MBBR'nin eşzamanlı nitrifikasyonu ve denitrifikasyonu nasıl gerçekleştirilir?
(1) Eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon biyolojik nitrojen giderimi (SND) kavramı
Eşzamanlı nitrifikasyon, denitrifikasyon ve denitrifikasyon (SND), aynı reaktörde aynı anda nitrifikasyon, denitrifikasyon ve karbon giderimi üretimidir. Özellikle aerobik koşullar altında nitrifikasyon ve denitrifikasyonun aynı anda gerçekleşemeyeceği, denitrifikasyonun da meydana gelebileceği şeklindeki geleneksel görüşü kırar ve eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyonu mümkün kılar.
Nitrifikasyon prosesi alkalinite tüketir ve denitrifikasyon prosesi alkalinite üretir, bu nedenle SND, asit-baz nötralizasyonuna ve harici bir karbon kaynağına ihtiyaç duymadan reaktördeki pH değerini etkin bir şekilde sabit tutabilir; reaktör hacminden tasarruf sağlar, reaksiyon süresini kısaltır ve nitrat durumunu azaltır. Azot konsantrasyonu, ikincil çökeltme tankında yüzen çamuru azaltabilir, bu nedenle SND biyolojik denitrifikasyonun bir araştırma noktası haline gelmiştir. SND biyolojik denitrifikasyonunun fizibilitesi için şu anda farklı perspektiflerden üç ana görüş vardır:
Makro-çevresel perspektif: Bu bakış açısı, tamamen homojen bir karıştırma durumunun mevcut olmadığına ve reaktördeki ÇO'nun eşit olmayan dağılımının, aynı biyoreaktörde anoksik/anaerobik altında meydana gelebilecek aerobik, anoksik ve anaerobik bölgeler oluşturabileceğine inanmaktadır. çevresel koşullar Denitrifikasyon reaksiyonu, aerobik ortamda organik maddenin uzaklaştırılması ve amonyak azotunun nitrifikasyonu ile birleştiğinde, SND elde edilebilir.
Mikroçevre perspektifinden: Bu görüş, mikrobiyal kümedeki anoksik mikro ortamın SND oluşumunun ana nedeni olduğunu, yani oksijen difüzyonunun (transmisyonunun) sınırlandırılması nedeniyle mikrobiyal ortamda çözünmüş bir oksijen gradyanı olduğunu savunur. Eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon Mikro ortamının gerçekleştirilmesine elverişli olan flok.
Biyolojik bakış açısı: Bu görüş, özel mikrobiyal popülasyonların varlığının SND'nin ortaya çıkmasının ana nedeni olarak kabul edildiğini savunur. Bazı nitrifikasyon bakterileri, normal nitrifikasyona ek olarak denitrifikasyon gerçekleştirebilir ve bazı Hollandalı bilim adamları, aerobik nitrifikasyonu izole etmişlerdir. , ve Thiococcus pantrophicus'un aerobik denitrifikasyonunu gerçekleştirebilir; bazı bakteriler, amonyağı nitrojene dönüştürmek için sıralı reaksiyonları gerçekleştirmek için birbirleriyle işbirliği yapar, bu da biyolojik denitrifikasyonu aynı reaktörde aynı koşullar altında tamamlama imkanı sağlar.
