כיצד מתבצע הניטריפיקציה והדיניטריפיקציה בו-זמנית של MBBR?
(1) הרעיון של סילוק חנקן ביולוגי סימולטני ודניטריפיקציה (SND)
ניטריפיקציה, דניטריפיקציה ודיניטריפיקציה סימולטנית (SND) היא ייצור סימולטני של ניטריפיקציה, דניטריפיקציה והסרת פחמן באותו כור. הוא פורץ דרך התפיסה המסורתית לפיה ניטריפיקציה ודניטריפיקציה לא יכולים להתרחש בו זמנית, במיוחד בתנאים אירוביים, דניטריפיקציה יכולה להתרחש גם, מה שמאפשר ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית.
תהליך הניטריפיקציה צורך בסיסיות, ותהליך הדניטריפיקציה מייצר בסיסיות, כך ש-SND יכול לשמור ביעילות על ערך ה-pH בכור יציב, ללא צורך בניטרול חומצה-בסיס, וללא צורך במקור פחמן חיצוני; זה חוסך את נפח הכור, מקצר את זמן התגובה ומפחית את מצב החנקה. ריכוז חנקן יכול להפחית בוצה שצפה במיכל שיקוע משני, ולכן SND הפך למוקד מחקר של דניטריפיקציה ביולוגית. לגבי היתכנות של דניטריפיקציה ביולוגית של SND, ישנן כיום שלוש השקפות עיקריות מנקודות מבט שונות:
פרספקטיבה מאקרו-סביבתית: נקודת מבט זו מאמינה שלא קיים מצב ערבוב אחיד לחלוטין, וההתפלגות הלא אחידה של DO בכור עלולה ליצור אזורים אירוביים, אנוקסיים ואנאירוביים, שיכולים להתרחש באותו ביו-ריאקטור תחת אנוקסי/אנאירובי. תנאי סביבה תגובת דניטריפיקציה, בשילוב עם סילוק חומר אורגני בסביבה האירובית וניטריפיקציה של חנקן אמוניה בקטע, ניתן להשיג SND.
מנקודת המבט של מיקרו-סביבה: תפיסה זו גורסת כי המיקרו-סביבה האנוקסית בקבוצת החיידקים היא הסיבה העיקרית להיווצרות SND, כלומר, עקב מגבלה של דיפוזיה (העברה) של חמצן, ישנו שיפוע חמצן מומס בחיידק. floc, אשר תורם למימוש של nitrification סימולטני דניטריפיקציה Microenvironment.
נקודת מבט ביולוגית: תפיסה זו גורסת כי קיומן של אוכלוסיות מיקרוביאליות מיוחדות נחשב לסיבה העיקרית להופעת SND. חלק מהחיידקים המניטריים יכולים לבצע דניטריפיקציה בנוסף לניטריפיקציה רגילה, וכמה חוקרים הולנדים בודדו ניטריפיקציה אירובית. , ויכול לבצע דניטריפיקציה אירובית של Thiococcus pantrophicus; כמה חיידקים משתפים פעולה זה עם זה כדי לבצע תגובות עוקבות להמרת אמוניה לחנקן, מה שמספק את האפשרות להשלים דניטריפיקציה ביולוגית באותו כור באותם תנאים.
