¿Cómo se realiza la nitrificación y desnitrificación simultáneas de MBBR?
(1) El concepto de nitrificación y desnitrificación simultánea eliminación biológica de nitrógeno (SND)
La nitrificación, desnitrificación y desnitrificación simultáneas (SND) es la producción simultánea de nitrificación, desnitrificación y eliminación de carbono en el mismo reactor. Rompe con la visión tradicional de que la nitrificación y la desnitrificación no pueden ocurrir al mismo tiempo, especialmente en condiciones aeróbicas, la desnitrificación también puede ocurrir, haciendo posible la nitrificación y la desnitrificación simultáneas.
El proceso de nitrificación consume alcalinidad y el proceso de desnitrificación produce alcalinidad, por lo que SND puede mantener estable el valor de pH en el reactor, sin necesidad de neutralización ácido-base y sin necesidad de una fuente de carbono externa; ahorra el volumen del reactor, acorta el tiempo de reacción y reduce el estado de nitrato. La concentración de nitrógeno puede reducir el lodo que flota en el tanque de sedimentación secundario, por lo que SND se ha convertido en un punto crítico de investigación de desnitrificación biológica. Para la viabilidad de la desnitrificación biológica SND, actualmente hay tres puntos de vista principales desde diferentes perspectivas:
Perspectiva macroambiental: este punto de vista cree que no existe un estado de mezcla completamente uniforme y que la distribución desigual de OD en el reactor puede formar regiones aeróbicas, anóxicas y anaeróbicas, que pueden ocurrir en el mismo biorreactor bajo condiciones anóxicas/anaeróbicas. condiciones ambientales Reacción de desnitrificación, combinada con la eliminación de materia orgánica en el ambiente aeróbico y la nitrificación de nitrógeno amoniacal en la sección, se puede lograr SND.
Desde la perspectiva del microambiente: este punto de vista sostiene que el microambiente anóxico en el flóculo microbiano es la razón principal de la formación de SND, es decir, debido a la limitación de la difusión (transmisión) de oxígeno, existe un gradiente de oxígeno disuelto en el microbio. floc, que es propicio para la realización de microambiente de nitrificación y desnitrificación simultánea.
Punto de vista biológico: este punto de vista sostiene que la existencia de poblaciones microbianas especiales se considera la razón principal de la aparición de SND. Algunas bacterias nitrificantes pueden realizar la desnitrificación además de la nitrificación normal, y algunos estudiosos holandeses han aislado la nitrificación aeróbica. , y puede llevar a cabo la desnitrificación aeróbica de Thiococcus pantrophicus; algunas bacterias cooperan entre sí para llevar a cabo reacciones secuenciales para convertir el amoníaco en nitrógeno, lo que brinda la posibilidad de completar la desnitrificación biológica en el mismo reactor en las mismas condiciones.
En la actualidad, hay muchos estudios microbiológicos y explicaciones sobre la desnitrificación biológica, pero no son perfectos y la comprensión del fenómeno SND aún está en desarrollo y exploración. La teoría del microambiente es generalmente aceptada. Debido a la existencia del gradiente de oxígeno disuelto, la concentración de oxígeno disuelto en la superficie externa de los flóculos microbianos o biopelículas es alta, principalmente bacterias nitrificantes aeróbicas y bacterias amoniacales; en el interior, la transferencia de oxígeno está bloqueada y externa Se consume una gran cantidad de oxígeno disuelto para producir áreas anóxicas, y las bacterias desnitrificantes son las cepas dominantes, lo que puede conducir a la ocurrencia de nitrificación y desnitrificación simultáneas. Esta teoría explica el problema común de diferentes especies bacterianas en el mismo reactor, pero también existe un defecto, es decir, el problema de la fuente de carbono orgánico. La fuente de carbono orgánico no solo es el donante de electrones de la desnitrificación heterótrofa, sino también el inhibidor del proceso de nitrificación. Cuando la fuente de carbono orgánico en las aguas residuales pasa a través de la capa aeróbica, primero se oxida por oxidación aeróbica. Las bacterias desnitrificantes en la zona anóxica se deben a que la falta de donantes de electrones reduce la tasa de desnitrificación, lo que puede afectar la eficiencia de desnitrificación de SND. Por lo tanto, el mecanismo de nitrificación y desnitrificación simultánea aún debe mejorarse aún más.
