Wie erreicht MBBR eine gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation?

Gemäß der traditionellen biologischen Denitrifikationstheorie umfasst der Denitrifikationsweg im Allgemeinen zwei Phasen: Nitrifikation Und Denitrifikation . Die beiden Prozesse Nitrifikation und Denitrifikation müssen in zwei isolierten Reaktoren oder im selben Reaktor mit zeitlich oder räumlich abwechselnden anoxischen und aeroben Umgebungen durchgeführt werden; Tatsächlich wurde in der früheren Zeit bei einigen Belebtschlammprozessen ohne offensichtliche anoxische und anaerobe Stadien wiederholt das Phänomen des Verlusts von nicht assimiliertem Stickstoff beobachtet, und auch in Belüftungssystemen wurde häufig das Verschwinden von Stickstoff beobachtet. In diesen Behandlungssystemen treten Nitrifikations- und Denitrifikationsreaktionen häufig unter den gleichen Behandlungsbedingungen und im gleichen Behandlungsraum auf. Daher werden diese Phänomene als simultane Nitrifikation/Denitrifikation (SND) bezeichnet.

一: Wie wird die gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation von MBBR erreicht?

1. Das Konzept der gleichzeitigen Nitrifikation und Denitrifikation, biologische Denitrifikation (SND)

Die synchrone Nitrifikations- und Denitrifikationstechnologie (SND) besteht darin, im selben Reaktor gleichzeitig Nitrifikations-, Denitrifikations- und Kohlenstoffentfernungsreaktionen durchzuführen. Es durchbricht die traditionelle Ansicht, dass Nitrifikation und Denitrifikation nicht gleichzeitig stattfinden können, insbesondere unter aeroben Bedingungen kann es auch zu Denitrifikation kommen, wodurch eine gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation möglich ist.

Bei der Nitrifikation wird Alkalität verbraucht, bei der Denitrifikation entsteht Alkalität. Daher kann SND den pH-Wert im Reaktor effektiv stabil halten, ohne Säure-Base-Neutralisierung und externe Kohlenstoffquelle; Sparen Sie Reaktorvolumen, verkürzen Sie die Reaktionszeit und reduzieren Sie das Aufschwimmen von Schlamm im Nachklärbecken durch Reduzierung der Nitratstickstoffkonzentration. Daher hat sich das SND zu einem Forschungs-Hotspot für die biologische Denitrifikation entwickelt. Hinsichtlich der Machbarkeit der biologischen Denitrifikation durch SND gibt es derzeit drei Hauptansichten aus unterschiedlichen Perspektiven:

Makroökologische Perspektive: Diese Ansicht geht davon aus, dass es keinen völlig gleichmäßigen Mischzustand gibt und eine ungleichmäßige DO-Verteilung im Reaktor aerobe, anoxische und anaerobe Bereiche bilden kann. Die Denitrifikation kann unter anoxischen/anaeroben Bedingungen im selben Bioreaktor erfolgen. SND kann durch die Kombination der Entfernung organischer Stoffe und der Ammoniak-Stickstoff-Nitrifizierung in der aeroben Umgebung des Abschnitts erreicht werden.

Mikroumgebungsperspektive: Diese Ansicht geht davon aus, dass die anoxische Mikroumgebung in den Mikrobenflocken die Hauptursache für SND ist, d Dies begünstigt die gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation.

Biologische Perspektive: Diese Ansicht geht davon aus, dass die Existenz spezieller mikrobieller Populationen als Hauptursache für SND angesehen wird. Einige nitrifizierende Bakterien können zusätzlich zur normalen Nitrifikation auch eine Denitrifikation durchführen. Niederländische Wissenschaftler haben pantotrophe Schwefelkokken isoliert, die sowohl eine aerobe Nitrifikation als auch eine aerobe Denitrifikation durchführen können. Einige Bakterien kooperieren miteinander, um aufeinanderfolgende Reaktionen zur Umwandlung von Ammoniak in Stickstoffgas durchzuführen, was es ermöglicht, die biologische Denitrifizierung im selben Reaktor unter denselben Bedingungen abzuschließen.

