MBBR是如何實現同步硝化反硝化的？看完你就明白了！
【谷騰環保網訊】一、什么是MBBR？
MBBR工藝是(shi)運用(yong)生物(wu)膜法(fa)的(de)(de)基本原理，通(tong)過(guo)向反(fan)(fan)應器中(zhong)投加一定數量(liang)的(de)(de)懸浮載(zai)體，提高(gao)反(fan)(fan)應器中(zhong)的(de)(de)生物(wu)量(liang)及生物(wu)種類，從而提高(gao)反(fan)(fan)應器的(de)(de)處(chu)理效率。由于填料密度接近于水(shui)，所以在曝氣的(de)(de)時候，與(yu)水(shui)呈完全(quan)混合狀(zhuang)態，微(wei)生物(wu)生長的(de)(de)環(huan)境為氣、液、固(gu)三相(xiang)。
載體在水(shui)中的碰撞和(he)剪切作用，使(shi)(shi)空氣(qi)氣(qi)泡(pao)更加細小，增加了氧氣(qi)的利用率。另(ling)外(wai)，每(mei)個(ge)載體內外(wai)均具有不同的生(sheng)物種類，內部(bu)生(sheng)長一些厭(yan)氧菌或兼氧菌，外(wai)部(bu)為(wei)好氧菌，這樣(yang)每(mei)個(ge)載體都為(wei)一個(ge)微型反應(ying)器，使(shi)(shi)硝(xiao)化(hua)反應(ying)和(he)反硝(xiao)化(hua)反應(ying)同時存在，從(cong)而提高了處理效果(guo)。
二、MBBR的同步硝化反硝化是如何實現的？
1、同步硝化(hua)反硝化(hua)生物脫(tuo)氮( SND)的概念
同步硝(xiao)化(hua)反(fan)硝(xiao)化(hua)脫氮技(ji)術( SND) 是(shi)在同一個反(fan)應(ying)器內同時(shi)產生(sheng)硝(xiao)化(hua)、反(fan)硝(xiao)化(hua)和除(chu)碳反(fan)應(ying)。它(ta)突破了傳統觀點認(ren)為硝(xiao)化(hua)和反(fan)硝(xiao)化(hua)不(bu)能同時(shi)發生(sheng)的認(ren)識，尤其(qi)是(shi)好氧條件下，也(ye)可(ke)(ke)以(yi)發生(sheng)反(fan)硝(xiao)化(hua)反(fan)應(ying)，使得同步硝(xiao)化(hua)和反(fan)硝(xiao)化(hua)成為可(ke)(ke)能。
硝化(hua)過程消耗堿度(du)(du)，反硝化(hua)過程產生堿度(du)(du)，SND故能(neng)夠(gou)有(you)效地保持反應器(qi)中pH值穩定，無(wu)需酸(suan)堿中和，無(wu)需外加碳源；節(jie)省反應器(qi)體積，縮短(duan)反應時間，通過降低硝態氮濃度(du)(du)可(ke)以減少二(er)沉池污泥漂浮，因(yin)而 SND 成為生物脫氮的一個研究熱點。對于 SND 生物脫氮的可(ke)行性(xing)，目前有(you)以下主要三(san)種從不同(tong)角度(du)(du)出發得出的觀(guan)點：
宏觀環境角度：該觀點認為(wei)完全均(jun)勻(yun)混合狀態是不存(cun)在(zai)的，反(fan)(fan)應器內(nei)(nei) DO分布不均(jun)勻(yun)能(neng)夠形成好氧(yang)(yang)(yang)、缺氧(yang)(yang)(yang)、厭氧(yang)(yang)(yang)區域，在(zai)同(tong)一生物(wu)(wu)反(fan)(fan)應器缺氧(yang)(yang)(yang)/厭氧(yang)(yang)(yang)環境條件(jian)下可以發生反(fan)(fan)硝化反(fan)(fan)應，聯合區段內(nei)(nei)好氧(yang)(yang)(yang)環境中(zhong)有機物(wu)(wu)去除和氨氮(dan)的硝化，SND是可以實現的。
微(wei)環境角(jiao)度：該觀(guan)點(dian)認為微(wei)生物(wu)(wu)絮體內的缺氧(yang)微(wei)環境是(shi)形(xing)成(cheng) SND的主要原因，即(ji)由(you)于氧(yang)的擴散( 傳(chuan)遞(di)) 限制，微(wei)生物(wu)(wu)絮體內存在溶解氧(yang)梯度，從而形(xing)成(cheng)有利于實(shi)現同步硝(xiao)(xiao)化(hua)反硝(xiao)(xiao)化(hua)的微(wei)環境。
生物(wu)(wu)學角(jiao)度(du)：該觀點認為(wei)(wei)特殊微(wei)生物(wu)(wu)種(zhong)群的存在(zai)被認為(wei)(wei)是發生 SND的主要原因，有(you)的硝(xiao)化細(xi)菌(jun)除(chu)了能(neng)(neng)夠(gou)進行(xing)正常的硝(xiao)化作(zuo)(zuo)用還能(neng)(neng)夠(gou)進行(xing)反(fan)硝(xiao)化作(zuo)(zuo)用，有(you)荷蘭學者分離(li)出(chu)既可進行(xing)好氧硝(xiao)化，又可進行(xing)好氧反(fan)硝(xiao)化的泛養硫(liu)球菌(jun)；還有(you)一些細(xi)菌(jun)彼此合(he)作(zuo)(zuo)，進行(xing)序列反(fan)應(ying)，把(ba)氨轉化為(wei)(wei)氮氣，為(wei)(wei)在(zai)同一反(fan)應(ying)器(qi)在(zai)同一條件(jian)下完成(cheng)生物(wu)(wu)脫(tuo)氮提供(gong)了可能(neng)(neng)。
