Como é realizada a nitrificação e desnitrificação simultâneas do MBBR?
(1) O conceito de remoção simultânea de nitrificação e desnitrificação biológica de nitrogênio (SND)
A nitrificação, desnitrificação e desnitrificação simultâneas (SND) é a produção simultânea de nitrificação, desnitrificação e remoção de carbono no mesmo reator. Rompe a visão tradicional de que a nitrificação e a desnitrificação não podem ocorrer ao mesmo tempo, especialmente em condições aeróbicas, a desnitrificação também pode ocorrer, tornando possível a nitrificação e a desnitrificação simultâneas.
O processo de nitrificação consome alcalinidade e o processo de desnitrificação produz alcalinidade, de modo que o SND pode efetivamente manter o valor de pH no reator estável, sem a necessidade de neutralização ácido-base e sem a necessidade de uma fonte externa de carbono; economiza o volume do reator, diminui o tempo de reação e reduz o estado de nitrato. A concentração de nitrogênio pode reduzir a flutuação do lodo no tanque de sedimentação secundário, de modo que o SND se tornou um hotspot de pesquisa de desnitrificação biológica. Para a viabilidade da desnitrificação biológica SND, existem atualmente três visões principais de diferentes perspectivas:
Perspectiva macroambiental: Este ponto de vista acredita que não existe um estado de mistura completamente uniforme, e a distribuição desigual de OD no reator pode formar regiões aeróbicas, anóxicas e anaeróbicas, que podem ocorrer no mesmo biorreator sob condições anóxicas/anaeróbicas. condições ambientais A reação de desnitrificação, combinada com a remoção de matéria orgânica no ambiente aeróbico e a nitrificação do nitrogênio amoniacal na seção, pode ser alcançada SND.
Sob a perspectiva do microambiente: Esta visão sustenta que o microambiente anóxico no floco microbiano é o principal motivo para a formação do SND, ou seja, devido à limitação da difusão de oxigênio (transmissão), há um gradiente de oxigênio dissolvido na microbiota floc, que é propício para a realização de nitrificação e desnitrificação simultâneas Microambiente.
Ponto de vista biológico: Este ponto de vista sustenta que a existência de populações microbianas especiais é considerada a principal razão para a ocorrência de SND. Algumas bactérias nitrificantes podem realizar desnitrificação além da nitrificação normal, e alguns estudiosos holandeses isolaram a nitrificação aeróbica. , e pode realizar a desnitrificação aeróbia de Thiococcus pantrophicus; algumas bactérias cooperam entre si para realizar reações sequenciais para converter amônia em nitrogênio, o que oferece a possibilidade de completar a desnitrificação biológica no mesmo reator sob as mesmas condições.
Atualmente, existem muitos estudos microbiológicos e explicações sobre desnitrificação biológica, mas eles não são perfeitos, e a compreensão do fenômeno SND ainda está em desenvolvimento e exploração. A teoria do microambiente é geralmente aceita. Devido à existência do gradiente de oxigênio dissolvido, a concentração de oxigênio dissolvido na superfície externa dos flocos microbianos ou biofilmes é alta, principalmente bactérias nitrificantes aeróbicas e bactérias amoniacais; no interior, a transferência de oxigênio é bloqueada e externa Uma grande quantidade de oxigênio dissolvido é consumida para produzir áreas anóxicas, e as bactérias desnitrificantes são as cepas dominantes, o que pode levar à ocorrência de nitrificação e desnitrificação simultâneas. Essa teoria explica o problema comum de diferentes espécies bacterianas no mesmo reator, mas também existe um defeito, ou seja, o problema da fonte de carbono orgânico. A fonte de carbono orgânico não é apenas o doador de elétrons da desnitrificação heterotrófica, mas também o inibidor do processo de nitrificação. Quando a fonte de carbono orgânico no esgoto passa pela camada aeróbia, ela é primeiro oxidada por oxidação aeróbia. As bactérias desnitrificantes na zona anóxica são devidas a A falta de doadores de elétrons reduz a taxa de desnitrificação, o que pode afetar a eficiência de desnitrificação do SND. Portanto, o mecanismo de nitrificação e desnitrificação simultâneas ainda precisa ser melhorado.
