MBBRの硝化と脱窒の同時実行はどのように実現されますか？
(1) 同時硝化および脱窒生物学的窒素除去（SND）の概念
同時硝化、脱窒および脱窒（SND）は、同じ反応器内での硝化、脱窒、および炭素除去の同時生成です。 これは、硝化と脱窒を同時に行うことはできないという従来の見方を打ち破ります。特に好気性条件下では、脱窒も起こり、硝化と脱窒を同時に行うことができます。
硝化プロセスはアルカリ性を消費し、脱窒プロセスはアルカリ性を生成するため、SNDは、酸塩基中和や外部炭素源を必要とせずに、反応器内のpH値を効果的に安定に保つことができます。 反応器の容積を節約し、反応時間を短縮し、硝酸塩の状態を減らします。 窒素濃度は二次沈殿槽に浮遊するスラッジを減らすことができるため、SNDは生物学的脱窒の研究ホットスポットになっています。 SNDの生物学的脱窒の実現可能性については、現在、さまざまな観点から3つの主要な見解があります。
マクロ環境の観点：この観点は、完全に均一な混合状態は存在せず、反応器内のDOの不均一な分布は、無酸素/嫌気下の同じバイオリアクターで発生する可能性のある好気性、無酸素性、および嫌気性領域を形成する可能性があると考えています環境条件脱窒反応は、好気性環境での有機物の除去とセクション内のアンモニア態窒素の硝化と組み合わせて、SNDを達成することができます。
微小環境の観点から：この見解は、微生物フロック内の無酸素微小環境がSNDの形成の主な理由である、つまり、酸素拡散（透過）の制限により、微生物内に溶存酸素勾配があることを示しています。硝化と脱窒の同時微小環境の実現に役立つフロック。
生物学的観点：この見解は、特別な微生物集団の存在がSNDの発生の主な理由であると考えられていると考えています。 一部の硝化細菌は、通常の硝化に加えて脱窒を行うことができ、一部のオランダの学者は好気性硝化を分離しました。 、およびThiococcuspantrophicusの好気性脱窒を実行することができます。 一部のバクテリアは互いに協力して連続反応を実行し、アンモニアを窒素に変換します。これにより、同じ条件下で同じリアクター内で生物学的脱窒を完了することができます。
現在、生物学的脱窒に関する多くの微生物学的研究と説明がありますが、それらは完全ではなく、SND現象の理解はまだ開発と調査中です。 微小環境理論は一般的に受け入れられています。 溶存酸素勾配が存在するため、微生物フロックまたはバイオフィルム、主に好気性硝化細菌およびアンモニア細菌の外面の溶存酸素濃度が高くなります。 奥深く、酸素の移動が妨げられ、外部に溶存酸素が大量に消費されて無酸素領域が生成され、脱窒菌が優勢な菌株であり、硝化と脱窒が同時に発生する可能性があります。 この理論は、同じリアクター内の異なる細菌種の一般的な問題を説明していますが、欠陥、つまり有機炭素源の問題もあります。 有機炭素源は従属栄養性脱窒の電子供与体であるだけでなく、硝化プロセスの阻害剤でもあります。 下水道中の有機炭素源が好気性層を通過するとき、それは最初に好気性酸化によって酸化されます。 無酸素ゾーンの脱窒菌は、電子供与体が不足しているために脱窒速度が低下し、SNDの脱窒効率に影響を与える可能性があります。 したがって、硝化と脱窒を同時に行うメカニズムをさらに改善する必要があります。
（2）MBBR生物移動床における同時硝化、脱窒および脱窒のメカニズム
MBBRは、懸濁成長の活性汚泥法と付着成長のバイオフィルム法を組み合わせた高効率の新しいタイプの反応器です。 基本的な設計原理は、比重が水に近い懸濁フィラーを直接添加することであり、微生物の活動として反応タンクに水中に懸濁することができます。 担体、懸濁フィラーは下水と頻繁に接触する可能性があり、バイオフィルム（フィルムハンギング）はフィラーの表面で徐々に成長し、汚染物質、溶存酸素、バイオフィルムの物質移動効果を強化します。つまり、MBBRは「モバイルバイオフィルム」と呼ばれます。 これまでのSNDメカニズムの研究に基づいて、微小環境と生物学的理論を組み合わせて、MBBRバイオフィルムにおけるSNDの可能な反応モードは、好気性アンモニア酸化細菌、亜硝酸酸化細菌、およびバイオフィルムの好気性層に分布する好気性脱窒です。バクテリアは、アナモックスバクテリア、オートトロフィックナイトライトバクテリア、生物学的無酸素層に分布する脱窒バクテリアと協力し、最終的に脱窒の目的を達成します。
MBBRは、曝気槽内の曝気と水流の揚力効果により、担体を流動状態にし、浮遊活性汚泥と付着バイオフィルムを形成し、付着生物と浮遊生物の両方の利点を十分に発揮します。 巨視的および微視的な好気性および嫌気性環境を提供するだけでなく、独立栄養性硝化細菌、従属栄養性脱窒細菌、および従属栄養性細菌間のDO紛争および炭素源紛争を解決します。 したがって、MBBRは硝化と脱窒の2つのプロセスの動的バランスを実現でき、硝化と脱窒を同時に行うための条件が非常に良く、MBBRの硝化、脱窒、脱窒を同時に実現できます。
MBBR同時硝化および脱窒の影響因子