目前對生(sheng)物脫(tuo)氮的(de)微生(sheng)物學研究和解釋較多，但都不夠(gou)完善，對 SND 現象的(de)認識(shi)仍在發(fa)展(zhan)與探(tan)索之中(zhong)(zhong)。微環境理(li)論(lun)(lun)是被(bei)(bei)普遍接受的(de)，由于(yu)溶解氧(yang)梯度的(de)存(cun)在，微生(sheng)物絮(xu)體或生(sheng)物膜的(de)外表面溶解氧(yang)濃度高，以好氧(yang) 硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)(jun)及(ji)氨(an)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)(jun)為主；深(shen)入內部(bu)，氧(yang)傳(chuan)遞(di)受阻及(ji)外部(bu)溶解氧(yang)大量的(de)消耗而產生(sheng)缺氧(yang)區，反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)(jun)為優勢(shi)菌(jun)(jun)種，故可導致同(tong)步硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)的(de)發(fa)生(sheng)。該理(li)論(lun)(lun)解釋了(le)在同(tong)一反(fan)(fan)應器中(zhong)(zhong)不同(tong)菌(jun)(jun)種共同(tong)存(cun)在的(de)問題，但也存(cun)在一個缺陷，即(ji)有機(ji)碳源(yuan)問題。有機(ji)碳源(yuan)既是異養反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)的(de)電(dian)子供(gong)體，又是硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)過程的(de)抑制物質，污水中(zhong)(zhong)的(de)有機(ji)碳源(yuan)在穿過好氧(yang)層時(shi)，首(shou)先(xian)被(bei)(bei)好氧(yang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)，處于(yu)缺氧(yang)區的(de)反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)菌(jun)(jun)由于(yu)得(de)不到電(dian)子供(gong)體而降低(di)了(le)反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)速率，可能影響SND的(de)脫(tuo)氮效率，故同(tong)步硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)硝(xiao)化(hua)(hua)(hua)的(de)機(ji)理(li)仍需要進一步完善。
2、MBBR生物移動床同(tong)步硝化(hua)反硝化(hua)脫氮(dan)機理(li)
MBBR是(shi)(shi)(shi)結(jie)合(he)懸浮(fu)(fu)生(sheng)(sheng)長(chang)的(de)活性污泥(ni)法和(he)附著生(sheng)(sheng)長(chang)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜法的(de)高(gao)效新型(xing)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)，基(ji)本設計原理是(shi)(shi)(shi)將比重接(jie)近水、可(ke)懸浮(fu)(fu)于水中的(de)懸浮(fu)(fu)填料直接(jie)投加到(dao)反(fan)(fan)應(ying)池(chi)中作(zuo)為微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)活性載體，懸浮(fu)(fu)填料能(neng)與污水頻(pin)繁(fan)多 次接(jie)觸，逐漸(jian)在填料表面生(sheng)(sheng)長(chang)出(chu)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜( 掛(gua)膜) ，強化(hua)了污染物(wu)(wu)、溶解氧(yang)和(he)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜的(de)傳(chuan)質效果(guo)，即而 MBBR被稱為“移(yi)動(dong)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜”。