1. Čo je MBBR a MBBR Full Form
2. Návrh procesu MBBR
2.1 Zavedenie nosiča biofilmu
2.2 Odstraňovanie uhlíkatých látok
2.3 Dizajn vysokozáťažového MBBR
2.4 Návrh konvenčného zaťaženia MBBR
2.5 Návrh MBBR s nízkou záťažou
2.6 Nitrifikácia technológie MBBR
2.7 Denitrifikácia nádrže MBBR
2.7.1 Biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom s preddenitrifikáciou
2.7.2 Biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom s post-denitrifikáciou
2.7.3 Kombinovaný pred/po denitrifikačný biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom
2.7.4 Miešanie denitrifikácie
2.8 Predspracovanie
2.9Separácia MBBR tuhá látka-kvapalina
2.10 Úvahy pri navrhovaní MBBR
2.10.1 MBBR Cestovný prietok (horizontálny prietok)
2.10.2 Problémy s penou nádrže MBBR
2.10.3 Uvoľnenie lôžka nosiča a dočasné uskladnenie
1. Čo je MBBR a MBBR v plnej forme
Za posledných 20 rokov sa biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom (MBBR) vyvinul do jednoduchého, robustného, flexibilného a kompaktného procesu čistenia odpadových vôd. Rôzne konfigurácie MBBR sa úspešne použili na odstraňovanie BSK, oxidáciu amoniaku a odstraňovanie dusíka a môžu spĺňať rôzne kritériá kvality odpadových vôd vrátane prísnych obmedzení živín.
Biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom využíva špeciálne navrhnutý plast ako nosič biofilmu a prostredníctvom prevzdušňovania miešaním kvapalinu
Nosič môže byť suspendovaný v reaktore refluxovaním alebo mechanickým miešaním. Vo väčšine prípadov je nosič naplnený medzi 1/3 a 2/3 reaktora. Všestrannosť MBBR umožňuje konštruktérovi využiť svoju predstavivosť naplno. Hlavný rozdiel medzi MBBR a inými biofilmovými reaktormi je v tom, že kombinuje mnohé z výhod metód aktivovaného kalu a biofilmu, pričom sa vyhýba čo najväčšiemu počtu ich nevýhod.
1) Podobne ako iné ponorené biofilmové reaktory, MBBR je schopný vytvárať vysoko špecializované aktívne biofilmy, ktoré sa dajú prispôsobiť špecifickým podmienkam v reaktore. Vysoko špecializovaný aktívny biofilm má za následok vysokú účinnosť na jednotku objemu reaktora a zvyšuje stabilitu procesu, čím sa zmenšuje veľkosť reaktora.
2) Flexibilita a procesný tok MBBR sú veľmi podobné ako v prípade aktivovaného kalu, čo umožňuje, aby boli viaceré reaktory postupne usporiadané pozdĺž smeru toku, aby sa splnili viaceré ciele spracovania (napr. odstránenie BSK, nitrifikácia, pred- alebo postdenitrifikácia) bez potreba pomocného čerpadla.
3) Väčšina aktívnej biomasy je trvalo zadržiavaná v reaktore, takže na rozdiel od procesu s aktivovaným kalom, MBBR Koncentrácia pevných látok v odpade MBBR je aspoň taká vysoká ako koncentrácia pevných látok v reaktore. MBBR je rádovo nižšia ako tradičná sedimentačná nádrž, takže okrem tradičnej sedimentačnej nádrže môže MBBR využívať množstvo rôznych procesov separácie tuhých látok a kvapalín.
4) MBBR je všestranný a reaktor môže mať rôzne geometrie. Pre projekty modernizácie sa MBBR dobre hodí na modernizáciu existujúcich jazierok.
2. Návrh procesu MBBR
Návrh MBBR je založený na koncepte, že viaceré MBBR tvoria sériu, z ktorých každý má špecifickú funkciu, a že tieto MBBR spolupracujú pri plnení úlohy čistenia odpadových vôd. Toto chápanie je vhodné, pretože za poskytnutých jedinečných podmienok (napr. dostupné donory elektrónov a akceptory elektrónov) je každý reaktor schopný kultivovať špecializovaný biofilm, ktorý je možné použiť na dosiahnutie konkrétnej úlohy spracovania. Tento modulárny prístup možno považovať za jednoduchý a priamočiary dizajn pozostávajúci zo sekvencie viacerých plne zmiešaných reaktorov, z ktorých každý má jedinečný účel úpravy. Na rozdiel od toho je konštrukcia systémov aktivovaného kalu veľmi zložitá: keďže vždy prebiehajú konkurenčné reakcie, aby sa dosiahol požadovaný cieľ čistenia v rámci doby zdržania obmedzenej každou časťou nádrže (prevzdušňovacie a neprevzdušňovacie zóny), celkový čas zotrvania biosolidov (SRT) sa musí udržiavať na vhodnej úrovni, aby sa baktérie mohli miešať (v súvislosti s rýchlosťou rastu baktérií a vlastnosťami surovej vody) a rásť spolu.
