MBBR-Prozessdesign, Berechnung und Detaillierung
Von: Kate
Email:Kate@aquasust.com
Datum: 12. Juli 2021
Inhaltsverzeichnis
1. Was ist MBBR und MBBR-Vollform?
2.1 Einführung von Biofilmträgern
2.2 Entfernung kohlenstoffhaltiger Substanzen
2.3 Entwurf eines Hochlast-MBBR
2.4 Entwurf eines konventionellen Last-MBBR
2.5 Entwurf eines MBBR mit geringer Belastung
2.6 Nitrifizierung der MBBR-Technologie
2.7 Denitrifizierung des MBBR-Tanks
2.7.1 Bewegtbett-Biofilmreaktor mit Vordenitrifikation
2.7.2 Bewegtbett-Biofilmreaktor mit Nachdenitrifikation
2.7.3 Kombinierter Vor-/Nachdenitrifikations-Wanderbett-Biofilmreaktor
2.7.4 Agitation der Denitrifikation
2.8 Vorverarbeitung
2.9Fest-Flüssig-Trennung von MBBR
2.10 Überlegungen beim Entwurf von MBBR
2.10.1MBBR Wanderdurchfluss (horizontale Durchflussrate)
2.10.2 Probleme mit MBBR-Tankschaum
2.10.3 Freigabe von Trägerbetten und vorübergehende Lagerung
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1. Was ist MBBR und MBBR-Vollform?
In den letzten 20 Jahren hat sich der Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) zu einem einfachen, robusten, flexiblen und kompakten Abwasserbehandlungsverfahren entwickelt. Verschiedene Konfigurationen von MBBR wurden erfolgreich zur BSB-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 und Rühren Flüssigkeit
Der Träger kann durch Erhitzen unter Rückfluss oder mechanisches Mischen im Reaktor suspendiert werden. In den meisten Fällen ist der Träger zu 1/3 bis 2/3 des Reaktors gefüllt. Die Vielseitigkeit des MBBR ermöglicht es dem Konstrukteur, seiner Fantasie freien Lauf zu lassen. Der Hauptunterschied zwischen dem MBBR und anderen Biofilmreaktoren besteht darin, dass er viele Vorteile der Belebtschlamm- und Biofilmmethoden vereint 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 im Reaktor 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 reduziert wird.
2) Die Flexibilität und der Prozessablauf von MBBR sind denen von Belebtschlamm sehr ähnlich, sodass mehrere Reaktoren nacheinander entlang der Fließrichtung angeordnet werden können, um mehrere Behandlungsziele (z. B. BSB-Entfernung, Nitrifikation, Vor- oder Nachdenitrifikation) zu erreichen, ohne dass dies erforderlich ist Notwendigkeit einer Zwischenpumpe.
3) Der Großteil der aktiven Biomasse wird dauerhaft im Reaktor zurückgehalten, daher ist die Feststoffkonzentration im MBBR-Abfluss im Gegensatz zum Belebtschlammverfahren mindestens so hoch wie die Feststoffkonzentration im Reaktor. Der MBBR ist eine Größenordnung niedriger als der herkömmliche Sedimentationstank, sodass der MBBR zusätzlich zum herkömmlichen Sedimentationstank eine Vielzahl unterschiedlicher Fest-Flüssigkeits-Trennverfahren nutzen kann.
4) MBBR ist vielseitig und der Reaktor kann unterschiedliche Geometrien haben. Bei Sanierungsprojekten eignet sich MBBR gut für die Sanierung bestehender Teiche.
