نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان MBBR چگونه محقق می شود؟
(1) مفهوم حذف بیولوژیکی نیتروژن نیتریفیکاسیون و نیتروژن زدایی همزمان (SND)
نیتریفیکاسیون، نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان (SND) تولید همزمان نیتریفیکاسیون، نیتریفیکاسیون و حذف کربن در یک راکتور است. این دیدگاه سنتی را شکست می دهد که نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون نمی توانند همزمان اتفاق بیفتند، به خصوص در شرایط هوازی، نیتریفیکاسیون نیز می تواند رخ دهد، و نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان را ممکن می کند.
فرآیند نیتریفیکاسیون قلیاییت را مصرف می کند و فرآیند نیترات زدایی قلیاییت ایجاد می کند، بنابراین SND می تواند به طور موثر مقدار pH را در راکتور ثابت نگه دارد، بدون نیاز به خنثی سازی اسید-باز، و بدون نیاز به منبع کربن خارجی. باعث صرفه جویی در حجم راکتور، کوتاه شدن زمان واکنش و کاهش حالت نیترات می شود. غلظت نیتروژن می تواند لجن شناور در مخزن ته نشینی ثانویه را کاهش دهد، بنابراین SND به کانون تحقیقاتی نیترات زدایی بیولوژیکی تبدیل شده است. برای امکان سنجی نیترات زدایی بیولوژیکی SND، در حال حاضر سه دیدگاه اصلی از دیدگاه های مختلف وجود دارد:
دیدگاه کلان محیطی: این دیدگاه معتقد است که حالت اختلاط کاملاً یکنواخت وجود ندارد و توزیع ناهموار DO در راکتور میتواند مناطق هوازی، بیهوازی و بیهوازی را تشکیل دهد که میتواند در همان بیوراکتور تحت بیاکسی/بی هوازی رخ دهد. شرایط محیطی واکنش دنیتریفیکاسیون، همراه با حذف مواد آلی در محیط هوازی و نیتریفیکاسیون نیتروژن آمونیاکی در بخش، SND را می توان به دست آورد.
از دیدگاه ریزمحیط: این دیدگاه معتقد است که ریزمحیط بدون اکسیژن در لخته میکروبی دلیل اصلی تشکیل SND است، یعنی به دلیل محدودیت انتشار (انتقال) اکسیژن، گرادیان اکسیژن محلول در میکروبی وجود دارد. لخته، که منجر به تحقق ریزمحیط نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان می شود.
دیدگاه بیولوژیکی: این دیدگاه وجود جمعیت های میکروبی خاص را دلیل اصلی بروز SND می داند. برخی از باکتری های نیتریفیکاسیون می توانند علاوه بر نیتریفیکاسیون معمولی نیتریفیکاسیون را انجام دهند و برخی از محققان هلندی نیتریفیکاسیون هوازی را جدا کرده اند. و می تواند نیترات زدایی هوازی Thiococcus pantrophicus را انجام دهد. برخی از باکتریها برای انجام واکنشهای متوالی برای تبدیل آمونیاک به نیتروژن با یکدیگر همکاری میکنند، که امکان تکمیل نیتروژنزدایی بیولوژیکی را در همان راکتور در شرایط یکسان فراهم میکند.
