MBBR Prozessdesign berechnen und detaillieren

MBBR Prozessdesign berechnen und detaillieren

Von: Kate

Email: info@juntaiplastic.com

Datum: 12. Juli 2021

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist MBBR und MBBR Full Form?

2. Design des MBBR-Prozesses

2.1 Einführung eines Biofilmträgers

2.2 Entfernung von kohlenstoffhaltigen Substanzen

2.3 Design von Hochlast-MBBR

2.4 Design des konventionellen Last-MBBR

2.5 Design von MBBR mit niedriger Last

2.6 Nitrifikation der MBBR-Technologie

2.7 Denitrifikation des MBBR-Tanks

     2.7.1 Bewegtbett-Biofilmreaktor mit Vordenitrifikation

     2.7.2 Bewegtbett-Biofilmreaktor mit Nachdenitrifikation

     2.7.3 Kombinierter Bewegtbett-Biofilmreaktor vor/nach Denitrifikation

     2.7.4 Agitation der Denitrifikation

2.8 Vorverarbeitung

2.9Fest-Flüssig-Trennung von MBBR

2.10 Überlegungen beim Entwerfen von MBBR

     2.10.1MBBR Reisedurchfluss (horizontaler Durchfluss)

     2.10.2 Probleme mit MBBR-Tankschaum

     2.10.3 Räumung und vorübergehende Lagerung von Trägerbetten

1. Was ist MBBR und MBBR Full Form?

In den letzten 20 Jahren hat sich der Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) zu einem einfachen, robusten, flexiblen und kompakten Abwasserbehandlungsverfahren entwickelt. Verschiedene MBBR-Konfigurationen wurden erfolgreich zur BOD-Entfernung, Ammoniakoxidation und Stickstoffentfernung eingesetzt und können unterschiedliche Abwasserqualitätskriterien erfüllen, einschließlich strenger Nährstoffbeschränkungen.

Der Bewegtbett-Biofilmreaktor verwendet speziell entwickelten Kunststoff als Biofilmträger und durch Belüftung rührende Flüssigkeit

Der Träger kann im Reaktor durch Refluxieren oder mechanisches Mischen suspendiert werden. In den meisten Fällen ist der Träger zwischen 1/3 und 2/3 des Reaktors gefüllt. Die Vielseitigkeit des MBBR ermöglicht es dem Konstrukteur, seine Vorstellungskraft voll auszuschöpfen. Der Hauptunterschied zwischen dem MBBR und anderen Biofilmreaktoren besteht darin, dass er viele der Vorteile der Belebtschlamm- und Biofilmverfahren kombiniert und gleichzeitig so viele ihrer Nachteile wie möglich vermeidet.

1) Wie andere getauchte Biofilmreaktoren ist MBBR in der Lage, hochspezialisierte aktive Biofilme zu bilden, die an die spezifischen Bedingungen innerhalb des Reaktors angepasst werden können. Der hochspezialisierte aktive Biofilm führt zu einer hohen Effizienz pro Volumeneinheit des Reaktors und erhöht die Stabilität des Prozesses, wodurch die Größe des Reaktors verringert wird.

2) Die Flexibilität und der Verfahrensablauf von MBBR sind denen von Belebtschlamm sehr ähnlich, wodurch mehrere Reaktoren nacheinander entlang der Strömungsrichtung angeordnet werden können, um mehrere Behandlungsziele (z Notwendigkeit einer Zwischenpumpe.

3) Der größte Teil der aktiven Biomasse wird dauerhaft im Reaktor zurückgehalten, so dass anders als beim Belebtschlammverfahren MBBR die Feststoffkonzentration im MBBR-Abfluss mindestens so hoch ist wie die Feststoffkonzentration im Reaktor. Der MBBR ist um eine Größenordnung niedriger als der herkömmliche Sedimentationstank, sodass der MBBR zusätzlich zum herkömmlichen Sedimentationstank eine Vielzahl verschiedener Fest-Flüssig-Trennverfahren verwenden kann.

4) MBBR ist vielseitig und der Reaktor kann unterschiedliche Geometrien haben. Bei Retrofit-Projekten eignet sich MBBR gut für die Nachrüstung bestehender Teiche.

2.Design des MBBR-Prozesses

Das Design von MBBR basiert auf dem Konzept, dass mehrere MBBR eine Reihe mit jeweils einer bestimmten Funktion bilden und dass diese MBBR zusammenarbeiten, um die Aufgabe der Abwasserbehandlung zu erfüllen. Dieses Verständnis ist angemessen, da jeder Reaktor unter den bereitgestellten einzigartigen Bedingungen (z. B. verfügbare Elektronendonoren und Elektronenakzeptoren) in der Lage ist, einen spezialisierten Biofilm zu kultivieren, der verwendet werden kann, um eine bestimmte Behandlungsaufgabe zu erfüllen. Dieser modulare Ansatz kann als einfaches und unkompliziertes Design angesehen werden, das aus einer Abfolge mehrerer vollständig gemischter Reaktoren besteht, von denen jeder einen einzigartigen Behandlungszweck hat. Demgegenüber ist die Auslegung von Belebtschlammanlagen sehr komplex: Da es immer wieder zu Konkurrenzreaktionen kommt, um innerhalb der durch jeden Teil des Beckens (Belüftungs- und Nichtbelüftungszonen) begrenzten Verweilzeit das gewünschte Behandlungsziel zu erreichen, müssen die Die Gesamtverweilzeit der Biofeststoffe (SRT) muss auf einem geeigneten Niveau gehalten werden, damit sich Bakterien (in Bezug auf Bakterienwachstumsraten und Rohwassereigenschaften) vermischen und zusammenwachsen können.

