Comment la nitrification et la dénitrification simultanées du MBBR sont-elles réalisées ?
(1) Le concept de nitrification et de dénitrification simultanées élimination biologique de l'azote (SND)
La nitrification, dénitrification et dénitrification simultanées (SND) est la production simultanée de nitrification, de dénitrification et d'élimination du carbone dans le même réacteur. Il rompt avec la vision traditionnelle selon laquelle la nitrification et la dénitrification ne peuvent pas se produire en même temps, en particulier dans des conditions aérobies, la dénitrification peut également se produire, rendant possible la nitrification et la dénitrification simultanées.
Le processus de nitrification consomme de l'alcalinité et le processus de dénitrification produit de l'alcalinité, de sorte que le SND peut maintenir efficacement la valeur du pH dans le réacteur stable, sans avoir besoin de neutralisation acide-base et sans avoir besoin d'une source de carbone externe ; il économise le volume du réacteur, raccourcit le temps de réaction et réduit l'état de nitrate. La concentration d'azote peut réduire les boues flottant dans le réservoir de sédimentation secondaire, de sorte que le SND est devenu un point chaud de la recherche sur la dénitrification biologique. Pour la faisabilité de la dénitrification biologique SND, il existe actuellement trois points de vue principaux à partir de perspectives différentes :
Perspective macro-environnementale : ce point de vue estime qu'un état de mélange complètement uniforme n'existe pas et que la répartition inégale de l'OD dans le réacteur peut former des régions aérobies, anoxiques et anaérobies, qui peuvent se produire dans le même bioréacteur sous anoxique/anaérobie. conditions environnementales Réaction de dénitrification, combinée à l'élimination de la matière organique dans le milieu aérobie et à la nitrification de l'azote ammoniacal dans la section, SND peut être réalisée.
Du point de vue du microenvironnement : ce point de vue soutient que le microenvironnement anoxique dans le floc microbien est la principale raison de la formation de SND, c'est-à-dire qu'en raison de la limitation de la diffusion de l'oxygène (transmission), il existe un gradient d'oxygène dissous dans le floc microbien. floc, ce qui est propice à la réalisation simultanée de la nitrification et de la dénitrification Microenvironnement.
Point de vue biologique : Ce point de vue soutient que l'existence de populations microbiennes particulières est considérée comme la principale raison de l'apparition de SND. Certaines bactéries nitrifiantes peuvent effectuer une dénitrification en plus de la nitrification normale, et certains chercheurs néerlandais ont isolé la nitrification aérobie. , et peut réaliser une dénitrification aérobie de Thiococcus pantrophicus ; certaines bactéries coopèrent entre elles pour réaliser des réactions séquentielles de conversion de l'ammoniac en azote, ce qui offre la possibilité de réaliser une dénitrification biologique complète dans le même réacteur dans les mêmes conditions.
À l'heure actuelle, il existe de nombreuses études et explications microbiologiques sur la dénitrification biologique, mais elles ne sont pas parfaites et la compréhension du phénomène SND est encore en cours de développement et d'exploration. La théorie du microenvironnement est généralement acceptée. En raison de l'existence du gradient d'oxygène dissous, la concentration en oxygène dissous à la surface externe des flocs ou biofilms microbiens est élevée, principalement des bactéries nitrifiantes aérobies et des bactéries ammoniacales ; profondément à l'intérieur, le transfert d'oxygène est bloqué et externe Une grande quantité d'oxygène dissous est consommée pour produire des zones anoxiques, et les bactéries dénitrifiantes sont les souches dominantes, ce qui peut entraîner l'apparition simultanée de nitrification et de dénitrification. Cette théorie explique le problème commun des différentes espèces bactériennes dans le même réacteur, mais il y a aussi un défaut, c'est-à-dire le problème de la source de carbone organique. La source de carbone organique n'est pas seulement le donneur d'électrons de la dénitrification hétérotrophe, mais aussi l'inhibiteur du processus de nitrification. Lorsque la source de carbone organique dans les eaux usées traverse la couche aérobie, elle est d'abord oxydée par oxydation aérobie. Les bactéries dénitrifiantes dans la zone anoxique sont dues à Le manque de donneurs d'électrons réduit le taux de dénitrification, ce qui peut affecter l'efficacité de dénitrification du SND. Par conséquent, le mécanisme de nitrification et de dénitrification simultanées doit encore être amélioré.