در حال حاضر، مطالعات و توضیحات میکروبیولوژیکی زیادی در مورد نیترات زدایی بیولوژیکی وجود دارد، اما آنها کامل نیستند و درک پدیده SND هنوز در دست توسعه و اکتشاف است. نظریه ریزمحیط به طور کلی پذیرفته شده است. به دلیل وجود گرادیان اکسیژن محلول، غلظت اکسیژن محلول در سطح بیرونی لختههای میکروبی یا بیوفیلمها زیاد است، عمدتاً باکتریهای نیتریفایر هوازی و باکتریهای آمونیاک. در اعماق داخل، انتقال اکسیژن مسدود شده است و به بیرون مقدار زیادی از اکسیژن محلول برای تولید نواحی بدون اکسیژن مصرف میشود و باکتریهای نیتروژنکننده سویههای غالب هستند که میتوانند منجر به وقوع نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان شوند. این نظریه مشکل مشترک گونه های مختلف باکتریایی را در یک راکتور توضیح می دهد، اما یک نقص نیز وجود دارد، یعنی مشکل منبع کربن آلی. منبع کربن آلی نه تنها دهنده الکترون نیترات زدایی هتروتروف است، بلکه بازدارنده فرآیند نیتریفیکاسیون نیز می باشد. هنگامی که منبع کربن آلی در فاضلاب از لایه هوازی عبور می کند، ابتدا با اکسیداسیون هوازی اکسید می شود. باکتریهای نیترات زدایی در ناحیه بدون اکسیژن به دلیل عدم وجود الکترون دهندهها باعث کاهش سرعت نیترات زدایی میشود که ممکن است بر راندمان نیترات زدایی SND تأثیر بگذارد. بنابراین، مکانیسم نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان هنوز نیاز به بهبود بیشتر دارد.
(2) مکانیسم نیتریفیکاسیون، نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان در بستر متحرک بیولوژیکی MBBR
MBBR نوع جدیدی از راکتور با کارایی بالا است که روش لجن فعال رشد معلق و روش بیوفیلم رشد متصل را ترکیب می کند. اصل طراحی اولیه اضافه کردن مستقیم پرکنندههای معلق با وزن مخصوص نزدیک به آب است و میتوان آنها را به عنوان فعالیت میکروارگانیسمها در آب به مخزن واکنش معلق کرد. حامل، پرکننده معلق می تواند در تماس مکرر با فاضلاب باشد و بیوفیلم (فیلم آویزان) به تدریج در سطح پرکننده رشد می کند که اثر انتقال جرم آلاینده ها، اکسیژن محلول و بیوفیلم را تقویت می کند، یعنی MBBR است. به نام «فیلم بیولوژیکی موبایل». بر اساس تحقیقات انجام شده بر روی مکانیسم SND تاکنون، همراه با ریزمحیط و تئوری بیولوژیکی، حالتهای واکنش احتمالی SND در بیوفیلم MBBR عبارتند از: باکتریهای اکسید کننده آمونیاک هوازی، باکتریهای اکسیدکننده نیتریت و نیترات زدایی هوازی توزیع شده در لایه هوازی بیوفیلم. باکتریها با باکتریهای آناموکس، باکتریهای نیتریت اتوتروف و باکتریهای نیتراتزدایی توزیعشده در لایه بیولوژیکی آناکسیک همکاری میکنند و در نهایت به هدف نیترات زدایی میرسند.
MBBR به هوادهی در مخزن هوادهی و اثر بالابرنده جریان آب متکی است تا حامل را در حالت سیال قرار دهد، در نتیجه لجن فعال معلق و بیوفیلم متصل را تشکیل می دهد و به مزایای موجودات متصل و معلق بازی می کند. این نه تنها محیط های هوازی و بی هوازی ماکروسکوپیک و میکروسکوپی را فراهم می کند، بلکه اختلافات DO و اختلافات منبع کربن بین باکتری های نیتریفیک کننده اتوتروف، باکتری های نیتروف کننده هتروتروف و باکتری های هتروتروف را حل می کند. بنابراین، MBBR می تواند تعادل دینامیکی دو فرآیند نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی را درک کند و شرایط بسیار خوبی برای نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان دارد و می تواند نیتریفیکاسیون، نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان MBBR را تحقق بخشد.
عوامل موثر بر نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان MBBR
فناوری کلیدی برای دستیابی به نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون همزمان در MBBR، کنترل تعادل جنبشی نیتریفیکاسیون و نیتریفیکاسیون در MBBR، و حل اختلاف DO بین باکتریهای نیتریفیکاتور اتوتروف و باکتریهای هتروتروف، و اختلاف منبع کربن بین باکتریهای نیتریفیکاسیون و باکتریهای هتروتروف است. بنابراین عوامل اصلی کنترل عبارتند از: نسبت کربن به نیتروژن، غلظت اکسیژن محلول، دما و pH.