Es ist die Einfachheit von MBBR, die es uns ermöglicht, den Biofilm in MBBR durch die Beobachtungen von Forschern, Ingenieuren und Betreibern von Kläranlagen in der Praxis gut zu verstehen. Der Großteil dieses Whitepapers enthält Beispiele für MBBR-Beobachtungen und demonstriert dabei die kritischen Komponenten und Faktoren, die bei MBBR-Design und -Betrieb zu berücksichtigen sind.

● JuntaiMBBRPProzessFniedrigDDiagramm

2.1Einführung eines Biofilmträgers

Der Schlüssel zum Erfolg eines jeden Biofilmreaktors ist die Aufrechterhaltung eines hohen Prozentsatzes an bioaktivem Volumen innerhalb des Reaktors. Bei der Umrechnung der Biomassekonzentration auf MBBR-Trägern auf die Schwebstoffkonzentration liegen die Werte im Allgemeinen bei etwa 1000 bis 5000 mg/l. Bezogen auf das Einheitsvolumen ist die Entfernungsrate von MBBR viel höher als die von Belebtschlammsystemen. Dies kann auf Folgendes zurückgeführt werden.

1) Die durch die Mischenergie (z. B. Belüftung) auf den Träger ausgeübte Scherkraft steuert effektiv die Dicke des Biofilms auf dem Träger, wodurch eine hohe biologische Gesamtaktivität aufrechterhalten wird.

2) Die Fähigkeit, ein hohes Maß an dedizierter Biomasse unter bestimmten Bedingungen in jedem Reaktor aufrechtzuerhalten, unabhängig von der gesamten HRT des Systems.

3) Der turbulente Strömungszustand im Reaktor hält die erforderliche Diffusionsgeschwindigkeit aufrecht.

Wanderbettreaktoren können zur BSB-Entfernung, Nitrifikation und Denitrifikation eingesetzt und somit zu unterschiedlichen Prozessen kombiniert werden. Tabelle 1-1 fasst die verschiedenen Prozesse von MBBR zusammen. Die Bestimmung des effizientesten Prozesses hängt von den folgenden Faktoren ab.

1) Örtliche Gegebenheiten, einschließlich Anordnung und hydraulischer Querschnitt (Höhe) der Kläranlage.

2) Bestehende Behandlungsverfahren und die Möglichkeit, bestehende Anlagen und Teiche zu modifizieren.

3) Zielwasserqualität.

● Tabelle 1-1 MBBR-Prozesszusammenfassung

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) ist die Substratentfernungsrate von MBBR eine Reaktion erster Ordnung. Unter kontrollierten Bedingungen kann die Trägeroberflächenentfernungsrate (SAAR) als Funktion der Trägeroberflächenbelastung (SALR) ausgedrückt werden, wie in Gleichung (1-1) gezeigt.

r =r_max-[L/(K plus L)] (1-1)

r - Entfernungsrate (g/(m2 -d));

r_max- maximale Entfernungsrate (g/(m2 -}d)).

L - Laderate (g/(m2 -}d)).

K - Halbsättigungskonstante.

2.2 Entfernung von kohlenstoffhaltigen Substanzen

Die für die Kohlenstoffentfernung erforderliche Oberflächenbelastung (SALR) des Trägers hängt von seinem wichtigsten Behandlungszweck und den Schlamm-Wasser-Trennverfahren ab.

Tabelle 1-2 gibt die üblicherweise verwendeten BSB-Beladungsbereiche für verschiedene Anwendungszwecke an. Bei nachgeschalteter Nitrifikation sollten niedrigere Beladungswerte verwendet werden. Hohe Ladungen sollten nur verwendet werden, wenn nur die Entfernung von Kohlenstoff in Betracht gezogen wird. Die Erfahrung zeigt, dass für die kohlenstoffhaltige Entfernung gelöster Sauerstoff in der flüssigen Hauptphase von 2-3 mg/L ausreicht und eine weitere Erhöhung der gelösten Sauerstoffkonzentration nicht sinnvoll ist, um die Trägeroberflächenentfernungsrate (SARR) zu verbessern.

