильное значение pH в реакторе без кислотно-щелочной нейтрализации и внешнего источника углерода; сэкономить объем реактора, сократить время реакции и уменьшить всплывание осадка во вторичном отстойнике за счет снижения концентрации нитратного азота. Таким образом, SND стал центром исследований биологической денитрификации. Что касается 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 смешивания не существует, а неравномерное распределение DO в реакторе может образовывать аэробные, бескислородные и анаэробные области. Денитрификация может происходить в бескислородных/анаэробных условиях в одном и том же биореакторе. СНД можно достичь путем совмещения удаления органических веществ и нитрификации аммиачного азота в аэробной среде секции.

Перспектива микроокружения: эта точка зрения утверждает, что бескислородная микросреда в микробных хлопьях является основной причиной SND, то есть из-за ограничения диффузии (переноса) кислорода в микробных хлопьях существует градиент растворенного кислорода, образуя таким образом микроокружение. что способствует одновременной нитрификации и денитрификации.

Биологическая перспектива. Согласно этой точке зрения, существование особых микробных популяций считается основной причиной СНД. Некоторые нитрифицирующие бактерии могут осуществлять денитрификацию в дополнение к обычной нитрификации. Голландские ученые выделили пантотрофные серные кокки, которые могут осуществлять как аэробную нитрификацию, так и аэробную денитрификацию. Некоторые бактерии взаимодействуют друг с другом, выполняя последовательные реакции по превращению аммиака в газообразный азот, что позволяет завершить биологическую денитрификацию в одном и том же реакторе и в одних и тех же условиях.

В настоящее время существует множество микробиологических исследований и объяснений биологической денитрификации, но они несовершенны, а понимание феномена СНД все еще находится в стадии разработки и исследования. Теория микросреды является общепринятой. Из-за существования градиента растворенного кислорода концентрация растворенного кислорода на внешней поверхности микробных хлопьев или биопленок высока, преимущественно аэробных нитрифицирующих бактерий и аммонифицирующих бактерий; глубоко внутри перенос кислорода блокируется и потребляется большое количество внешнего растворенного кислорода, в результате чего образуются бескислородные зоны, где преобладающим видом являются денитрифицирующие бактерии, что может привести к возникновению одновременной нитрификации и денитрификации. Эта теория объясняет проблему сосуществования разных штаммов в одном реакторе, но есть и недостаток, а именно проблема органических источников углерода. Органические источники углерода являются как донорами электронов для гетеротрофной денитрификации, так и ингибиторами процесса нитрификации. Когда источник органического углерода в сточных водах проходит через аэробный слой, он сначала окисляется путем аэробного окисления. Денитрифицирующие бактерии в бескислородной зоне не могут получить доноров электронов, что снижает скорость денитрификации и может влиять на эффективность денитрификации СНД. Следовательно, механизм одновременной нитрификации и денитрификации еще нуждается в дальнейшем совершенствовании.

2. Механизм синхронной нитрификации и денитрификации биологического движущегося слоя МББР.

MBBR представляет собой новый тип эффективного реактора, который сочетает в себе метод взвешенного роста активного ила и метод прикрепленной биопленки. Основной принцип конструкции заключается в непосредственном добавлении суспендированного наполнителя с удельным весом, близким к воде, который может быть суспендирован в воде в реакционный резервуар в качестве активного носителя микроорганизмов. Суспендированный наполнитель может часто и многократно контактировать со сточными водами и постепенно на поверхности наполнителя образовывать биопленку (пленку), что усиливает эффект массообмена загрязняющих веществ, растворенного кислорода и биопленки, то есть МББР называют «подвижной биопленкой». ". Основываясь на исследованиях механизма SND, в сочетании с микроокружением и биологической теорией, возможный режим реакции SND в биопленке MBBR заключается в том, что аэробные бактерии, окисляющие аммиак, нитрит-окисляющие бактерии и аэробные денитрифицирующие бактерии, распределенные в аэробном слое биопленки, взаимодействуют с анаэробные бактерии, окисляющие аммиак, автотрофные нитритные бактерии и денитрифицирующие бактерии, распределяющиеся в биологическом бескислородном слое и, наконец, достигающие цели денитрификации.

MBBR опирается на аэрацию и поток воды в аэротенке, чтобы привести носитель в псевдоожиженное состояние, тем самым образуя взвешенный активный ил и прикрепленную биопленку, что дает полную реализацию преимуществ как прикрепленных, так и взвешенных фазовых организмов, не только обеспечивая макроскопические и микроскопические аэробных и анаэробных средах, но также разрешает споры о DO и источниках углерода между автотрофными нитрификаторами, гетеротрофными денитрификаторами и гетеротрофными бактериями. Таким образом, MBBR может достичь кинетического баланса двух процессов нитрификации и денитрификации, имеет очень хорошие условия для одновременной нитрификации и денитрификации, а также может обеспечить одновременную нитрификацию, денитрификацию и денитрификацию MBBR.

