Tính toán và chi tiết hóa thiết kế quy trình MBBR

Tính toán và chi tiết hóa thiết kế quy trình MBBR

Bởi: Kate

Email: info@juntaiplastic.com

Ngày: 12 tháng 7 năm 2021

Mục lục

1. MBBR và MBBR Dạng đầy đủ là gì

2. Thiết kế quy trình MBBR

2.1 Giới thiệu chất mang màng sinh học

2.2 Loại bỏ các chất cacbon

2.3 Thiết kế MBBR tải cao

2.4 Thiết kế tải trọng thông thường MBBR

2.5 Thiết kế MBBR tải thấp

2.6 Nitrat hóa công nghệ MBBR

2.7 Khử nitơ bể MBBR

     2.7.1 Di chuyển lò phản ứng màng sinh học tầng với quá trình khử nitơ trước

     2.7.2 Di chuyển lò phản ứng màng sinh học tầng với quá trình khử nitơ sau

     2.7.3 Kết hợp lò phản ứng màng sinh học di chuyển trước / sau khử nitơ

     2.7.4 Kích động khử nitơ

2.8 Sơ chế

2.9Tách rắn-lỏng MBBR

2.10 Những lưu ý khi thiết kế MBBR

     2.10.1MBBR Tốc độ dòng chảy di chuyển (tốc độ dòng chảy ngang)

     2.10.2 Các vấn đề về bọt bể MBBR

     2.10.3 Giải phóng mặt bằng tàu sân bay và kho tạm thời

1. MBBR và MBBR Dạng đầy đủ là gì

Trong 20 năm qua, Lò phản ứng màng sinh học chuyển động (MBBR) đã phát triển thành một quy trình xử lý nước thải đơn giản, mạnh mẽ, linh hoạt và nhỏ gọn. Các cấu hình khác nhau của MBBR đã được sử dụng thành công để loại bỏ BOD, oxy hóa amoniac và loại bỏ nitơ, đồng thời có thể đáp ứng các tiêu chí chất lượng nước thải khác nhau bao gồm các giới hạn nghiêm ngặt về chất dinh dưỡng.

Lò phản ứng màng sinh học chuyển động sử dụng nhựa được thiết kế đặc biệt làm chất mang màng sinh học và thông qua khuấy trộn có sục khí, chất lỏng

Chất mang có thể được lơ lửng trong bể phản ứng bằng cách hồi lưu hoặc khuấy trộn cơ học. Trong hầu hết các trường hợp, chất mang được lấp đầy từ 1/3 đến 2/3 của lò phản ứng. Tính linh hoạt của MBBR cho phép kỹ sư thiết kế sử dụng tối đa trí tưởng tượng của mình. Sự khác biệt chính giữa MBBR và các lò phản ứng màng sinh học khác là nó kết hợp nhiều ưu điểm của phương pháp bùn hoạt tính và màng sinh học đồng thời tránh được nhiều nhược điểm nhất có thể.

1) Giống như các lò phản ứng màng sinh học ngập nước khác, MBBR có khả năng hình thành các màng sinh học hoạt tính chuyên biệt cao có thể thích nghi với các điều kiện cụ thể bên trong lò phản ứng. Màng sinh học hoạt tính chuyên dụng cao mang lại hiệu suất cao trên một đơn vị thể tích của lò phản ứng và tăng tính ổn định của quá trình, do đó làm giảm kích thước của lò phản ứng.

2) Tính linh hoạt và dòng quá trình của MBBR rất giống với bùn hoạt tính, cho phép nhiều bể phản ứng được sắp xếp tuần tự dọc theo hướng dòng chảy để đáp ứng nhiều mục tiêu xử lý (ví dụ: loại bỏ BOD, nitrat hóa, trước hoặc sau khử nitơ) mà không cần cần một máy bơm trung gian.

3) Hầu hết sinh khối hoạt động được giữ lại liên tục trong bể phản ứng, vì vậy không giống như quá trình bùn hoạt tính, MBBR Nồng độ chất rắn trong nước thải MBBR ít nhất cũng cao bằng nồng độ chất rắn trong bể phản ứng. MBBR là một bậc có độ lớn thấp hơn so với bể lắng truyền thống, vì vậy ngoài bể lắng truyền thống, MBBR có thể sử dụng nhiều Quy trình tách rắn - lỏng khác nhau.

4) MBBR rất linh hoạt và lò phản ứng có thể có các dạng hình học khác nhau. Đối với các dự án trang bị thêm, MBBR rất thích hợp cho việc trang bị thêm các ao hiện có.