2.Design des MBBR-Prozesses
Das Design von MBBR basiert auf dem Konzept, dass mehrere MBBR eine Reihe bilden, von denen jeder eine spezifische Funktion hat, und dass diese MBBR zusammenarbeiten, um die Aufgabe der Abwasserbehandlung zu erfüllen. Dieses Verständnis ist angemessen, da jeder Reaktor unter den einzigartigen Bedingungen (z. B. verfügbare Elektronendonatoren und Elektronenakzeptoren) in der Lage ist, einen speziellen Biofilm zu kultivieren, der zur Erfüllung einer bestimmten Behandlungsaufgabe verwendet werden kann. Dieser modulare Ansatz kann als einfaches und unkompliziertes Design angesehen werden, das aus einer Folge mehrerer vollständig gemischter Reaktoren besteht, von denen jeder einen einzigartigen Behandlungszweck hat. Im Gegensatz dazu ist die Konstruktion von Belebtschlammsystemen sehr komplex: Da es immer zu Konkurrenzreaktionen kommt, müssen „um das gewünschte Behandlungsziel innerhalb der durch jeden Teil des Beckens (Belüftungs- und Nichtbelüftungszone) begrenzten Verweilzeit zu erreichen, die Die Gesamtverweilzeit der Biofeststoffe (SRT) muss auf einem geeigneten Niveau gehalten werden, damit sich Bakterien vermischen (in Bezug auf Bakterienwachstumsraten und Rohwassereigenschaften) und zusammenwachsen können.
Es ist die Einfachheit von MBBR, die es uns ermöglicht, den Biofilm in MBBR anhand der Beobachtungen von Forschern, Ingenieuren und Kläranlagenbetreibern in der Praxis gut zu verstehen. Der Großteil dieses Artikels präsentiert Beispiele für MBBR-Beobachtungen und zeigt damit diejenigen auf, die kritische Komponenten und Faktoren sind, die beim MBBR-Design und -Betrieb berücksichtigt werden müssen.
● AquasustMBBRPProzessFniedrigDIagramm
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2.1Einführung von Biofilmträgern
Der Schlüssel zum Erfolg jedes Biofilmreaktors liegt darin, einen hohen Prozentsatz an bioaktivem Volumen im Reaktor aufrechtzuerhalten. Wenn man die Biomassekonzentration auf MBBR-Trägern in die Schwebstoffkonzentration umrechnet, 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 und sorgt so für eine hohe biologische Gesamtaktivität.
2) Die Fähigkeit, unter bestimmten Bedingungen in jedem Reaktor ein hohes Maß an dedizierter Biomasse aufrechtzuerhalten, unabhängig von der gesamten HRT des Systems.
3) Der turbulente Strömungszustand im Reaktor hält die erforderliche Diffusionsrate aufrecht.
Wanderbettreaktoren können zur BSB-Entfernung, Nitrifikation und Denitrifikation eingesetzt und somit zu verschiedenen 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 der Änderung bestehender Anlagen und Teiche.
3) Angestrebte Wasserqualität.
● Tabelle 1-1 MBBR-Prozesszusammenfassung
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Verarbeitungszweck |
Verfahren |
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Einzelner MBBR Hochbelasteter MBBR vor dem Belebtschlammprozess |
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Nitrifikation |
Einzelner MBBR MBBR-Einstellung nach Zweitbehandlung IFAS |
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Denitrifikation Denitrifikation |
MBBR allein und nach Denitrifikation, MBBR allein und nach Denitrifikation, MBBR allein und vor und nach der Denitrifikation, Post-MBBR zur Denitrifikation von Nitrifikationsabwasser. |
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 Trägeroberflächenbeladung (SALR) ausgedrückt werden, wie in Gleichung (1-1) dargestellt.
r =rmax-[L/(K+L)] (1-1)
r – Abtragsrate (g/(m2 -d));
rmax- maximale Abtragsrate (g/(m2 -d)).
L – Laderate (g/(m2 -d)).
K – Halbsättigungskonstante.
2.2Entfernung kohlenstoffhaltiger Substanzen
Die für die Kohlenstoffentfernung erforderliche Oberflächenbeladung (SALR) des Trägers hängt von seinem wichtigsten Behandlungszweck und den Schlamm-Wasser-Trennmethoden ab.
Tabelle 1-2 gibt die häufig verwendeten BSB-Belastungsbereiche für verschiedene Anwendungszwecke an. Wenn die Nitrifikation nachgeschaltet ist, sollten niedrigere Belastungswerte verwendet werden. Hohe Belastungen sollten nur verwendet werden, wenn nur die Entfernung von Kohlenstoff in Betracht gezogen wird. Die Erfahrung zeigt, dass für die Kohlenstoffentfernung ein gelöster Sauerstoff in der Hauptflüssigkeitsphase von 2-3 mg/L ausreicht und eine weitere Erhöhung der Konzentration gelösten Sauerstoffs nicht sinnvoll ist, um die Entfernungsrate der Trägeroberfläche (SARR) zu verbessern.