二. Факторы, влияющие на одновременную нитрификацию и денитрификацию МББР

Ключевой технологией достижения одновременной нитрификации и денитрификации МББР является контроль кинетического баланса реакций нитрификации и денитрификации в МББР, решение спора о РК между автотрофными нитрификаторами и гетеротрофными бактериями, а также спора о источнике углерода между денитрификаторами и гетеротрофными бактериями и т. д. Таким образом, Основными регулирующими факторами являются: соотношение углерода и азота, концентрация растворенного кислорода, температура и pH и т. д.

1. Влияние наполнителей на метод MBBR

Технический ключ метода МББР заключается в биологических наполнителях с удельным весом, близким к удельному весу воды, которые легко перемещаются с водой при незначительном перемешивании. Обычно наполнители изготавливаются из полиэтиленового пластика. Форма каждого носителя представляет собой небольшой цилиндр диаметром 10 мм и высотой 8 мм. В цилиндре имеются поперечные опоры и выступающие вертикальные ребра на внешней стенке. Полая часть наполнителя составляет 0,95 от общего объема, то есть в емкости, наполненной водой и наполнителями, объем воды в каждом наполнителе составляет 95%. С учетом вращения наполнителя и общего объема контейнера коэффициент наполнения наполнителя определяется как доля пространства, занимаемого носителем. Для достижения наилучшего эффекта смешивания максимальный коэффициент наполнения наполнителя составляет 0,7. Теоретически общая удельная поверхность наполнителя определяется по количеству удельных поверхностей биологических носителей на единицу объема, которое обычно составляет 700м2/м3. Когда биопленка растет внутри носителя, фактическая эффективная удельная поверхность составляет около 500 м2/м3.

Этот тип биологического наполнителя способствует прикреплению и росту микроорганизмов внутри наполнителя, образуя относительно стабильную биопленку, и легко образовывать псевдоожиженное состояние. Когда требования к предварительной очистке низкие или сточные воды содержат большое количество клетчатки, например, когда первичный отстойник не используется при очистке городских сточных вод или при очистке сточных вод бумажного производства, содержащих большое количество клетчатки, биологический наполнитель с меньшей удельной поверхностью используется площадь и больший размер. При хорошей предварительной обработке или нитрификации используется биологический наполнитель с большой удельной поверхностью.

2. Влияние растворенного кислорода (РК) на метод МББР.

Концентрация DO является основным ограничивающим фактором, влияющим на одновременную нитрификацию и денитрификацию. . Контролируя концентрацию DO, в различных частях биопленки можно сформировать аэробные или бескислородные зоны, создавая тем самым физические условия для одновременной нитрификации и денитрификации.

Теоретически, когда концентрация DO слишком высока, DO может проникать в биопленку, что затрудняет образование бескислородных зон внутри, а большое количество аммиачного азота окисляется до нитрата и нитрита, так что TN сточных вод все еще очень высок; наоборот, если концентрация DO очень низкая, это приведет к образованию большой доли анаэробных зон внутри биопленки, а денитрификационная способность биопленки будет повышена (концентрации нитратов и нитритов в сточных водах очень низкие), но из-за недостаточной подачи DO эффект нитрификации процесса MBBR снижается, вызывая увеличение концентрации аммиачного азота в сточных водах, тем самым вызывая увеличение TN в сточных водах, влияя на конечный эффект очистки.

В результате исследований было наконец получено оптимальное значение РК для очистки городских бытовых сточных вод МББР: при концентрации РК выше 2 мг/л РК мало влияет на нитрификационный эффект МББР, степень удаления аммиачного азота может достигать 97%. -99%, а уровень аммиачного азота в выходящих потоках можно поддерживать ниже 1,0 мг/л; когда концентрация DO составляет около 1,0 мг/л, степень удаления аммиачного азота составляет около 84%, а концентрация аммиачного азота в сточных водах значительно увеличивается. Кроме того, раствор кислорода в аэротенке не должен быть слишком высоким. Слишком высокое содержание растворенного кислорода может привести к слишком быстрому разложению органических загрязнителей, что приведет к недостаточному питанию микроорганизмов, а активный ил склонен к старению и рыхлой структуре. Кроме того, слишком высокое содержание кислорода будет потреблять слишком много энергии, что также экономически нецелесообразно.