● Tabelle 1-2 Typische BSB-Beladungswerte

2.3Design von Hochlast-MBBR

Um die grundlegenden Standards der Sekundärbehandlung zu erfüllen, aber ein kompaktes Hochlastsystem zu benötigen, sollten Sie die Verwendung eines Bewegtbettreaktors in Betracht ziehen

Wenn MBBR bei hoher Last arbeitet, ist sein SALR-Wert (Carrier Surface Area Loading) hoch. Wenn MBBR mit hoher Last betrieben wird, ist der Wert der Trägeroberflächenbeladung (SALR) hoch, und das Hauptziel besteht darin, gelöstes und leicht abbaubares BSB aus dem Zuflusswasser zu entfernen. Bei hoher Belastung verliert der abgestoßene Biofilm seine Absetzeigenschaft, daher werden häufig chemische Koagulation, Luftflotation oder Feststoffkontaktverfahren verwendet, um suspendierte Feststoffe aus dem Abwasser von hochbelastetem MBBR zu entfernen. Im Allgemeinen ist dieses Verfahren jedoch ein einfaches Verfahren, das die grundlegenden Standards für eine Zweitbehandlung mit einer kurzen HRT erfüllen kann. Die Ergebnisse der MBBR-Studie mit hoher Belastung sind in Abbildung 1-3 dargestellt. Abbildung 1-3(a) zeigt, dass der MBBR beim Entfernen von COD sehr effektiv ist und über einen weiten Lastbereich im Wesentlichen linear ist. Abbildung 1- 3 (b) veranschaulicht, dass das Absetzen des MBBR-Abflusses selbst bei sehr geringen Oberflächenüberlaufraten sehr schlecht ist, was darauf hindeutet, dass tatsächlich eine verbesserte Feststoffabscheidungsstrategie erforderlich ist. Das MBBR/Feststoff-Kontaktverfahren wurde in der Mao Point Wastewater Treatment Plant in Neuseeland verwendet. Abbildung 1-4 zeigt die Beziehung zwischen der Entfernung von gelöstem BSB und der gesamten Zufluss-BSB-Beladung in dieser Anlage. Abbildung 1-4 zeigt, dass typische Werte der BSB-Entfernung für MBBR mit hoher Belastung 70 bis 75 Prozent betragen. Durch Bioflockung und Weiterbehandlung mit dem Feststoffkontaktverfahren erfüllt das Verfahren die grundlegenden Standards für die Zweitbehandlung.

● Abbildung 1-3

(a) Entfernungsrate von CSB bei hoher Belastung.

(b) Schlechte Sedimentation des abgelösten Biofilms unter hoher Belastung

● Abbildung 1-4 Beziehung zwischen der Entfernungsrate von gelöstem BSB und der Gesamt-BSB-Beladung bei MBBR mit hoher Beladung

2.4 Auslegung konventioneller Belastung MBBR

Wenn das herkömmliche herkömmliche Sekundärbehandlungsverfahren in Betracht gezogen wird, kann ein Bewegtbettreaktor ausgewählt werden. In diesem Fall kann ein sequentielles 2 MBBR in der Reihe die Behandlungsanforderungen erfüllen (sekundäre Behandlungsstufe).

Tabelle 1- 4 fasst die Entfernung von BSB7 in den vier Kläranlagen zusammen. Alle vier Kläranlagen verwendeten konventionell beladenes MBBR mit einer organischen MBBR-Belastung von 7-10 gBOD7 /( m2 -d) (bei 10 Grad); Vor MBBR wurden Chemikalien zur Flockung und Phosphorentfernung eingesetzt, und es wurde auch eine verbesserte Abscheidung von Schwebstoffen implementiert.

● Betriebsergebnisse konventioneller Last-MBBR mit chemischem Phosphorentfernungsprozess

2.5Design von MBBR mit niedriger Last

Wenn der MBBR vor dem Nitrifikationsreaktor angeordnet wird, besteht die wirtschaftlichste Konstruktionsoption darin, die Verwendung des MBBR zur Entfernung organischer Stoffe in Betracht zu ziehen. Dadurch kann der dem MBBR nachgeschaltete Nitrifikations-Wanderbettreaktor eine hohe Nitrifikationsrate erreichen. Wenn die BSB-Fracht des Nitrifikations-MBBR nicht ausreichend reduziert wird, wird die Nitrifikationsrate erheblich reduziert, wodurch der Reaktor in einem ineffizienten Zustand bleibt.

Abbildung {{0}} (a) zeigt die Auswirkung einer zunehmenden BSB-Beladung auf die Nitrifikationsrate des Trägers. Dies ist ein Beispiel für eine hohe BSB-Fracht, die zu einer zu hohen Nitrifikationsfracht im späteren Abschnitt führt, wenn organische Stoffe im vorderen Abschnitt entfernt werden. In diesem Beispiel betrug die Nitrifikationsrate 0,8 g/(m2 -d). Bei einer BSB-Belastung von 2 g/(m2 -}d) und einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Hauptflüssigkeit von 6 mg/L. Bei einer Erhöhung der BSB-Fracht auf 3 g/(m2 -d) betrug die Nitrifikationsrate jedoch 0,8 g/(m2 -d). Wenn jedoch die BSB-Fracht auf 3 g/(m2 -}d erhöht wurde, nahm die Nitrifikationsrate um etwa 50 Prozent ab . Um dem entgegenzuwirken, kann der Bediener die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Hauptflüssigkeitsphase erhöhen oder den Füllgrad erhöhen, um die Oberflächenbeladungsrate zu verringern. Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass ein solcher Ansatz aufgrund mangelnder Wirtschaftlichkeit und Effektivität beim Design nicht verwendet werden sollte. Darüber hinaus sollte beim Entwerfen eines MBBR für die BOD-Entfernung ein konservativer Ansatz gewählt werden, indem eine niedrige Beladungsrate für die Dimensionierung gewählt wird, um eine maximale Effizienz im nachgeschalteten Nitrifikations-MBBR zu erzielen.