● Tabelle 1-2 Typische BSB-Beladungswerte
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Anwendungszweck |
BSB pro Trägeroberflächeneinheit (SALR) (g/m2.d) |
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Hohe Auslastung (75 %-80 % BSB-Entfernung) |
20 |
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Hohe Auslastung (80 %-90 % BSB-Entfernung) |
5-15 |
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Geringe Belastung (vor der Nitrifikation) |
5 |
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2.3Entwurf eines Hochlast-MBBR
Um die grundlegenden Standards der Sekundärbehandlung zu erfüllen, aber ein kompaktes Hochlastsystem zu benötigen, sollten Sie die Verwendung eines Wanderbettreaktors in Betracht ziehen
Wenn MBBR unter hoher Last betrieben wird, ist sein SALR-Wert (Carrier Surface Area Loading) hoch. Wenn MBBR bei hoher Belastung betrieben wird, ist der SALR-Wert (Carrier Surface Area Loading) hoch und das Hauptziel besteht darin, gelösten und leicht abbaubaren BSB aus dem Zulaufwasser zu entfernen. Bei hoher Belastung verliert der abgeschiedene Biofilm seine Absetzfähigkeit, daher werden häufig chemische Koagulation, Luftflotation oder Feststoffkontaktverfahren eingesetzt, um suspendierte Feststoffe aus dem Abwasser von hochbelastetem MBBR zu entfernen. Im Allgemeinen handelt es sich bei diesem Verfahren jedoch um ein einfaches Verfahren, das die grundlegenden Standards für eine Zweitbehandlung mit einer kurzen HRT erfüllen kann. Die Ergebnisse der Hochlast-MBBR-Studie sind in Abbildung 1-3 dargestellt. Abbildung 1-3(a) zeigt, dass der MBBR bei der Entfernung von CSB sehr effektiv ist und über einen weiten Lastbereich im Wesentlichen linear ist. Abbildung 1- 3 (b) zeigt, dass das Absetzen des MBBR-Abwassers selbst bei sehr geringen Oberflächenüberlaufraten sehr schlecht ist, was darauf hindeutet, dass tatsächlich eine verbesserte Strategie zur Feststoffabscheidung erforderlich ist. Das MBBR/Feststoff-Kontaktverfahren wurde in der Kläranlage Mao Point in Neuseeland eingesetzt. Abbildung 1-4 zeigt die Beziehung zwischen der Entfernung von gelöstem BSB und der gesamten Zulauf-BSB-Beladung in dieser Anlage. Abbildung 1-4 zeigt, dass typische Werte der BSB-Entfernung für MBBR mit hoher Belastung 70 % bis 75 % betragen. Durch Bioflockung und weitere Behandlung mit dem Feststoffkontaktverfahren erfüllt das Verfahren die grundlegenden Standards für die Sekundärbehandlung.
● 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 gelöster BSB und der gesamten BSB-Belastung in MBBR mit hoher Belastung
2.4 Auslegung des konventionellen Last-MBBR
Wenn das herkömmliche konventionelle 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 Behandlungsebene).
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 außerdem wurde eine verbesserte Trennung von Schwebstoffen implementiert.
● Betriebsergebnisse von konventionellem MBBR mit chemischem Phosphorentfernungsprozess
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2.5Entwurf eines MBBR mit geringer Belastung
Wenn der MBBR vor dem Nitrifikationsreaktor platziert wird, besteht die wirtschaftlichste Entwurfsoption darin, die Verwendung des MBBR zur Entfernung organischer Stoffe in Betracht zu ziehen. Dadurch kann der dem MBBR nachgeschaltete Nitrifikationswanderbettreaktor eine hohe Nitrifikationsrate erreichen. Wenn die BSB-Belastung 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 Trägernitrifikationsrate. Dies ist ein Beispiel für eine hohe BSB-Belastung, die zu einer übermäßigen Nitrifikationsbelastung im späteren Abschnitt führt, wenn im vorderen Abschnitt organische Stoffe entfernt werden. In diesem Beispiel betrug die Nitrifikationsrate 0,8 g/(m2 -d). Wenn die BSB-Belastung 2 g/(m2 -d) betrug und der gelöste Sauerstoff in der Hauptflüssigkeit 6 mg/L betrug. Als die BSB-Belastung jedoch auf 3 g/(m2 -d) anstieg, betrug die Nitrifikationsrate 0,8 g/(m2 -d). Wenn jedoch die BSB-Belastung auf 3 g/(m2 -d) erhöht wurde, verringerte sich die Nitrifikationsrate um etwa 50 %. Um dem entgegenzuwirken, kann der Bediener die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Hauptflüssigkeitsphase erhöhen oder das Füllverhältnis erhöhen, um die Oberflächenbeladungsrate zu verringern. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein solcher Ansatz aufgrund mangelnder Wirtschaftlichkeit und Wirksamkeit nicht im Design verwendet werden sollte. Darüber hinaus sollte beim Entwurf eines MBBR zur BSB-Entfernung ein konservativer Ansatz gewählt werden und eine niedrige Beladungsrate für die Dimensionierung gewählt werden, um maximale Effizienz im nachgeschalteten Nitrifikations-MBBR zu erreichen.