Şu anda biyolojik denitrifikasyon hakkında birçok mikrobiyolojik çalışma ve açıklama var, ancak bunlar mükemmel değil ve SND fenomeninin anlaşılması hala geliştirme ve keşif aşamasında. Mikroçevre teorisi genel olarak kabul edilmektedir. Çözünmüş oksijen gradyanının varlığı nedeniyle, mikrobiyal yumakların veya biyofilmlerin dış yüzeyindeki çözünmüş oksijen konsantrasyonu, özellikle aerobik nitrifikasyon bakterileri ve amonyak bakterileri yüksektir; derinlerde, oksijen transferi bloke edilir ve harici Anoksik alanlar oluşturmak için büyük miktarda çözünmüş oksijen tüketilir ve denitrifikasyon bakterileri baskın suşlardır, bu da eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon oluşumuna yol açabilir. Bu teori, aynı reaktördeki farklı bakteri türlerinin ortak sorununu açıklar, ancak bir kusur da vardır, yani organik karbon kaynağı sorunu. Organik karbon kaynağı sadece heterotrofik denitrifikasyonun elektron vericisi değil, aynı zamanda nitrifikasyon sürecinin inhibitörüdür. Kanalizasyondaki organik karbon kaynağı aerobik katmandan geçtiğinde önce aerobik oksidasyon ile oksitlenir. Anoksik bölgedeki denitrifikasyon bakterileri, elektron donörlerinin olmaması nedeniyle denitrifikasyon hızını azaltır, bu da SND'nin denitrifikasyon verimliliğini etkileyebilir. Bu nedenle, eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon mekanizmasının hala daha da iyileştirilmesi gerekmektedir.
(2) MBBR biyolojik hareketli yatakta eşzamanlı nitrifikasyon, denitrifikasyon ve denitrifikasyon mekanizması
MBBR, aktif çamur askıda büyüme yöntemini ve bağlı büyüme biyofilm yöntemini birleştiren yüksek verimli yeni tip bir reaktördür. Temel tasarım prensibi, suya yakın özgül ağırlığa sahip askıda dolgu maddelerini doğrudan eklemek ve mikroorganizmaların aktivitesi olarak suda askıda kalabilmektir. Taşıyıcı, askıya alınmış dolgu maddesi kanalizasyonla sık sık temas halinde olabilir ve biyofilm (film asılı) dolgunun yüzeyinde yavaş yavaş büyür, bu da kirleticilerin, çözünmüş oksijenin ve biyofilmin kütle transfer etkisini güçlendirir, yani MBBR "mobil biyolojik film" olarak adlandırılır. SND mekanizması üzerine şimdiye kadar yapılan araştırmalara dayanarak, mikro çevre ve biyolojik teori ile birlikte, MBBR biyofilminde SND'nin olası reaksiyon modları, aerobik amonyak oksitleyici bakteriler, nitrit oksitleyici bakteriler ve biyofilmin aerobik tabakasında dağılmış aerobik denitrifikasyondur. Bakteriler, biyolojik anoksik katmanda dağıtılan anammox bakterileri, ototrofik nitrit bakterileri ve denitrifikasyon bakterileri ile işbirliği yapar ve sonunda denitrifikasyon amacına ulaşır.
MBBR, taşıyıcıyı akışkan hale getirmek için havalandırma tankındaki havalandırmaya ve su akışının kaldırma etkisine güvenir, böylece askıya alınmış aktif çamur ve bağlı biyofilm oluşturarak hem bağlı hem de asılı organizmaların avantajlarından tam anlamıyla yararlanır. Sadece makroskopik ve mikroskobik aerobik ve anaerobik ortamlar sağlamakla kalmaz, aynı zamanda ototrofik nitrifikasyon bakterileri, heterotrofik denitrifikasyon bakterileri ve heterotrofik bakteriler arasındaki ÇO anlaşmazlıklarını ve karbon kaynağı anlaşmazlıklarını da çözer. Bu nedenle, MBBR iki nitrifikasyon ve denitrifikasyon sürecinin dinamik dengesini gerçekleştirebilir ve eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon için çok iyi koşullara sahiptir ve MBBR eşzamanlı nitrifikasyon, denitrifikasyon ve denitrifikasyon gerçekleştirebilir.
MBBR eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyonun etkileyen faktörleri
MBBR'de eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyon elde etmek için anahtar teknoloji, MBBR'de nitrifikasyon ve denitrifikasyonun kinetik dengesini kontrol etmek ve ototrofik nitrifikasyon bakterileri ile heterotrofik bakteriler arasındaki DO anlaşmazlığını ve denitrifikasyon bakterileri ile heterotrofik bakteriler arasındaki karbon kaynağı anlaşmazlığını çözmektir. vb., bu nedenle ana kontrol faktörleri şunlardır: karbon-azot oranı, çözünmüş oksijen konsantrasyonu, sıcaklık ve pH.
