In che modo MBBR ottiene nitrificazione e denitrificazione simultanee

Secondo la tradizionale teoria della denitrificazione biologica, il percorso di denitrificazione comprende generalmente due fasi: nitrificazione E denitrificazione . I due processi di nitrificazione e denitrificazione devono essere condotti in due reattori isolati, oppure nello stesso reattore con ambienti anossici e aerobici alternati nel tempo o nello spazio; infatti, nel periodo precedente, in alcuni processi a fanghi attivi senza evidenti fasi anossiche e anaerobiche, si è osservato ripetutamente il fenomeno della perdita di azoto non assimilato, e la scomparsa dell'azoto è stata osservata più volte anche nei sistemi di aerazione. In questi sistemi di trattamento, le reazioni di nitrificazione e denitrificazione spesso avvengono nelle stesse condizioni di trattamento e nello stesso spazio di trattamento. Pertanto, questi fenomeni sono chiamati nitrificazione/denitrificazione simultanea (SND).

一: Come si ottiene la nitrificazione e la denitrificazione simultanee dell'MBBR?

1. Il concetto di nitrificazione e denitrificazione simultanea denitrificazione biologica (SND)

La tecnologia sincrona di nitrificazione e denitrificazione (SND) consiste nel produrre reazioni di nitrificazione, denitrificazione e rimozione del carbonio nello stesso reattore contemporaneamente. Rompe la visione tradizionale secondo cui la nitrificazione e la denitrificazione non possono avvenire contemporaneamente, specialmente in condizioni aerobiche, può verificarsi anche la denitrificazione, rendendo possibile la nitrificazione e la denitrificazione simultanee.

La nitrificazione consuma alcalinità e la denitrificazione produce alcalinità. Pertanto, l'SND può mantenere efficacemente stabile il valore del pH nel reattore, senza neutralizzazione acido-base e fonte esterna di carbonio; risparmiare volume del reattore, abbreviare i tempi di reazione e ridurre il galleggiamento dei fanghi nel serbatoio di sedimentazione secondaria riducendo la concentrazione di azoto nitrato. Pertanto, l’SND è diventato un punto caldo di ricerca per la denitrificazione biologica. Per quanto riguarda la fattibilità della denitrificazione biologica dell’SND, esistono attualmente tre opinioni principali da diverse prospettive:

Prospettiva macroambientale: questa visione ritiene che non esista uno stato di miscelazione completamente uniforme e che una distribuzione non uniforme di DO nel reattore possa formare aree aerobiche, anossiche e anaerobiche. La denitrificazione può avvenire in condizioni anossiche/anaerobiche nello stesso bioreattore. L'SND può essere ottenuto combinando la rimozione della materia organica e la nitrificazione dell'azoto ammoniacale nell'ambiente aerobico della sezione.

Prospettiva del microambiente: questa visione sostiene che il microambiente anossico nei fiocchi microbici è la causa principale della SND, cioè, a causa della limitazione della diffusione (trasferimento) dell'ossigeno, c'è un gradiente di ossigeno disciolto nei fiocchi microbici, formando così un microambiente ciò è favorevole alla nitrificazione e alla denitrificazione simultanee.

Prospettiva biologica: questa visione sostiene che l’esistenza di particolari popolazioni microbiche è considerata la causa principale della SND. Alcuni batteri nitrificanti possono eseguire la denitrificazione oltre alla normale nitrificazione. Studiosi olandesi hanno isolato cocchi di zolfo pantotrofi che possono eseguire sia nitrificazione aerobica che denitrificazione aerobica. Alcuni batteri cooperano tra loro per eseguire reazioni sequenziali per convertire l'ammoniaca in azoto gassoso, il che rende possibile completare la denitrificazione biologica nello stesso reattore nelle stesse condizioni.