Abbildung 1-6(b) zeigt die Nitrifikationsraten der drei aeroben MBBR der Sequenz. In Abbildung 6(b) wurde der Träger in jedem MBBR für einen kleinen Versuch der Nitrifikationsrate entfernt. Die Untertests 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 an Ammoniakstickstoff). Die Testergebnisse zeigten, dass der erste Reaktor die höchste gelöste CSB-Fracht (5,6 g/(m2 -d)) und nahezu keinen Nitrifikationseffekt aufwies, die CSB-Fracht jedoch sehr erfolgreich entfernte. Dies wird durch die folgenden zwei Aspekte verdeutlicht.
(1) Die Nitrifikationsrate des Reaktors der zweiten Stufe ist hoch und liegt nahe an der der dritten Stufe.
(2) Die gelösten CSB-Beladungen der zweiten und dritten Stufe unterschieden sich nicht signifikant.
Für die Auslegung von Schwachlastreaktoren ist es wichtig, die Trägeroberflächenbeladung (SALR) konservativ zu wählen. Es ist möglich
Die folgende Gleichung wurde verwendet, um die Oberflächenbeladung des Trägers (SALR) entsprechend der Temperatur des Abwassers zu korrigieren: LT=L101.06(T-10)
LT – die Last bei der Temperatur T.
L10 -10 Grad bei einer Belastung von 4,5 g/(m2 -d).
● Abbildung 1-6
(a) Einfluss der BSB-Beladung und des gelösten Sauerstoffs auf die Nitrifikationsrate bei 15 Grad.
(b) Unterschiede in den Nitrifikationsraten verschiedener MBBR in der MBBR-Reihe
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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) Konzentration des gelösten Sauerstoffs.
(3) Ammoniakkonzentration.
(4) Abwasserkonzentration.
(5) pH-Wert oder Alkalität.
Abbildung 1- 6 zeigt, dass es zur Erzielung zufriedenstellender Nitrifikationsraten in einem nitrifizierenden MBBR, der stromabwärts liegt, wichtig ist, organische Stoffe aus dem Abwasser im stromaufwärts gelegenen MBBR zu entfernen; andernfalls konkurriert der heteroxe Biofilm mit ihm um Platz und Sauerstoff, wodurch die Nitrifikationsaktivität des Biofilms verringert (ausgelöscht) wird. Die Nitrifikationsrate nimmt mit abnehmender organischer Belastung zu, bis gelöster 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 below.