Abbildung 1-6(b) zeigt die Nitrifikationsraten der drei aeroben MBBR der Sequenz. In Fig. 6(b) wurde der Träger in jedem MBBR für einen kleinen Versuch der Nitrifikationsrate entfernt. Die Subtests dauerten 6 Wochen und wurden zweimal durchgeführt. In jedem Untertest waren die Bedingungen der drei Untertestreaktoren nahezu identisch (z. B. gelöster Sauerstoff, Temperatur, pH-Wert und Anfangskonzentration von Ammoniakstickstoff). Die Testergebnisse zeigten, dass der erste Reaktor die höchste gelöste CSB-Fracht (5,6 g/(m2 -}d)) und fast keine Nitrifikationswirkung aufwies, aber die CSB-Fracht sehr erfolgreich entfernte. Dies zeigen die folgenden zwei Aspekte.

(1) Die Nitrifikationsrate des Reaktors der zweiten Stufe ist hoch und nahe an der der dritten Stufe.

(2) Die gelösten CSB-Beladungen der zweiten und dritten Stufe waren nicht signifikant unterschiedlich.

Für die Auslegung von Niedriglastreaktoren ist es wichtig, die Trägeroberflächenbelastung (SALR) konservativ zu wählen. Es ist möglich zu

Die folgende Gleichung wurde verwendet, um die Oberflächenbeladung des Trägers (SALR) entsprechend der Temperatur des Ausflusses zu korrigieren: LT=L101.06(T-10)

LT - die Last bei der Temperatur T.

Grad L10 -10 bei einer Belastung von 4,5 g/(m2 -d).

● Abbildung 1-6

(a) Wirkung der BSB-Beladung und des gelösten Sauerstoffs auf die Nitrifikationsrate bei 15 Grad.

(b) Unterschiede in den Nitrifikationsraten verschiedener MBBR in der MBBR-Reihe

2.6Nitrifikationder MBBR-Technologie

Es gibt einige Faktoren, die einen erheblichen Einfluss auf die Leistung eines Nitro-MBBR haben und bei der Entwicklung eines Nitro-MBBR berücksichtigt werden müssen. Das schwerste

Faktoren sind.

(1) Organische Beladung.

(2) Gelöste Sauerstoffkonzentration.

(3) Ammoniakkonzentration.

(4) Ablaufkonzentration.

(5) pH oder Alkalinität.

Abbildung 1- 6 zeigt, dass es zur Erzielung zufriedenstellender Nitrifikationsraten in einem stromabwärts gelegenen nitrifizierenden MBBR wichtig ist, organisches Material aus dem Abwasser in dem stromaufwärts gelegenen MBBR zu entfernen; Andernfalls konkurriert der heteroxische Biofilm mit ihm um Platz und Sauerstoff, wodurch die Nitrifikationsaktivität des Biofilms verringert (ausgelöscht) wird. Die Nitrifikationsrate steigt mit abnehmender organischer Belastung, bis der gelöste Sauerstoff zum limitierenden Faktor wird. Nur bei sehr geringen Ammoniakkonzentrationen (<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="">

Bei ausreichender Alkalität und Ammoniakkonzentration (zumindest anfänglich) nehmen die Nitrifikationsraten mit der organischen Belastung ab

steigt, bis gelöster Sauerstoff zum limitierenden Faktor wird. Innerhalb eines gut gewachsenen nitrifizierenden Biofilms begrenzt die gelöste Sauerstoffkonzentration die Nitrifikationsrate auf dem Träger nur dann, wenn das Verhältnis von O2 zu NH4 plus -N unter 2,0 liegt. Im Gegensatz zu Belebtschlammsystemen weist die Reaktionsgeschwindigkeit in Bewegtbettreaktoren unter sauerstoffbegrenzten Bedingungen eine lineare oder annähernd lineare Beziehung zur gelösten Sauerstoffkonzentration im Flüssigphasenkörper auf. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass der Durchgang von Sauerstoff durch die stationäre Flüssigkeitsmembran in den Biofilm ein kritischer Schritt bei der Begrenzung des Sauerstofftransfers sein kann. Eine Erhöhung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der flüssigen Hauptphase erhöht den Konzentrationsgradienten an gelöstem Sauerstoff innerhalb des Biofilms. Bei höheren Belüftungsraten trägt die erhöhte Mischenergie auch zur Übertragung von Sauerstoff aus der flüssigen Hauptphase auf den Biofilm bei. Wie in Abbildung 1- 6(a) zu sehen ist, kann bei konstanter organischer Belastung (z. B. konstante Dicke und Zusammensetzung des Biofilms) eine lineare Beziehung zwischen der Nitrifikationsrate und der Konzentration an gelöstem Sauerstoff erwartet werden. Abbildung 1-7 erklärt, dass die Erhöhung des gelösten Sauerstoffs in der Hauptflüssigkeitsphase zur Nitrifikationsrate beiträgt, bis die Ammoniakkonzentration in der Hauptflüssigkeitsphase auf ein sehr niedriges Niveau reduziert ist.

