ไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นของ MBBR เกิดขึ้นพร้อมกันได้อย่างไร
(1) แนวคิดของการทำไนตริฟิเคชั่นและการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพ (SND) พร้อมกัน
ไนตริฟิเคชั่น ดีไนตริฟิเคชั่น และดีไนตริฟิเคชั่น (SND) พร้อมกันคือการผลิตไนตริฟิเคชั่น ดีไนตริฟิเคชั่น และการกำจัดคาร์บอนพร้อมกันในเครื่องปฏิกรณ์เดียวกัน มันทำลายมุมมองดั้งเดิมที่ว่า ไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในเวลาเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะแอโรบิก การดีไนตริฟิเคชั่นก็สามารถเกิดขึ้นได้เช่นกัน ทำให้สามารถเกิดไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกันได้
กระบวนการไนตริฟิเคชั่นใช้ความเป็นด่าง และกระบวนการดีไนตริฟิเคชั่นทำให้เกิดความเป็นด่าง ดังนั้น SND สามารถรักษาค่า pH ในเครื่องปฏิกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่จำเป็นต้องทำให้เป็นกลางของกรด-เบส และไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งคาร์บอนภายนอก ช่วยประหยัดปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์ ลดเวลาปฏิกิริยา และลดสถานะไนเตรต ความเข้มข้นของไนโตรเจนสามารถลดตะกอนที่ลอยอยู่ในถังตกตะกอนทุติยภูมิ ดังนั้น SND จึงกลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยของการดีไนตริฟิเคชันทางชีวภาพ สำหรับความเป็นไปได้ของการดีไนตริฟิเคชันทางชีวภาพของ SND ขณะนี้มีมุมมองหลักสามประการจากมุมมองที่ต่างกัน:
มุมมองด้านสิ่งแวดล้อมมหภาค: มุมมองนี้เชื่อว่าไม่มีสถานะการผสมที่สม่ำเสมอโดยสมบูรณ์ และการกระจาย DO ที่ไม่สม่ำเสมอในเครื่องปฏิกรณ์สามารถก่อให้เกิดพื้นที่แอโรบิก แอนออกซิก และแอนแอโรบิก ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเดียวกันภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นพิษ/ไม่ใช้ออกซิเจน สภาวะแวดล้อม ปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชั่น รวมกับการกำจัดสารอินทรีย์ในสภาพแวดล้อมแอโรบิกและไนตริฟิเคชันของแอมโมเนียไนโตรเจนในส่วนนี้ SND สามารถทำได้
จากมุมมองของสภาพแวดล้อมจุลภาค: มุมมองนี้ถือได้ว่าสภาพแวดล้อมจุลภาคที่เป็นพิษในกลุ่มจุลินทรีย์เป็นสาเหตุหลักสำหรับการก่อตัวของ SND นั่นคือเนื่องจากข้อ จำกัด ของการแพร่กระจายของออกซิเจน (การส่งผ่าน) มีการไล่ระดับออกซิเจนที่ละลายในจุลินทรีย์ floc ซึ่งเอื้อต่อการทำให้ไนตริฟิเคชั่นและการดีไนตริฟิเคชั่นไมโครสภาพแวดล้อมเกิดขึ้นพร้อมกัน
มุมมองทางชีวภาพ: มุมมองนี้ถือได้ว่าการมีอยู่ของประชากรจุลินทรีย์พิเศษถือเป็นสาเหตุหลักของการเกิด SND แบคทีเรียไนตริฟิเคชั่นบางชนิดสามารถทำการดีไนตริฟิเคชั่นนอกเหนือจากไนตริฟิเคชั่นปกติ และนักวิชาการชาวดัตช์บางคนได้ทำการแยกไนตริฟิเคชั่นแบบแอโรบิก และสามารถดำเนินการดีไนตริฟิเคชันแบบแอโรบิกของ Thiococcus pantrophicus; แบคทีเรียบางชนิดร่วมมือกันทำปฏิกิริยาตามลำดับเพื่อเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนโตรเจน ซึ่งทำให้มีความเป็นไปได้ที่จะทำให้ดีไนตริฟิเคชันทางชีวภาพสมบูรณ์ในเครื่องปฏิกรณ์เดียวกันภายใต้สภาวะเดียวกัน