基(ji)于迄今SND機理研究，綜(zong)合(he)微環(huan)境和(he)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)學理論(lun)，MBBR生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜內SND可(ke)能(neng)存(cun)在的(de)反(fan)(fan)應(ying)模式是(shi)(shi)(shi)，分(fen)(fen)布于生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)膜好氧(yang)層(ceng)的(de)好氧(yang)氨氧(yang)化(hua)菌、亞硝酸鹽氧(yang)化(hua)菌和(he)好氧(yang)反(fan)(fan)硝化(hua)細(xi)菌與分(fen)(fen)布于生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)缺(que)氧(yang)層(ceng)的(de)厭氧(yang)氨氧(yang)化(hua)菌、自養型(xing)亞硝酸細(xi)菌和(he)反(fan)(fan)硝化(hua)細(xi)菌相互協作(zuo)，最終達到(dao)脫氮目(mu)的(de)。
MBBR是(shi)依靠曝氣池內的曝氣和(he)(he)(he)(he)水流的提升(sheng)作用使載(zai)體(ti)處(chu)于流化狀態，進而形(xing)成懸浮(fu)生長的活(huo)性(xing)污泥(ni)和(he)(he)(he)(he)附(fu)著生長的生物(wu)膜，充分發揮附(fu)著相和(he)(he)(he)(he)懸浮(fu)相生物(wu)兩者的優越性(xing)，不僅提供了(le)宏觀和(he)(he)(he)(he)微觀的好 氧(yang)和(he)(he)(he)(he)厭氧(yang)環境，還解(jie)決了(le)自養硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化菌(jun)(jun)、異(yi)養反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化菌(jun)(jun)與(yu)異(yi)養細(xi)菌(jun)(jun)的DO之爭和(he)(he)(he)(he)碳源之爭。故MBBR可實(shi)現(xian)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化和(he)(he)(he)(he)反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化兩個(ge)過程的動力學平衡(heng)，具有同步(bu)(bu)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化非常良好的條件(jian)，能(neng)實(shi)現(xian)MBBR同步(bu)(bu)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化反(fan)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)化脫氮(dan)。
三、MBBR同步硝化反硝化的影(ying)響因素
實(shi)現 MBBR 同步硝化(hua)(hua)反(fan)(fan)(fan)硝化(hua)(hua)的(de)關鍵技術是控(kong)制(zhi)(zhi) MBBR 內硝化(hua)(hua)和(he)反(fan)(fan)(fan)硝化(hua)(hua)的(de)反(fan)(fan)(fan)應(ying)動力學(xue)平衡，解決自養硝化(hua)(hua)菌(jun)和(he)異養細(xi)菌(jun)的(de)DO之爭及反(fan)(fan)(fan)硝化(hua)(hua)菌(jun)和(he)異養細(xi)菌(jun)的(de)碳源(yuan)之爭等，故實(shi)現其主要控(kong)制(zhi)(zhi)因素有：碳氮(dan)比(bi)、溶解氧濃(nong)度、溫度和(he)酸(suan)堿度等。
1、填料對MBBR法的影響
MBBR法的(de)(de)(de)技術關鍵(jian)在于(yu)比(bi)(bi)重接(jie)近于(yu)水(shui)、輕微(wei)攪拌下易于(yu)隨(sui)水(shui)自(zi)由運動(dong)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)填(tian)(tian)(tian)料(liao)。通常(chang)填(tian)(tian)(tian)料(liao)由聚乙烯塑料(liao)制成(cheng)，每一(yi)個載(zai)(zai)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)外形(xing)為(wei)直徑10mm、高8mm的(de)(de)(de)小圓柱(zhu)體(ti)(ti)，圓柱(zhu)體(ti)(ti)中有(you)十字支(zhi)撐(cheng)，外壁(bi)有(you)突出的(de)(de)(de)豎條狀鰭翅，填(tian)(tian)(tian)料(liao)中空部分占(zhan)整個體(ti)(ti)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)0.95，即在一(yi)個充滿水(shui)和填(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)(de)(de)容(rong)(rong)器中，每一(yi)個填(tian)(tian)(tian)料(liao)中水(shui)占(zhan)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)積(ji)(ji)為(wei)95%。