● Abbildung 1-7 Wirkung von gelöstem Sauerstoff bei niedriger Ammoniakkonzentration

Bei einem gut gewachsenen „reinen“ nitrifizierenden Biofilm beeinflusst die Ammoniakkonzentration in der flüssigen Hauptphase die Reaktionsgeschwindigkeit nicht, bis O2:NH4 plus – N 2 bis 5 erreicht. Einige Beispiele für O2:NH4 plus – N sind in der Tabelle angegeben 1-5.

● Tabelle 1-5 Einige Beispiele für O₂:NH₄^Plus- N

Das Design von MBBR beginnt oft mit einem Schwellenwert von 3,2. Der Schwellwert ist einstellbar. Unter Verwendung von Gleichung (1-3) kann die Ammoniakkonzentration bei diesem Schwellenwert verwendet werden, um die geeignete Nitrifikationsrate abzuschätzen und als Grundlage für die Auslegung verwendet werden.

r_NH3-N= k × (SNH3-N) (n) (1-3)

r_NH3-N-Nitrifikationsrate (g rNH3-N /(m2 -d)

k - Reaktionsgeschwindigkeitskonstante (orts- und temperaturabhängig).

SNH3-N - Substratkonzentration, die die Reaktionsgeschwindigkeit begrenzt.

n - Anzahl der Reaktionsstufen (orts- und temperaturabhängig).

Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante (k) mit Biofilmdicke und Diffusion des limitierenden Substrats bei einer gegebenen Konzentration an gelöstem Sauerstoff. Der Koeffizient hängt mit der Die Anzahl der Reaktionsniveaus (n) ist mit dem an den Biofilm angrenzenden Flüssigkeitsfilm zusammen. Wenn die turbulente Strömung stark und die stationäre Flüssigkeitsfilmschicht dünn ist, tendiert das Reaktionsniveau zu {{0}},5; Wenn die turbulente Strömung langsam und der stationäre Flüssigkeitsfilm dick ist, tendiert das Reaktionsniveau zu 1,0. An diesem Punkt wird die Diffusion zum geschwindigkeitsbegrenzenden Faktor.

Die Ammoniakkonzentration beim kritischen Wert (SNH3-N) kann aus dem kritischen Verhältnis und der Auslegungskonzentration an gelöstem Sauerstoff in der flüssigen Hauptphase geschätzt werden, wie unten gezeigt. Eine Erhöhung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der flüssigen Hauptphase kann helfen, das kritische Verhältnis zu verringern, jedoch mit wenig Erfolg. Betrachten Sie auch den Fall, in dem heterotrophe Bakterien unter bestimmten Reaktorlasten und Mischbedingungen um Platz konkurrieren, wodurch der Sauerstoffdurchgang durch die heterotrophe Schicht auf dem Biofilm verringert wird.

(SNH3-N)=1.72mg-N/L=(6mgO2/L - 0.5O2/L)/3.2

Nimmt man SNH{{0}}N als 1,72, unter der Annahme einer Reaktionsgeschwindigkeitskonstante k=0,5 und einer Reaktionsstufe von 0,7, kann Gleichung (1- 3) wie folgt berechnet werden.

rNH3-N=0.73g/(m2 -d)=0.5×1.720.7

Bei der Betrachtung der Auswirkung der Temperatur auf einen nitrifizierenden MBBR sind mehrere Faktoren wichtig. Es sollte berücksichtigt werden, dass die Ablauftemperatur innerhalb des MBBR den kinetischen Prozess der biologischen Nitrifikation intrinsisch beeinflussen kann; die Geschwindigkeit der Substratdiffusion in die und aus der Biomasse; und die Viskosität der Flüssigkeit, die wiederum einen Welleneffekt auf die Scherenergie auf die Biofilmdicke haben kann. Die Wirkung der Temperatur auf die oben beschriebenen makroskopischen Reaktionsgeschwindigkeiten kann durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden.

kT2= kT1-θ(T2-T1) (1-4)

kT1 - die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von T1.

kT2 - die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von T2.

θ - Temperaturkoeffizient.