(2) El mecanismo de nitrificación, desnitrificación y desnitrificación simultáneas en lecho móvil biológico MBBR
MBBR es un nuevo tipo de reactor de alta eficiencia que combina el método de lodo activado de crecimiento suspendido y el método de biopelícula de crecimiento adherido. El principio de diseño básico es agregar directamente rellenos suspendidos con una gravedad específica cercana al agua y pueden suspenderse en agua en el tanque de reacción como actividad de microorganismos. El portador, el relleno suspendido puede estar en contacto frecuente con las aguas residuales, y la biopelícula (película que cuelga) crece gradualmente en la superficie del relleno, lo que fortalece el efecto de transferencia de masa de contaminantes, oxígeno disuelto y biopelícula, es decir, MBBR es llamada "película biológica móvil". membrana ". Basado en la investigación sobre el mecanismo SND hasta el momento, combinado con el microambiente y la teoría biológica, los posibles modos de reacción de SND en la biopelícula MBBR son bacterias aeróbicas oxidantes de amoníaco, bacterias oxidantes de nitrito y desnitrificación aeróbica distribuidas en la capa aeróbica de la biopelícula. Las bacterias cooperan con las bacterias anammox, las bacterias de nitrito autótrofas y las bacterias desnitrificantes distribuidas en la capa anóxica biológica, y finalmente logran el propósito de la desnitrificación.
MBBR se basa en la aireación en el tanque de aireación y el efecto de elevación del flujo de agua para hacer que el transportador esté en un estado fluidizado, formando así lodo activado suspendido y biopelícula adherida, aprovechando al máximo las ventajas de los organismos adheridos y suspendidos. No solo proporciona entornos aeróbicos y anaeróbicos macroscópicos y microscópicos, sino que también resuelve las disputas de DO y las disputas de fuente de carbono entre bacterias nitrificantes autótrofas, bacterias desnitrificantes heterótrofas y bacterias heterótrofas. Por lo tanto, MBBR puede realizar el equilibrio dinámico de los dos procesos de nitrificación y desnitrificación, y tiene muy buenas condiciones para la nitrificación y desnitrificación simultáneas, y puede realizar MBBR nitrificación, desnitrificación y desnitrificación simultáneas.
Factores que influyen en la nitrificación y desnitrificación simultáneas de MBBR
La tecnología clave para lograr la nitrificación y desnitrificación simultáneas en MBBR es controlar el equilibrio cinético de nitrificación y desnitrificación en MBBR, y resolver la disputa de OD entre las bacterias nitrificantes autótrofas y las bacterias heterótrofas, y la disputa sobre la fuente de carbono entre las bacterias desnitrificantes y las bacterias heterótrofas. etc., por lo que los principales factores de control son: relación carbono-nitrógeno, concentración de oxígeno disuelto, temperatura y pH.
(1) La influencia de los rellenos en el método MBBR
La clave técnica del método MBBR radica en los rellenos biológicos cuya gravedad específica es cercana a la del agua y que son fáciles de mover libremente con el agua bajo una ligera agitación. Por lo general, el relleno está hecho de plástico de polietileno. La forma de cada portador es un pequeño cilindro con un diámetro de 10mm y una altura de 8mm. Hay soportes transversales en el cilindro y aletas verticales que sobresalen en la pared exterior. La parte hueca del relleno representa el 0,95 por ciento del volumen total. , es decir, en un recipiente lleno de agua y relleno, el volumen de agua en cada relleno es del 95 por ciento. Teniendo en cuenta la rotación de la llenadora y el volumen total del contenedor, la relación de llenado de la llenadora se define como la proporción del espacio ocupado por el transportador. Para lograr el mejor efecto de mezcla, la relación de llenado del relleno es como máximo 0,7. Teóricamente, el área superficial específica total del relleno se define por el número de áreas superficiales específicas por unidad de volumen de soporte biológico, que generalmente es de 700 m2/m3. Cuando la biopelícula crece dentro del soporte, el uso efectivo real del área de superficie específica es de aproximadamente 500 m2/m3.
Este tipo de relleno biológico favorece el crecimiento de microorganismos en el interior del relleno, formando una biopelícula relativamente estable, y es fácil formar un estado fluidizado. Cuando los requisitos de pretratamiento son bajos o las aguas residuales contienen una gran cantidad de sustancias fibrosas, por ejemplo, el tanque de sedimentación primario no se utiliza en el tratamiento de aguas residuales municipales o cuando se tratan las aguas residuales de fabricación de papel que contienen una gran cantidad de fibras, el relleno biológico con Se utiliza una superficie específica pequeña y un tamaño grande. Cuando existe un mejor pretratamiento o por nitrificación, se utiliza el relleno biológico de gran superficie específica.