2.Thiết kế quy trình MBBR

Việc thiết kế MBBR dựa trên khái niệm rằng nhiều MBBR tạo thành một chuỗi, mỗi MBBR có một chức năng cụ thể và các MBBR này phối hợp với nhau để hoàn thành nhiệm vụ xử lý nước thải. Cách hiểu này là phù hợp bởi vì trong các điều kiện duy nhất được cung cấp (ví dụ như chất cho điện tử có sẵn và chất nhận điện tử), mỗi lò phản ứng có khả năng nuôi cấy một màng sinh học chuyên biệt có khả năng được sử dụng để đạt được một nhiệm vụ xử lý cụ thể. Cách tiếp cận mô-đun này có thể được xem như một thiết kế đơn giản và dễ hiểu bao gồm một chuỗi nhiều lò phản ứng hỗn hợp hoàn chỉnh, mỗi lò có một mục đích xử lý riêng. Ngược lại, việc thiết kế hệ thống bùn hoạt tính rất phức tạp: vì các phản ứng cạnh tranh luôn xảy ra, để đạt được mục tiêu xử lý mong muốn trong thời gian lưu trú được giới hạn bởi từng phần của bể (vùng có sục khí và không có sục khí), tổng thời gian lưu trú của chất rắn sinh học (SRT) phải được duy trì ở mức phù hợp để vi khuẩn có thể trộn lẫn (liên quan đến tốc độ phát triển của vi khuẩn và đặc tính của nước thô) và phát triển cùng nhau.

Chính sự đơn giản của MBBR cho phép chúng ta hiểu rõ về màng sinh học trong MBBR trong thực tế thông qua quan sát của các nhà nghiên cứu, kỹ sư và người vận hành nhà máy xử lý nước thải. Phần lớn bài báo này trình bày các ví dụ về các quan sát MBBR, qua đó chứng minh những yếu tố và thành phần quan trọng cần xem xét trong thiết kế và vận hành MBBR.

● JuntaiMBBRProcessFThấpDiagram

2.1Giới thiệu chất mang màng sinh học

Chìa khóa thành công của bất kỳ lò phản ứng màng sinh học nào là duy trì tỷ lệ phần trăm thể tích hoạt tính sinh học cao trong lò phản ứng. Nếu chuyển đổi nồng độ sinh khối trên chất mang MBBR sang nồng độ chất rắn lơ lửng, các giá trị thường vào khoảng 1000 đến 5000 mg / l. Về khối lượng đơn vị, tỷ lệ loại bỏ MBBR cao hơn nhiều so với hệ thống bùn hoạt tính. Điều này có thể được quy cho những điều sau đây.

1) Lực cắt tác dụng lên chất mang bởi năng lượng khuấy trộn (ví dụ như sục khí) kiểm soát hiệu quả độ dày của màng sinh học trên chất mang, do đó duy trì tổng hoạt tính sinh học cao.

2) Khả năng duy trì mức sinh khối chuyên dụng cao trong các điều kiện cụ thể trong mỗi lò phản ứng, không phụ thuộc vào tổng HRT của hệ thống.

3) Điều kiện dòng chảy hỗn loạn trong bể phản ứng duy trì tốc độ khuếch tán cần thiết.

Lò phản ứng tầng chuyển động có thể được sử dụng để loại bỏ BOD, nitrat hóa và khử nitơ, và do đó có thể được kết hợp thành các quá trình khác nhau. Bảng 1-1 tóm tắt các quy trình khác nhau của MBBR. Việc xác định quy trình hiệu quả nhất liên quan đến các yếu tố sau.

1) Điều kiện địa phương, bao gồm bố trí và mặt cắt thủy lực (cao trình) của nhà máy xử lý nước thải.

2) Các quy trình xử lý hiện có và khả năng sửa đổi các cơ sở và ao nuôi hiện có.

3) Chất lượng nước mục tiêu.

● Bảng 1-1 Tóm tắt quy trình MBBR

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), tốc độ loại bỏ cơ chất của MBBR là phản ứng bậc một. Trong các điều kiện được kiểm soát, tốc độ loại bỏ diện tích bề mặt sóng mang (SAAR) có thể được biểu thị dưới dạng hàm của tải trọng trên bề mặt sóng mang (SALR), như được hiển thị trong Công thức (1-1).

r =r_{tối đa}- [L / (K cộng với L)] (1-1)

r - tốc độ loại bỏ (g / (m 2 - d));

r_{tối đa}- tốc độ loại bỏ tối đa (g / (m 2 - d)).

L - tốc độ tải (g / (m 2 - d)).

K - hằng số nửa bão hòa.

2.2 Phản hồi của các chất cacbon

Tải trọng diện tích bề mặt (SALR) của chất mang cần thiết để loại bỏ carbon phụ thuộc vào mục đích xử lý quan trọng nhất của nó và phương pháp tách nước bùn.

Bảng 1-2 cung cấp các phạm vi tải BOD thường được sử dụng cho các mục đích ứng dụng khác nhau. Giá trị tải thấp hơn nên được sử dụng khi quá trình nitrat hóa ở hạ nguồn. Tải trọng cao chỉ nên được sử dụng khi chỉ xem xét loại bỏ cacbon. Kinh nghiệm cho thấy rằng để loại bỏ cacbon, ôxy hòa tan trong pha lỏng chính là 2-3 mg / L là đủ và việc tăng thêm nồng độ ôxy hòa tan không có ý nghĩa để cải thiện tốc độ loại bỏ diện tích bề mặt chất mang (SARR).