MBBRで硝化と脱窒を同時に達成するための重要な技術は、MBBRでの硝化と脱窒の速度論的バランスを制御し、自家栄養硝化細菌と異栄養細菌の間のDO紛争、および脱窒細菌と異栄養細菌の間の炭素源紛争を解決することです。など、主な制御要因は次のとおりです。炭素-窒素比、溶存酸素濃度、温度およびpH。
（1）MBBR法に対するフィラーの影響
MBBR法の技術的鍵は、比重が水の比重に近く、わずかな攪拌で水と自由に移動しやすい生物学的充填剤にあります。 通常、フィラーはポリエチレンプラスチックでできています。 各キャリアの形状は、直径1 0 mm、高さ8mmの小さな円柱です。 シリンダーにはクロスサポートがあり、外壁には突き出た垂直フィンがあります。 フィラーの中空部分は、全体積の0。95パーセントを占めています。 つまり、水とフィラーで満たされた容器では、各フィラーの水の量は95パーセントです。 フィラーの回転と容器の総容積を考慮して、フィラーの充填率は、キャリアが占めるスペースの割合として定義されます。 最高の混合効果を達成するために、フィラーの充填率は最大で0.7です。 理論的には、フィラーの総比表面積は、生物学的担体の単位体積あたりの比表面積の数によって定義され、通常は700m2/m3です。 バイオフィルムが担体内で成長する場合、比表面積の実際の有効利用は約500m2/m3です。
このタイプの生物学的充填剤は、充填剤の内側で微生物の成長を助長し、比較的安定したバイオフィルムを形成し、流動状態を形成するのが容易である。 前処理要件が低い場合や下水に繊維状物質が多く含まれている場合、例えば、一次沈殿槽が都市下水処理に使用されていない場合、または繊維を多く含む製紙廃水が処理されている場合、生物学的充填剤は小さな比表面積と大きなサイズが使用されます。 より良い前処理または硝化がある場合は、比表面積の大きい生物学的充填剤が使用されます。
（2）MBBR法に対する溶存酸素（DO）の影響
DO濃度は、硝化と脱窒の同時発生に影響を与える主要な制限要因です。 DO濃度を制御することにより、バイオフィルムのさまざまな部分が好気性ゾーンまたは無酸素ゾーンを形成できます。これにより、硝化と脱窒を同時に行うことができます。 体調。
理論的には、DO濃度が高すぎると、DOがバイオフィルムの内部に浸透して内部に無酸素ゾーンを形成しにくくなり、大量のアンモニア態窒素が硝酸塩と亜硝酸塩に酸化されて、流出液のTNが依然として高くなります。 。 逆に、DOの濃度が非常に低い場合、嫌気性ゾーンの大部分がバイオフィルム内に形成され、バイオフィルムの脱窒能力が向上します（排水中の硝酸塩と亜硝酸塩の濃度は非常に低くなります） ）が、DO、MBBRの供給が不十分なため、プロセスの硝化効果が低下し、排水中のアンモニア態窒素の濃度が上昇し、排水のTNが上昇し、最終的な処理効果に影響を及ぼします。
研究を通じて、都市生活排水DOを処理するためのMBBR法の最適値が最終的に得られました。DO濃度が2 mg / Lを超える場合、DOはMBBRの硝化効果にほとんど影響を与えず、アンモニア態窒素の除去率は97パーセント-99パーセントパーセントに達すると、流出アンモニア態窒素を1未満に保つことができます。0 mg / L; DOの質量濃度が約1。0mg/ Lの場合、アンモニア態窒素の除去率は約84％であり、排水中のアンモニア態窒素濃度は大幅に増加しています。 また、曝気槽のDOは高すぎてはいけません。 溶存酸素が高すぎると、有機汚染物質の分解が速すぎて、微生物に栄養素が不足し、活性汚泥が老化しやすく、構造が緩くなる可能性があります。 さらに、DOが高すぎるため、過度のエネルギー消費は経済的に適切ではありません。
MBBR法は主に懸濁充填剤による最終的な下水処理を実現するため、懸濁充填剤に対するDOの影響も全体的な処理結果の鍵となります。 研究によると、反応器の酸素化能力は、特定の範囲内の懸濁フィラーの充填率の増加とともに増加します。 曝気の作用下で、水はフィラーと一緒に流動化され、水流の乱流はフィラーなしの場合よりも大きくなり、気液界面の更新と酸素の移動を加速し、速度を増加させます酸素移動の。 フィラーの量が増えると、フィラー間の切断作用と乱流作用、空気の流れ、水の流れが強まり続けます。 しかし、フィラーの添加量が60％になると、フィラーの水中での流動化効果が低下し、水域の乱流度も低下し、酸素の透過率や酸素の利用率が低下します。 したがって、さまざまな種類の水質の場合、DOの量を制御することは、プロセス全体の最終的な処理結果にとって非常に重要です。
MBBRとは何ですか？
MBBRプロセスは、バイオフィルム法の基本原理に基づいています。 反応器に一定量の懸濁担体を添加することにより、反応器内のバイオマスおよび生物種が増加し、それにより反応器の処理効率が向上する。 充填剤の密度は水の密度に近いため、曝気時に水と完全に混合され、微生物の増殖環境は気体、液体、固体の三相です。
水中でのキャリアの衝突とせん断により、気泡が小さくなり、酸素の利用率が向上します。 また、各担体は内外で生物種が異なり、内は嫌気性菌や通性菌、外は好気性菌が増殖するため、各担体がマイクロリアクターとなり、硝化反応と脱窒反応が共存し、加工効果が向上します。 。