Bagaimana nitrifikasi dan denitrifikasi MBBR secara simultan direalisasikan?
(1) Konsep nitrifikasi simultan dan denitrifikasi penghilangan nitrogen biologis (SND)
Nitrifikasi, denitrifikasi, dan denitrifikasi simultan (SND) adalah produksi simultan dari nitrifikasi, denitrifikasi, dan penghilangan karbon dalam reaktor yang sama. Ini mematahkan pandangan tradisional bahwa nitrifikasi dan denitrifikasi tidak dapat terjadi secara bersamaan, terutama dalam kondisi aerobik, denitrifikasi juga dapat terjadi, sehingga memungkinkan nitrifikasi dan denitrifikasi secara simultan.
Proses nitrifikasi mengkonsumsi alkalinitas, dan proses denitrifikasi menghasilkan alkalinitas, sehingga SND dapat secara efektif menjaga nilai pH dalam reaktor stabil, tanpa perlu netralisasi asam-basa, dan tanpa perlu sumber karbon eksternal; menghemat volume reaktor, mempersingkat waktu reaksi, dan mengurangi keadaan nitrat. Konsentrasi nitrogen dapat mengurangi lumpur yang mengambang di tangki sedimentasi sekunder, sehingga SND telah menjadi hotspot penelitian denitrifikasi biologis. Untuk kelayakan denitrifikasi biologis SND, saat ini ada tiga pandangan utama dari perspektif yang berbeda:
Perspektif lingkungan makro: Sudut pandang ini percaya bahwa keadaan pencampuran yang benar-benar seragam tidak ada, dan distribusi DO yang tidak merata dalam reaktor dapat membentuk daerah aerob, anoksik, dan anaerobik, yang dapat terjadi di bioreaktor yang sama di bawah kondisi anoksik/anaerob. kondisi lingkungan Reaksi denitrifikasi, dikombinasikan dengan penghilangan bahan organik di lingkungan aerobik dan nitrifikasi nitrogen amonia di bagian, SND dapat dicapai.
Dari perspektif lingkungan mikro: Pandangan ini menyatakan bahwa lingkungan mikro anoksik dalam flok mikroba adalah alasan utama pembentukan SND, yaitu karena keterbatasan difusi oksigen (transmisi), ada gradien oksigen terlarut dalam mikroba. floc, yang kondusif untuk realisasi lingkungan mikro nitrifikasi dan denitrifikasi simultan.
Sudut pandang biologis: Pandangan ini menyatakan bahwa keberadaan populasi mikroba khusus dianggap sebagai alasan utama terjadinya SND. Beberapa bakteri nitrifikasi dapat melakukan denitrifikasi selain nitrifikasi normal, dan beberapa sarjana Belanda telah mengisolasi nitrifikasi aerobik. , dan dapat melakukan denitrifikasi aerobik Thiococcus pantrophicus; beberapa bakteri bekerja sama satu sama lain untuk melakukan reaksi berurutan untuk mengubah amonia menjadi nitrogen, yang memberikan kemungkinan untuk menyelesaikan denitrifikasi biologis dalam reaktor yang sama di bawah kondisi yang sama.
Saat ini, ada banyak studi mikrobiologi dan penjelasan tentang denitrifikasi biologis, tetapi belum sempurna, dan pemahaman tentang fenomena SND masih dalam pengembangan dan eksplorasi. Teori lingkungan mikro diterima secara umum. Karena adanya gradien oksigen terlarut, konsentrasi oksigen terlarut pada permukaan luar flok mikroba atau biofilm tinggi, terutama bakteri nitrifikasi aerobik dan bakteri amonia; jauh di dalam, transfer oksigen diblokir dan eksternal Sejumlah besar oksigen terlarut dikonsumsi untuk menghasilkan area anoksik, dan bakteri denitrifikasi adalah strain dominan, yang dapat menyebabkan terjadinya nitrifikasi dan denitrifikasi simultan. Teori ini menjelaskan masalah umum spesies bakteri yang berbeda dalam reaktor yang sama, tetapi ada juga kekurangannya, yaitu masalah sumber karbon organik. Sumber karbon organik tidak hanya donor elektron denitrifikasi heterotrofik, tetapi juga penghambat proses nitrifikasi. Ketika sumber karbon organik dalam limbah melewati lapisan aerobik, pertama-tama dioksidasi oleh oksidasi aerobik. Bakteri denitrifikasi di zona anoksik disebabkan oleh Kurangnya donor elektron mengurangi laju denitrifikasi, yang dapat mempengaruhi efisiensi denitrifikasi SND. Oleh karena itu, mekanisme nitrifikasi dan denitrifikasi secara simultan masih perlu lebih ditingkatkan.