Práve jednoduchosť MBBR nám umožňuje dobre pochopiť biofilm v MBBR v praxi prostredníctvom pozorovaní výskumníkov, inžinierov a prevádzkovateľov čistiarní odpadových vôd. Väčšina tohto dokumentu predstavuje príklady pozorovaní MBBR, čím demonštruje tie, ktoré sú kritickými komponentmi a faktormi, ktoré je potrebné zvážiť pri návrhu a prevádzke MBBR.
2.1 Predstavenie nosiča biofilmu
Kľúčom k úspechu každého biofilmového reaktora je udržanie vysokého percenta bioaktívneho objemu v reaktore. Ak prepočítame koncentráciu biomasy na nosičoch MBBR na koncentráciu nerozpustených látok, hodnoty sú vo všeobecnosti okolo 1000 až 5000 mg/l. Pokiaľ ide o jednotkový objem, rýchlosť odstraňovania MBBR je oveľa vyššia ako u systémov s aktivovaným kalom. To možno pripísať nasledovnému.
1) Šmyková sila aplikovaná na nosič energiou miešania (napr. prevzdušňovaním) účinne riadi hrúbku biofilmu na nosiči, čím sa zachováva vysoká celková biologická aktivita.
2) Schopnosť udržiavať vysokú úroveň vyhradenej biomasy za špecifických podmienok v každom reaktore, nezávisle od celkovej HRT systému.
3) Podmienky turbulentného prúdenia v reaktore udržiavajú požadovanú rýchlosť difúzie.
Reaktory s pohyblivým lôžkom môžu byť použité na odstraňovanie BSK, nitrifikáciu a denitrifikáciu, a teda môžu byť kombinované do rôznych procesov. Tabuľka 1-1 sumarizuje rôzne procesy MBBR. Určenie najefektívnejšieho procesu súvisí s nasledujúcimi faktormi.
1) Miestne pomery vrátane dispozície a hydraulického prierezu (výšky) čistiarne odpadových vôd.
2) Existujúce procesy úpravy a možnosť úpravy existujúcich zariadení a rybníkov.
3) Cieľová kvalita vody.
Tabuľka 1-1 Súhrn procesu MBBR
| Účel spracovania | Proces |
|
Jeden MBBR Vysokozáťažový MBBR umiestnený pred procesom aktivovaného kalu |
|
| Nitrifikácia |
Jeden MBBR MBBR nastavený po sekundárnom ošetrení IFAS |
| Denitrifikácia denitrifikácia |
MBBR samotný a po denitrifikácii, MBBR samotný a po denitrifikácii, samotný MBBR a pred a po denitrifikácii, Post-MBBR na denitrifikáciu odpadových vôd z nitrifikácie. |
For moving bed reactors, the effective net biofilm area is the key design parameter, and the load and reaction rate can be expressed as a function of the carrier surface area, so the carrier surface area becomes a common and convenient parameter to express the performance of MBBR. the load of MBBR is often expressed as the carrier surface area removal rate (SAAR) or the carrier surface area loading (SALR). When the concentration of the host substrate is low (e.g., S>>K), the substrate removal rate of MBBR is zero-level response. When the main substrate concentration is low (e.g. S>>K), rýchlosť odstraňovania substrátu MBBR je reakciou prvého poriadku. Za riadených podmienok môže byť miera odstránenia plochy nosiča (SAAR) vyjadrená ako funkcia zaťaženia plochy nosiča (SALR), ako je znázornené v rovnici (1-1).
r =rmax-[L/(K+L)] (1-1)
r - rýchlosť odstraňovania (g/(m2 -d));
rmax- maximálna rýchlosť odstraňovania (g/(m2 -d)).
L - rýchlosť zaťaženia (g/(m2 -d)).
K - polovičná saturačná konštanta.
2.2 Odstraňovanie uhlíkatých látok
Zaťaženie povrchovej plochy (SALR) nosiča potrebného na odstránenie uhlíka závisí od jeho najdôležitejšieho účelu úpravy a metód separácie vody kalu.
Tabuľka 1-2 uvádza bežne používané rozsahy zaťaženia BSK pre rôzne účely aplikácie. Pri nitrifikácii by sa mali použiť nižšie hodnoty zaťaženia. Vysoké zaťaženie by sa malo používať len vtedy, keď sa uvažuje iba o odstránení uhlíka. Skúsenosti ukazujú, že na odstraňovanie uhlíka postačuje rozpustený kyslík v hlavnej kvapalnej fáze 2-3 mg/l a ďalšie zvyšovanie koncentrácie rozpusteného kyslíka nemá význam na zlepšenie rýchlosti odstraňovania povrchovej plochy nosiča (SARR).