● Bảng 1-2 Các giá trị tải BOD điển hình

2.3Thiết kế MBBR tải cao

Để đáp ứng các tiêu chuẩn cơ bản của xử lý thứ cấp nhưng cần một hệ thống tải trọng cao nhỏ gọn, hãy xem xét sử dụng lò phản ứng tầng chuyển động

Khi MBBR đang hoạt động ở tải cao, giá trị tải diện tích bề mặt sóng mang (SALR) của nó cao. Khi MBBR được vận hành ở tải cao, giá trị tải diện tích bề mặt sóng mang (SALR) cao, và mục tiêu chính là loại bỏ BOD hòa tan và dễ phân hủy khỏi nước đầu vào. ở tải trọng cao, màng sinh học nhà kho mất đặc tính lắng của nó, vì vậy quá trình đông tụ hóa học, tuyển nổi không khí hoặc tiếp xúc với chất rắn thường được sử dụng để loại bỏ chất rắn lơ lửng khỏi đầu ra của MBBR tải trọng cao. Tuy nhiên, nhìn chung, quy trình này là một quy trình đơn giản, có thể đáp ứng các tiêu chuẩn cơ bản về điều trị thứ cấp với HRT ngắn. Kết quả của nghiên cứu MBBR tải cao được trình bày trong Hình 1-3. Hình 1-3 (a) cho thấy MBBR rất hiệu quả trong việc loại bỏ COD và về cơ bản là tuyến tính trên nhiều loại tải. Hình 1- 3 (b) minh họa rằng khả năng lắng của nước thải MBBR là rất kém, ngay cả ở tốc độ tràn bề mặt rất thấp, cho thấy rằng thực sự cần phải có một chiến lược thu giữ chất rắn nâng cao. Quá trình tiếp xúc MBBR / chất rắn đã được sử dụng tại Nhà máy Xử lý Nước thải Mao Point ở New Zealand. Hình 1-4 cho thấy mối quan hệ giữa việc loại bỏ BOD hòa tan và tổng lượng BOD đầu vào tại nhà máy này. Hình 1-4 minh họa rằng các giá trị điển hình của việc loại bỏ BOD đối với MBBR tải cao là 70 phần trăm đến 75 phần trăm. Quá trình keo tụ sinh học và xử lý thêm với quy trình tiếp xúc với chất rắn cho phép quy trình đáp ứng các tiêu chuẩn cơ bản về xử lý thứ cấp.

● Hình 1-3

(a) Tỷ lệ loại bỏ COD khi tải cao.

(b) Khả năng lắng cặn kém của màng sinh học tách rời khi chịu tải trọng cao

● Hình 1-4 Mối quan hệ giữa tốc độ loại bỏ BOD hòa tan và tổng tải trọng BOD trong MBBR tải cao

2.4 Thiết kế tải trọng thông thường MBBR

Khi xem xét quy trình xử lý thứ cấp thông thường thông thường, có thể chọn lò phản ứng tầng chuyển động. Trong trường hợp này, 2 MBBR liên tiếp trong hàng có thể đáp ứng các yêu cầu điều trị (mức điều trị thứ cấp).

Bảng 1- 4 tóm tắt việc loại bỏ BOD7 trong bốn nhà máy xử lý nước thải. Tất cả bốn WWTP được sử dụng MBBR được tải thông thường với tải trọng hữu cơ MBBR là 7-10 gBOD7 / (m 2 - d) (ở 10 độ); trước MBBR, hóa chất đã được áp dụng để keo tụ và loại bỏ phốt pho, và tăng cường tách chất lơ lửng cũng được thực hiện.

● Kết quả hoạt động của MBBR tải thông thường với quy trình loại bỏ phốt pho hóa học

2.5Thiết kế MBBR tải thấp

Khi MBBR được đặt trước lò phản ứng nitrat hóa, phương án thiết kế kinh tế nhất là xem xét việc sử dụng MBBR để loại bỏ chất hữu cơ. Điều này cho phép lò phản ứng tầng nitrat hóa ở hạ lưu MBBR đạt được tốc độ nitrat hóa cao. Nếu tải lượng BOD của MBBR nitrat hóa không được giảm đủ, tốc độ nitrat hóa sẽ giảm đáng kể, do đó làm cho lò phản ứng ở trạng thái kém hiệu quả.