Allo stato attuale, ci sono molti studi microbiologici e spiegazioni sulla denitrificazione biologica, ma non sono perfetti e la comprensione del fenomeno SND è ancora in fase di sviluppo ed esplorazione. La teoria del microambiente è generalmente accettata. A causa dell'esistenza del gradiente di ossigeno disciolto, la concentrazione di ossigeno disciolto sulla superficie esterna dei fiocchi microbici o dei biofilm è elevata, principalmente batteri nitrificanti aerobici e batteri ammonificanti; nel profondo, il trasferimento di ossigeno è bloccato e viene consumata una grande quantità di ossigeno disciolto esterno, dando luogo a zone anossiche, dove i batteri denitrificanti sono le specie dominanti, che possono portare al verificarsi di nitrificazione e denitrificazione simultanee. Questa teoria spiega il problema della coesistenza di ceppi diversi nello stesso reattore, ma c'è anche un difetto, ovvero il problema delle fonti di carbonio organico. Le fonti di carbonio organico sono sia donatori di elettroni per la denitrificazione eterotrofa che inibitori del processo di nitrificazione. Quando la fonte di carbonio organico nelle acque reflue passa attraverso lo strato aerobico, viene prima ossidata mediante ossidazione aerobica. I batteri denitrificanti nella zona anossica non possono ottenere donatori di elettroni, il che riduce il tasso di denitrificazione e può influenzare l'efficienza di denitrificazione dell'SND. Pertanto, il meccanismo di nitrificazione e denitrificazione simultanea deve ancora essere ulteriormente migliorato.

2. Meccanismo sincrono di nitrificazione e denitrificazione a letto mobile biologico MBBR

MBBR è un nuovo tipo di reattore efficiente che combina il metodo dei fanghi attivi a crescita sospesa e il metodo del biofilm a crescita attaccata. Il principio di progettazione di base è quello di aggiungere direttamente il riempitivo in sospensione con un peso specifico vicino all'acqua e può essere sospeso in acqua nel serbatoio di reazione come vettore attivo di microrganismi. Il riempitivo sospeso può entrare in contatto con le acque reflue frequentemente e più volte e far crescere gradualmente un biofilm (pellicola) sulla superficie del riempitivo, che rafforza l'effetto di trasferimento di massa di inquinanti, ossigeno disciolto e biofilm, ovvero MBBR è chiamato "biofilm mobile ". Sulla base della ricerca effettuata finora sul meccanismo dell'SND, combinata con il microambiente e la teoria biologica, la possibile modalità di reazione dell'SND nel biofilm MBBR è che i batteri aerobici ossidanti l'ammoniaca, i batteri ossidanti i nitriti e i batteri denitrificanti aerobici distribuiti nello strato aerobico del biofilm cooperano con batteri ossidanti l'ammoniaca anaerobica, batteri nitriti autotrofi e batteri denitrificanti distribuiti nello strato anossico biologico e infine raggiungono lo scopo della denitrificazione.

MBBR fa affidamento sull'aerazione e sul flusso d'acqua nel serbatoio di aerazione per rendere il vettore in uno stato fluidizzato, formando così fanghi attivi sospesi e biofilm attaccato, sfruttando appieno i vantaggi sia degli organismi in fase attaccata che in quella sospesa, non solo fornendo macroscopici e microscopici ambienti aerobici e anaerobici, ma anche risolvendo le controversie sul DO e sulla fonte di carbonio tra nitrificatori autotrofi, denitrificatori eterotrofi e batteri eterotrofi. Pertanto, MBBR può raggiungere l'equilibrio cinetico dei due processi di nitrificazione e denitrificazione, ha ottime condizioni per nitrificazione e denitrificazione simultanee e può ottenere nitrificazione, denitrificazione e denitrificazione simultanee MBBR.

sì. Fattori che influenzano la nitrificazione e la denitrificazione simultanee di MBBR

La tecnologia chiave per ottenere la nitrificazione e denitrificazione simultanea dell'MBBR è controllare l'equilibrio cinetico della reazione di nitrificazione e denitrificazione nell'MBBR, risolvere la disputa sul DO tra nitrificatori autotrofi e batteri eterotrofi e la disputa sulla fonte di carbonio tra denitrificatori e batteri eterotrofi, ecc. Pertanto, il i principali fattori di controllo sono: rapporto carbonio-azoto, concentrazione di ossigeno disciolto, temperatura e pH, ecc.