Tabuľka 1-2 Typické hodnoty zaťaženia BSK
| Účel aplikácie |
BSK na jednotku plochy povrchu nosiča (SALR) (g/m2.d) |
| Vysoká záťaž (75 %-80% odstránenie BOD ) | 20 |
| Vysoké zaťaženie (80%-90% odstránenie BSK) | 5-15 |
| Nízka záťaž (pred nitrifikáciou) | 5 |
2.3 Návrh vysokozáťažového MBBR
Ak chcete splniť základné štandardy sekundárneho spracovania, ale potrebujete kompaktný systém s vysokým zaťažením, zvážte použitie reaktora s pohyblivým lôžkom
Keď MBBR pracuje pri vysokom zaťažení, jeho hodnota zaťaženia povrchu nosiča (SALR) je vysoká. Keď sa MBBR prevádzkuje pri vysokom zaťažení, hodnota zaťaženia povrchu nosiča (SALR) je vysoká a hlavným cieľom je odstrániť rozpustenú a ľahko odbúrateľnú BSK z pritekajúcej vody. pri vysokom zaťažení stráca biofilm z haly svoju schopnosť usadzovania, takže chemická koagulácia, vzdušná flotácia alebo kontakt s tuhými látkami sa často používajú na odstránenie nerozpustených látok z odpadovej vody z vysoko zaťaženého MBBR. Vo všeobecnosti je však tento proces jednoduchý proces, ktorý môže spĺňať základné štandardy pre sekundárnu liečbu s krátkou HRT. Výsledky štúdie MBBR s vysokou záťažou sú uvedené na obrázku 1-3. Obrázok 1-3(a) ukazuje, že MBBR je veľmi účinný pri odstraňovaní CHSK a je v podstate lineárny v širokom rozsahu záťaží. Obrázok 1- 3 (b) ilustruje, že usadzovanie odpadových vôd MBBR je veľmi slabé, dokonca aj pri veľmi nízkych rýchlostiach povrchového pretečenia, čo naznačuje, že je skutočne potrebná vylepšená stratégia zachytávania pevných látok. Kontaktný proces MBBR/pevné látky bol použitý v čistiarni odpadových vôd Mao Point na Novom Zélande. Obrázok 1-4 ukazuje vzťah medzi odstránením rozpustenej BSK a celkovým množstvom pritekajúcej BSK v tomto závode. Obrázok 1-4 ilustruje, že typické hodnoty odstránenia BSK pre vysoko zaťaženú MBBR sú 70 % až 75 %. Bioflokulácia a ďalšie spracovanie s procesom kontaktu pevných látok umožňuje procesu splniť základné štandardy pre sekundárne spracovanie.
● Obrázok 1-3
a) Rýchlosť odstraňovania CHSK pri vysokom zaťažení.
b) Slabá sedimentácia oddeleného biofilmu pri vysokom zaťažení
● Obrázok 1-4 Vzťah medzi rýchlosťou odstraňovania rozpustenej BSK a celkovou záťažou BSK pri vysokom zaťažení MBBR
2.4 Návrh konvenčnej záťaže MBBR
Keď sa uvažuje o konvenčnom konvenčnom sekundárnom procese spracovania, môže sa zvoliť reaktor s pohyblivým lôžkom. V tomto prípade môžu sekvenčné 2 MBBR v rade spĺňať požiadavky na ošetrenie (sekundárna úroveň ošetrenia).
Tabuľka 1- 4 sumarizuje odstraňovanie BSK7 v štyroch ČOV. Všetky štyri ČOV používali konvenčne zaťaženú MBBR s organickou záťažou MBBR 7-10 gBOD7 /( m2 -d) (pri 10 stupňoch); pred MBBR sa používali chemikálie na flokuláciu a odstraňovanie fosforu a zaviedla sa aj zvýšená separácia suspendovaných látok.
2.5 Návrh MBBR s nízkym zaťažením
Keď sa MBBR umiestni pred nitrifikačný reaktor, najekonomickejšou možnosťou návrhu je zvážiť použitie MBBR na odstraňovanie organických látok. To umožňuje reaktoru s pohyblivým lôžkom nitrifikácie za MBBR dosiahnuť vysokú rýchlosť nitrifikácie. Ak sa zaťaženie BSK nitrifikačného MBBR dostatočne nezníži, rýchlosť nitrifikácie sa výrazne zníži, čím zostane reaktor v neefektívnom stave.
Obrázok {{0}} (a) ukazuje vplyv zvýšenia zaťaženia BSK na rýchlosť nitrifikácie nosiča. Toto je príklad vysokého zaťaženia BSK, ktoré vedie k nadmernému zaťaženiu nitrifikáciou v neskoršej časti, keď sa organická hmota odstraňuje v prednej časti. V tomto príklade bola rýchlosť nitrifikácie 0,8 g/(m2 -}d). Keď bola záťaž BSK 2 g/(m2 -}d) a rozpustený kyslík v hlavnej kvapaline bol 6 mg/l. Keď sa však zaťaženie BSK zvýšilo na 3 g/(m2 -}d), rýchlosť nitrifikácie bola 0,8 g/(m2 -}d). Keď sa však zaťaženie BSK zvýšilo na 3 g/(m2 -}d), rýchlosť nitrifikácie sa znížila približne o 50 %. Aby sa tomu zabránilo, operátor môže zvýšiť koncentráciu rozpusteného kyslíka v hlavnej kvapalnej fáze alebo zvýšiť pomer plnenia, aby sa znížila rýchlosť povrchového zaťaženia. Je však dôležité poznamenať, že takýto prístup by sa nemal používať v dizajne z dôvodu nedostatočnej hospodárnosti a účinnosti. Ďalej, pri navrhovaní MBBR na odstraňovanie BSK by sa mal zvoliť konzervatívny prístup, výber nízkej miery zaťaženia pre dimenzovanie, aby sa dosiahla maximálna účinnosť v následnej nitrifikačnej MBBR.