Hình {{0}} (a) cho thấy ảnh hưởng của việc tăng tải BOD đối với tốc độ nitrat hóa chất mang. Đây là một ví dụ về tải trọng BOD cao dẫn đến quá tải nitrat hóa trong phần sau khi chất hữu cơ được loại bỏ ở phần trước. Trong ví dụ này, tốc độ nitrat hóa là 0. 8 g / (m 2 - d). Khi tải trọng BOD là 2 g / (m 2 - d) và oxy hòa tan trong chất lỏng chính là 6 mg / L. Tuy nhiên, khi tải lượng BOD tăng lên 3 g / (m 2 - d), tốc độ nitrat hóa là 0,8 g / (m 2 - d). Tuy nhiên, khi tăng tải trọng BOD lên 3 g / (m 2 - d), tốc độ nitrat hóa giảm khoảng 50 phần trăm. Để chống lại điều này, người vận hành có thể tăng nồng độ oxy hòa tan trong pha lỏng chính hoặc tăng tỷ lệ lấp đầy để giảm tốc độ tải bề mặt. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là không nên sử dụng cách tiếp cận như vậy trong thiết kế vì thiếu tính kinh tế và hiệu quả. Hơn nữa, khi thiết kế MBBR để loại bỏ BOD, nên thực hiện một cách tiếp cận thận trọng, chọn tốc độ tải thấp để định cỡ nhằm đạt được hiệu quả tối đa trong quá trình nitrat hóa ở hạ nguồn MBBR.

Hình 1-6 (b) cho thấy tốc độ nitrat hóa của ba MBBR hiếu khí của trình tự. Trong Hình 6 (b), chất mang trong mỗi MBBR được loại bỏ để thử nghiệm tốc độ nitrat hóa nhỏ. Các đợt kiểm tra phụ kéo dài trong 6 tuần và được thực hiện hai lần. Trong mỗi thử nghiệm phụ, điều kiện của ba lò phản ứng phụ gần như giống nhau (ví dụ: oxy hòa tan, nhiệt độ, pH và nồng độ ban đầu của nitơ amoniac). Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng lò phản ứng đầu tiên có tải lượng COD hòa tan cao nhất (5,6 g / (m 2 - d)) và hầu như không có tác dụng nitrat hóa, nhưng rất thành công trong việc loại bỏ tải lượng COD. Điều này được thể hiện qua hai khía cạnh sau đây.

(1) Tốc độ nitrat hóa của lò phản ứng ở giai đoạn hai cao và gần với tốc độ của lò phản ứng ở giai đoạn thứ ba.

(2) Tải lượng COD hòa tan của giai đoạn thứ hai và thứ ba không khác biệt đáng kể.

Đối với việc thiết kế các lò phản ứng tải thấp, điều quan trọng là phải chọn tải trọng diện tích bề mặt sóng mang (SALR) một cách thận trọng. Nó có thể

Phương trình sau được sử dụng để hiệu chỉnh tải diện tích bề mặt của chất mang (SALR) theo nhiệt độ của nước thải: LT=L101.06 (T -10)

LT - tải ở nhiệt độ T.

L 10 -10 độ ở tải trọng 4,5 g / (m 2 - d).

● Hình 1-6

(a) Ảnh hưởng của tải lượng BOD và oxy hòa tan đến tốc độ nitrat hóa ở 15 độ.

(b) Sự khác biệt về tốc độ nitrat hóa của các MBBR khác nhau trong chuỗi MBBR

2.6Nitrat hóacủa Công nghệ MBBR

Có một số yếu tố có tác động đáng kể đến hiệu suất của MBBR nitro và phải được xem xét khi thiết kế MBBR nitro. Cái nặng nhất

Các yếu tố được.

(1) Chất tải hữu cơ.

(2) Nồng độ oxi hòa tan.

(3) Nồng độ amoniac.

(4) Nồng độ nước thải.

(5) Độ pH hoặc độ kiềm.

Hình 1- 6 minh họa rằng để có được tốc độ nitrat hóa đạt yêu cầu trong MBBR nitrat hóa ở hạ lưu, điều quan trọng là phải loại bỏ chất hữu cơ khỏi nước thải đầu ra trong MBBR ở thượng nguồn; nếu không, màng sinh học dị chất sẽ cạnh tranh không gian và oxy với nó, do đó làm giảm (dập tắt) hoạt động nitrat hóa của màng sinh học. Tốc độ nitrat hóa tăng khi tải lượng hữu cơ giảm cho đến khi oxy hòa tan trở thành yếu tố giới hạn. Chỉ ở nồng độ amoniac rất thấp (<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="">

Ở đủ độ kiềm và nồng độ amoniac (ít nhất là ban đầu), tốc độ nitrat hóa sẽ giảm khi tải hữu cơ