ในปัจจุบัน มีการศึกษาทางจุลชีววิทยาและคำอธิบายเกี่ยวกับการดีไนตริฟิเคชันทางชีววิทยามากมาย แต่ก็ยังไม่สมบูรณ์แบบ และความเข้าใจเกี่ยวกับปรากฏการณ์ SND ยังอยู่ระหว่างการพัฒนาและการสำรวจ ทฤษฎีจุลภาคเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป เนื่องจากการมีอยู่ของการไล่ระดับออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายน้ำที่ผิวด้านนอกของจุลินทรีย์ flocs หรือไบโอฟิล์มจึงสูง ส่วนใหญ่เป็นแบคทีเรียไนตริไฟดิ้งแบบแอโรบิกและแบคทีเรียแอมโมเนีย ลึกเข้าไปข้างใน การถ่ายโอนออกซิเจนถูกปิดกั้น และภายนอก ออกซิเจนละลายน้ำจำนวนมากถูกใช้เพื่อผลิตบริเวณที่เป็นพิษ และแบคทีเรียดีไนตริไฟดิ้งเป็นสายพันธุ์ที่มีอำนาจเหนือกว่า ซึ่งสามารถนำไปสู่การเกิดไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันพร้อมกันได้ ทฤษฎีนี้อธิบายปัญหาทั่วไปของแบคทีเรียชนิดต่างๆ ในเครื่องปฏิกรณ์เดียวกัน แต่ก็ยังมีข้อบกพร่อง นั่นคือ ปัญหาของแหล่งคาร์บอนอินทรีย์ แหล่งคาร์บอนอินทรีย์ไม่เพียงแต่เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนของเฮเทอโรโทรฟิกดีไนตริฟิเคชั่น แต่ยังเป็นตัวยับยั้งกระบวนการไนตริฟิเคชันด้วย เมื่อแหล่งคาร์บอนอินทรีย์ในน้ำเสียไหลผ่านชั้นแอโรบิก จะถูกออกซิไดซ์ในขั้นแรกโดยแอโรบิกออกซิเดชัน แบคทีเรีย denitrifying ในเขต anoxic เกิดจากการที่ผู้บริจาคอิเล็กตรอนไม่เพียงพอลดอัตราการดีไนตริฟิเคชั่นซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการดีไนตริฟิเคชั่นของ SND ดังนั้น ยังต้องปรับปรุงกลไกของไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน
(2) กลไกของไนตริฟิเคชั่น ดีไนตริฟิเคชั่น และดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกันในเตียงเคลื่อนที่ทางชีวภาพ MBBR
MBBR เป็นเครื่องปฏิกรณ์ชนิดใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งรวมเอาวิธีเร่งการเจริญเติบโตของตะกอนเร่งตะกอนและวิธีการไบโอฟิล์มของการเจริญเติบโตที่แนบมา หลักการออกแบบพื้นฐานคือการเพิ่มสารแขวนลอยโดยตรงด้วยแรงโน้มถ่วงที่เฉพาะเจาะจงใกล้กับน้ำ และสามารถแขวนลอยในน้ำเข้าไปในถังปฏิกิริยาตามกิจกรรมของจุลินทรีย์ สารตัวพา สารแขวนลอยสามารถสัมผัสกับสิ่งปฏิกูลได้บ่อยครั้ง และไบโอฟิล์ม (ฟิล์มแขวน) จะค่อยๆ เติบโตบนพื้นผิวของสารตัวเติม ซึ่งเสริมความแข็งแกร่งให้กับผลการถ่ายเทมวลของสารมลพิษ ออกซิเจนที่ละลายในน้ำ และไบโอฟิล์ม กล่าวคือ MBBR คือ เรียกว่า "ฟิล์มชีวภาพเคลื่อนที่" เมมเบรน" จากการวิจัยเกี่ยวกับกลไก SND จนถึงขณะนี้ รวมกับสภาพแวดล้อมจุลภาคและทฤษฎีทางชีววิทยา โหมดปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ของ SND ในไบโอฟิล์ม MBBR คือแบคทีเรียออกซิไดซ์แอมโมเนีย แบคทีเรียไนไตรต์ออกซิไดซ์ และดีไนตริฟิเคชันแอโรบิกที่กระจายอยู่ในชั้นแอโรบิกของไบโอฟิล์ม แบคทีเรียร่วมมือกับแบคทีเรียแอนนาม็อกซ์ แบคทีเรียออโตโทรฟิกไนไตรต์ และแบคทีเรียดีไนตริไฟดิ้งที่กระจายอยู่ในชั้นแอน็อกซิกทางชีวภาพ และในที่สุดก็บรรลุวัตถุประสงค์ของการดีไนตริฟิเคชัน