(1) Dolgu maddelerinin MBBR yöntemine etkisi
MBBR yönteminin teknik anahtarı, özgül ağırlığı suya yakın olan ve hafif çalkalama altında su ile kolayca hareket ettirilebilen biyolojik dolgu maddelerinde yatmaktadır. Genellikle dolgu polietilen plastikten yapılır. Her bir taşıyıcının şekli, 10mm çapında ve 8mm yüksekliğinde küçük bir silindirdir. Silindirde çapraz destekler ve dış duvarda çıkıntılı dikey kanatçıklar bulunmaktadır. Dolgunun içi boş kısmı, tüm hacmin yüzde 0,95'ini oluşturur. yani su ve dolgu dolu bir kapta her bir dolgudaki su hacmi yüzde 95'tir. Dolgunun dönüşü ve kabın toplam hacmi dikkate alındığında dolgunun dolum oranı, taşıyıcının kapladığı alana oranı olarak tanımlanır. En iyi karıştırma etkisini elde etmek için dolgu maddesinin doldurma oranı en fazla 0,7'dir. Teorik olarak, dolgu maddesinin toplam spesifik yüzey alanı, biyolojik taşıyıcının birim hacmi başına genellikle 700m2/m3 olan spesifik yüzey alanlarının sayısı ile tanımlanır. Biyofilm taşıyıcının içinde büyüdüğünde, spesifik yüzey alanının fiili etkin kullanımı yaklaşık 500m2/m3'tür.
Bu tip biyolojik dolgu maddesi, nispeten stabil bir biyofilm oluşturarak dolgunun içinde mikroorganizmaların büyümesine elverişlidir ve akışkan hale getirilmesi kolaydır. Ön arıtma gereksinimleri düşük olduğunda veya kanalizasyon büyük miktarda lifli madde içerdiğinde, örneğin, birincil çökeltme tankı belediye kanalizasyon arıtmasında kullanılmaz veya büyük miktarda lif içeren kağıt yapım atıksu arıtıldığında, biyolojik dolgu maddesi ile küçük bir spesifik yüzey alanı ve büyük bir boyut kullanılır. Daha iyi bir ön arıtma veya nitrifikasyon söz konusu olduğunda, geniş bir spesifik yüzey alanına sahip biyolojik dolgu maddesi kullanılır.
(2) Çözünmüş oksijenin (DO) MBBR yöntemine etkisi
ÇO konsantrasyonu, eşzamanlı nitrifikasyon ve denitrifikasyonu etkileyen önemli bir sınırlayıcı faktördür. ÇO konsantrasyonunu kontrol ederek, biyofilmin farklı kısımları, aynı anda nitrifikasyon ve denitrifikasyon elde etme yeteneğine sahip bir aerobik bölge veya anoksik bölge oluşturabilir. fiziksel koşullar.
Teorik olarak, ÇO konsantrasyonu çok yüksek olduğunda, ÇO biyofilmin içine nüfuz edebilir, bu da içeride anoksik bir bölge oluşturmayı zorlaştırır ve büyük miktarda amonyak nitrojeni nitrat ve nitrite oksitlenir ve atık TN'yi hala yüksek hale getirir. . Aksine, eğer ÇO konsantrasyonu çok düşükse, biyofilm içinde anaerobik bölgenin büyük bir kısmı oluşacak ve biyofilmin denitrifikasyon kapasitesi artacaktır (atık sudaki nitrat ve nitrit konsantrasyonları çok düşüktür). ), ancak yetersiz DO, MBBR nedeniyle Prosesin nitrifikasyon etkisi azalır, böylece atık sudaki amonyak nitrojen konsantrasyonu artar, bu da nihai arıtma etkisini etkileyen atık suyun TN'sinde bir artışa yol açar.