Obrázok 1-6(b) ukazuje rýchlosti nitrifikácie troch aeróbnych MBBR v sekvencii. Na obrázku 6(b) bol nosič v každom MBBR odstránený na malý test rýchlosti nitrifikácie. Subtesty trvali 6 týždňov a boli uskutočnené dvakrát. V každom čiastkovom teste boli podmienky troch čiastkových reaktorov takmer identické (napr. rozpustený kyslík, teplota, pH a počiatočná koncentrácia amoniakálneho dusíka). Výsledky testov ukázali, že prvý reaktor mal najvyššie množstvo rozpustenej CHSK (5,6 g/(m2 -}d)) a takmer žiadny nitrifikačný efekt, ale bol veľmi úspešný pri odstraňovaní zaťaženia CHSK. Dokazujú to nasledujúce dva aspekty.
(1) Rýchlosť nitrifikácie reaktora druhého stupňa je vysoká a blízka rýchlosti nitrifikácie tretieho stupňa.
(2) Náplň rozpustenej CHSK v druhom a treťom stupni sa významne nelíšila.
Pre návrh nízko zaťažených reaktorov je dôležité zvoliť konzervatívne zaťaženie nosnej plochy (SALR). Je možné Nasledujúca rovnica bola použitá na korekciu povrchového zaťaženia nosiča (SALR) podľa teploty odpadovej vody:
LT=L101.06(T-10)
LT - zaťaženie pri teplote T.
L10 -10 stupňa pri zaťažení 4,5 g/(m2 -}d).
● Obrázok 1-6
(a) Vplyv zaťaženia BSK a rozpusteného kyslíka na rýchlosť nitrifikácie pri 15 stupňoch.
(b) Rozdiely v rýchlostiach nitrifikácie rôznych MBBR v sérii MBBR
2.6 Nitrifikácia technológie MBBR
Existuje niekoľko faktorov, ktoré majú významný vplyv na výkon nitro MBBR a musia sa zohľadniť pri navrhovaní nitro MBBR. Najťažšie faktory sú.
(1) Organické zaťaženie.
(2) Koncentrácia rozpusteného kyslíka.
(3) Koncentrácia amoniaku.
(4) Koncentrácia odpadových vôd.
(5) pH alebo zásaditosť.
Obrázok 1- 6 ilustruje, že na dosiahnutie uspokojivých rýchlostí nitrifikácie v nitrifikačnej MBBR, ktorá je po prúde, je dôležité odstrániť organickú hmotu z odpadovej vody v protiprúdnej MBBR; inak s ním bude heteroxický biofilm súťažiť o priestor a kyslík, čím sa zníži (uhasí) nitrifikačná aktivita biofilmu. Rýchlosť nitrifikácie sa zvyšuje s klesajúcou organickou záťažou, kým sa rozpustený kyslík nestane limitujúcim faktorom. Len pri veľmi nízkych koncentráciách amoniaku (<2 mgN/l) does the available substrate (ammonia) become the limiting factor. It is thus the concentration of ammonia that is an issue when complete nitrification is required. In this case, 2 sequential reactors can be considered, with the first stage being limited by oxygen and the second by ammonia. As with all biological treatment processes, temperature has a significant effect on nitrification rates, but this can be mitigated by increasing the dissolved oxygen within the MBBR. As alkalinity decreases to very low levels, nitrification rates within the biofilm begin to be limited. Each of the important factors that affect nitrification are discussed below.
Pri dostatočnej alkalite a koncentráciách amoniaku (aspoň spočiatku) sa rýchlosť nitrifikácie zníži s organickým zaťažením
sa zvyšuje, kým sa rozpustený kyslík nestane limitujúcim faktorom. V dobre pestovanom nitrifikačnom biofilme bude koncentrácia rozpusteného kyslíka obmedzovať rýchlosť nitrifikácie na nosiči iba vtedy, ak je pomer O2 k NH4+-N nižší ako 2.0. Na rozdiel od systémov s aktivovaným kalom, za podmienok s obmedzeným kyslíkom, reakčná rýchlosť v reaktoroch s pohyblivým lôžkom vykazuje lineárny alebo približne lineárny vzťah s koncentráciou rozpusteného kyslíka v telese kvapalnej fázy. To môže byť spôsobené skutočnosťou, že prechod kyslíka cez stacionárnu kvapalinovú membránu do biofilmu môže byť kritickým krokom pri obmedzovaní prenosu kyslíka. Zvýšenie koncentrácie rozpusteného kyslíka v hlavnej kvapalnej fáze zvyšuje gradient koncentrácie rozpusteného kyslíka v biofilme. Pri vyšších rýchlostiach prevzdušňovania tiež zvýšená energia miešania prispieva k prenosu kyslíka z hlavnej kvapalnej fázy do biofilmu. Ako je možné vidieť na obrázku 1- 6(a), ak sa organická záťaž udržiava konštantná (napr. konštantná hrúbka a zloženie biofilmu), možno očakávať lineárny vzťah medzi rýchlosťou nitrifikácie a koncentráciou rozpusteného kyslíka. Obrázok 1-7 vysvetľuje, že zvýšenie rozpusteného kyslíka v hlavnej kvapalnej fáze prispieva k rýchlosti nitrifikácie, kým sa koncentrácia amoniaku v hlavnej kvapalnej fáze nezníži na veľmi nízku úroveň.