Derzeit gibt es viele mikrobiologische Studien und Erklärungen zur biologischen Denitrifikation, diese sind jedoch nicht perfekt, und das Verständnis des SND-Phänomens befindet sich noch in der Entwicklung und Erforschung. Die Mikroumgebungstheorie ist allgemein anerkannt. Aufgrund des Vorhandenseins eines Gradienten an gelöstem Sauerstoff ist die Konzentration an gelöstem Sauerstoff auf der Außenfläche mikrobieller Flocken oder Biofilme hoch, hauptsächlich aerobe nitrifizierende Bakterien und ammonifizierende Bakterien; Tief im Inneren wird der Sauerstofftransport blockiert und eine große Menge an gelöstem Sauerstoff von außen verbraucht, was zu anoxischen Zonen führt, in denen denitrifizierende Bakterien die vorherrschende Spezies sind, was zum gleichzeitigen Auftreten von Nitrifikation und Denitrifikation führen kann. Diese Theorie erklärt das Problem der Koexistenz verschiedener Stämme im selben Reaktor, es gibt jedoch auch einen Mangel, nämlich das Problem der organischen Kohlenstoffquellen. Organische Kohlenstoffquellen sind sowohl Elektronendonatoren für die heterotrophe Denitrifikation als auch Inhibitoren des Nitrifikationsprozesses. Wenn die organische Kohlenstoffquelle im Abwasser die aerobe Schicht passiert, wird sie zunächst durch aerobe Oxidation oxidiert. Die denitrifizierenden Bakterien in der anoxischen Zone können keine Elektronendonoren erhalten, was die Denitrifikationsrate verringert und die Denitrifikationseffizienz von SND beeinträchtigen kann. Daher muss der Mechanismus der gleichzeitigen Nitrifikation und Denitrifikation noch weiter verbessert werden.

2. MBBR biologischer Fließbett-synchroner Nitrifikations- und Denitrifikationsmechanismus

MBBR ist ein neuartiger effizienter Reaktor, der die Methode des Belebtschlamms mit suspendiertem Wachstum und die Methode des angehängten Biofilmwachstums kombiniert. Das grundlegende Konstruktionsprinzip besteht darin, den suspendierten Füllstoff mit einem spezifischen Gewicht nahe dem von Wasser direkt in den Reaktionstank zu geben und als aktiven Träger von Mikroorganismen in Wasser suspendiert zu werden. Der suspendierte Füllstoff kann häufig und mehrfach mit Abwasser in Kontakt kommen und nach und nach einen Biofilm (Film) auf der Oberfläche des Füllstoffs bilden, der den Stoffübertragungseffekt von Schadstoffen, gelöstem Sauerstoff und Biofilm verstärkt, d. h. MBBR wird als „mobiler Biofilm“ bezeichnet ". Basierend auf der bisherigen Forschung zum SND-Mechanismus, kombiniert mit Mikroumgebung und biologischer Theorie, besteht der mögliche Reaktionsmodus von SND im MBBR-Biofilm darin, dass aerobe Ammoniak oxidierende Bakterien, Nitrit oxidierende Bakterien und aerobe denitrifizierende Bakterien, die in der aeroben Schicht des Biofilms verteilt sind, zusammenwirken anaerobe Ammoniak oxidierende Bakterien, autotrophe Nitritbakterien und denitrifizierende Bakterien verteilen sich in der biologischen anoxischen Schicht und erreichen schließlich den Zweck der Denitrifikation.

MBBR ist auf die Belüftung und den Wasserfluss im Belebungsbecken angewiesen, um den Träger in einen fluidisierten Zustand zu versetzen und so suspendierten Belebtschlamm und anhaftenden Biofilm zu bilden, wodurch die Vorteile sowohl der gebundenen als auch der suspendierten Phase von Organismen voll ausgeschöpft werden und nicht nur makroskopische und mikroskopische Ergebnisse erzielt werden aerobe und anaerobe Umgebungen, sondern auch die Lösung von Streitigkeiten über gelösten Sauerstoff und Kohlenstoffquellen zwischen autotrophen Nitrifizierern, heterotrophen Denitrifizierern und heterotrophen Bakterien. Daher kann MBBR das kinetische Gleichgewicht der beiden Prozesse Nitrifikation und Denitrifikation erreichen, verfügt über sehr gute Bedingungen für die gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation und kann mit MBBR eine gleichzeitige Nitrifikation, Denitrifikation und Denitrifikation erreichen.

Ja. Faktoren, die die gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation von MBBR beeinflussen

Die Schlüsseltechnologie zur Erzielung einer gleichzeitigen Nitrifikation und Denitrifikation durch MBBR besteht darin, das reaktionskinetische Gleichgewicht von Nitrifikation und Denitrifikation in MBBR zu kontrollieren, den DO-Streit zwischen autotrophen Nitrifizierern und heterotrophen Bakterien und den Kohlenstoffquellenstreit zwischen Denitrifizierern und heterotrophen Bakterien usw. zu lösen Die wichtigsten Kontrollfaktoren sind: Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis, Konzentration des gelösten Sauerstoffs, Temperatur und pH-Wert usw.