tăng cho đến khi oxy hòa tan trở thành yếu tố giới hạn. Trong một màng sinh học nitrat hóa phát triển tốt, nồng độ oxy hòa tan sẽ giới hạn tốc độ nitrat hóa trên chất mang chỉ khi tỷ lệ O2 trên NH4 cộng với -N dưới 2. 0. Không giống như các hệ thống bùn hoạt tính, trong điều kiện giới hạn oxy, tốc độ phản ứng trong các lò phản ứng tầng chuyển động thể hiện mối quan hệ tuyến tính hoặc xấp xỉ tuyến tính với nồng độ oxy hòa tan trong cơ thể pha lỏng. Điều này có thể là do sự truyền oxy qua màng chất lỏng tĩnh vào màng sinh học có thể là một bước quan trọng trong việc hạn chế sự truyền oxy. Tăng nồng độ oxy hòa tan trong pha lỏng chính làm tăng gradient nồng độ oxy hòa tan trong màng sinh học. Ở tốc độ sục khí cao hơn, năng lượng khuấy trộn tăng lên cũng góp phần vào việc chuyển oxy từ pha lỏng chính đến màng sinh học. Như có thể thấy trong Hình 1- 6 (a), nếu tải lượng hữu cơ được giữ không đổi (ví dụ, độ dày và thành phần màng sinh học không đổi), có thể mong đợi mối quan hệ tuyến tính giữa tốc độ nitrat hóa và nồng độ oxy hòa tan. Hình 1-7 giải thích rằng việc tăng oxy hòa tan trong pha lỏng chính góp phần vào tốc độ nitrat hóa cho đến khi nồng độ amoniac trong pha lỏng chính giảm xuống mức rất thấp.

● Hình 1-7 Ảnh hưởng của oxy hòa tan ở nồng độ amoniac thấp

Đối với màng sinh học nitrat hóa "tinh khiết" phát triển tốt, nồng độ amoniac trong pha lỏng chính không ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng cho đến khi O2: NH4 cộng - N đạt từ 2 đến 5. Một số ví dụ về O2: NH4 cộng - N được cho trong bảng 1-5.

● Bảng 1-5 Một số ví dụ về O₂: NH₄^thêm- N

Thiết kế của MBBR thường bắt đầu với giá trị ngưỡng là 3.2. Giá trị ngưỡng có thể điều chỉnh được. Sử dụng phương trình (1-3), nồng độ amoniac ở giá trị ngưỡng này có thể được sử dụng để ước tính tốc độ nitrat hóa thích hợp và được sử dụng làm cơ sở cho thiết kế.

r_{NH 3- N}= k × (SNH 3- N) (n) (1-3)

r_{NH 3- N}-tốc độ nitrat hóa (g rNH 3- N / (m 2 - d)

k - hằng số tốc độ phản ứng (phụ thuộc vào vị trí và nhiệt độ).

SNH 3- N - nồng độ cơ chất giới hạn tốc độ phản ứng.

n - số giai đoạn phản ứng (phụ thuộc vào vị trí và nhiệt độ).

Hằng số tốc độ phản ứng (k) với độ dày của màng sinh học và sự khuếch tán của chất nền giới hạn ở một nồng độ oxy hòa tan nhất định. Khi dòng chảy hỗn loạn mạnh và lớp màng chất lỏng tĩnh mỏng, mức phản ứng có xu hướng {{0}}. 5; khi dòng chảy hỗn loạn chậm và màng chất lỏng tĩnh dày, mức phản ứng có xu hướng bằng 1,0. Tại thời điểm này, sự khuếch tán trở thành yếu tố giới hạn tốc độ.

Nồng độ amoniac ở giá trị tới hạn (SNH 3- N) có thể được ước tính từ tỷ lệ tới hạn và nồng độ oxy hòa tan thiết kế trong pha lỏng chính, như hình dưới đây. Tăng nồng độ oxy hòa tan trong pha lỏng chính có thể giúp giảm tỷ lệ tới hạn, nhưng ít thành công. Ngoài ra, hãy xem xét trường hợp vi khuẩn dị dưỡng cạnh tranh không gian trong điều kiện tải và trộn nhất định của lò phản ứng, do đó làm giảm lượng oxy đi qua lớp dị dưỡng trên màng sinh học.

(SNH 3- N)=1. 72mg-N / L=(6mgO2 / L - 0. 5O2 / L) / 3,2

Lấy SNH {{0}} N là 1,72, giả sử hằng số tốc độ phản ứng k=0. 5 và giai đoạn phản ứng là 0,7, phương trình (1- 3) có thể được tính như sau.

rNH 3- N =0. 73g / (m 2 - d) =0. 5 × 1.720,7

Khi xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ đến MBBR nitrat hóa, một số yếu tố là quan trọng. Cần lưu ý rằng nhiệt độ nước thải đầu ra trong MBBR về bản chất có thể ảnh hưởng đến quá trình động học của quá trình nitrat hóa sinh học; tốc độ khuếch tán cơ chất vào và ra khỏi sinh khối; và độ nhớt của chất lỏng, do đó có thể có ảnh hưởng gợn sóng đối với năng lượng cắt trên chiều dày màng sinh học. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng vĩ mô được mô tả ở trên có thể được biểu thị bằng mối quan hệ sau đây.

kT 2= kT 1- θ (T 2- T1) (1-4)

kT 1 - hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T1.

kT 2 - hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T2.

θ - hệ số nhiệt độ.