MBBR อาศัยการเติมอากาศในถังเติมอากาศและเอฟเฟกต์การยกของการไหลของน้ำเพื่อทำให้ตัวพาอยู่ในสถานะฟลูอิไดซ์ ดังนั้นจึงเกิดตะกอนเร่งปฏิกิริยาแบบแขวนลอยและไบโอฟิล์มที่ติดอยู่ ทำให้ได้ประโยชน์อย่างเต็มที่จากสิ่งมีชีวิตที่ติดอยู่และแขวนลอย ไม่เพียงแต่ให้สภาพแวดล้อมแอโรบิกและแอนแอโรบิกในระดับมหภาคและด้วยกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น แต่ยังช่วยแก้ไขข้อพิพาท DO และข้อพิพาทเกี่ยวกับแหล่งที่มาของคาร์บอนระหว่างแบคทีเรีย autotrophic nitrifying แบคทีเรีย heterotrophic denitrifying และแบคทีเรีย heterotrophic ดังนั้น MBBR สามารถทำให้เกิดความสมดุลแบบไดนามิกของกระบวนการทั้งสองของไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่น และมีเงื่อนไขที่ดีมากสำหรับไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันพร้อมกัน และสามารถรับรู้ MBBR ไนตริฟิเคชัน ดีไนตริฟิเคชัน และดีไนตริฟิเคชันพร้อมกัน MBBR
ปัจจัยที่มีอิทธิพลของ MBBR ไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน
เทคโนโลยีหลักในการทำให้ไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชันพร้อมกันใน MBBR คือการควบคุมสมดุลจลนศาสตร์ของไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันใน MBBR และเพื่อแก้ไขข้อพิพาท DO ระหว่างแบคทีเรีย autotrophic nitrifying และแบคทีเรีย heterotrophic และข้อพิพาทแหล่งคาร์บอนระหว่างแบคทีเรีย denitrifying และแบคทีเรีย heterotrophic เป็นต้น ดังนั้นปัจจัยควบคุมหลักคือ อัตราส่วนคาร์บอนไนโตรเจน ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ อุณหภูมิ และ pH
(1) อิทธิพลของสารตัวเติมต่อวิธี MBBR
คีย์ทางเทคนิคของวิธี MBBR อยู่ในสารตัวเติมทางชีวภาพที่มีความถ่วงจำเพาะใกล้เคียงกับน้ำ และง่ายต่อการเคลื่อนที่อย่างอิสระด้วยน้ำภายใต้การกวนเล็กน้อย โดยปกติฟิลเลอร์จะทำจากพลาสติกโพลีเอทิลีน รูปร่างของตัวยึดแต่ละตัวเป็นทรงกระบอกขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10มม. และสูง 8 มม. มีการรองรับกากบาทในกระบอกสูบและครีบแนวตั้งที่ยื่นออกมาที่ผนังด้านนอก ส่วนที่กลวงของสารตัวเติมคิดเป็น 0.95 เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรทั้งหมด กล่าวคือในภาชนะที่เต็มไปด้วยน้ำและสารตัวเติม ปริมาตรของน้ำในแต่ละสารตัวเติมจะเท่ากับ 95 เปอร์เซ็นต์ โดยคำนึงถึงการหมุนของตัวเติมและปริมาตรรวมของคอนเทนเนอร์ อัตราส่วนการเติมของตัวเติมถูกกำหนดให้เป็นสัดส่วนของพื้นที่ที่ผู้ให้บริการครอบครอง เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์การผสมที่ดีที่สุด อัตราส่วนการบรรจุของฟิลเลอร์อยู่ที่สูงสุด 0.7 ในทางทฤษฎี พื้นที่ผิวจำเพาะทั้งหมดของสารตัวเติมถูกกำหนดโดยจำนวนพื้นที่ผิวจำเพาะต่อหน่วยปริมาตรของตัวพาทางชีวภาพ ซึ่งโดยทั่วไปคือ 700m2/m3 เมื่อไบโอฟิล์มเติบโตภายในตัวพา การใช้พื้นที่ผิวจำเพาะอย่างมีประสิทธิภาพจะอยู่ที่ประมาณ 500 ตร.ม./ลบ.ม.