1. Der Einfluss von Füllstoffen auf die MBBR-Methode

Der technische Schlüssel der MBBR-Methode liegt in biologischen Füllstoffen mit einem spezifischen Gewicht nahe dem von Wasser, die sich unter leichtem Rühren leicht frei mit Wasser bewegen lassen. Normalerweise bestehen die Füllstoffe aus Polyethylen-Kunststoff. Die Form jedes Trägers ist ein kleiner Zylinder mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Höhe von 8 mm. Im Zylinder befinden sich Querstützen und an der Außenwand vorstehende Vertikalrippen. Der hohle Teil des Füllstoffs macht 0,95 % des Gesamtvolumens aus, d. h. in einem Behälter voller Wasser und Füllstoffe beträgt das Wasservolumen in jedem Füllstoff 95 %. Unter Berücksichtigung der Rotation des Füllers und des gesamten Behältervolumens wird der Füllgrad des Füllers als Anteil des vom Träger eingenommenen Raums definiert. Um den besten Mischeffekt zu erzielen, beträgt der maximale Füllgrad des Füllstoffs 0,7. Theoretisch wird die gesamte spezifische Oberfläche des Füllstoffs anhand der Anzahl der spezifischen Oberflächen biologischer Träger pro Volumeneinheit definiert, die im Allgemeinen 700 m2/m3 beträgt. Wenn der Biofilm im Inneren des Trägers wächst, beträgt die tatsächliche effektive spezifische Oberfläche etwa 500 m2/m3.

Diese Art von biologischem Füllstoff begünstigt die Anlagerung und das Wachstum von Mikroorganismen auf der Innenseite des Füllstoffs, wodurch ein relativ stabiler Biofilm entsteht und es leicht ist, einen fluidisierten Zustand zu bilden. Wenn der Vorbehandlungsbedarf gering ist oder das Abwasser eine große Menge an Fasern enthält, z. B. wenn das Vorklärbecken nicht in der kommunalen Abwasserbehandlung verwendet wird oder wenn Abwasser aus der Papierherstellung mit einer großen Menge an Fasern behandelt wird, wird ein biologischer Füllstoff mit einer kleineren spezifischen Oberfläche verwendet Fläche und es wird eine größere Größe verwendet. Bei guter Vorbehandlung oder Einsatz zur Nitrifikation wird ein biologischer Füllstoff mit großer spezifischer Oberfläche eingesetzt.

2. Die Wirkung von gelöstem Sauerstoff (DO) auf die MBBR-Methode

Die Sauerstoffkonzentration ist ein wesentlicher limitierender Faktor für die gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation . Durch die Steuerung der DO-Konzentration können in verschiedenen Teilen des Biofilms aerobe oder anoxische Zonen gebildet werden, wodurch die physikalischen Voraussetzungen für eine gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation geschaffen werden.

Wenn die DO-Konzentration zu hoch ist, kann DO theoretisch in den Biofilm eindringen, was die Bildung anoxischer Zonen im Inneren erschwert, und eine große Menge Ammoniakstickstoff wird zu Nitrat und Nitrit oxidiert, so dass die TN des Abwassers immer noch sehr hoch ist; im Gegenteil, wenn die DO-Konzentration sehr niedrig ist, entsteht ein großer Anteil anaerober Zonen im Biofilm und die Denitrifikationskapazität des Biofilms wird erhöht (die Konzentrationen von Nitrat und Nitrit im Abwasser sind sehr niedrig). Aufgrund der unzureichenden DO-Versorgung nimmt jedoch der Nitrifikationseffekt des MBBR-Prozesses ab, was dazu führt, dass die Ammoniakstickstoffkonzentration im Abwasser ansteigt, wodurch die TN des Abwassers ansteigt, was sich auf den endgültigen Behandlungseffekt auswirkt.

Durch Forschung wurde schließlich ein optimaler DO-Wert für die MBBR-Behandlung städtischer häuslicher Abwässer ermittelt: Wenn die DO-Konzentration über 2 mg/L liegt, hat DO kaum Einfluss auf die Nitrifikationswirkung von MBBR, die Entfernungsrate von Ammoniakstickstoff kann 97 % erreichen -99 %, und der austretende Ammoniakstickstoff kann unter 1,0 mg/L gehalten werden; Wenn die DO-Konzentration etwa 1,0 mg/L beträgt, liegt die Entfernungsrate von Ammoniakstickstoff bei etwa 84 %, und die Ammoniakstickstoffkonzentration im Abwasser ist erheblich gestiegen. Außerdem sollte der Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken nicht zu hoch sein. Zu viel gelöster Sauerstoff kann dazu führen, dass sich die organischen Schadstoffe zu schnell zersetzen, was zu einem Nährstoffmangel für Mikroorganismen führt und der Belebtschlamm anfällig für Alterung und lockere Struktur ist. Darüber hinaus verbraucht ein zu hoher Sauerstoffgehalt zu viel Energie, was auch wirtschaftlich ungeeignet ist.