Bei ausreichender Alkalität und ausreichenden Ammoniakkonzentrationen (zumindest anfänglich) nehmen die Nitrifikationsraten mit der organischen Belastung ab
steigt, bis gelöster Sauerstoff zum limitierenden Faktor wird. In einem gut gewachsenen nitrifizierenden Biofilm begrenzt die Konzentration an gelöstem Sauerstoff die Nitrifikationsrate auf dem Träger nur dann, wenn das Verhältnis von O2 zu NH4+-N unter 2,0 liegt. Im Gegensatz zu Belebtschlammsystemen weist die Reaktionsgeschwindigkeit in Fließbettreaktoren unter sauerstofflimitierten Bedingungen eine lineare oder annähernd lineare Beziehung zur gelösten Sauerstoffkonzentration im Flüssigphasenkörper auf. Dies kann auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass der Durchgang von Sauerstoff durch die stationäre Flüssigkeitsmembran in den Biofilm ein entscheidender Schritt bei der Begrenzung des Sauerstofftransfers sein kann. Eine Erhöhung der Konzentration gelösten Sauerstoffs in der Hauptflüssigkeitsphase erhöht den Konzentrationsgradienten gelösten Sauerstoffs innerhalb des Biofilms. Bei höheren Belüftungsraten trägt die erhöhte Mischenergie auch zur Übertragung von Sauerstoff aus der Hauptflüssigkeitsphase in den Biofilm bei. Wie in Abbildung 1- 6(a) zu sehen ist, kann bei konstanter organischer Belastung (z. B. konstante Biofilmdicke und -zusammensetzung) eine lineare Beziehung zwischen Nitrifikationsrate und gelöster Sauerstoffkonzentration erwartet werden. Abbildung 1-7 erklärt, dass eine Erhöhung des gelösten Sauerstoffs in der Hauptflüssigkeitsphase zur Nitrifikationsrate beiträgt, bis die Ammoniakkonzentration in der Hauptflüssigkeitsphase auf ein sehr niedriges Niveau reduziert wird.
● Abbildung 1-7 Wirkung von gelöstem Sauerstoff bei niedriger Ammoniakkonzentration
Bei einem gut gewachsenen „reinen“ nitrifizierenden Biofilm hat die Ammoniakkonzentration in der Hauptflüssigkeitsphase keinen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit, bis O2:NH4+- N 2 bis 5 erreicht. Einige Beispiele für O2:NH{{6} } N sind in Tabelle 1-5 angegeben.
● Tabelle 1-5 Einige Beispiele für O2:NH4+- N
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Referenzen |
O2:NH4+- N |
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Saum (1994) |
<2 (Sauerstoffbegrenzung) 2,7 (Kritischer O2 Konzentration=9-20mg/L) 3.2(Kritisches O2 Konzentration=6mg/L) >5 (Ammoniakeinschränkung) |
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Bonomo (2000) |
＞3-4 (Ammoniakeinschränkung) ＜1-2 (Sauerstoffbegrenzung) |
Der Entwurf von MBBR beginnt häufig mit einem Schwellenwert von 3,2. Der Schwellenwert ist einstellbar. Mithilfe der Gleichung (1-3) kann die Ammoniakkonzentration bei diesem Schwellenwert zur Schätzung der geeigneten Nitrifikationsrate und als Grundlage für die Auslegung verwendet werden.
rNH3-N= k × (SNH3-N) (n) (1-3)
rNH3-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 der Biofilmdicke und der Diffusion des limitierenden Substrats bei einer gegebenen Konzentration an gelöstem Sauerstoff. Der Koeffizient hängt mit der Anzahl der Reaktionsstufen (n) 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 geplanten Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Hauptflüssigkeitsphase geschätzt werden, wie unten gezeigt. Eine Erhöhung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Hauptflüssigkeitsphase kann zur Reduzierung des kritischen Verhältnisses beitragen, allerdings mit geringem Erfolg. Bedenken Sie auch den Fall, dass heterotrophe Bakterien unter bestimmten Reaktorlasten und Mischbedingungen um Platz konkurrieren und dadurch den Sauerstoffdurchgang durch die heterotrophe Schicht auf dem Biofilm verringern.
(SNH3-N)=1.72mg-N/L=(6mgO2/L - 0.5O2/L)/3.2
Wenn man SNH{{0}}N als 1,72 annimmt, eine Reaktionsgeschwindigkeitskonstante k=0,5 und eine Reaktionsstufe von 0,7 annimmt, 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 Temperatur des Abwassers innerhalb des MBBR den kinetischen Prozess der biologischen Nitrifikation intrinsisch beeinflussen kann; die Geschwindigkeit der Substratdiffusion in die Biomasse hinein und aus ihr heraus; und die Viskosität der Flüssigkeit, was wiederum einen Welleneffekt auf die Scherenergie auf die Biofilmdicke haben kann. Der oben beschriebene Einfluss der Temperatur auf die makroskopischen Reaktionsgeschwindigkeiten kann durch die folgende Beziehung ausgedrückt werden.