כיום, ישנם מחקרים והסברים מיקרוביולוגיים רבים על דניטריפיקציה ביולוגית, אך הם אינם מושלמים, וההבנה של תופעת SND עדיין בפיתוח וחקירה. תיאוריית המיקרו-סביבה מקובלת בדרך כלל. בשל קיומו של שיפוע החמצן המומס, ריכוז החמצן המומס על פני השטח החיצוניים של פקקים מיקרוביאליים או ביופילמים גבוה, בעיקר חיידקים מנטרפים אירוביים וחיידקי אמוניה; עמוק בפנים, העברת החמצן חסומה וחיצונית כמות גדולה של חמצן מומס נצרכת לייצור אזורים אנוקסיים, וחיידקים דניטריפיים הם הזנים הדומיננטיים, מה שעלול להוביל להתרחשות של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית. תיאוריה זו מסבירה את הבעיה הנפוצה של מיני חיידקים שונים באותו כור, אבל יש גם פגם, כלומר, הבעיה של מקור פחמן אורגני. מקור הפחמן האורגני הוא לא רק תורם האלקטרונים של הדניטריפיקציה ההטרוטרופית, אלא גם המעכב של תהליך הניטריפיקציה. כאשר מקור הפחמן האורגני בביוב עובר בשכבה האירובית, הוא מתחמצן תחילה על ידי חמצון אירובי. החיידקים המדניטרים באזור האנוקסי נובעים ממחסור בתורמי אלקטרונים מפחית את קצב הדניטריפיקציה, מה שעשוי להשפיע על יעילות הדניטריפיקציה של SND. לכן, עדיין יש לשפר עוד יותר את המנגנון של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית.
(2) המנגנון של ניטריפיקציה, דניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית במיטה נעה ביולוגית MBBR
MBBR הוא כור מסוג חדש בעל יעילות גבוהה המשלב את שיטת הבוצה המופעלת של גידול מרחף ושיטת הביופילם של גידול מחובר. עקרון התכנון הבסיסי הוא להוסיף ישירות חומרי מילוי מרחפים בעלי משקל סגולי קרוב למים וניתן לתלום במים לתוך מיכל התגובה כפעילות של מיקרואורגניזמים. הנשא, חומר המילוי המרחף יכול להיות במגע תכוף עם הביוב, והביופילם (הסרט תלוי) גדל בהדרגה על פני חומר המילוי, מה שמחזק את אפקט העברת המסה של מזהמים, חמצן מומס וביופילם, כלומר MBBR הוא נקרא "סרט ביולוגי נייד". ממברנה". בהתבסס על המחקר על מנגנון SND עד כה, בשילוב עם מיקרו-סביבה ותיאוריה ביולוגית, אופני התגובה האפשריים של SND בביופילם MBBR הם חיידקי חמצון אמוניה אירובית, חיידקים מחמצנים ניטריט ודניטריפיקציה אירובית המופצים בשכבה האירובית של הביופילם. החיידקים משתפים פעולה עם חיידקי אנמוקס, חיידקי ניטריט אוטוטרופיים וחיידקים דניטריפיים המופצים בשכבה האנוקסית הביולוגית, ולבסוף משיגים את מטרת הדניטריפיקציה.
MBBR מסתמך על האוורור במיכל האוורור ועל אפקט ההרמה של זרימת המים כדי להפוך את המוביל במצב נוזלי, ובכך ליצור בוצה פעילה מרחפת וביופילם מחובר, המעניק משחק מלא ליתרונות של אורגניזמים מחוברים ותלויים כאחד. זה לא רק מספק סביבות אירוביות ואנאירוביות מקרוסקופיות ומיקרוסקופיות, אלא גם פותר את מחלוקות ה-DO ומחלוקות על מקור הפחמן בין חיידקים מחנקים אוטוטרופיים, חיידקים הטרוטרופיים דניטריפיים וחיידקים הטרוטרופיים. לכן, MBBR יכול לממש את האיזון הדינמי של שני תהליכי הניטריפיקציה והדניטריפיקציה, ויש לו תנאים טובים מאוד לניטריפיקציה ודיניטריפיקציה בו-זמנית, ויכול לממש את הניטריפיקציה, הדניטריפיקציה והדניטריפיקציה בו-זמנית של MBBR.