(2) Le mécanisme de nitrification, dénitrification et dénitrification simultanées dans le lit mobile biologique MBBR
MBBR est un nouveau type de réacteur à haut rendement qui combine la méthode de boues activées de croissance en suspension et la méthode de biofilm de croissance attachée. Le principe de conception de base est d'ajouter directement des charges en suspension avec une densité proche de l'eau et pouvant être mises en suspension dans l'eau dans le réservoir de réaction sous l'activité des micro-organismes. Le support, la charge en suspension peut être en contact fréquent avec les eaux usées, et le biofilm (film suspendu) se développe progressivement à la surface de la charge, ce qui renforce l'effet de transfert de masse des polluants, de l'oxygène dissous et du biofilm, c'est-à-dire que le MBBR est appelé "film biologique mobile". Sur la base des recherches sur le mécanisme SND jusqu'à présent, combinées au microenvironnement et à la théorie biologique, les modes de réaction possibles du SND dans le biofilm MBBR sont les bactéries aérobies oxydant l'ammoniac, les bactéries oxydant les nitrites et la dénitrification aérobie distribuée dans la couche aérobie du biofilm. Les bactéries coopèrent avec les bactéries anammox, les bactéries nitrites autotrophes et les bactéries dénitrifiantes réparties dans la couche anoxique biologique, et atteignent finalement l'objectif de dénitrification.
Le MBBR s'appuie sur l'aération dans le réservoir d'aération et l'effet de levage du flux d'eau pour rendre le support dans un état fluidisé, formant ainsi des boues activées en suspension et un biofilm attaché, faisant pleinement jouer les avantages des organismes attachés et en suspension. Il fournit non seulement des environnements aérobies et anaérobies macroscopiques et microscopiques, mais résout également les conflits d'OD et les conflits de source de carbone entre les bactéries nitrifiantes autotrophes, les bactéries dénitrifiantes hétérotrophes et les bactéries hétérotrophes. Par conséquent, MBBR peut réaliser l'équilibre dynamique des deux processus de nitrification et de dénitrification, et a de très bonnes conditions pour la nitrification et la dénitrification simultanées, et peut réaliser la nitrification, la dénitrification et la dénitrification simultanées MBBR.
Facteurs influençant la nitrification et la dénitrification simultanées du MBBR
La technologie clé pour réaliser simultanément la nitrification et la dénitrification dans le MBBR est de contrôler l'équilibre cinétique de la nitrification et de la dénitrification dans le MBBR, et de résoudre le différend DO entre les bactéries nitrifiantes autotrophes et les bactéries hétérotrophes, et le différend sur la source de carbone entre les bactéries dénitrifiantes et les bactéries hétérotrophes, etc. , les principaux facteurs de contrôle sont donc : le rapport carbone-azote, la concentration en oxygène dissous, la température et le pH.
(1) L'influence des charges sur la méthode MBBR
La clé technique de la méthode MBBR réside dans les charges biologiques dont la densité est proche de celle de l'eau, et qui sont faciles à déplacer librement avec de l'eau sous légère agitation. Habituellement, la charge est en plastique polyéthylène. La forme de chaque support est un petit cylindre d'un diamètre de 10 mm et d'une hauteur de 8 mm. Il y a des supports transversaux dans le cylindre et des ailettes verticales saillantes sur la paroi extérieure. La partie creuse de la charge représente 0,95 % du volume total. , c'est-à-dire que dans un récipient rempli d'eau et de remplissage, le volume d'eau dans chaque remplissage est de 95 %. Compte tenu de la rotation de la remplisseuse et du volume total du récipient, le taux de remplissage de la remplisseuse est défini comme la proportion de l'espace occupé par le support. Afin d'obtenir le meilleur effet de mélange, le taux de remplissage de la charge est d'au plus 0,7. Théoriquement, la surface spécifique totale de la charge est définie par le nombre de surfaces spécifiques par unité de volume de support biologique, qui est généralement de 700 m2/m3. Lorsque le biofilm se développe à l'intérieur du support, l'utilisation effective réelle de la surface spécifique est d'environ 500 m2/m3.
Ce type de charge biologique est propice à la croissance de micro-organismes à l'intérieur de la charge, formant un biofilm relativement stable, et il est facile de former un état fluidisé. Lorsque les exigences de prétraitement sont faibles ou que les eaux usées contiennent une grande quantité de substances fibreuses, par exemple, le décanteur primaire n'est pas utilisé dans le traitement des eaux usées municipales ou lorsque les eaux usées papetières contenant une grande quantité de fibres sont traitées, la charge biologique avec une petite surface spécifique et une grande taille sont utilisées. Lorsqu'il existe un meilleur prétraitement ou pour la nitrification, la charge biologique à grande surface spécifique est utilisée.