Mặc dù sự phụ thuộc nhiệt độ của động học nitrat hóa ở nhiệt độ thiết kế mùa đông làm giảm tốc độ nitrat hóa của MBBR, sự gia tăng nồng độ màng sinh học trên chất mang có thể được quan sát thấy ở nhiệt độ thấp và thêm vào đó nồng độ oxy hòa tan trong lò phản ứng có thể được tăng lên, cả hai điều này đều giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của nhiệt độ đến tốc độ nitrat hóa. Ở nhiệt độ nước thải thấp hơn, sinh khối (g / m2) được quan sát thấy cao hơn. Ngoài ra, nồng độ oxy hòa tan trong pha lỏng chính có thể được tăng lên mà không cần tăng tốc độ sục khí vì oxy trong pha này là do khả năng hòa tan cao hơn của chất lỏng ở nhiệt độ thấp. Điều này dẫn đến kết quả cuối cùng là mặc dù hoạt tính của màng sinh học cao hơn hoạt tính của màng sinh học (g NH 3- N / (m 2 - d) ÷ g SS / m2) giảm, nhưng hoạt độ nitrat hóa trên một đơn vị diện tích bề mặt sóng mang vẫn có thể được duy trì ở mức cao. Sự thay đổi theo mùa của sinh khối với nhiệt độ nước thải đối với MBBR nitrat hóa bậc ba được cho trong Hình 1- 8 (a). Khi nhiệt độ nước thải tăng từ 〈15 độ đến〉 15 độ trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 6, nồng độ sinh khối giảm mạnh. Hình 1- 8 (b) chia dữ liệu thành hai vùng theo nhiệt độ nước thải (〈15 độ và〉 15 độ). Mặc dù hoạt tính riêng của màng sinh học giảm trong vùng 〈15 độ, nhưng hiệu suất vĩ mô của lò phản ứng vẫn cao do tổng nồng độ sinh khối cao hơn và nồng độ oxy hòa tan cao hơn (do tăng khả năng hòa tan khí ở nhiệt độ thấp). Hiện tượng quan sát được này cho thấy rằng tốc độ phản ứng bề mặt vĩ mô trên chất mang có thể được duy trì ở mức cao trong điều kiện nhiệt độ thấp, mặc dù tốc độ phát triển của vi khuẩn nitrat hóa giảm do sự thích nghi của màng sinh học.

● Hình 1-8 (a) Sự thay đổi theo mùa của nồng độ sinh khối và nhiệt độ trong MBBR với quá trình nitrat hóa bậc ba.

(b) Mối quan hệ giữa hoạt độ nitrat hóa và nồng độ oxy hòa tan ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau

2.7 Khử nitơcủa MBBR Tank

Lò phản ứng tầng chuyển động đã được sử dụng thành công trong các quá trình khử nitơ trước, sau và kết hợp. Trái ngược với các sinh học khác giống như quá trình khử nitơ vật liệu, các yếu tố phải được xem xét trong thiết kế là.

1) Nguồn cacbon thích hợp và tỷ lệ cacbon trên nitơ thích hợp trong lò phản ứng.

2) Mức độ khử nitơ mong muốn.

3) Nhiệt độ của nước thải đầu ra.

4) Ôxy hòa tan trong nước hồi lưu hoặc ngược dòng.

2.7.1 Lò phản ứng màng sinh học dạng tầng di chuyển với quá trình khử nitơ trước

Khi cần loại bỏ BOD, quá trình nitrat hóa và loại bỏ nitơ vừa phải, MBBR với quá trình khử nitơ phía trước là rất phù hợp. /N). Vì giai đoạn nitrat hóa của MBBR đòi hỏi lượng oxy hòa tan cao, oxy hòa tan trong hồi lưu có tác động đáng kể đến hiệu suất của MBBR. Điều này dẫn đến giới hạn trên của tỷ lệ hồi lưu kinh tế nhất (Q hồi lưu / Q đầu vào) trong sản xuất. Trên giá trị này, hiệu suất tổng thể của quá trình khử nitơ giảm khi dòng hồi lưu được tăng thêm nữa. Nếu bản chất của nước thải đầu ra phù hợp với quá trình khử nitơ ở mặt trước, tỷ lệ loại bỏ nitơ nói chung là từ 50 phần trăm đến 70 phần trăm với tỷ lệ hồi lưu từ (1: 1) đến (3: 1). Trong thực tế sản xuất, tốc độ khử nitơ có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: vị trí, sự khác biệt theo mùa về đặc tính nước thải (ví dụ: C / N), nồng độ oxy hòa tan đưa vào lò phản ứng và nhiệt độ nước thải.

2.7.2 Lò phản ứng màng sinh học chuyển động với sau khử nitơn

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 phần trăm) với HRT ngắn.

Nếu yêu cầu về BOD và nitrat trong nước thải là nghiêm ngặt hơn, thì có thể cần quá trình khử nitrat sau khi sục khí nhỏ MBBR. Kinh nghiệm vận hành cho thấy rằng nếu có quá trình lắng ở thượng nguồn, có thể có nồng độ phốt pho trong quá trình khử nitơ không đủ cho quá trình tổng hợp tế bào và hiệu suất khử nitơ có thể bị ức chế tại điểm đó.

