تصميم عملية MBBR حساب وتفصيل

عند أخذ عملية المعالجة الثانوية التقليدية بعين الاعتبار، يمكن اختيار مفاعل ذو طبقة متحركة. في هذه الحالة، يمكن أن يلبي 2 MBBR متسلسل في الصف متطلبات العلاج (مستوى العلاج الثانوي).

يلخص الجدول 1- 4 إزالة BOD7 في محطات معالجة مياه الصرف الصحي الأربعة. تستخدم جميع محطات معالجة مياه الصرف الصحي الأربعة MBBR المحملة بشكل تقليدي مع حمل عضوي MBBR قدره 7-10 gBOD7 /( m2 -d) (عند 10 درجة)؛ قبل MBBR، تم تطبيق المواد الكيميائية للتلبد وإزالة الفوسفور، كما تم تنفيذ الفصل المعزز للمواد المعلقة.

عندما يتم وضع MBBR قبل مفاعل النترجة، فإن خيار التصميم الأكثر اقتصادا هو النظر في استخدام MBBR للإزالة العضوية. وهذا يسمح لمفاعل الطبقة المتحركة للنترجة في اتجاه مجرى MBBR بتحقيق معدل نترجة مرتفع. إذا لم يتم تقليل حمل BOD الخاص بالنترجة MBBR بشكل كافٍ، فسيتم تقليل معدل النترجة بشكل كبير، وبالتالي ترك المفاعل في حالة غير فعالة.

يوضح الشكل {{0}} (أ) تأثير زيادة تحميل BOD على معدل نترجة الناقل. وهذا مثال على حمل BOD مرتفع يؤدي إلى حمل نترجة مفرط في القسم الأخير عند إزالة المادة العضوية في القسم الأمامي. في هذا المثال، كان معدل النترجة 0.8 جم/(م2 -د). عندما كان حمل BOD 2 جم / (م 2 - د) وكان الأكسجين المذاب في السائل الرئيسي 6 مجم / لتر. ومع ذلك، عندما زاد حمل BOD إلى 3 جم / (م 2 - د)، كان معدل النترجة 0.8 جم / (م 2 - د). ومع ذلك، عندما تمت زيادة حمل BOD إلى 3 جم/(م2 -د)، انخفض معدل النترجة بحوالي 50%. ولمواجهة ذلك، يمكن للمشغل زيادة تركيز الأكسجين المذاب في الطور السائل الرئيسي أو زيادة نسبة الملء لتقليل معدل تحميل السطح. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن مثل هذا النهج لا ينبغي استخدامه في التصميم بسبب الافتقار إلى الاقتصاد والفعالية. علاوة على ذلك، عند تصميم MBBR لإزالة BOD، ينبغي اتباع نهج متحفظ، واختيار معدل تحميل منخفض للتحجيم من أجل الحصول على أقصى قدر من الكفاءة في النترجة النهائية MBBR.

يوضح الشكل 1-6(ب) معدلات النترجة لـ MBBR الهوائية الثلاثة للتسلسل. في الشكل 6 (ب)، تمت إزالة الناقل داخل كل MBBR لتجربة صغيرة لمعدل النترجة. استمرت الاختبارات الفرعية لمدة 6 أسابيع وتم تنفيذها مرتين. في كل اختبار فرعي، كانت ظروف مفاعلات الاختبار الفرعي الثلاثة متطابقة تقريبًا (على سبيل المثال، الأكسجين المذاب، ودرجة الحرارة، ودرجة الحموضة، والتركيز الأولي لنيتروجين الأمونيا). أظهرت نتائج الاختبار أن المفاعل الأول كان له أعلى حمل COD مذاب (5.6 جم/(م2 -د)) وتقريبًا لا يوجد تأثير نترجة، ولكنه كان ناجحًا جدًا في إزالة حمل COD. ويتجلى ذلك من خلال الجانبين التاليين.

(1) معدل النترجة في مفاعل المرحلة الثانية مرتفع وقريب من معدل المرحلة الثالثة.

(2) لم تكن تحميلات COD المذابة في المرحلتين الثانية والثالثة مختلفة بشكل كبير.

لتصميم المفاعلات ذات الحمل المنخفض، من المهم اختيار منطقة سطح الناقل (SALR) بشكل متحفظ. من الممكن استخدام المعادلة التالية لتصحيح مساحة سطح التحميل للحامل (SALR) حسب درجة حرارة التدفق:

لوت=L101.06(T-10)

LT - الحمل عند درجة الحرارة T.