(2) O mecanismo de nitrificação, desnitrificação e desnitrificação simultâneas no leito móvel biológico MBBR
MBBR é um novo tipo de reator de alta eficiência que combina o método de lodo ativado de crescimento suspenso e o método de biofilme de crescimento anexado. O princípio básico do projeto é adicionar diretamente cargas suspensas com gravidade específica próxima à água e que podem ser suspensas em água no tanque de reação conforme a atividade de microrganismos. O carreador, o filler suspenso pode estar em contato frequente com o esgoto, e o biofilme (filme pendurado) cresce gradativamente na superfície do filler, o que potencializa o efeito de transferência de massa dos poluentes, oxigênio dissolvido e biofilme, ou seja, MBBR é chamado de "filme biológico móvel". Com base na pesquisa sobre o mecanismo SND até agora, combinado com microambiente e teoria biológica, os possíveis modos de reação do SND no biofilme MBBR são bactérias aeróbicas oxidantes de amônia, bactérias oxidantes de nitrito e desnitrificação aeróbica distribuída na camada aeróbica do biofilme. As bactérias cooperam com bactérias anammox, bactérias autotróficas de nitrito e bactérias desnitrificantes distribuídas na camada anóxica biológica e, finalmente, atingem o objetivo de desnitrificação.
O MBBR conta com a aeração no tanque de aeração e o efeito de elevação do fluxo de água para tornar o transportador em estado fluidizado, formando lodo ativado suspenso e biofilme aderido, dando total aproveitamento às vantagens de organismos aderidos e suspensos. Ele não apenas fornece ambientes aeróbicos e anaeróbicos macroscópicos e microscópicos, mas também resolve as disputas de OD e disputas de fonte de carbono entre bactérias nitrificantes autotróficas, bactérias desnitrificantes heterotróficas e bactérias heterotróficas. Portanto, MBBR pode realizar o equilíbrio dinâmico dos dois processos de nitrificação e desnitrificação, e tem condições muito boas para nitrificação e desnitrificação simultâneas, e pode realizar nitrificação, desnitrificação e desnitrificação simultâneas de MBBR.
Fatores que influenciam a nitrificação e desnitrificação simultâneas do MBBR
A tecnologia chave para alcançar nitrificação e desnitrificação simultâneas em MBBR é controlar o equilíbrio cinético de nitrificação e desnitrificação em MBBR e resolver a disputa de DO entre bactérias nitrificantes autotróficas e bactérias heterotróficas, e a disputa de fonte de carbono entre bactérias desnitrificantes e bactérias heterotróficas, etc., então os principais fatores de controle são: razão carbono-nitrogênio, concentração de oxigênio dissolvido, temperatura e pH.
(1) A influência dos enchimentos no método MBBR
A chave técnica do método MBBR está nas cargas biológicas cuja gravidade específica é próxima à da água e que são fáceis de movimentar livremente com água sob leve agitação. Normalmente, o enchimento é feito de plástico de polietileno. A forma de cada transportador é um pequeno cilindro com diâmetro de 10mm e altura de 8mm. Existem suportes transversais no cilindro e aletas verticais salientes na parede externa. A parte oca do enchimento é responsável por 0,95 por cento de todo o volume. , ou seja, em um recipiente cheio de água e enchimento, o volume de água em cada enchimento é de 95%. Tendo em conta a rotação do enchimento e o volume total do recipiente, a proporção de enchimento do enchimento é definida como a proporção do espaço ocupado pelo transportador. Para obter o melhor efeito de mistura, a proporção de enchimento do enchimento é no máximo 0,7. Teoricamente, a área superficial específica total da carga é definida pelo número de áreas superficiais específicas por unidade de volume do transportador biológico, que é geralmente 700m2/m3. Quando o biofilme cresce dentro do suporte, o uso efetivo real da área de superfície específica é de cerca de 500m2/m3.
Este tipo de enchimento biológico é propício ao crescimento de microrganismos no interior do enchimento, formando um biofilme relativamente estável, e é fácil formar um estado fluidizado. Quando os requisitos de pré-tratamento são baixos ou o esgoto contém uma grande quantidade de substâncias fibrosas, por exemplo, o tanque de sedimentação primário não é usado no tratamento de esgoto municipal ou quando o efluente da fabricação de papel contendo uma grande quantidade de fibras é tratado, o enchimento biológico com uma pequena área de superfície específica e um tamanho grande é usado. Quando há um melhor pré-tratamento ou para nitrificação, utiliza-se a carga biológica com grande área superficial específica.