kT2= kT1-θ(T2-T1) (1-4)
kT1 - ist die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante bei einer Temperatur von T1.
kT2 - ist 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 ein Anstieg der Biofilmkonzentration auf dem Träger beobachtet werden, und zusätzlich kann die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Reaktor erhöht werden, was beides abschwächt der negative Einfluss der Temperatur auf die Nitrifikationsrate. Bei niedrigeren Abwassertemperaturen wurde eine höhere Biomasse (g/m²) beobachtet. Darüber hinaus kann die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Hauptflüssigkeitsphase erhöht werden, ohne die Belüftungsrate zu erhöhen, da der darin enthaltene Sauerstoff auf die höhere Löslichkeit von Flüssigkeiten mit niedriger Temperatur zurückzuführen ist. Dies führt zu dem Endergebnis, dass zwar die Biofilmaktivität höher ist als die Biofilmaktivität (g NH3-N/(m2 -d) ÷ g SS/ m2), die Nitrifikationsaktivität pro Einheit jedoch abnimmt Die Trägeroberfläche kann weiterhin auf einem hohen Niveau gehalten werden. Die saisonale Variation der Biomasse mit der Abwassertemperatur für einen tertiären Nitrifikations-MBBR ist in Abbildung 1- 8(a) dargestellt. Als die Abwassertemperatur zwischen Mai und Juni von 〈15 Grad auf〉15 Grad anstieg, sank die Biomassekonzentration stark ab. Abbildung 1- 8 (b) unterteilt die Daten entsprechend der Abgastemperatur (〈15 Grad und 〉15 Grad) in zwei Zonen. Obwohl die spezifische Aktivität des Biofilms im 〈15-Grad-Bereich 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 legt nahe, dass die makroskopische Oberflächenreaktionsrate auf dem Träger trotz der verringerten Wachstumsrate nitrifizierender 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) Zusammenhang zwischen Nitrifikationsaktivität und gelöster Sauerstoffkonzentration bei verschiedenen Temperaturbedingungen
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2.7 Denitrifikationdes MBBR-Tanks
Wanderbettreaktoren werden erfolgreich in Vor-, Nach- und kombinierten Denitrifikationsprozessen eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen biologischen Prozessen müssen bei der Gestaltung folgende Faktoren berücksichtigt werden:
1) Eine geeignete Kohlenstoffquelle und ein geeignetes Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis im Reaktor.
2) Der gewünschte Denitrifikationsgrad.
3) Temperatur des Abwassers.
4) Gelöster Sauerstoff im Rücklauf- oder Vorlaufwasser.
2.7.1 Bewegtbett-Biofilmreaktor mit Vordenitrifikation
Wenn BSB-Entfernung, Nitrifikation und moderate Stickstoffentfernung erforderlich sind, ist der MBBR mit Frontdenitrifikation gut geeignet. Um das Volumen des anoxischen Reaktors vollständig auszunutzen, sollte das Speisewasser ein geeignetes Verhältnis von leicht biologisch abbaubarem CSB und Ammoniakstickstoff (C) aufweisen /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 Rückflussverhältnisses (Q-Rückfluss/Q-Zufluss) in der Produktion. Oberhalb dieses Wertes nimmt die Gesamteffizienz der Denitrifikation ab, wenn der Rückfluss weiter erhöht wird. Wenn die Beschaffenheit des Abwassers für die Denitrifizierung im Vorfeld geeignet ist, liegt die Stickstoffentfernungsrate im Allgemeinen zwischen 50 % und 70 % 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 Abwassereigenschaften (z. B. C/N), in den Reaktor eingebrachte Konzentration an gelöstem Sauerstoff und Temperatur des Abwassers.
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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 % bei einer kurzen HRT.
Wenn die Anforderungen an BSB und Nitrat im Abwasser strenger sind, kann eine Nachdenitrifizierung nach dem kleinen Belüftungs-MBBR erforderlich sein. Betriebserfahrungen zeigen, dass es bei einem Sedimentationsprozess vorgelagert zu Phosphorkonzentrationen in der Nachdenitrifikation kommen kann, die für die Zellsynthese nicht ausreichen, und die Denitrifikationsleistung an diesem Punkt möglicherweise gehemmt wird.