L10 -10 درجة عند حمل 4.5 جم/(م2 -د).

هناك بعض العوامل التي لها تأثير كبير على أداء نيترو MBBR ويجب أخذها في الاعتبار عند تصميم نيترو MBBR. أثقل العوامل هي.

(1) التحميل العضوي.

(2) تركيز الأكسجين المذاب.

(3) تركيز الأمونيا.

(4) تركيز النفايات السائلة.

(5) الرقم الهيدروجيني أو القلوية.

يوضح الشكل 1- 6 أنه للحصول على معدلات نترجة مرضية في MBBR النترجة الموجودة في اتجاه مجرى النهر، من المهم إزالة المادة العضوية من التدفق السائل في MBBR في المنبع؛ وبخلاف ذلك، فإن الأغشية الحيوية غير المتجانسة سوف تتنافس معها على المساحة والأكسجين، وبالتالي تقليل (إطفاء) نشاط النترجة للأغشية الحيوية. يزداد معدل النترجة مع انخفاض الحمل العضوي حتى يصبح الأكسجين المذاب هو العامل المحدد. فقط بتركيزات منخفضة جدًا من الأمونيا (<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.

عند وجود تركيزات كافية من القلوية والأمونيا (على الأقل في البداية)، ستنخفض معدلات النترجة مع التحميل العضوي

يزداد حتى يصبح الأكسجين المذاب هو العامل المحدد. داخل الأغشية الحيوية النتروجينية جيدة النمو، سيحد تركيز الأكسجين المذاب من معدل النترجة على المادة الحاملة فقط إذا كانت نسبة O2 إلى NH4+-N أقل من 2.0. على عكس أنظمة الحمأة المنشطة، في ظل ظروف الأكسجين المحدودة، يُظهر معدل التفاعل في مفاعلات الطبقة المتحركة علاقة خطية أو خطية تقريبًا مع تركيز الأكسجين المذاب في جسم الطور السائل. قد يكون هذا بسبب حقيقة أن مرور الأكسجين عبر الغشاء السائل الثابت إلى الأغشية الحيوية قد يكون خطوة حاسمة في الحد من نقل الأكسجين. تؤدي زيادة تركيز الأكسجين المذاب في الطور السائل الرئيسي إلى زيادة تدرج تركيز الأكسجين المذاب داخل الأغشية الحيوية. وبمعدلات تهوية أعلى، تساهم طاقة الخلط المتزايدة أيضًا في نقل الأكسجين من الطور السائل الرئيسي إلى الغشاء الحيوي. كما هو موضح في الشكل 1- 6(أ)، إذا ظل الحمل العضوي ثابتًا (على سبيل المثال، سمك الغشاء الحيوي الثابت وتركيبه)، يمكن توقع وجود علاقة خطية بين معدل النترجة وتركيز الأكسجين المذاب. يوضح الشكل 1-7 أن زيادة الأكسجين المذاب في الطور السائل الرئيسي يساهم في معدل النترجة حتى يتم تقليل تركيز الأمونيا في الطور السائل الرئيسي إلى مستوى منخفض جدًا.

لقد تم استخدام مفاعلات الطبقة المتحركة بنجاح في عمليات نزع النتروجين السابقة واللاحقة والمدمجة. وعلى النقيض من العمليات الحيوية الأخرى مثل عملية نزع النتروجين من المواد، فإن العوامل التي يجب مراعاتها في التصميم هي.

1) مصدر كربون مناسب ونسبة كربون إلى نيتروجين مناسبة في المفاعل.

2) الدرجة المطلوبة من نزع النتروجين.

3) درجة حرارة النفايات السائلة.

4) الأكسجين المذاب في الماء الراجع أو المنبع.