(2) O efeito do oxigênio dissolvido (DO) no método MBBR
A concentração de OD é um fator limitante importante que afeta a nitrificação e desnitrificação simultâneas. Ao controlar a concentração de OD, diferentes partes do biofilme podem formar uma zona aeróbica ou anóxica, que tem a capacidade de alcançar nitrificação e desnitrificação simultâneas. condições físicas.
Teoricamente, quando a concentração de OD é muito alta, o OD pode penetrar no interior do biofilme, dificultando a formação de uma zona anóxica em seu interior, e uma grande quantidade de nitrogênio amoniacal é oxidado a nitrato e nitrito, tornando o TN do efluente ainda alto . Pelo contrário, se a concentração de OD for muito baixa, uma grande proporção da zona anaeróbica será formada dentro do biofilme, e a capacidade de desnitrificação do biofilme será aumentada (as concentrações de nitrato e nitrito no efluente são muito baixas ), mas devido ao fornecimento insuficiente de DO, MBBR O efeito de nitrificação do processo diminui, de modo que a concentração de nitrogênio amoniacal no efluente aumenta, o que leva a um aumento da TN do efluente, o que afeta o efeito final do tratamento.
Por meio da pesquisa, finalmente obteve-se um valor ótimo do método MBBR para o tratamento de OD de esgoto doméstico urbano: quando a concentração de OD está acima de 2 mg/L, o OD tem pouco efeito sobre o efeito de nitrificação do MBBR, e a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal pode atingir 97 por cento -99 por cento por cento, o nitrogênio amoniacal efluente pode ser mantido abaixo de 1.0mg/L; quando a concentração de massa de OD é de cerca de 1.0mg/L, a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal é de cerca de 84 por cento, e a concentração de nitrogênio amoniacal efluente aumentou significativamente. Além disso, o OD no tanque de aeração não deve ser muito alto. O oxigênio dissolvido muito alto pode fazer com que os poluentes orgânicos se decomponham muito rapidamente, de modo que os microorganismos careçam de nutrientes, o lodo ativado seja fácil de envelhecer e a estrutura fique solta. Além disso, o OD é muito alto e o consumo excessivo de energia não é economicamente adequado.
Como o método MBBR realiza principalmente o tratamento final do esgoto por meio de cargas suspensas, o efeito do OD nas cargas suspensas também é a chave para os resultados gerais do tratamento. Estudos mostraram que a capacidade de oxigenação do reator aumenta com o aumento da taxa de enchimento do enchimento suspenso dentro de uma determinada faixa. Sob a ação da aeração, a água é fluidizada junto com o enchimento, e a turbulência do fluxo de água é maior do que sem o enchimento, o que acelera a renovação da interface gás-líquido e a transferência de oxigênio, e aumenta a taxa de transferência de oxigênio. À medida que a quantidade de enchimento aumenta, a ação de corte e a ação turbulenta entre o enchimento, o fluxo de ar e o fluxo de água continuam a se fortalecer. No entanto, quando a quantidade de carga adicionada é de 60 por cento, o efeito de fluidização da carga na água torna-se pobre e o grau de turbulência no corpo de água também diminui, o que reduz a taxa de transmissão de oxigênio e a taxa de utilização de oxigênio. Portanto, para diferentes tipos de qualidade de água, o controle da quantidade de OD é fundamental para o resultado final do tratamento de todo o processo.
O que é MBBR?
O processo MBBR é baseado no princípio básico do método do biofilme. Ao adicionar uma certa quantidade de transportador suspenso ao reator, a biomassa e as espécies biológicas no reator são aumentadas, melhorando assim a eficiência de processamento do reator. Como a densidade do enchimento é próxima à da água, ele é completamente misturado com água durante a aeração, e o ambiente para o crescimento microbiano é gasoso, líquido e sólido trifásico.
A colisão e o cisalhamento do transportador na água tornam as bolhas de ar menores e aumentam a taxa de utilização do oxigênio. Além disso, cada transportador tem diferentes espécies biológicas dentro e fora, com algumas bactérias anaeróbicas ou bactérias facultativas crescendo dentro, e bactérias aeróbicas fora, de modo que cada transportador é um microrreator, para que a reação de nitrificação e a reação de desnitrificação coexistam, melhorando assim o efeito de processamento .