考慮到填(tian)(tian)(tian)料(liao)旋轉以及總(zong)容(rong)(rong)器容(rong)(rong)積(ji)(ji)，填(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)充比(bi)(bi)被定義(yi)為(wei)載(zai)(zai)體(ti)(ti)所占(zhan)空問的(de)(de)(de)比(bi)(bi)例，為(wei)了達到最好的(de)(de)(de)混合效果，填(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)(de)(de)填(tian)(tian)(tian)充比(bi)(bi)最大為(wei)0.7。理(li)論上(shang)填(tian)(tian)(tian)料(liao)總(zong)的(de)(de)(de)比(bi)(bi)表(biao)(biao)面積(ji)(ji)是按照每一(yi)單位體(ti)(ti)積(ji)(ji)生(sheng)(sheng)物(wu)載(zai)(zai)體(ti)(ti)比(bi)(bi)表(biao)(biao)面積(ji)(ji)的(de)(de)(de)數量(liang)來定義(yi)的(de)(de)(de)，一(yi)般為(wei)700m2/m3。當(dang)生(sheng)(sheng)物(wu)膜在載(zai)(zai)體(ti)(ti)內部生(sheng)(sheng)長時，實(shi)際有(you)效利用(yong)的(de)(de)(de)比(bi)(bi)表(biao)(biao)面積(ji)(ji)約(yue)為(wei)500m2/m3。
此類型的生(sheng)物填(tian)料(liao)有利于(yu)微生(sheng)物在填(tian)料(liao)內側附著生(sheng)長，形成較(jiao)穩定的生(sheng)物膜(mo)，并且(qie)容易形成流(liu)化狀(zhuang)態。當(dang)預處(chu)(chu)理要求較(jiao)低或(huo)污(wu)水(shui)中含有大量(liang)纖維物質(zhi)時，例如在市政污(wu)水(shui)處(chu)(chu)理中不采(cai)用(yong)初(chu)沉池或(huo)者在處(chu)(chu)理含有大量(liang)纖維的造紙(zhi)廢水(shui)時，采(cai)用(yong)比表面積較(jiao)小、尺寸較(jiao)大的生(sheng)物填(tian)料(liao)，當(dang)已有較(jiao)好的預處(chu)(chu)理或(huo)用(yong)于(yu)硝化時，采(cai)用(yong)比表面積大的生(sheng)物填(tian)料(liao)。
2、溶(rong)解氧(DO)對(dui)MBBR法的影響
DO濃度(du)是影響同步硝化(hua)一反硝化(hua)的(de)(de)(de)一個主要的(de)(de)(de)限(xian)制因素，通過對DO濃度(du)的(de)(de)(de)控(kong)制，可使生物膜的(de)(de)(de)不同部位形成(cheng)好氧(yang)區或缺(que)氧(yang)區，這(zhe)樣(yang)便具有了(le)實現同步硝化(hua)一反硝化(hua)的(de)(de)(de)物理(li)條件。
從理論(lun)上(shang)講(jiang)，當DO質(zhi)量濃度過于高(gao)時，DO能穿透(tou)到生物(wu)(wu)膜(mo)內部(bu)(bu)，使(shi)(shi)其內部(bu)(bu)難以(yi)形(xing)成缺氧區，大量的(de)氨氮(dan)被氧化為硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)和亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸鹽(yan)，使(shi)(shi)得出(chu)(chu)水(shui)TN仍然很(hen)(hen)高(gao)；反(fan)之，如果(guo)DO濃度很(hen)(hen)低(di)，就會造成生物(wu)(wu)膜(mo)內部(bu)(bu)很(hen)(hen)大比例的(de)厭氧區，生物(wu)(wu)膜(mo)反(fan)硝(xiao)(xiao)化能力增(zeng)強(出(chu)(chu)水(shui)硝(xiao)(xiao)氮(dan)和亞(ya)硝(xiao)(xiao)氮(dan)濃度都很(hen)(hen)低(di))，但由于DO供應不足，MBBR工(gong)藝(yi)硝(xiao)(xiao)化效果(guo)下降，使(shi)(shi)得出(chu)(chu)水(shui)氨氮(dan)濃度上(shang)升，從而(er)導致出(chu)(chu)水(shui)TN上(shang)升，影響最終(zhong)的(de)處理效果(guo)。