● Obrázok 1-7 Účinok rozpusteného kyslíka pri nízkej koncentrácii amoniaku
V prípade dobre pestovaného „čistého“ nitrifikačného biofilmu neovplyvňuje koncentrácia amoniaku v hlavnej kvapalnej fáze rýchlosť reakcie, kým O2:NH4+-N nedosiahne 2 až 5. Niektoré príklady O2:NH{{6} } N sú uvedené v tabuľke 1-5.
Tabuľka 1-5 Niekoľko príkladov O:NHa+- N
| Referencie | O2:NH4+- N |
| Hem (1994) |
＜2 (Obmedzenie kyslíka) 2,7 (kritické O2 koncentrácia=9-20mg/l) 3.2 (kritické O2 koncentrácia=6mg/l) ＞5 (obmedzenie amoniaku) |
| Bonomo (2000) |
＞3-4 (obmedzenie amoniaku) ＜1-2 (Obmedzenie obsahu kyslíka) |
Návrh MBBR často začína s prahovou hodnotou 3,2. Prahová hodnota je nastaviteľná. Pomocou rovnice (1-3) možno použiť koncentráciu amoniaku pri tejto prahovej hodnote na odhad vhodnej rýchlosti nitrifikácie a použiť ju ako základ pre návrh.
rNH3-N= k × (SNH3-N) (n) (1-3)
rNH3-N-rýchlosť nitrifikácie (g rNH3-N /(m2 -d)
k - konštanta rýchlosti reakcie (závislá od miesta a teploty).
SNH3-N – koncentrácia substrátu, ktorá obmedzuje rýchlosť reakcie.
n - počet reakčných stupňov (závisí od miesta a teploty).
Konštanta reakčnej rýchlosti (k) s hrúbkou biofilmu a difúziou limitného substrátu pri danej koncentrácii rozpusteného kyslíka. Koeficient súvisí s počtom reakčných úrovní (n) súvisí s tekutým filmom susediacim s biofilmom. Keď je turbulentné prúdenie silné a vrstva stacionárneho tekutého filmu je tenká, reakčná hladina má tendenciu k {{0}}.5; keď je turbulentné prúdenie pomalé a stacionárny kvapalný film je hustý, reakčná hladina má tendenciu k 1,0. V tomto bode sa difúzia stáva faktorom obmedzujúcim rýchlosť.
Koncentráciu amoniaku na kritickej hodnote (SNH{0}}N) možno odhadnúť z kritického pomeru a projektovanej koncentrácie rozpusteného kyslíka v hlavnej kvapalnej fáze, ako je uvedené nižšie. Zvýšenie koncentrácie rozpusteného kyslíka v hlavnej kvapalnej fáze môže pomôcť znížiť kritický pomer, ale s malým úspechom. Zvážte aj prípad, keď heterotrofné baktérie súťažia o priestor pri určitých zaťaženiach reaktora a podmienkach miešania, čím sa znižuje priechod kyslíka cez heterotrofnú vrstvu na biofilme.
(SNH3-N)=1,72 mg-N/L=(6 mgO2/L - 0,5O2/L)/3,2
Ak vezmeme SNH{0}}N ako 1,72, za predpokladu konštanty rýchlosti reakcie k=0,5 a reakčného štádia 0,7, rovnicu (1- 3) možno vypočítať nasledovne.
rNH3-N=0,73g/(m2 -d)=0,5×1,720,7
Pri zvažovaní vplyvu teploty na nitrifikačný MBBR je dôležitých niekoľko faktorov. Malo by sa vziať do úvahy, že teplota odpadovej vody v rámci MBBR môže skutočne ovplyvniť kinetický proces biologickej nitrifikácie; rýchlosť difúzie substrátu do a von z biomasy; a viskozitu kvapaliny, ktorá zase môže mať zvlnený účinok na šmykovú energiu na hrúbku biofilmu. Vplyv teploty na makroskopické reakčné rýchlosti opísané vyššie možno vyjadriť nasledujúcim vzťahom.
kT2= kT1-θ(T2-T1) (1-4)
kT1 - konštanta rýchlosti reakcie pri teplote T1.
kT2 - konštanta rýchlosti reakcie pri teplote T2.
θ - teplotný koeficient.