สารตัวเติมทางชีวภาพประเภทนี้เอื้อต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่อยู่ภายในตัวเติม ทำให้เกิดไบโอฟิล์มที่ค่อนข้างเสถียร และง่ายต่อการสร้างสถานะฟลูอิไดซ์ เมื่อความต้องการในการปรับสภาพต่ำหรือสิ่งปฏิกูลมีสารเส้นใยจำนวนมาก เช่น ถังตกตะกอนหลักไม่ได้ใช้ในการบำบัดน้ำเสียในเขตเทศบาล หรือเมื่อบำบัดน้ำเสียจากการผลิตกระดาษที่มีเส้นใยจำนวนมาก สารตัวเติมชีวภาพที่มี ใช้พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดเล็กและขนาดใหญ่ เมื่อมีการปรับสภาพที่ดีกว่าหรือสำหรับไนตริฟิเคชั่น สารตัวเติมทางชีวภาพที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่จะถูกนำมาใช้
(2) ผลของออกซิเจนละลายน้ำ (DO) ต่อวิธี MBBR
ความเข้มข้นของ DO เป็นปัจจัยจำกัดที่สำคัญที่ส่งผลต่อไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นพร้อมกัน โดยการควบคุมความเข้มข้นของ DO ส่วนต่างๆ ของไบโอฟิล์มสามารถสร้างโซนแอโรบิกหรือโซนแอนซิก ซึ่งมีความสามารถในการทำให้เกิดไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชั่นได้พร้อมกัน สภาพร่างกาย
ในทางทฤษฎี เมื่อความเข้มข้นของ DO สูงเกินไป DO สามารถเจาะเข้าไปด้านในของไบโอฟิล์มได้ ทำให้ยากต่อการสร้างโซนอ็อกซิกภายใน และแอมโมเนียไนโตรเจนจำนวนมากจะถูกออกซิไดซ์เป็นไนเตรตและไนไตรท์ ทำให้ TN ของเสียยังคงสูง . ในทางตรงกันข้าม ถ้าความเข้มข้นของ DO ต่ำมาก ส่วนใหญ่ของโซนไม่ใช้ออกซิเจนจะก่อตัวขึ้นภายในไบโอฟิล์ม และความสามารถในการดีไนตริฟิเคชันของไบโอฟิล์มจะเพิ่มขึ้น (ความเข้มข้นของไนเตรตและไนไตรต์ในน้ำทิ้งจะต่ำมาก ) แต่เนื่องจากปริมาณ DO ไม่เพียงพอ MBBR ผลไนตริฟิเคชันของกระบวนการลดลง ดังนั้นความเข้มข้นของแอมโมเนียไนโตรเจนในน้ำทิ้งจะเพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของ TN ของน้ำทิ้ง ซึ่งส่งผลต่อผลการบำบัดขั้นสุดท้าย
จากการวิจัย ได้ค่าที่เหมาะสมที่สุดของวิธี MBBR ในการบำบัดน้ำเสียชุมชนเมือง DO ได้ในที่สุด เมื่อความเข้มข้นของ DO สูงกว่า 2 มก./ลิตร DO จะมีผลเพียงเล็กน้อยต่อผลของไนตริฟิเคชันของ MBBR และอัตราการกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจนสามารถ ถึง 97 เปอร์เซ็นต์ -99 เปอร์เซ็นต์ เปอร์เซ็นต์ น้ำทิ้งของแอมโมเนียไนโตรเจนสามารถเก็บไว้ต่ำกว่า 1.0มก./ลิตร; เมื่อความเข้มข้นของมวล DO อยู่ที่ประมาณ 10มก./ลิตร อัตราการกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจนจะอยู่ที่ประมาณ 84 เปอร์เซ็นต์ และความเข้มข้นของแอมโมเนียไนโตรเจนจากน้ำทิ้งเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ DO ในถังเติมอากาศไม่ควรสูงเกินไป ออกซิเจนที่ละลายในน้ำสูงเกินไปอาจทำให้สารมลพิษอินทรีย์สลายตัวเร็วเกินไป ทำให้จุลินทรีย์ขาดสารอาหาร ตะกอนเร่งจะเสื่อมสภาพง่าย และโครงสร้างหลวม นอกจากนี้ DO สูงเกินไปและการใช้พลังงานที่มากเกินไปไม่เหมาะในเชิงเศรษฐกิจ