(2) Mekanisme nitrifikasi, denitrifikasi, dan denitrifikasi simultan di tempat tidur bergerak biologis MBBR
MBBR adalah jenis reaktor baru dengan efisiensi tinggi yang menggabungkan metode lumpur aktif dari pertumbuhan tersuspensi dan metode biofilm pertumbuhan terlampir. Prinsip desain dasar adalah menambahkan pengisi tersuspensi secara langsung dengan berat jenis mendekati air dan dapat tersuspensi dalam air ke dalam tangki reaksi sebagai aktivitas mikroorganisme. Pembawa, pengisi tersuspensi dapat sering kontak dengan limbah, dan biofilm (film gantung) secara bertahap tumbuh di permukaan pengisi, yang memperkuat efek perpindahan massa polutan, oksigen terlarut dan biofilm, yaitu MBBR adalah disebut "film biologis seluler". membran". Berdasarkan penelitian mekanisme SND sejauh ini, dikombinasikan dengan lingkungan mikro dan teori biologi, kemungkinan mode reaksi SND dalam biofilm MBBR adalah bakteri pengoksidasi amonia aerobik, bakteri pengoksidasi nitrit dan denitrifikasi aerobik yang didistribusikan di lapisan aerobik biofilm. Bakteri bekerja sama dengan bakteri anammox, bakteri nitrit autotrofik dan bakteri denitrifikasi yang didistribusikan di lapisan anoksik biologis, dan akhirnya mencapai tujuan denitrifikasi.
MBBR bergantung pada aerasi di tangki aerasi dan efek pengangkatan aliran air untuk membuat pembawa dalam keadaan terfluidisasi, sehingga membentuk lumpur aktif tersuspensi dan biofilm terlampir, memberikan permainan penuh untuk keuntungan organisme yang terikat dan tersuspensi. Ini tidak hanya menyediakan lingkungan aerobik dan anaerobik makroskopik dan mikroskopis, tetapi juga menyelesaikan perselisihan DO dan perselisihan sumber karbon antara bakteri nitrifikasi autotrofik, bakteri denitrifikasi heterotrofik dan bakteri heterotrofik. Oleh karena itu, MBBR dapat mewujudkan keseimbangan dinamis dari dua proses nitrifikasi dan denitrifikasi, dan memiliki kondisi yang sangat baik untuk nitrifikasi dan denitrifikasi simultan, dan dapat mewujudkan MBBR nitrifikasi, denitrifikasi dan denitrifikasi simultan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi nitrifikasi dan denitrifikasi simultan MBBR
Teknologi kunci untuk mencapai nitrifikasi dan denitrifikasi simultan di MBBR adalah untuk mengontrol keseimbangan kinetik nitrifikasi dan denitrifikasi di MBBR, dan untuk menyelesaikan perselisihan DO antara bakteri nitrifikasi autotrofik dan bakteri heterotrofik, dan perselisihan sumber karbon antara bakteri denitrifikasi dan bakteri heterotrofik, dll , jadi faktor kontrol utama adalah: rasio karbon-nitrogen, konsentrasi oksigen terlarut, suhu dan pH.
(1) Pengaruh bahan pengisi pada metode MBBR
Kunci teknis dari metode MBBR terletak pada pengisi biologis yang berat jenisnya mendekati air, dan yang mudah untuk bergerak bebas dengan air di bawah sedikit agitasi. Biasanya filler terbuat dari plastik polietilen. Bentuk masing-masing pembawa adalah silinder kecil dengan diameter 10mm dan tinggi 8mm. Ada penyangga silang di dalam silinder dan sirip vertikal yang menonjol di dinding luar. Bagian berongga dari pengisi menyumbang 0,95 persen dari seluruh volume. , yaitu dalam sebuah wadah yang berisi air dan bahan pengisi, volume air dalam setiap bahan pengisi adalah 95 persen . Dengan mempertimbangkan rotasi pengisi dan volume total wadah, rasio pengisian pengisi didefinisikan sebagai proporsi ruang yang ditempati oleh pembawa. Untuk mencapai efek pencampuran terbaik, rasio pengisian pengisi paling banyak 0,7. Secara teoritis, total luas permukaan spesifik pengisi ditentukan oleh jumlah luas permukaan spesifik per satuan volume pembawa biologis, yang umumnya 700m2/m3. Ketika biofilm tumbuh di dalam pembawa, penggunaan efektif yang sebenarnya dari luas permukaan spesifik adalah sekitar 500m2/m3.
Jenis pengisi biologis kondusif untuk pertumbuhan mikroorganisme di bagian dalam pengisi, membentuk biofilm yang relatif stabil, dan mudah untuk membentuk keadaan terfluidisasi. Ketika persyaratan pra-perawatan rendah atau limbah mengandung sejumlah besar zat berserat, misalnya, tangki sedimentasi primer tidak digunakan dalam pengolahan limbah kota atau ketika air limbah pembuatan kertas yang mengandung sejumlah besar serat diolah, pengisi biologis dengan luas permukaan spesifik kecil dan ukuran besar digunakan. Ketika ada perlakuan awal yang lebih baik atau untuk nitrifikasi, pengisi biologis dengan luas permukaan spesifik yang besar digunakan.