Hoci teplotná závislosť kinetiky nitrifikácie pri zimnej projektovanej teplote znižuje rýchlosť nitrifikácie MBBR, pri nízkych teplotách možno pozorovať zvýšenie koncentrácie biofilmu na nosiči a navyše sa môže zvýšiť koncentrácia rozpusteného kyslíka v reaktore, čo oboje zmierňuje negatívny vplyv teploty na rýchlosť nitrifikácie. Pri nižších teplotách odpadovej vody bola pozorovaná vyššia biomasa (g/m2 ). Okrem toho môže byť koncentrácia rozpusteného kyslíka v hlavnej kvapalnej fáze zvýšená bez zvýšenia rýchlosti prevzdušňovania, pretože kyslík v tejto fáze je spôsobený vyššou rozpustnosťou kvapalín s nízkou teplotou. To vedie ku konečnému výsledku, že zatiaľ čo aktivita biofilmu je vyššia ako aktivita biofilmu (g NH3-N/(m2 -d) ÷ g SS/m2) klesá, ale nitrifikačná aktivita na jednotku Nosná plocha môže byť stále udržiavaná na vysokej úrovni. Sezónne kolísanie biomasy s teplotou výtoku pre MBBR terciárnej nitrifikácie je uvedené na obrázku 1- 8(a). Keď sa teplota odpadovej vody medzi májom a júnom zvýšila z 〈15 stupňov na〉15 stupňov, koncentrácia biomasy prudko klesla. Obrázok 1- 8 (b) rozdeľuje údaje do dvoch zón podľa teploty odpadovej vody (〈15 stupňov a 〉15 stupňov ). Hoci špecifická aktivita biofilmu klesá v oblasti 〈15 stupňov, makroskopický výkon reaktora zostáva vysoký v dôsledku vyššej celkovej koncentrácie biomasy a vyššej koncentrácie rozpusteného kyslíka (spôsobenej zvýšenou rozpustnosťou plynu pri nízkych teplotách). Tento pozorovaný jav naznačuje, že rýchlosť makroskopickej povrchovej reakcie na nosiči sa môže udržiavať na vysokej úrovni za podmienok nízkej teploty, napriek zníženej rýchlosti rastu nitrifikačných baktérií v dôsledku adaptácie biofilmu.
● Obrázok 1-8 (a) Sezónne kolísanie koncentrácie biomasy a teploty v MBBR s terciárnou nitrifikáciou.
(b) Vzťah medzi nitrifikačnou aktivitou a koncentráciou rozpusteného kyslíka pri rôznych teplotných podmienkach
2.7 Denitrifikácia nádrže MBBR
Reaktory s pohyblivým lôžkom sa úspešne používajú v procesoch pred, po a kombinovanej denitrifikácii. Na rozdiel od iných bio, ktoré sú rovnaké ako proces denitrifikácie materiálu, faktory, ktoré je potrebné zohľadniť pri návrhu, sú.
1) Vhodný zdroj uhlíka a vhodný pomer uhlíka k dusíku v reaktore.
2) Požadovaný stupeň denitrifikácie.
3) Teplota odpadovej vody.
4) Rozpustený kyslík vo vratnej alebo protiprúdovej vode.
2.7.1 Biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom s preddenitrifikáciou
Keď sa vyžaduje odstraňovanie BSK, nitrifikácia a mierne odstraňovanie dusíka, dobre sa hodí MBBR s čelnou denitrifikáciou. Aby sa plne využil objem anoxického reaktora, napájacia voda by mala mať vhodný pomer ľahko biologicky odbúrateľného CHSK a amoniakálneho dusíka (C /N). Keďže nitrifikačný stupeň MBBR vyžaduje zvýšené množstvo rozpusteného kyslíka, rozpustený kyslík v refluxe má významný vplyv na výkon MBBR. Výsledkom je horná hranica najúspornejšieho refluxného pomeru (Q reflux/Q influent) vo výrobe. Nad túto hodnotu celková účinnosť denitrifikácie klesá, keď sa spätný tok ďalej zvyšuje. Ak je povaha odpadovej vody vhodná na prednú denitrifikáciu, miera odstraňovania dusíka je vo všeobecnosti medzi 50 % a 70 % pri návratnom pomere (1:1) až (3:1). Vo výrobnej praxi môžu byť rýchlosti denitrifikácie ovplyvnené faktormi, ako sú: umiestnenie, sezónne rozdiely vo vlastnostiach odpadovej vody (napr. C/N), koncentrácia rozpusteného kyslíka privádzaného do reaktora a teplota odpadovej vody.
2.7.2 Biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom s post-denitrifikáciou
When the degradable carbon in the wastewater is naturally insufficient, or has been consumed by upstream processes, or when the wastewater treatment plant occupies an area subject to when the need for concise and high-speed denitrification is limited, MBBR with posterior denitrification can be considered. because the denitrification performance is not affected by internal circulation or carbon source, the posterior denitrification process can achieve high denitrification rates (>80 %) pri krátkej HRT.