Obwohl die Temperaturabhängigkeit der Nitrifikationskinetik bei winterlicher Auslegungstemperatur die Nitrifikationsrate von MBBR verringert, kann bei niedrigen Temperaturen eine Zunahme der Biofilmkonzentration auf dem Träger beobachtet werden, und zusätzlich kann die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Reaktor erhöht werden, was beides mildert der negative Einfluss der Temperatur auf die Nitrifikationsrate. Bei niedrigeren Abgastemperaturen wurde eine höhere Biomasse (g/m²) beobachtet. Außerdem kann die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der flüssigen Hauptphase erhöht werden, ohne die Belüftungsrate zu erhöhen, da der Sauerstoff darin auf die höhere Löslichkeit von Niedertemperaturflüssigkeiten zurückzuführen ist. Dies führt zu dem Endergebnis, dass zwar die Biofilmaktivität höher ist als die Biofilmaktivität (g NH3-N/(m2 -d) ÷ g SS/m2) aber die Nitrifikationsaktivität pro Einheit abnimmt Trägeroberfläche kann dennoch auf einem hohen Niveau gehalten werden. Die jahreszeitliche Variation der Biomasse mit der Ablauftemperatur für einen tertiären Nitrifikations-MBBR ist in Abbildung 1- 8(a) angegeben. Als die Ausflusstemperatur zwischen Mai und Juni von <15 grad="" auf=""> 15 Grad anstieg, fiel die Biomassekonzentration steil ab. Abbildung 1- 8 (b) unterteilt die Daten in zwei Zonen entsprechend der Ausflusstemperatur (〈15 Grad und 〉15 Grad). Obwohl die spezifische Aktivität des Biofilms im Bereich von 〈15 Grad abnimmt, bleibt die makroskopische Leistung des Reaktors aufgrund der höheren Gesamtbiomassekonzentration und der höheren Konzentration an gelöstem Sauerstoff (verursacht durch die erhöhte Gaslöslichkeit bei niedrigen Temperaturen) hoch. Dieses beobachtete Phänomen deutet darauf hin, dass die makroskopische Oberflächenreaktionsrate auf dem Träger trotz der verringerten Wachstumsrate von nitrifizierenden Bakterien aufgrund der Biofilmanpassung unter Niedrigtemperaturbedingungen auf einem hohen Niveau gehalten werden kann.

● Abbildung 1-8 (a) Saisonale Variation der Biomassekonzentration und Temperatur in MBBR mit tertiärer Nitrifikation.

(b) Beziehung zwischen Nitrifikationsaktivität und gelöster Sauerstoffkonzentration bei verschiedenen Temperaturbedingungen

2.7 Denitrifikationdes MBBR-Behälters

Bewegtbettreaktoren wurden erfolgreich in Vor-, Nach- und kombinierten Denitrifikationsprozessen eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen biologischen wie stofflichen Denitrifikationsverfahren sind die Faktoren, die bei der Auslegung berücksichtigt werden müssen.

1) Eine geeignete Kohlenstoffquelle und ein geeignetes Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff im Reaktor.

2) Der gewünschte Denitrifikationsgrad.

3) Temperatur des Abwassers.

4) Gelöster Sauerstoff im Rücklauf- oder Oberwasser.

2.7.1 Bewegtbett-Biofilmreaktor mit Vordenitrifikation

Wenn BSB-Entfernung, Nitrifikation und moderate Stickstoffentfernung erforderlich sind, ist der MBBR mit vorderer Denitrifikation gut geeignet. Um das Volumen des anoxischen Reaktors voll auszunutzen, sollte das Speisewasser ein geeignetes Verhältnis von leicht biologisch abbaubarem CSB und Ammoniakstickstoff (C /N). Da die Nitrifikationsstufe von MBBR einen erhöhten Gehalt an gelöstem Sauerstoff erfordert, hat der gelöste Sauerstoff im Rückfluss einen erheblichen Einfluss auf die Leistung von MBBR. Daraus ergibt sich eine Obergrenze des wirtschaftlichsten Rücklaufverhältnisses (Q Rücklauf/Q Zulauf) in der Produktion. Oberhalb dieses Wertes nimmt der Gesamtwirkungsgrad der Denitrifikation ab, wenn der Rücklauf weiter erhöht wird. Wenn die Art des Abwassers für eine vorgeschaltete Denitrifikation geeignet ist, liegt die Stickstoffentfernungsrate im Allgemeinen zwischen 50 Prozent und 70 Prozent bei einem Rücklaufverhältnis von (1:1) bis (3:1). In der Produktionspraxis können die Denitrifikationsraten durch folgende Faktoren beeinflusst werden: Standort, saisonale Unterschiede in den Abflusseigenschaften (z. B. C/N), in den Reaktor eingebrachte gelöste Sauerstoffkonzentration und Abflusstemperatur.

2.7.2 Bewegtbett-Biofilmreaktor mit Nachdenitrifikationn

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 Prozent) bei einer kurzen HRT.