(1) تأثیر پرکننده ها بر روش MBBR
کلید فنی روش MBBR در پرکنندههای بیولوژیکی نهفته است که وزن مخصوص آنها نزدیک به وزن آب است و به راحتی میتوان آزادانه با آب تحت همزدن جزئی حرکت کرد. معمولاً پرکننده از پلاستیک پلی اتیلن ساخته شده است. شکل هر حامل یک استوانه کوچک به قطر 10 میلی متر و ارتفاع 8 میلی متر است. تکیه گاه های متقاطع در سیلندر و باله های عمودی بیرون زده در دیواره بیرونی وجود دارد. قسمت توخالی پرکننده 0.95 درصد از کل حجم را تشکیل می دهد. یعنی در ظرف پر از آب و فیلر، حجم آب هر فیلر 95 درصد است. با در نظر گرفتن چرخش پرکننده و حجم کل ظرف، نسبت پر شدن پرکننده به عنوان نسبت فضای اشغال شده توسط حامل تعریف می شود. برای دستیابی به بهترین اثر اختلاط، نسبت پر شدن پرکننده حداکثر 0.7 است. از نظر تئوری، کل سطح ویژه پرکننده با تعداد سطح ویژه در واحد حجم حامل بیولوژیکی، که به طور کلی 700 متر مربع بر متر مکعب است، تعریف می شود. هنگامی که بیوفیلم در داخل حامل رشد می کند، استفاده موثر واقعی از سطح خاص حدود 500 متر مربع بر متر مکعب است.
این نوع پرکننده بیولوژیکی به رشد میکروارگانیسم ها در داخل پرکننده کمک می کند و یک بیوفیلم نسبتاً پایدار را تشکیل می دهد و به راحتی حالت سیال را تشکیل می دهد. هنگامی که نیاز به پیش تصفیه کم است یا فاضلاب حاوی مقدار زیادی مواد فیبری است، به عنوان مثال، مخزن ته نشینی اولیه در تصفیه فاضلاب شهری استفاده نمی شود یا زمانی که پساب تولید کاغذ حاوی مقدار زیادی الیاف تصفیه می شود، پرکننده بیولوژیکی با یک سطح خاص کوچک و یک اندازه بزرگ استفاده می شود. هنگامی که یک پیش تصفیه بهتر یا برای نیتریفیکاسیون وجود دارد، از پرکننده بیولوژیکی با سطح ویژه بزرگ استفاده می شود.
(2) تأثیر اکسیژن محلول (DO) بر روش MBBR
غلظت DO یک عامل محدود کننده اصلی است که بر نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان تأثیر می گذارد. با کنترل غلظت DO، قسمتهای مختلف بیوفیلم میتواند یک منطقه هوازی یا منطقه بدون اکسیژن تشکیل دهد که توانایی دستیابی به نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی همزمان را دارد. شرایط فیزیکی.
از نظر تئوری، زمانی که غلظت DO خیلی زیاد است، DO می تواند به داخل بیوفیلم نفوذ کند و تشکیل یک منطقه بدون اکسیژن در داخل آن را دشوار می کند و مقدار زیادی نیتروژن آمونیاکی به نیترات و نیتریت اکسید می شود و TN پساب همچنان بالا است. . در مقابل، اگر غلظت DO بسیار کم باشد، بخش زیادی از منطقه بی هوازی در داخل بیوفیلم تشکیل می شود و ظرفیت نیترات زدایی بیوفیلم افزایش می یابد (غلظت نیترات و نیتریت در پساب بسیار کم است. ) اما به دلیل تامین ناکافی DO، MBBR اثر نیتریفیکاسیون فرآیند کاهش می یابد، به طوری که غلظت نیتروژن آمونیاکی در پساب افزایش می یابد که منجر به افزایش TN پساب می شود که بر اثر تصفیه نهایی تأثیر می گذارد.