通過(guo)研究最終得(de)出(chu)了MBBR法處理(li)城(cheng)市生活污水(shui)DO的(de)(de)一個最佳值：當DO質量濃度(du)在(zai)(zai)2mg/L以(yi)上(shang)時，DO對(dui)MBBR硝化效(xiao)果的(de)(de)影響(xiang)不(bu)大，氨氮的(de)(de)去(qu)除率(lv)可(ke)達97%-99%，出(chu)水(shui)氨氮都(dou)能保(bao)持在(zai)(zai)1.0mg/L以(yi)下；DO質量濃度(du)在(zai)(zai)1.0mg/L左右(you)時，氨氮的(de)(de)去(qu)除率(lv)在(zai)(zai)84%左右(you)，出(chu)水(shui)氨氮濃度(du)有明顯上(shang)升。另外，曝氣池內(nei)DO也不(bu)宜過(guo)高，溶(rong)解(jie)氧(yang)過(guo)高能夠導致有機污染物分解(jie)過(guo)快，從而使微生物缺乏(fa)營養，活性污泥(ni)易(yi)于老化，結構松散。此外，DO過(guo)高，過(guo)量耗(hao)能，在(zai)(zai)經濟(ji)上(shang)也是不(bu)適宜的(de)(de)。
因為MBBR法主要是通過懸浮(fu)填(tian)(tian)(tian)料(liao)來實現最終的(de)(de)(de)(de)(de)(de)污水(shui)(shui)(shui)(shui)處理，所以DO對(dui)懸浮(fu)填(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響也是影(ying)響整個處理結果的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵。有研究表明反應器的(de)(de)(de)(de)(de)(de)充(chong)氧(yang)(yang)能力在(zai)一定范圍(wei)內隨(sui)著(zhu)懸浮(fu)填(tian)(tian)(tian)料(liao)填(tian)(tian)(tian)充(chong)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大而增(zeng)(zeng)大。在(zai)曝氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用下，水(shui)(shui)(shui)(shui)隨(sui)填(tian)(tian)(tian)料(liao)一起流(liu)化，水(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)紊動程度較無填(tian)(tian)(tian)料(liao)時(shi)大，加速(su)了氣(qi)液界面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)更新和(he)氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)移，使氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)移速(su)率(lv)提(ti)高(gao)。隨(sui)著(zhu)填(tian)(tian)(tian)料(liao)數量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)多，填(tian)(tian)(tian)料(liao)、氣(qi)流(liu)和(he)水(shui)(shui)(shui)(shui)流(liu)三者之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)這種切(qie)割作用和(he)紊動作用不斷加強(qiang)。但加入(ru)填(tian)(tian)(tian)料(liao)量為60%時(shi)，填(tian)(tian)(tian)料(liao)在(zai)水(shui)(shui)(shui)(shui)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)化效果變差，水(shui)(shui)(shui)(shui)體紊動程度也降(jiang)低，使得氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳遞速(su)率(lv)下降(jiang)，氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)利用率(lv)降(jiang)低。所以針對(dui)不同類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)質，控制好DO的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量對(dui)整個工藝最終的(de)(de)(de)(de)(de)(de)處理結果是至關重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。
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