Wenn die BSB- und Nitratanforderungen des Abwassers strenger sind, kann eine Nachdenitrifikation nach dem MBBR mit kleiner Belüftung erforderlich sein. Betriebserfahrungen zeigen, dass bei einem vorgeschalteten Sedimentationsprozess Phosphorkonzentrationen in der Nachdenitrifikation vorliegen können, die für die Zellsynthese nicht ausreichen und die Denitrifikationsleistung an dieser Stelle gehemmt werden kann.

Wenn Kohlenstoff überfüllt ist, kann die maximale Nitratträger-Oberflächenentfernungsrate (SARR) der angewendeten Kohlenstoffquelle größer als 2 g/(m2 -}d) sein. Die Nitratoberflächenentfernungsraten für verschiedene Kohlenstoffquellen und verschiedene Temperaturen sind in den Abbildungen 2-9 angegeben.

● Abbildung 1-9 Oberflächenentfernungsrate von Trägern mit unterschiedlichen Kohlenstoffquellen als Funktion der Temperatur

2.7.3 Kombinierter Bewegtbett-Biofilmreaktor vor/nach Denitrifikation

Bewegtbettreaktoren mit vorderer und hinterer Denitrifikation können kombiniert werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit der vorderen Denitrifikation ausgenutzt wird. Die Auslegung des vorderen Denitrifikationsreaktors kann im Winter als Belebungsbecken betrachtet werden. Bei der Auslegung kann berücksichtigt werden, dass der vordere Denitrifikationsreaktor im Winter als Belebungsbecken verwendet wird. Das ist weil.

1) Das Erhöhen des Volumens des Belüftungsreaktionstanks trägt zur Verbesserung der Nitrifikation bei.

2) Niedrigere Wassertemperaturen können zu erhöhten Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff und verringertem gelöstem CSB führen, was die Wirksamkeit der Front-End-Denitrifikation beeinträchtigen kann.

3) Im Winter kann der Nachdenitrifikationsreaktor alle Aufgaben der Denitrifikation übernehmen.

2.7.4 Anregung der Denitrifikation

Beim Denitrifikations-MBBR wurde ein schienenmontierter mechanischer Tauchmischer verwendet, um die Flüssigkeit im Reaktor zu zirkulieren und zu mischen

Körper und Träger. Die folgenden Aspekte sollten bei der Gestaltung des Rührwerks besonders berücksichtigt werden: (1) der Ort und die Richtung des Rührwerks; (3) Art des Rührers; (3) Rührenergie.

Die relative Dichte des Biofilmträgers beträgt etwa 0,96, sodass er ohne Energiezufuhr im Wasser schwimmt, was sich vom Belebtschlammverfahren unterscheidet. Ohne zugeführte Energie im Belebtschlammverfahren setzen sich die Feststoffe (Schlamm) ab.

Daher sollte beim MBBR der Rührer nahe an der Wasseroberfläche, aber nicht zu nahe an der Wasseroberfläche platziert werden, da er sonst einen Wirbel an der Wiederbewässerungsoberfläche erzeugt und somit Luft in den Reaktor bringt. Wie in Abbildung 1-10 gezeigt, sollte der Rührer leicht nach unten geneigt sein, damit der Träger tiefer in den Reaktor geschoben werden kann. Im Allgemeinen erfordert ein nicht belüfteter MBBR 25 bis 35 W/m3 Energie, um den gesamten Träger zu rühren. Das Rühren von denitrifizierendem MBBR sollte besonders in Betracht gezogen werden. Nicht alle Rührwerke sind für den Langzeiteinsatz in MBBR geeignet. Der Rührerhersteller (ABS) hat unter Verwendung mehrerer MBBR-Einheiten den ABS123K-Rührer entwickelt, der speziell für Wanderbettreaktoren geeignet ist. Dieser Rührer besteht aus Edelstahl mit einem rückwärtsgekrümmten Rührer, der dem Abrieb des Rührers durch den Träger standhalten kann. Um Schäden am Träger und Verschleiß des Rührers zu vermeiden, hat der ABS123K-Rührer 12-mm-Rundstäbe, die entlang der Flügel des Propellers geschweißt sind. Bei Verwendung in einem Bewegtbettreaktor ist die Drehzahl des ABS123K-Rührers ziemlich niedrig (90 U/min bei 50 Hz und 105 U/min bei 60 Hz). Die zum Rühren des denitrifizierenden MBBR erforderliche Mischenergie hängt mit dem Füllgrad des Trägers und dem erwarteten Biofilmwachstum zusammen. Praktische Erfahrungen zeigen, dass das Rühren bei niedrigen Trägerfüllgraden (z<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="">

● Abbildung 10

(a) ABS123K-Rührer, der der Wasseroberfläche zugewandt und um 30 Grad nach unten geneigt ist, um den Träger tiefer in den Reaktor zu drücken;