Ak sú požiadavky na BSK a dusičnany v odpadovej vode prísnejšie, po malom prevzdušnení MBBR môže byť potrebná dodatočná denitrifikácia. prevádzkové skúsenosti ukazujú, že ak existuje sedimentačný proces proti prúdu, môžu byť koncentrácie fosforu v postdenitrifikácii, ktoré nie sú dostatočné na bunkovú syntézu, a výkon denitrifikácie môže byť v tomto bode inhibovaný.
Keď je uhlík preplnený, maximálna miera odstraňovania dusičnanovej nosnej plochy (SARR) použitého zdroja uhlíka môže byť väčšia ako 2 g/(m2 -}d). Miery odstraňovania dusičnanov z povrchu pre rôzne zdroje uhlíka a rôzne teploty sú uvedené na obrázkoch 2-9.
● Obrázok 1-9 Miera odstraňovania povrchovej plochy nosičov s rôznymi zdrojmi uhlíka ako funkcia teploty
2.7.3 Kombinovaný pred/post denitrifikačný biofilmový reaktor s pohyblivým lôžkom
Reaktory s pohyblivým lôžkom s prednou a zadnou denitrifikáciou je možné kombinovať, čím sa využije ekonomika prednej denitrifikácie. Konštrukciu predného denitrifikačného reaktora možno v zime považovať za prevzdušňovaciu nádrž. Konštrukcia môže zvážiť použitie predného denitrifikačného reaktora ako prevzdušňovacej nádrže v zime. Je to preto.
1) Zväčšenie objemu prevzdušňovacej reakčnej nádrže pomáha zlepšiť nitrifikáciu.
2) Nižšie teploty vody môžu viesť k zvýšeným koncentráciám rozpusteného kyslíka a zníženiu rozpusteného CHSK, čo môže ovplyvniť účinnosť denitrifikácie.
3) V zime môže post-denitrifikačný reaktor vykonávať všetky denitrifikačné úlohy.
2.7.4 Miešanie denitrifikácie
Pri denitrifikácii MBBR sa na cirkuláciu a miešanie kvapaliny v reaktore použil ponorný mechanický mixér namontovaný na koľajnici.
telo a nosič. Pri navrhovaní miešadla by sa mali osobitne zvážiť nasledujúce aspekty: (1) umiestnenie a smer miešadla; (3) Typ miešadla; (3) energia miešania.
Relatívna hustota nosiča biofilmu je približne 0,96, takže bude plávať vo vode bez aplikovanej energie, čo sa líši od procesu aktivovaného kalu. Ak v procese aktivovaného kalu nie je aplikovaná žiadna energia, pevné látky (kal) sa usadzujú.
Výsledkom je, že v MBBR by malo byť miešadlo umiestnené blízko k hladine vody, ale nie príliš blízko k hladine vody, inak vytvorí vír na hladine opätovnej vody a tým privedie vzduch do reaktora. Ako je znázornené na obrázku 1-10, miešadlo by malo byť naklonené mierne nadol, aby sa nosič mohol zasunúť hlbšie do reaktora. Vo všeobecnosti, neprevzdušnený MBBR vyžaduje 25 až 35 w/m3 energie na premiešanie celého nosiča. Osobitne by sa malo zvážiť miešanie denitrifikačného MBBR. Nie všetky miešadlá sú vhodné na dlhodobé používanie v MBBR. Výrobca miešadiel (ABS) s použitím niekoľkých jednotiek MBBR vyvinul miešadlo ABS123K špeciálne vhodné pre reaktory s pohyblivým lôžkom. Toto miešadlo je vyrobené z nehrdzavejúcej ocele s dozadu zahnutým miešadlom, ktoré je schopné odolať oteru miešadla unášačom. Aby sa predišlo poškodeniu unášača a opotrebovaniu miešadla, má miešadlo ABS123K 12 mm kruhové tyče privarené pozdĺž krídel vrtule. Pri použití v reaktore s pohyblivým lôžkom je rýchlosť miešadla ABS123K dosť nízka (90 otáčok za minútu pri 50 Hz a 105 otáčok za minútu pri 60 Hz). Energia miešania potrebná na premiešanie denitrifikačného MBBR súvisí s pomerom plnenia nosiča a očakávaným rastom biofilmu. Praktické skúsenosti ukazujú, že miešanie je účinnejšie pri nízkych pomeroch plnenia nosiča (napr<55%). At higher fill ratios, it is difficult for the agitator to circulate the carriers and therefore high carrier fill ratios should be avoided. Low filling ratios and correspondingly high carrier surface loadings increase the biofilm concentration and thus sink the carrier, making it easier for the stirrer to stir the carrier and circulate it in the reactor. From this point of view, it is important to choose the appropriate denitrification reactor size, as a proper reactor size allows for a filling ratio and mechanical stirring to be compatible.