Khi cacbon được lấp đầy quá mức, tốc độ loại bỏ diện tích bề mặt mang nitrat (SARR) tối đa của nguồn cacbon được sử dụng có thể lớn hơn 2g / (m 2 - d). Tỷ lệ loại bỏ diện tích bề mặt nitrat đối với các nguồn cacbon khác nhau và nhiệt độ khác nhau được đưa ra trong Hình 2-9.

● Hình 1-9 Tỷ lệ loại bỏ diện tích bề mặt của các chất mang có các nguồn cacbon khác nhau như một hàm của nhiệt độ

2.7.3 Lò phản ứng màng sinh học di chuyển tầng khử nitơ kết hợp trước / sau

Lò phản ứng giường di chuyển với khử nitơ phía trước và phía sau có thể được kết hợp, do đó tận dụng được tính kinh tế của quá trình khử nitơ phía trước. Thiết kế của bể phản ứng khử nitơ phía trước có thể được coi như một bể sục khí vào mùa đông. Thiết kế có thể xem xét sử dụng lò phản ứng khử nitơ phía trước làm bể sục khí vào mùa đông. Đây là bởi vì.

1) Tăng thể tích của bể phản ứng sục khí giúp cải thiện quá trình nitrat hóa.

2) Nhiệt độ nước thấp hơn có thể dẫn đến tăng nồng độ oxy hòa tan và giảm COD hòa tan, có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình khử nitơ phía trước.

3) Vào mùa đông, lò phản ứng sau khử nitơ có thể đảm nhận tất cả các nhiệm vụ khử nitơ.

2.7.4 Kích thích khử nitơ

Trong MBBR khử nitơ, một máy trộn chìm cơ học gắn trên ray đã được sử dụng để tuần hoàn và trộn chất lỏng trong lò phản ứng

cơ thể và vật mang. Các khía cạnh sau đây cần được xem xét cụ thể khi thiết kế máy khuấy: (1) vị trí và hướng của máy khuấy; (3) Loại máy khuấy; (3) năng lượng khuấy.

Mật độ tương đối của chất mang màng sinh học là khoảng 0. 96, vì vậy nó sẽ nổi trong nước mà không cần năng lượng tác dụng, điều này khác với quy trình bùn hoạt tính. Khi không có năng lượng ứng dụng trong quá trình bùn hoạt tính, các chất rắn (bùn) lắng ra ngoài.

Do đó, trong MBBR, máy khuấy phải được đặt gần mặt nước nhưng không quá gần mặt nước, nếu không sẽ tạo ra dòng xoáy ở mặt nước lại và do đó đưa không khí vào bể phản ứng. Như thể hiện trong Hình 1-10, máy khuấy phải hơi nghiêng xuống để chất mang có thể được đẩy sâu hơn vào trong lò phản ứng. Nói chung, một MBBR không sục khí cần 25 đến 35 w / m3 năng lượng để khuấy toàn bộ chất mang. Sự kích động khử nitơ MBBR cần được đặc biệt xem xét. Không phải tất cả các máy khuấy đều thích hợp để sử dụng trong MBBR trong thời gian dài. Nhà sản xuất máy khuấy (ABS), sử dụng một số đơn vị MBBR, đã phát triển máy khuấy ABS123K đặc biệt thích hợp cho các lò phản ứng tầng chuyển động. Máy khuấy này được làm bằng thép không gỉ với đầu khuấy cong ngược, có khả năng chịu mài mòn của máy khuấy bởi vật mang. Để tránh làm hỏng giá đỡ và mài mòn của máy khuấy, máy khuấy ABS123K có các thanh tròn 12 mm được hàn dọc theo các cánh của chân vịt. Khi được sử dụng trong lò phản ứng tầng chuyển động, tốc độ của máy khuấy ABS123K khá thấp (90 vòng / phút ở 50 Hz và 105 vòng / phút ở 60 Hz). Năng lượng trộn cần thiết để khuấy MBBR khử nitơ có liên quan đến tỷ lệ lấp đầy chất mang và sự phát triển màng sinh học dự kiến. Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng sự khuấy động hiệu quả hơn ở tỷ lệ lấp đầy chất mang thấp (ví dụ:<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="">

● Hình 10

(a) Máy khuấy ABS123K hướng xuống mặt nước và nghiêng 30 độ xuống để đẩy chất mang vào sâu hơn trong lò phản ứng;

(b) MBBR khử nitơ đang vận hành tại nhà máy xử lý nước thải

2.8 Xử lý trước

Cũng như các công nghệ màng sinh học ngập nước khác, nước cấp vào MBBR cần được xử lý sơ bộ thích hợp. Để có một lưới thép tốt, cần phải lắng cặn để tránh sự tích tụ lâu dài của các vật liệu trơ khó chịu như mảnh vụn, chất dẻo và cát trong MBBR. Vì MBBR được lấp đầy một phần bởi các chất mang, các vật liệu trơ này rất khó loại bỏ khi chúng xâm nhập vào MBBR. Khi có xử lý sơ cấp, các nhà sản xuất MBBR thường khuyến nghị rằng khe hở ghi không lớn hơn 6 mm, và nếu không có xử lý sơ cấp, thì phải lắp đặt lưới nhỏ từ 3 mm trở xuống. Ngoài ra, nếu MBBR được thêm vào quy trình hiện có, thì không cần thêm nhiều lưới nếu mức xử lý hiện có đã cao.