גורמים משפיעים של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה סימולטנית של MBBR
טכנולוגיית המפתח להשגת ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו-זמנית ב-MBBR היא לשלוט על האיזון הקינטי של ניטריפיקציה ודניטריפיקציה ב-MBBR, ולפתור את מחלוקת ה-DO בין חיידקים מחנקים אוטוטרופיים וחיידקים הטרוטרופיים, לבין מחלוקת מקור הפחמן בין חיידקים דניטריפיים והטרוטרופיים, וכו', כך שגורמי הבקרה העיקריים הם: יחס פחמן-חנקן, ריכוז חמצן מומס, טמפרטורה ו-pH.
(1) השפעת חומרי המילוי על שיטת MBBR
המפתח הטכני של שיטת MBBR טמון בחומרי המילוי הביולוגיים שהמשקל הסגולי שלהם קרוב לזה של המים, ואשר קל לנוע בחופשיות עם מים בתסיסה קלה. בדרך כלל חומר המילוי עשוי מפלסטיק פוליאתילן. צורתו של כל מנשא היא גליל קטן בקוטר של 10 מ"מ וגובה של 8 מ"מ. יש תמיכות צולבות בצילינדר וסנפירים אנכיים בולטים בדופן החיצונית. החלק החלול של חומר המילוי מהווה 0.95 אחוז מהנפח כולו. כלומר, במיכל מלא במים ובחומר מילוי, נפח המים בכל מילוי הוא 95 אחוז. בהתחשב בסיבוב חומר המילוי ובנפח הכולל של המיכל, יחס המילוי של חומר המילוי מוגדר כשיעור החלל התפוס על ידי המוביל. על מנת להשיג את אפקט הערבוב הטוב ביותר, יחס המילוי של חומר המילוי הוא לכל היותר 0.7. באופן תיאורטי, שטח הפנים הספציפי הכולל של חומר המילוי מוגדר על ידי מספר שטחי הפנים הספציפיים ליחידת נפח של נשא ביולוגי, שהוא בדרך כלל 700 מ"ר/מ"ק. כאשר הביופילם גדל בתוך הנשא, השימוש האפקטיבי בפועל בשטח הפנים הספציפי הוא כ-500 מ"ר/מ"ק.
סוג זה של חומר מילוי ביולוגי תורם לצמיחה של מיקרואורגניזמים בחלק הפנימי של חומר המילוי, יוצר ביופילם יציב יחסית, וקל ליצור מצב נוזלי. כאשר דרישות הטיפול המקדים נמוכות או שהביוב מכיל כמות גדולה של חומרים סיביים, למשל, מיכל השקיעה הראשוני אינו משמש בטיפול בביוב העירוני או כאשר מטופלים בשפכי ייצור הנייר המכילים כמות גדולה של סיבים, המילוי הביולוגי עם נעשה שימוש בשטח ספציפי קטן ובגודל גדול. כאשר יש טיפול מקדים טוב יותר או לצורך ניטריפיקציה, נעשה שימוש בחומר המילוי הביולוגי בעל שטח פנים ספציפי גדול.
(2) השפעת החמצן המומס (DO) על שיטת MBBR
ריכוז DO הוא גורם מגביל עיקרי המשפיע על ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית. על ידי שליטה בריכוז DO, חלקים שונים של הביופילם יכולים ליצור אזור אירובי או אזור אנוקסי, שיש לו את היכולת להשיג ניטריפיקציה ודניטריפיקציה בו זמנית. מצב פיזי.
תיאורטית, כאשר ריכוז ה-DO גבוה מדי, ה-DO יכול לחדור לחלק הפנימי של הביופילם, מה שמקשה על יצירת אזור אנוקסי בתוכו, וכמות גדולה של חנקן אמוניה מתחמצנת לחנקה וניטריט, מה שהופך את TN-הקולחים עדיין גבוה. . להיפך, אם ריכוז ה-DO נמוך מאוד, חלק גדול מהאזור האנאירובי יווצר בתוך הביופילם, ויכולת הדניטריפיקציה של הביופילם תוגבר (ריכוזי החנקה והניטריט בשפכים נמוכים מאוד ), אך עקב אספקה לא מספקת של DO, MBBR השפעת הניטריפיקציה של התהליך פוחתת, כך שריכוז חנקן האמוניה בשפכים עולה, מה שמוביל לעלייה ב-TN של הקולחין, מה שמשפיע על אפקט הטיפול הסופי.