● Obrázok 10
(a) Miešadlo ABS123K smerujúce k vodnej hladine a naklonené o 30 stupňov nadol, aby sa nosič zatlačil hlbšie do reaktora;
b) denitrifikácia MBBR v prevádzke v čistiarni odpadových vôd
2.8 Predspracovanie
Rovnako ako pri iných technológiách ponoreného biofilmu, aj napájacia voda do MBBR si vyžaduje náležitú predúpravu. Pre dobrý rošt a sedimentáciu je potrebné zabrániť dlhodobému hromadeniu nepríjemných inertných materiálov, ako sú odpad, plasty a piesok v MBBR. Pretože MBBR je čiastočne naplnený nosičmi, tieto inertné materiály je ťažké odstrániť, keď sa dostanú do MBBR. Ak je k dispozícii primárna úprava, výrobcovia MBBR vo všeobecnosti odporúčajú, aby medzera roštu nebola väčšia ako 6 mm, a ak nie je k dispozícii primárna úprava, musí sa nainštalovať jemný rošt s hrúbkou 3 mm alebo menej. Okrem toho, ak sa MBBR pridá k existujúcemu procesu, nie je potrebné pridávať ďalšie mriežky, ak je existujúca úroveň úpravy už vysoká.
2.9 Separácia MBBR tuhá látka-kvapalina
V porovnaní s procesom aktivovaného kalu je proces s pohyblivým lôžkom veľmi flexibilný z hľadiska následnej separácie tuhej látky od kvapaliny. Účinok biologického čistenia procesu s pohyblivým lôžkom je nezávislý od kroku separácie tuhá látka-kvapalina, takže jeho separačné jednotky tuhá látka-kvapalina sa môžu meniť. Okrem toho je koncentrácia pevných látok vo výtoku MBBR aspoň o jeden rád nižšia ako v procese s aktivovaným kalom. Preto sa na MBBR úspešne aplikovali rôzne technológie separácie tuhých látok a kvapalín, ktoré je možné kombinovať s jednoduchými a účinnými technológiami separácie tuhých látok a kvapalín, ako je vzduchová flotácia alebo sedimentačné nádrže s vysokou hustotou, kde je pôda na prvom mieste. Pri modernizácii existujúcich čistiarní odpadových vôd je možné použiť existujúce usadzovacie nádrže na separáciu pevných látok v MBBR.
2.10 Úvahy pri navrhovaní MBBR
Nasledujúce je veľmi dôležité pre návrh MBBR.
2.10.1 Cestovná prietoková rýchlosť MBBR (horizontálna prietoková rýchlosť)
The peak flow rate (flow divided by reactor cross-sectional area) at peak flow through the MBBR must be considered in the design with a small flow rate (e.g. 20m/h), the carriers can be evenly distributed in the reactor. Too high travel flow rate (e.g. >35 m/h), nosiče sa budú hromadiť na mriežke zachytávača a generovať veľké straty hlavy. Niekedy hydraulické podmienky pri špičkovom prietoku určia geometriu a počet sérií MBBR. Pre návrh MBBR je dôležitá konzultácia s výrobcom a určenie vhodného pojazdového prietoku. Pomer strán reaktora je tiež faktorom. Vo všeobecnosti malý pomer strán (napr. 1:1 alebo menej) pomáha znižovať posun nosiča smerom k mriežke zachytávača pri špičkových prietokoch a umožňuje rovnomernejšiu distribúciu nosičov v reaktore.
2.10.2 Problémy s penou nádrže MBBR
Problémy s penou nie sú v MBBR bežné, ale sú náchylné na výskyt pri zlom štarte alebo prevádzke. Vďaka dvom deliacim stenám je v strede súvislý bazén vyššie ako vodná hladina, takže pena bude obmedzená na MBBR. Ak je potrebné kontrolovať tvorbu peny, odporúča sa použiť odpeňovacie prostriedky. Použitie odpeňovačov pokryje nosič a bráni difúzii substrátu k biofilmu, čo môže ovplyvniť výkon MBBR. Silicidové odpeňovače by sa nemali používať, pretože nie sú kompatibilné s plastovými nosičmi.
2.10.3 Uvoľnenie lôžka nosiča a dočasné uskladnenie
V prípade dobre navrhnutých a skonštruovaných reaktorov s pohyblivým lôžkom, aj keď sú poruchy zriedkavé, je rozumné vyriešiť problém, ako presunúť nosič z reaktora a uložiť ho, keď je reaktor odstavený z dôvodu údržby atď. . Všetky kvapaliny v reaktore, vrátane nosičov, môžu byť vypustené 10 cm konkávnym kolesovým vírivým čerpadlom. Ak je navrhnutý plniaci pomer vhodný, nosič v jednom reaktore môže byť dočasne presunutý do iného reaktora. Nevýhodou tohto spôsobu však je, že pri spätnom pohybe nosičov je obtiažne obnoviť oba reaktory na ich pôvodné plniace pomery. Keď sa nosiče načerpajú späť do reaktora, jediným rozumným spôsobom, ako presne zmerať pomer plnenia nosiča, je vyprázdniť reaktor a zmerať výšku nosiča v oboch reaktoroch. V ideálnom prípade by existoval ďalší bazén alebo iná nevyužitá jednotka, ktorá by mohla byť použitá ako dočasný skladovací kontajner pre nosiče, takže by sa dal ľahko zabezpečiť pôvodný pomer naplnenia reaktora.