2.9 Tách rắn-lỏng MBBR

So với quá trình bùn hoạt tính, quá trình chuyển động của lớp rất linh hoạt theo quan điểm của quá trình tách rắn-lỏng tiếp theo lớn. Hiệu quả xử lý sinh học của quá trình tầng chuyển động không phụ thuộc vào bước tách rắn-lỏng, vì vậy các đơn vị phân tách rắn-lỏng của nó có thể khác nhau. Ngoài ra, nồng độ chất rắn của nước thải MBBR thấp hơn ít nhất một bậc về độ lớn so với nồng độ của quá trình bùn hoạt tính. Vì vậy, nhiều công nghệ tách rắn-lỏng đã được áp dụng thành công cho MBBR, có thể kết hợp với các công nghệ tách rắn-lỏng đơn giản và hiệu quả như tuyển nổi không khí hoặc bể lắng mật độ cao ở những nơi có đất cao. Trong việc trang bị thêm các nhà máy xử lý nước thải hiện có, các bể lắng hiện có có thể được sử dụng để tách chất rắn trong MBBR.

2.10 Những lưu ý khi thiết kế MBBR

Sau đây là rất quan trọng đối với việc thiết kế MBBR.

2.10.1MBBRTốc độ dòng chảy di chuyển (tốc độ dòng chảy ngang)

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. >35m / h), các sóng mang sẽ tích tụ tại lưới đánh chặn và tạo ra tổn thất đầu lớn. Đôi khi các điều kiện thủy lực ở tốc độ dòng chảy cao nhất sẽ xác định hình dạng và số lượng chuỗi MBBR. Tư vấn với nhà sản xuất và xác định tốc độ dòng chảy thích hợp là rất quan trọng đối với thiết kế MBBR. Tỷ lệ khung hình của lò phản ứng cũng là một yếu tố. Nói chung, một tỷ lệ khung hình nhỏ (ví dụ: 1: 1 hoặc ít hơn) giúp giảm bớt sự trôi dạt về phía lưới đánh chặn ở tốc độ dòng chảy cao nhất và cho phép phân bố đồng đều hơn các hạt tải điện trong lò phản ứng.

2.10.2Các vấn đề về bọt bể MBBR

Các vấn đề về bọt không phổ biến ở MBBR, nhưng dễ xảy ra khi khởi động hoặc vận hành kém. Do hai bức tường ngăn ở giữa bể liên hoàn cao hơn mặt nước nên bọt sẽ hạn chế được MBBR. Nếu bọt phải được kiểm soát, việc sử dụng các chất chống tạo bọt được khuyến khích. Việc sử dụng chất khử bọt sẽ che phủ chất mang và cản trở sự khuếch tán của chất nền vào màng sinh học, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của MBBR. Không nên sử dụng chất khử bọt silicate vì chúng không tương thích với chất mang nhựa.

2.10.3Giải phóng mặt bằng tàu sân bay và kho tạm thời

Đối với các lò phản ứng tầng chuyển động được thiết kế và xây dựng tốt, mặc dù rất hiếm khi xảy ra hỏng hóc, nhưng vẫn nên xem xét vấn đề làm thế nào để di chuyển vật mang ra khỏi lò phản ứng và cất giữ khi lò phản ứng ngừng hoạt động do bảo trì, v.v. . Tất cả các chất lỏng trong lò phản ứng, bao gồm cả các chất mang, có thể được thoát ra ngoài bằng một máy bơm xoáy bánh xe lõm 10cm. Nếu tỷ lệ lấp đầy được thiết kế là phù hợp, chất mang trong một lò phản ứng có thể tạm thời được di chuyển sang một lò phản ứng khác. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là khó có thể khôi phục cả hai lò phản ứng về tỷ lệ lấp đầy ban đầu khi di chuyển các hạt tải điện trở lại. Một khi các hạt tải điện được bơm trở lại lò phản ứng, cách hợp lý duy nhất để đo chính xác tỷ lệ lấp đầy chất mang là làm rỗng bình phản ứng và đo chiều cao hạt tải điện trong cả hai lò phản ứng. Lý tưởng nhất là có một bể chứa khác hoặc đơn vị không sử dụng khác có thể được sử dụng làm thùng chứa tạm thời cho các chất mang, để có thể dễ dàng đảm bảo tỷ lệ chất mang lấp đầy của lò phản ứng ban đầu.

CÔNG TY TNHH SẢN PHẨM NHỰA JUNTAI HANGZHOU

Trụ sở chính: # 907, Tòa nhà 1, XIC International, Linping, Hàng Châu, Chiết Giang, Trung Quốc

Số: 0086-152-67462807

Web: WWW.Chinambbr.com