عندما تكون هناك حاجة إلى إزالة BOD والنترجة وإزالة النيتروجين المعتدل، فإن MBBR مع نزع النتروجين الأمامي مناسب تمامًا. من أجل الاستفادة الكاملة من حجم مفاعل نقص الأكسجين، يجب أن تحتوي مياه التغذية على نسبة مناسبة من COD ونيتروجين الأمونيا القابل للتحلل بسهولة. / ن). بما أن مرحلة النترجة في MBBR تتطلب ارتفاع الأكسجين المذاب، فإن الأكسجين المذاب في الارتجاع له تأثير كبير على أداء MBBR. وينتج عن ذلك حد أعلى لنسبة الارتجاع الأكثر اقتصادا (Q reflux/Q influent) في الإنتاج. وفوق هذه القيمة، تنخفض الكفاءة الإجمالية لنزع النتروجين عند زيادة تدفق العودة بشكل أكبر. إذا كانت طبيعة التدفق السائل مناسبة لنزع النتروجين من الواجهة الأمامية، فإن معدل إزالة النيتروجين يتراوح عمومًا بين 50% و70% بمعدل عودة (1:1) إلى (3:1). في ممارسة الإنتاج، يمكن أن تتأثر معدلات إزالة النتروجين بعوامل مثل: الموقع، والاختلافات الموسمية في خصائص التدفق (على سبيل المثال، C/N)، وتركيز الأكسجين المذاب الذي يتم إحضاره إلى المفاعل، ودرجة حرارة التدفق السائل.

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٪) في العلاج التعويضي بالهرمونات القصير.

إذا كانت متطلبات BOD والنترات السائلة أكثر صرامة، فقد تكون هناك حاجة إلى عملية إزالة النتروجين بعد عملية التهوية الصغيرة MBBR. تُظهر التجربة التشغيلية أنه إذا كانت هناك عملية ترسيب في المنبع، فقد تكون هناك تركيزات من الفوسفور في مرحلة ما بعد نزع النتروجين والتي لا تكون كافية لتخليق الخلايا، وقد يتم تثبيط أداء نزع النتروجين عند هذه النقطة.

عندما يتم ملء الكربون بشكل زائد، يمكن أن يكون الحد الأقصى لمعدل إزالة مساحة سطح حامل النترات (SARR) لمصدر الكربون المطبق أكبر من 2 جم/(م2 -د). معدلات إزالة مساحة سطح النترات لمصادر الكربون المختلفة ودرجات الحرارة المختلفة موضحة في الأشكال 2-9.

يمكن الجمع بين مفاعلات الطبقة المتحركة المزودة بنزع النتروجين الأمامي والخلفي، وبالتالي الاستفادة من اقتصاديات نزع النتروجين الأمامي. ويمكن اعتبار تصميم مفاعل نزع النتروجين الأمامي بمثابة خزان للتهوية في فصل الشتاء. قد يفكر التصميم في استخدام مفاعل إزالة النتروجين الأمامي كخزان تهوية في الشتاء. هذا بسبب.

1) زيادة حجم خزان تفاعل التهوية يساعد على تحسين النترجة.

2) يمكن أن يؤدي انخفاض درجات حرارة الماء إلى زيادة تركيزات الأكسجين المذاب وتقليل COD المذاب، مما قد يؤثر على فعالية عملية نزع النتروجين الأمامية.

3) في فصل الشتاء، يمكن لمفاعل ما بعد نزع النتروجين القيام بجميع مهام نزع النتروجين.

في عملية نزع النتروجين MBBR، تم استخدام خلاط ميكانيكي غاطس مثبت على السكك الحديدية لتدوير وخلط السائل في المفاعل

الجسم والناقل. وينبغي النظر في الجوانب التالية على وجه التحديد عند تصميم المحرض: (1) موقع واتجاه المحرض؛ (3) نوع النمام. (3) إثارة الطاقة.

تبلغ الكثافة النسبية لحامل الأغشية الحيوية حوالي 0.96، لذلك سوف تطفو في الماء بدون طاقة مطبقة، وهو ما يختلف عن عملية الحمأة المنشطة. عندما لا تكون هناك طاقة مطبقة في عملية الحمأة المنشطة، تستقر المواد الصلبة (الحمأة).