(b) Denitrifikations-MBBR in Betrieb in einer Kläranlage

2.8 Vorverarbeitung

Wie bei anderen getauchten Biofilmtechnologien erfordert das Speisewasser für MBBR eine angemessene Vorbehandlung. Damit ein guter Rost und eine gute Sedimentation erforderlich sind, wird die langfristige Ansammlung von unangenehmen inerten Materialien wie Schutt, Kunststoffen und Sand im MBBR vermieden. Da der MBBR teilweise mit Trägern gefüllt ist, sind diese inerten Materialien schwierig zu entfernen, sobald sie in den MBBR eingetreten sind. Wenn eine Primärbehandlung verfügbar ist, empfehlen MBBR-Hersteller im Allgemeinen, dass der Rostspalt nicht größer als 6 mm ist, und wenn keine Primärbehandlung verfügbar ist, muss ein feiner Rost von 3 mm oder weniger installiert werden. Wenn der MBBR dem bestehenden Prozess hinzugefügt wird, besteht außerdem keine Notwendigkeit, weitere Gitter hinzuzufügen, wenn der vorhandene Behandlungsgrad bereits hoch ist.

2.9 Fest-Flüssig-Trennung von MBBR

Im Vergleich zum Belebtschlammverfahren ist das Wanderbettverfahren im Hinblick auf eine anschließende Fest-Flüssig-Trennung sehr flexibel. Der biologische Behandlungseffekt des Bewegtbettverfahrens ist unabhängig vom Fest-Flüssig-Trennschritt, sodass seine Fest-Flüssig-Trenneinheiten variiert werden können. Außerdem ist die Feststoffkonzentration des MBBR-Abwassers um mindestens eine Größenordnung niedriger als die des Belebtschlammverfahrens. Daher wurde eine Vielzahl von Fest-Flüssig-Trenntechnologien erfolgreich auf MBBR angewendet, die mit einfachen und effizienten Fest-Flüssig-Trenntechnologien wie Luftflotation oder Sedimentationstanks mit hoher Dichte kombiniert werden können, wenn Land knapp ist. Bei der Nachrüstung bestehender Kläranlagen können die vorhandenen Absetzbecken zur Feststoffabtrennung im MBBR genutzt werden.

2.10 Überlegungen beim Entwerfen von MBBR

Folgendes ist für das Design von MBBR sehr wichtig.

2.10.1MBBRWanderförderstrom (horizontaler Förderstrom)

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. >35 m/h), sammeln sich die Träger am Abfanggitter und erzeugen große Druckverluste. Manchmal bestimmen die hydraulischen Bedingungen bei der Spitzendurchflussrate die Geometrie und die Anzahl der Serien von MBBR. Die Rücksprache mit dem Hersteller und die Bestimmung des geeigneten Bewegungsdurchflusses ist wichtig für das MBBR-Design. Das Seitenverhältnis des Reaktors ist ebenfalls ein Faktor. Im Allgemeinen hilft ein kleines Seitenverhältnis (z. B. 1:1 oder weniger), die Trägerdrift zum Abfanggitter bei Spitzendurchflussraten zu verringern, und ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der Träger innerhalb des Reaktors.

2.10.2Probleme mit MBBR-Tankschaum

Schaumprobleme sind bei MBBR nicht üblich, können aber bei schlechtem Start oder Betrieb auftreten. Durch zwei Trennwände in der Mitte ist das durchgehende Becken höher als die Wasseroberfläche, sodass der Schaum auf den MBBR begrenzt wird. Wenn Schaum kontrolliert werden muss, wird die Verwendung von Antischaummitteln empfohlen. Die Verwendung von Entschäumern bedeckt den Träger und behindert die Diffusion des Substrats zum Biofilm, was die Leistung des MBBR beeinträchtigen kann. Silizid-Entschäumer sollten nicht verwendet werden, da sie mit Kunststoffträgern nicht kompatibel sind.

2.10.3Räumung und vorübergehende Lagerung von Trägerbetten

Obwohl Ausfälle selten sind, ist es bei gut konstruierten und gebauten Bewegtbettreaktoren ratsam, das Problem zu lösen, wie der Träger aus dem Reaktor entfernt und gelagert werden kann, wenn der Reaktor aufgrund von Wartungsarbeiten usw. abgeschaltet wird . Alle Flüssigkeiten im Reaktor, einschließlich der Träger, können durch eine 10-cm-Konkavrad-Wirbelpumpe abgelassen werden. Wenn das geplante Füllverhältnis geeignet ist, kann der Träger in einem Reaktor vorübergehend in einen anderen Reaktor verschoben werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass es schwierig ist, beide Reaktoren auf ihre ursprünglichen Füllgrade zurückzubringen, wenn die Träger zurückbewegt werden. Sobald die Träger in den Reaktor zurückgepumpt sind, besteht die einzig vernünftige Möglichkeit zur genauen Messung des Trägerfüllverhältnisses darin, den Reaktor zu leeren und die Trägerhöhe in beiden Reaktoren zu messen. Idealerweise gäbe es ein weiteres Becken oder eine andere ungenutzte Einheit, die als temporärer Lagerbehälter für die Träger verwendet werden könnte, so dass das ursprüngliche Verhältnis der Trägerfüllung des Reaktors leicht sichergestellt werden könnte.

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