Wenn der Kohlenstoff überfüllt ist, kann die maximale Entfernungsrate der Nitratträgeroberfläche (SARR) der verwendeten Kohlenstoffquelle mehr als 2 g/(m2 -d) betragen. Die Entfernungsraten der Nitratoberfläche 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 Vor-/Nachdenitrifikations-Wanderbett-Biofilmreaktor
Wanderbettreaktoren mit Front- und Rückdenitrifikation können kombiniert werden und so die Wirtschaftlichkeit der Frontdenitrifikation nutzen. Die Gestaltung des vorderen Denitrifikationsreaktors kann als Belebungsbecken im Winter betrachtet werden. Der Entwurf könnte die Verwendung des vorderen Denitrifikationsreaktors als Belebungsbecken im Winter in Betracht ziehen. Das liegt daran.
1) Die Vergrößerung des Volumens des Belüftungsreaktionstanks trägt zur Verbesserung der Nitrifikation bei.
2) Niedrigere Wassertemperaturen können zu einer erhöhten Konzentration an gelöstem Sauerstoff und einer Verringerung des gelösten CSB führen, was die Wirksamkeit der Denitrifikation im Vorfeld beeinträchtigen kann.
3) Im Winter kann der Nachdenitrifikationsreaktor sämtliche Denitrifikationsaufgaben übernehmen.
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2.7.4 Bewegung der Denitrifikation
Beim Denitrifikations-MBBR wurde ein auf Schienen montierter mechanischer Tauchmischer verwendet, um die Flüssigkeit im Reaktor zu zirkulieren und zu mischen
Körper und Träger. Bei der Gestaltung des Rührwerks sollten insbesondere folgende Aspekte berücksichtigt werden: (1) Standort und 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. Wenn im Belebtschlammverfahren keine Energie zugeführt wird, setzen sich die Feststoffe (Schlamm) ab.
Daher sollte bei MBBR der Rührer nahe an der Wasseroberfläche, aber nicht zu nahe an der Wasseroberfläche platziert werden, da sonst ein Wirbel an der Wiederwasseroberfläche entsteht und so Luft in den Reaktor gelangt. Wie in Abbildung 1-10 gezeigt, sollte der Rührer leicht nach unten geneigt sein, damit der Träger tiefer in den Reaktor gedrückt werden kann. Im Allgemeinen benötigt ein unbelüfteter MBBR 25 bis 35 W/m3 Energie, um den gesamten Träger zu rühren. Die Bewegung des denitrifizierenden MBBR sollte besonders berücksichtigt 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 Fließbettreaktoren geeignet ist. Dieser Rührer besteht aus Edelstahl mit einem rückwärts gekrümmten Rührer, der dem Abrieb des Rührers durch den Träger standhält. Um Schäden am Träger und Verschleiß des Rührers zu vermeiden, sind beim ABS123K-Rührer entlang der Flügel des Propellers 12-mm-Rundstäbe angeschweißt. Beim Einsatz in einem Fließbettreaktor ist die Drehzahl des ABS123K-Rührers recht niedrig (90 U/min bei 50 Hz und 105 U/min bei 60 Hz). Die zum Rühren des denitrifizierenden MBBR erforderliche Mischenergie hängt vom Füllverhältnis des Trägers und dem erwarteten Biofilmwachstum ab. Praktische Erfahrungen zeigen, dass das Rühren bei niedrigen Trägerfüllverhältnissen (z. B<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 compatible.
● Abbildung 10
(a) ABS123K-Rührer zeigt zur Wasseroberfläche und ist um 30 Grad nach unten geneigt, um den Träger tiefer in den Reaktor zu drücken;
(b) Denitrifikations-MBBR im Betrieb in einer Kläranlage
2.8 Vorverarbeitung
Wie bei anderen Unterwasser-Biofilm-Technologien erfordert das Speisewasser für MBBR eine ordnungsgemäße Vorbehandlung. Für einen guten Rost und eine gute Sedimentation ist es notwendig, die langfristige Ansammlung unangenehmer inerter Materialien wie Schutt, Kunststoffe und Sand im MBBR zu vermeiden. Da der MBBR teilweise mit Trägern gefüllt ist, lassen sich diese inerten Materialien nur schwer entfernen, sobald sie in den MBBR gelangen. Wenn eine Primärbehandlung verfügbar ist, empfehlen MBBR-Hersteller im Allgemeinen, dass der Rostspalt nicht größer als 6 mm sein sollte. Wenn keine Primärbehandlung verfügbar ist, muss ein Feinrost von 3 mm oder weniger installiert werden. Wenn der MBBR außerdem zum bestehenden Prozess hinzugefügt wird, besteht keine Notwendigkeit, weitere Gitter hinzuzufügen, wenn der bestehende Behandlungsgrad bereits hoch ist.