(2) Pengaruh oksigen terlarut (DO) pada metode MBBR
Konsentrasi DO adalah faktor pembatas utama yang mempengaruhi nitrifikasi dan denitrifikasi secara simultan. Dengan mengontrol konsentrasi DO, bagian yang berbeda dari biofilm dapat membentuk zona aerobik atau zona anoksik, yang memiliki kemampuan untuk mencapai nitrifikasi dan denitrifikasi secara simultan. kondisi fisik.
Secara teoritis, ketika konsentrasi DO terlalu tinggi, DO dapat menembus ke bagian dalam biofilm, sehingga sulit untuk membentuk zona anoksik di dalamnya, dan sejumlah besar amonia nitrogen teroksidasi menjadi nitrat dan nitrit, membuat TN efluen masih tinggi. . Sebaliknya, jika konsentrasi DO sangat rendah, sebagian besar zona anaerob akan terbentuk di dalam biofilm, dan kapasitas denitrifikasi biofilm akan ditingkatkan (konsentrasi nitrat dan nitrit dalam limbah sangat rendah). ), tetapi karena pasokan DO yang tidak mencukupi, MBBR Efek nitrifikasi dari proses menurun, sehingga konsentrasi nitrogen amonia dalam limbah meningkat, yang mengarah pada peningkatan TN limbah, yang mempengaruhi efek pengolahan akhir.
Melalui penelitian, nilai optimal metode MBBR untuk mengolah DO limbah domestik perkotaan akhirnya diperoleh: ketika konsentrasi DO di atas 2 mg/L, DO memiliki sedikit pengaruh pada efek nitrifikasi MBBR, dan laju penyisihan nitrogen amonia dapat mencapai 97 persen -99 persen persen , limbah nitrogen amonia dapat dijaga di bawah 1,0mg/L; ketika konsentrasi massa DO sekitar 1,0mg/L, laju penyisihan nitrogen amonia sekitar 84 persen , dan konsentrasi nitrogen amonia limbah telah meningkat secara signifikan. Selain itu, DO di tangki aerasi tidak boleh terlalu tinggi. Oksigen terlarut yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pencemar organik terdekomposisi terlalu cepat, sehingga mikroorganisme kekurangan nutrisi, lumpur aktif mudah menua, dan strukturnya gembur. Selain itu, DO yang terlalu tinggi dan konsumsi energi yang berlebihan tidak sesuai secara ekonomis.
Karena metode MBBR terutama mewujudkan pengolahan limbah akhir melalui pengisi tersuspensi, efek DO pada pengisi tersuspensi juga merupakan kunci untuk hasil pengolahan secara keseluruhan. Studi telah menunjukkan bahwa kapasitas oksigenasi reaktor meningkat dengan peningkatan laju pengisian bahan pengisi tersuspensi dalam kisaran tertentu. Di bawah aksi aerasi, air difluidisasi bersama dengan pengisi, dan turbulensi aliran air lebih besar daripada tanpa pengisi, yang mempercepat pembaruan antarmuka gas-cair dan transfer oksigen, dan meningkatkan laju dari transfer oksigen. Saat jumlah pengisi meningkat, aksi pemotongan dan aksi turbulen di antara pengisi, aliran udara dan aliran air terus menguat. Namun, ketika jumlah pengisi yang ditambahkan adalah 60 persen, efek fluidisasi pengisi dalam air menjadi buruk, dan tingkat turbulensi di badan air juga berkurang, yang mengurangi laju transmisi oksigen dan tingkat pemanfaatan oksigen. Oleh karena itu, untuk berbagai jenis kualitas air, pengendalian jumlah DO sangat penting untuk hasil akhir pengolahan dari keseluruhan proses.
Apa itu MBBR?
Proses MBBR didasarkan pada prinsip dasar metode biofilm. Dengan menambahkan sejumlah tertentu pembawa tersuspensi ke reaktor, biomassa dan spesies biologis dalam reaktor meningkat, sehingga meningkatkan efisiensi pemrosesan reaktor. Karena densitas filler mendekati air, filler tercampur sempurna dengan air selama aerasi, dan lingkungan untuk pertumbuhan mikroba adalah gas, cair, dan padat tiga fase.
Tabrakan dan geser pembawa di dalam air membuat gelembung udara lebih kecil dan meningkatkan tingkat pemanfaatan oksigen. Selain itu, setiap pembawa memiliki spesies biologis yang berbeda di dalam dan di luar, dengan beberapa bakteri anaerob atau bakteri fakultatif tumbuh di dalam, dan bakteri aerob di luar, sehingga setiap pembawa adalah mikroreaktor, sehingga reaksi nitrifikasi dan reaksi denitrifikasi hidup berdampingan, sehingga meningkatkan efek pemrosesan .