(2) L'effet de l'oxygène dissous (DO) sur la méthode MBBR
La concentration en OD est un facteur limitant majeur affectant la nitrification et la dénitrification simultanées. En contrôlant la concentration d'OD, différentes parties du biofilm peuvent former une zone aérobie ou une zone anoxique, qui a la capacité de réaliser une nitrification et une dénitrification simultanées. conditions physiques.
Théoriquement, lorsque la concentration en OD est trop élevée, l'OD peut pénétrer à l'intérieur du biofilm, ce qui rend difficile la formation d'une zone anoxique à l'intérieur, et une grande quantité d'azote ammoniacal est oxydée en nitrate et nitrite, ce qui rend l'effluent TN encore élevé . Au contraire, si la concentration en OD est très faible, une grande partie de la zone anaérobie se formera à l'intérieur du biofilm, et la capacité de dénitrification du biofilm sera renforcée (les concentrations de nitrate et de nitrite dans l'effluent sont très faibles ), mais du fait d'un apport insuffisant en DO, MBBR L'effet de nitrification du procédé diminue, de sorte que la concentration en azote ammoniacal dans l'effluent augmente, ce qui entraîne une augmentation de la TN de l'effluent, ce qui affecte l'effet de traitement final.
Grâce à la recherche, une valeur optimale de la méthode MBBR pour le traitement de l'OD des eaux usées domestiques urbaines est finalement obtenue : lorsque la concentration d'OD est supérieure à 2 mg/L, l'OD a peu d'effet sur l'effet de nitrification du MBBR, et le taux d'élimination de l'azote ammoniacal peut atteindre 97 % -99 % %, l'azote ammoniacal des effluents peut être maintenu en dessous de 1,0mg/L ; lorsque la concentration massique d'OD est d'environ 1,0mg/L, le taux d'élimination de l'azote ammoniacal est d'environ 84 % et la concentration d'azote ammoniacal dans les effluents a considérablement augmenté. De plus, le DO dans le bassin d'aération ne doit pas être trop élevé. Une teneur trop élevée en oxygène dissous peut entraîner une décomposition trop rapide des polluants organiques, de sorte que les micro-organismes manquent de nutriments, que les boues activées vieillissent facilement et que la structure est lâche. De plus, le DO est trop élevé et une consommation d'énergie excessive n'est pas adaptée économiquement.
Étant donné que la méthode MBBR réalise principalement le traitement final des eaux usées par des charges en suspension, l'effet de l'OD sur les charges en suspension est également la clé des résultats globaux du traitement. Des études ont montré que la capacité d'oxygénation du réacteur augmente avec l'augmentation du taux de remplissage de la charge en suspension dans une certaine plage. Sous l'action de l'aération, l'eau est fluidisée avec la charge, et la turbulence du flux d'eau est plus importante que celle sans charge, ce qui accélère le renouvellement de l'interface gaz-liquide et le transfert d'oxygène, et augmente le débit du transfert d'oxygène. Au fur et à mesure que la quantité de charge augmente, l'action de coupe et l'action turbulente entre la charge, le flux d'air et le flux d'eau continuent de se renforcer. Cependant, lorsque la quantité de charge ajoutée est de 60%, l'effet de fluidisation de la charge dans l'eau devient médiocre et le degré de turbulence dans la masse d'eau diminue également, ce qui réduit le taux de transmission de l'oxygène et le taux d'utilisation de l'oxygène. Par conséquent, pour différents types de qualité d'eau, le contrôle de la quantité d'OD est crucial pour le résultat final du traitement de l'ensemble du processus.
Qu'est-ce que MBBR ?
Le procédé MBBR est basé sur le principe de base de la méthode du biofilm. En ajoutant une certaine quantité de support en suspension au réacteur, la biomasse et les espèces biologiques dans le réacteur sont augmentées, améliorant ainsi l'efficacité de traitement du réacteur. Étant donné que la densité de la charge est proche de celle de l'eau, elle est complètement mélangée à de l'eau pendant l'aération et l'environnement de croissance microbienne est un gaz, un liquide et un solide triphasé.
La collision et le cisaillement du support dans l'eau réduisent la taille des bulles d'air et augmentent le taux d'utilisation de l'oxygène. De plus, chaque support a des espèces biologiques différentes à l'intérieur et à l'extérieur, avec certaines bactéries anaérobies ou bactéries facultatives se développant à l'intérieur et des bactéries aérobies à l'extérieur, de sorte que chaque support est un microréacteur, de sorte que la réaction de nitrification et la réaction de dénitrification coexistent, améliorant ainsi l'effet de traitement .