2.9 Fest-Flüssig-Trennung von MBBR
Im Vergleich zum Belebtschlammverfahren ist das Wanderbettverfahren hinsichtlich der anschließenden Fest-Flüssig-Trennung sehr flexibel. Der biologische Behandlungseffekt des Fließbettverfahrens ist unabhängig vom Schritt der Fest-Flüssigkeits-Trennung, sodass seine Fest-Flüssigkeits-Trenneinheiten variiert werden können. Darüber hinaus ist die Feststoffkonzentration des MBBR-Abwassers mindestens eine Größenordnung niedriger als die des Belebtschlammverfahrens. Daher wurden verschiedene Fest-Flüssigkeits-Trennungstechnologien erfolgreich auf MBBR angewendet, die mit einfachen und effizienten Fest-Flüssigkeits-Trennungstechnologien wie Luftflotation oder Sedimentationstanks mit hoher Dichte kombiniert werden können, wenn Land knapp ist. Bei der Nachrüstung bestehender Kläranlagen können die vorhandenen Absetzbecken zur Feststoffabscheidung im MBBR genutzt werden.
2.10 Überlegungen beim Entwurf von MBBR
Folgendes ist für das Design von MBBR sehr wichtig.
2.10.1MBBRWanderdurchfluss (horizontaler Durchfluss)
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. >Bei einer Geschwindigkeit von ca. 35 m/h sammeln sich die Träger am Abfanggitter an und erzeugen große Druckverluste. Manchmal bestimmen die hydraulischen Bedingungen bei Spitzendurchfluss die Geometrie und Anzahl der MBBR-Serien. Für die MBBR-Konstruktion ist es wichtig, den Hersteller zu konsultieren und die geeignete Durchflussrate zu bestimmen. Auch das Seitenverhältnis des Reaktors spielt eine Rolle. Im Allgemeinen trägt ein kleines Seitenverhältnis (z. B. 1:1 oder weniger) dazu bei, die Trägerdrift in Richtung des Abfanggitters bei Spitzenflussraten zu reduzieren und ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der Träger innerhalb des Reaktors.
2.10.2Probleme mit MBBR-Tankschaum
Schaumprobleme sind bei MBBR nicht häufig, können jedoch bei schlechtem Start oder Betrieb auftreten. Aufgrund zweier Trennwände in der Mitte liegt das durchgehende Becken höher als die Wasseroberfläche, so dass 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. Silizide Entschäumer sollten nicht verwendet werden, da sie mit Kunststoffträgern nicht verträglich sind.
2.10.3Freigabe von Trägerbetten und vorübergehende Lagerung
Obwohl Ausfälle bei gut konzipierten und gebauten Fließbettreaktoren selten sind, ist es 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 mit einer 10 cm großen konkaven Radwirbelpumpe abgelassen werden. Wenn das vorgesehene Füllverhältnis geeignet ist, kann der Träger in einem Reaktor vorübergehend in einen anderen Reaktor verschoben werden. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, dass es schwierig ist, beide Reaktoren beim Zurückbewegen der Träger wieder auf ihren ursprünglichen Füllgrad zu bringen. Sobald die Träger in den Reaktor zurückgepumpt sind, besteht die einzig sinnvolle Möglichkeit zur genauen Messung des Füllverhältnisses der Träger darin, den Reaktor zu entleeren und die Trägerhöhe in beiden Reaktoren zu messen. Im Idealfall gäbe es einen weiteren Pool oder eine andere ungenutzte Einheit, die als temporärer Lagerbehälter für die Träger genutzt werden könnte, so dass das ursprüngliche Reaktorfüllungs-Trägerverhältnis leicht sichergestellt werden könnte.
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