از طریق تحقیق، در نهایت مقدار بهینه روش MBBR برای تصفیه DO فاضلاب خانگی شهری به دست می آید: زمانی که غلظت DO بالای 2 میلی گرم در لیتر باشد، DO تأثیر کمی بر اثر نیتریفیکاسیون MBBR دارد و میزان حذف نیتروژن آمونیاکی می تواند رسیدن به 97 درصد -99 درصد درصد، نیتروژن آمونیاک پساب خروجی را می توان زیر 1 نگه داشت.0mg/L; وقتی غلظت جرمی DO حدود 1.{6}}mg/L باشد، میزان حذف نیتروژن آمونیاکی حدود 84 درصد است و غلظت نیتروژن آمونیاک پساب به طور قابل توجهی افزایش یافته است. علاوه بر این، DO در مخزن هوادهی نباید خیلی زیاد باشد. اکسیژن محلول بسیار زیاد می تواند باعث شود که آلاینده های آلی خیلی سریع تجزیه شوند، به طوری که میکروارگانیسم ها فاقد مواد مغذی باشند، لجن فعال به راحتی پیر شود و ساختار شل شود. علاوه بر این، DO بسیار زیاد است و مصرف بیش از حد انرژی از نظر اقتصادی مناسب نیست.
از آنجایی که روش MBBR عمدتاً تصفیه نهایی فاضلاب را از طریق پرکنندههای معلق انجام میدهد، تأثیر DO بر روی پرکنندههای معلق نیز کلید نتایج کلی تصفیه است. مطالعات نشان داده اند که ظرفیت اکسیژن رسانی راکتور با افزایش نرخ پر شدن پرکننده معلق در محدوده معینی افزایش می یابد. تحت عمل هوادهی، آب همراه با پرکننده سیال می شود و تلاطم جریان آب بیشتر از بدون پرکننده است، که باعث تسریع در تجدید سطح مشترک گاز و مایع و انتقال اکسیژن می شود و سرعت را افزایش می دهد. انتقال اکسیژن با افزایش مقدار پرکننده، عمل برش و عمل آشفته در بین پرکننده، جریان هوا و جریان آب همچنان تقویت میشود. با این حال، زمانی که مقدار پرکننده اضافه شده 60 درصد باشد، اثر سیال شدن پرکننده در آب ضعیف میشود و درجه تلاطم در بدنه آب نیز کاهش مییابد که باعث کاهش سرعت انتقال اکسیژن و میزان استفاده از اکسیژن میشود. بنابراین، برای انواع مختلف کیفیت آب، کنترل مقدار DO برای نتیجه نهایی تصفیه کل فرآیند بسیار مهم است.
MBBR چیست؟
فرآیند MBBR بر اساس اصل اساسی روش بیوفیلم است. با افزودن مقدار مشخصی حامل معلق به راکتور، زیست توده و گونه های بیولوژیکی موجود در راکتور افزایش می یابد و در نتیجه راندمان پردازش راکتور بهبود می یابد. از آنجایی که چگالی پرکننده نزدیک به آب است، در هنگام هوادهی کاملاً با آب مخلوط می شود و محیط رشد میکروبی سه فاز گاز، مایع و جامد است.
برخورد و برش حامل در آب باعث کوچکتر شدن حباب های هوا و افزایش میزان استفاده از اکسیژن می شود. علاوه بر این، هر حامل دارای گونههای بیولوژیکی متفاوتی در داخل و خارج است که برخی از باکتریهای بیهوازی یا باکتریهای اختیاری در داخل رشد میکنند، و باکتریهای هوازی در خارج، به طوری که هر حامل یک میکروراکتور است، به طوری که واکنش نیتریفیکاسیون و واکنش نیترات زدایی با هم وجود دارند و در نتیجه اثر پردازش بهبود مییابد. .