Araştırma sayesinde, kentsel evsel atıksu ÇO'nun arıtılması için optimal bir MBBR yöntemi değeri nihayet elde edildi: ÇO konsantrasyonu 2 mg/L'nin üzerinde olduğunda, ÇO, MBBR'nin nitrifikasyon etkisi üzerinde çok az etkiye sahiptir ve amonyak azotunun uzaklaştırma oranı, yüzde 97'ye -99 yüzde , atık amonyak azotu 1,0mg/L'nin altında tutulabilir; ÇO kütle konsantrasyonu yaklaşık 1,0mg/L olduğunda, amonyak nitrojeni uzaklaştırma oranı yaklaşık yüzde 84'tür ve atık amonyak nitrojen konsantrasyonu önemli ölçüde artmıştır. Ayrıca havalandırma tankındaki ÇO çok yüksek olmamalıdır. Çok yüksek çözünmüş oksijen, organik kirleticilerin çok hızlı ayrışmasına neden olabilir, böylece mikroorganizmalar besin maddelerinden yoksun kalır, aktif çamurun yaşlanması kolaydır ve yapı gevşektir. Ayrıca ÇO çok yüksektir ve aşırı enerji tüketimi ekonomik olarak uygun değildir.
MBBR yöntemi esas olarak askıda dolgu maddeleri aracılığıyla nihai kanalizasyon arıtmasını gerçekleştirdiğinden, DO'nun askıda dolgu maddeleri üzerindeki etkisi de genel arıtma sonuçlarının anahtarıdır. Çalışmalar, askıdaki dolgu maddesinin belirli bir aralıkta dolum hızının artmasıyla reaktörün oksijenlenme kapasitesinin arttığını göstermiştir. Havalandırma etkisi altında, su dolgu maddesi ile birlikte akışkanlaştırılır ve su akışının türbülansı dolgu maddesi olmadan olduğundan daha fazladır, bu da gaz-sıvı arayüzünün yenilenmesini ve oksijen transferini hızlandırır ve hızı arttırır. oksijen transferinden. Dolgu miktarı arttıkça dolgu arasındaki kesme hareketi ve türbülans hareketi, hava akışı ve su akışı güçlenmeye devam eder. Bununla birlikte, eklenen dolgu miktarı yüzde 60 olduğunda, dolgu maddesinin sudaki akışkanlaştırma etkisi zayıflar ve su kütlesindeki türbülans derecesi de azalır, bu da oksijen iletim hızını ve oksijen kullanım oranını azaltır. Bu nedenle, farklı su kalitesi türleri için ÇO miktarını kontrol etmek, tüm sürecin nihai arıtma sonucu için çok önemlidir.
MBBR nedir?
MBBR işlemi, biyofilm yönteminin temel prensibine dayanmaktadır. Reaktöre belirli bir miktar asılı taşıyıcı eklenerek, reaktördeki biyokütle ve biyolojik türler arttırılır, böylece reaktörün işleme verimliliği iyileştirilir. Dolgu maddesinin yoğunluğu suya yakın olduğu için havalandırma sırasında tamamen su ile karışır ve mikrobiyal üreme ortamı gaz, sıvı ve katı üç fazlıdır.
Taşıyıcının suda çarpışması ve kesilmesi, hava kabarcıklarını küçültür ve oksijen kullanım oranını arttırır. Ek olarak, her taşıyıcının içinde ve dışında farklı biyolojik türler vardır, bazı anaerobik bakteriler veya fakültatif bakteriler içeride büyür ve aerobik bakteriler dışarıda büyür, böylece her taşıyıcı bir mikroreaktördür, böylece nitrifikasyon reaksiyonu ve denitrifikasyon reaksiyonu bir arada bulunur, böylece işleme etkisini iyileştirir. .