(2) El efecto del oxígeno disuelto (OD) en el método MBBR
La concentración de OD es un factor limitante importante que afecta la nitrificación y desnitrificación simultáneas. Al controlar la concentración de OD, diferentes partes de la biopelícula pueden formar una zona aeróbica o una zona anóxica, que tiene la capacidad de lograr la nitrificación y desnitrificación simultáneas. condiciones físicas.
Teóricamente, cuando la concentración de OD es demasiado alta, el OD puede penetrar en el interior de la biopelícula, lo que dificulta la formación de una zona anóxica en el interior, y una gran cantidad de nitrógeno amoniacal se oxida a nitrato y nitrito, lo que hace que el TN del efluente siga siendo alto. . Por el contrario, si la concentración de OD es muy baja, se formará gran parte de la zona anaerobia en el interior del biofilm, y se potenciará la capacidad de desnitrificación del biofilm (las concentraciones de nitrato y nitrito en el efluente son muy bajas ), pero debido al suministro insuficiente de DO, MBBR El efecto de nitrificación del proceso disminuye, por lo que aumenta la concentración de nitrógeno amoniacal en el efluente, lo que conduce a un aumento en el TN del efluente, lo que afecta el efecto del tratamiento final.
A través de la investigación, finalmente se obtiene un valor óptimo del método MBBR para tratar el OD de aguas residuales domésticas urbanas: cuando la concentración de OD es superior a 2 mg/L, el OD tiene poco efecto sobre el efecto de nitrificación de MBBR, y la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal puede alcance el 97 por ciento -99 por ciento por ciento, el nitrógeno amoniacal efluente se puede mantener por debajo de 1.0 mg/L; cuando la concentración de masa de OD es de alrededor de 1.0mg/L, la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal es de alrededor del 84 por ciento y la concentración de nitrógeno amoniacal efluente ha aumentado significativamente. Además, el DO en el tanque de aireación no debe ser demasiado alto. El oxígeno disuelto demasiado alto puede hacer que los contaminantes orgánicos se descompongan demasiado rápido, por lo que los microorganismos carecen de nutrientes, el lodo activado es fácil de envejecer y la estructura está suelta. Además, el DO es demasiado alto y el consumo excesivo de energía no es económicamente adecuado.
Debido a que el método MBBR realiza principalmente el tratamiento final de aguas residuales a través de rellenos suspendidos, el efecto de DO en los rellenos suspendidos también es la clave para los resultados generales del tratamiento. Los estudios han demostrado que la capacidad de oxigenación del reactor aumenta con el aumento de la tasa de llenado del relleno suspendido dentro de un cierto rango. Bajo la acción de la aireación, el agua se fluidiza junto con el relleno, y la turbulencia del flujo de agua es mayor que sin el relleno, lo que acelera la renovación de la interfaz gas-líquido y la transferencia de oxígeno, y aumenta la tasa de transferencia de oxígeno. A medida que aumenta la cantidad de relleno, la acción de corte y la acción turbulenta entre el relleno, el flujo de aire y el flujo de agua continúan fortaleciéndose. Sin embargo, cuando la cantidad de relleno agregado es del 60 por ciento, el efecto de fluidización del relleno en el agua se vuelve pobre y el grado de turbulencia en el cuerpo de agua también disminuye, lo que reduce la tasa de transmisión de oxígeno y la tasa de utilización de oxígeno. Por lo tanto, para diferentes tipos de calidad del agua, el control de la cantidad de OD es crucial para el resultado del tratamiento final de todo el proceso.
¿Qué es MBBR?
El proceso MBBR se basa en el principio básico del método del biofilm. Al agregar una cierta cantidad de portador suspendido al reactor, la biomasa y las especies biológicas en el reactor aumentan, mejorando así la eficiencia de procesamiento del reactor. Dado que la densidad del relleno es cercana a la del agua, se mezcla completamente con agua durante la aireación, y el entorno para el crecimiento microbiano es trifásico gaseoso, líquido y sólido.
La colisión y el cizallamiento del portador en el agua hacen que las burbujas de aire sean más pequeñas y aumentan la tasa de utilización de oxígeno. Además, cada portador tiene diferentes especies biológicas dentro y fuera, con algunas bacterias anaerobias o bacterias facultativas que crecen en el interior y bacterias aeróbicas en el exterior, de modo que cada portador es un microrreactor, por lo que la reacción de nitrificación y la reacción de desnitrificación coexisten, mejorando así el efecto de procesamiento. .