เนื่องจากวิธี MBBR ส่วนใหญ่ตระหนักถึงการบำบัดน้ำเสียขั้นสุดท้ายผ่านสารตัวเติมแขวนลอย ผลของ DO ต่อสารตัวเติมแขวนลอยจึงเป็นกุญแจสำคัญในผลลัพธ์การบำบัดโดยรวม จากการศึกษาพบว่าความสามารถในการเติมออกซิเจนของเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มขึ้นตามอัตราการเติมของสารตัวเติมแขวนลอยที่เพิ่มขึ้นภายในช่วงที่กำหนด ภายใต้การกระทำของการเติมอากาศ น้ำจะถูกฟลูอิไดซ์ร่วมกับฟิลเลอร์ และความปั่นป่วนของการไหลของน้ำนั้นมากกว่าที่ไม่มีฟิลเลอร์ ซึ่งเร่งการต่ออายุของส่วนต่อประสานระหว่างแก๊สและของเหลวและการถ่ายโอนออกซิเจน และเพิ่มอัตรา ของการถ่ายโอนออกซิเจน เมื่อปริมาณของสารเติมแต่งเพิ่มขึ้น การตัดและการกระทำที่ปั่นป่วนระหว่างสารตัวเติม การไหลของอากาศ และการไหลของน้ำจะยังคงแข็งแกร่งขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณของสารตัวเติมเพิ่มขึ้นเป็น 60 เปอร์เซ็นต์ ผลของการทำให้เป็นของเหลวของสารตัวเติมในน้ำจะไม่ดี และระดับความปั่นป่วนในแหล่งน้ำก็ลดลงด้วย ซึ่งจะช่วยลดอัตราการส่งผ่านของออกซิเจนและอัตราการใช้ออกซิเจน ดังนั้น สำหรับคุณภาพน้ำประเภทต่างๆ การควบคุมปริมาณ DO จึงมีความสำคัญต่อผลการบำบัดขั้นสุดท้ายของกระบวนการทั้งหมด
MBBR คืออะไร?
กระบวนการ MBBR ขึ้นอยู่กับหลักการพื้นฐานของวิธีไบโอฟิล์ม การเพิ่มสารพาหะแขวนลอยจำนวนหนึ่งลงในเครื่องปฏิกรณ์ ชีวมวลและสปีชีส์ทางชีวภาพในเครื่องปฏิกรณ์จะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลของเครื่องปฏิกรณ์ เนื่องจากความหนาแน่นของสารตัวเติมใกล้เคียงกับน้ำ จึงถูกผสมกับน้ำอย่างสมบูรณ์ในระหว่างการเติมอากาศ และสภาพแวดล้อมสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์คือก๊าซ ของเหลว และของแข็งสามเฟส
การชนกันของตัวพาหะในน้ำทำให้ฟองอากาศมีขนาดเล็กลงและเพิ่มอัตราการใช้ออกซิเจน นอกจากนี้ผู้ให้บริการแต่ละรายมีสายพันธุ์ทางชีวภาพที่แตกต่างกันภายในและภายนอกโดยมีแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนหรือแบคทีเรียที่เจริญเติบโตภายในและแบคทีเรียแอโรบิกภายนอกเพื่อให้แต่ละพาหะเป็นไมโครปฏิกรณ์เพื่อให้ปฏิกิริยาไนตริฟิเคชั่นและปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชั่นอยู่ร่วมกัน ดังนั้นจึงปรับปรุงผลการประมวลผล .