באמצעות המחקר, מתקבל סוף סוף ערך אופטימלי של שיטת MBBR לטיפול בביוב ביתי עירוני DO: כאשר ריכוז DO הוא מעל 2 מ"ג/ליטר, ל-DO יש השפעה מועטה על השפעת הניטריפיקציה של MBBR, וקצב ההסרה של חנקן אמוניה יכול להגיע ל-97 אחוז -99 אחוז אחוז, ניתן לשמור על חנקן אמוניה בקולחים מתחת ל-1.0 מ"ג/ליטר; כאשר ריכוז המסה DO הוא בערך 1.0mg/L, קצב סילוק חנקן האמוניה הוא כ-84 אחוזים, וריכוז חנקן האמוניה בשפכים גדל באופן משמעותי. בנוסף, ה-DO במיכל האוורור לא צריך להיות גבוה מדי. חמצן מומס גבוה מדי עלול לגרום למזהמים האורגניים להתפרק מהר מדי, כך שלמיקרואורגניזמים חסרים חומרים מזינים, קל ליישן הבוצה הפעילה והמבנה רופף. בנוסף, DO גבוה מדי וצריכת אנרגיה מופרזת אינה מתאימה מבחינה כלכלית.
מכיוון ששיטת MBBR מיישמת בעיקר את הטיפול הסופי בביוב באמצעות חומרי מילוי מרחפים, השפעת DO על חומרי המילוי המרחפים היא גם המפתח לתוצאות הטיפול הכוללות. מחקרים הראו כי יכולת החמצון של הכור עולה עם עליית קצב המילוי של חומר המילוי המרחף בטווח מסוים. בפעולת האוורור המים מוזלים יחד עם חומר המילוי ומערבולת זרימת המים גדולה מזו ללא חומר המילוי, מה שמאיץ את חידוש ממשק הגז-נוזל והעברת החמצן ומגביר את הקצב. של העברת חמצן. ככל שכמות חומר המילוי עולה, פעולת החיתוך והפעולה הסוערת בין חומר המילוי, זרימת האוויר וזרימת המים ממשיכות להתחזק. עם זאת, כאשר כמות חומר המילוי המוסף היא 60 אחוז, השפעת ההנזלה של חומר המילוי במים הופכת לקויה, ומידת המערבולת בגוף המים פוחתת אף היא, מה שמפחית את קצב העברת החמצן ואת קצב ניצול החמצן. לכן, עבור סוגים שונים של איכות מים, שליטה בכמות ה-DO היא קריטית לתוצאת הטיפול הסופית של התהליך כולו.
מה זה MBBR?
תהליך MBBR מבוסס על העיקרון הבסיסי של שיטת הביופילם. על ידי הוספת כמות מסוימת של נשא מרחף לכור, הביומסה והמינים הביולוגיים בכור מוגדלים, ובכך משפרים את יעילות העיבוד של הכור. מכיוון שצפיפות חומר המילוי קרובה לזו של מים, הוא מתערבב לחלוטין במים במהלך אוורור, והסביבה לגידול חיידקים היא תלת פאזית בגז, נוזל ומוצק.
ההתנגשות והגזירה של המוביל במים הופכות את בועות האוויר לקטנות יותר ומגבירות את קצב ניצול החמצן. בנוסף, לכל נשא יש מינים ביולוגיים שונים בפנים ובחוץ, כאשר בפנים כמה חיידקים אנאירוביים או חיידקים פקולטטיביים גדלים, וחיידקים אירוביים בחוץ, כך שכל נשא הוא מיקרו-כור, כך שתגובת ניטריפיקציה ותגובת דניטריפיקציה מתקיימות במקביל, ובכך משפרות את אפקט העיבוד. .