1. L'influenza dei riempitivi sul metodo MBBR

La chiave tecnica del metodo MBBR risiede nei riempitivi biologici con un peso specifico vicino a quello dell'acqua e facili da spostare liberamente con l'acqua sotto leggera agitazione. Di solito, i riempitivi sono realizzati in plastica polietilene. La forma di ciascun trasportino è un piccolo cilindro con un diametro di 10 mm e un'altezza di 8 mm. Sono presenti supporti trasversali nel cilindro e alette verticali sporgenti sulla parete esterna. La parte cava del bocchettone rappresenta lo 0,95 del volume totale, ovvero in un contenitore pieno di acqua e riempitivi, il volume di acqua in ciascun bocchettone è del 95%. Tenendo conto della rotazione del riempitore e del volume totale del contenitore, il rapporto di riempimento del riempitore è definito come la proporzione dello spazio occupato dal trasportatore. Per ottenere il miglior effetto di miscelazione, il rapporto di riempimento massimo del riempitivo è 0,7. Teoricamente la superficie specifica totale del riempitivo è definita in base al numero di superfici specifiche dei vettori biologici per unità di volume, che generalmente è 700 m2/m3. Quando il biofilm cresce all'interno del supporto, la superficie specifica effettiva è di circa 500 m2/m3.

Questo tipo di riempitivo biologico favorisce l'adesione e la crescita di microrganismi all'interno del riempitivo, formando un biofilm relativamente stabile ed è facile formare uno stato fluidizzato. Quando i requisiti di pretrattamento sono bassi o le acque reflue contengono una grande quantità di fibre, come quando il serbatoio di sedimentazione primaria non viene utilizzata nel trattamento delle acque reflue municipali o quando si trattano acque reflue della fabbricazione della carta contenenti una grande quantità di fibre, un riempitivo biologico con una superficie specifica più piccola area e viene utilizzata una dimensione maggiore. Quando c'è un buon pretrattamento o si usa per la nitrificazione, si usa una carica biologica con un'ampia superficie specifica.

2. L'effetto dell'ossigeno disciolto (DO) sul metodo MBBR

La concentrazione di DO è un importante fattore limitante che influenza la nitrificazione e la denitrificazione simultanee . Controllando la concentrazione di DO, si possono formare zone aerobiche o zone anossiche in diverse parti del biofilm, avendo così le condizioni fisiche per ottenere nitrificazione e denitrificazione simultanee.

Teoricamente, quando la concentrazione di DO è troppo elevata, DO può penetrare nel biofilm, rendendo difficile la formazione di zone anossiche all'interno, e una grande quantità di azoto ammoniacale viene ossidato in nitrati e nitriti, per cui il TN dell'effluente è ancora molto elevato; al contrario, se la concentrazione di DO è molto bassa, si creerà una grande percentuale di zone anaerobiche all'interno del biofilm e la capacità di denitrificazione del biofilm sarà migliorata (le concentrazioni di nitrato e nitrito nell'effluente sono molto basse), ma a causa di un apporto insufficiente di DO, l'effetto di nitrificazione del processo MBBR diminuisce, provocando un aumento della concentrazione di azoto ammoniacale nell'effluente, provocando così un aumento del TN dell'effluente, influenzando l'effetto del trattamento finale.

Attraverso la ricerca, è stato finalmente ottenuto un valore DO ottimale per il trattamento MBBR delle acque reflue domestiche urbane: quando la concentrazione di DO è superiore a 2 mg/l, il DO ha poco effetto sull'effetto di nitrificazione del MBBR, il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale può raggiungere il 97% -99% e l'azoto ammoniacale effluente può essere mantenuto al di sotto di 1,0 mg/L; quando la concentrazione di DO è di circa 1,0 mg/L, il tasso di rimozione dell'azoto ammoniacale è di circa l'84% e la concentrazione di azoto ammoniacale dell'effluente è aumentata in modo significativo. Inoltre, il DO nel serbatoio di aerazione non dovrebbe essere troppo alto. Una quantità eccessiva di ossigeno disciolto può causare la decomposizione troppo rapida degli inquinanti organici, con conseguente mancanza di nutrimento per i microrganismi e il fango attivo è soggetto a invecchiamento e struttura allentata. Inoltre, un DO troppo elevato consumerà troppa energia, il che è anche economicamente inadatto.