ونتيجة لذلك، في MBBR، يجب وضع المحرض بالقرب من سطح الماء ولكن ليس قريبًا جدًا من سطح الماء، وإلا فإنه سيخلق دوامة على سطح إعادة الماء وبالتالي يدخل الهواء إلى المفاعل. كما هو موضح في الشكل 1-10، يجب إمالة المحرض قليلاً إلى الأسفل بحيث يمكن دفع الحامل بشكل أعمق داخل المفاعل. بشكل عام، تتطلب MBBR غير الهوائية ما بين 25 إلى 35 واط/م3 من الطاقة لتحريك الحامل بأكمله. وينبغي النظر بشكل خاص في التحريض على نزع النتروجين من MBBR. ليست كل المحرضات مناسبة للاستخدام في MBBR لفترة طويلة. قامت الشركة المصنعة لمحرك (ABS)، باستخدام العديد من وحدات MBBR، بتطوير محرك ABS123K المناسب خصيصًا لمفاعلات السرير المتحركة. هذا المحرك مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ مع محرك منحني للخلف، وهو قادر على تحمل تآكل المحرك بواسطة الناقل. لمنع تلف الحامل وتآكل المحرك، يحتوي المحرك ABS123K على قضبان دائرية مقاس 12 مم ملحومة على طول أجنحة المروحة. عند استخدامه في مفاعل ذو طبقة متحركة، تكون سرعة المحرك ABS123K منخفضة جدًا (90 دورة في الدقيقة عند 50 هرتز و105 دورة في الدقيقة عند 60 هرتز). ترتبط طاقة الخلط المطلوبة لتحريك MBBR لإزالة النتروجين بنسبة ملء الناقل ونمو الأغشية الحيوية المتوقعة. تظهر التجربة العملية أن التقليب يكون أكثر كفاءة عند نسب ملء الناقل المنخفضة (على سبيل المثال<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.

كما هو الحال مع تقنيات الأغشية الحيوية المغمورة الأخرى، تتطلب مياه التغذية إلى MBBR معالجة مسبقة مناسبة. من أجل تحقيق صر جيد والترسيب ضروري لتجنب تراكم المواد الخاملة السيئة على المدى الطويل مثل الحطام والبلاستيك والرمل في MBBR. وبما أن MBBR مملوء جزئيًا بالناقلات، فمن الصعب إزالة هذه المواد الخاملة بمجرد دخولها إلى MBBR. عند توفر المعالجة الأولية، توصي الشركات المصنعة لـ MBBR عمومًا بألا تزيد فجوة الشبكة عن 6 مم، وإذا لم تتوفر معالجة أولية، يجب تركيب شبكة دقيقة بقطر 3 مم أو أقل. بالإضافة إلى ذلك، إذا تمت إضافة MBBR إلى العملية الحالية، ليست هناك حاجة لإضافة المزيد من الشبكات إذا كان مستوى المعالجة الحالي مرتفعًا بالفعل.

بالمقارنة مع عملية الحمأة المنشطة، فإن عملية السرير المتحرك مرنة للغاية من وجهة نظر الفصل اللاحق للصلب والسائل بشكل كبير. إن تأثير المعالجة البيولوجية لعملية السرير المتحرك مستقل عن خطوة فصل الصلبة والسائلة، لذلك يمكن أن تختلف وحدات فصل الصلبة والسائلة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تركيز المواد الصلبة في تدفق MBBR يكون على الأقل ترتيبًا واحدًا من حيث الحجم أقل من تركيز عملية الحمأة المنشطة. لذلك، تم تطبيق مجموعة متنوعة من تقنيات فصل الصلبة والسائلة بنجاح على MBBR، والتي يمكن دمجها مع تقنيات فصل الصلبة والسائلة البسيطة والفعالة مثل تعويم الهواء أو خزانات الترسيب عالية الكثافة حيث تكون الأرض في أعلى مستوياتها. عند إعادة تأهيل محطات معالجة مياه الصرف الصحي الحالية، يمكن استخدام خزانات الترسيب الموجودة لفصل المواد الصلبة في MBBR.

ما يلي مهم جدًا لتصميم MBBR.

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 م/ساعة)، سوف تتراكم الحاملات عند شبكة الاعتراض وتولد خسائر كبيرة في الرأس. في بعض الأحيان تحدد الظروف الهيدروليكية عند معدل التدفق الأقصى الشكل الهندسي وعدد سلسلة MBBR. يعد التشاور مع الشركة المصنعة وتحديد معدل تدفق السفر المناسب أمرًا مهمًا لتصميم MBBR. تعتبر نسبة العرض إلى الارتفاع للمفاعل عاملاً أيضًا. بشكل عام، تساعد نسبة العرض إلى الارتفاع الصغيرة (على سبيل المثال، 1:1 أو أقل) على تقليل انجراف الموجة الحاملة نحو شبكة المعترض عند معدلات تدفق الذروة وتسمح بتوزيع أكثر اتساقًا للموجات الحاملة داخل المفاعل.

مشاكل الرغوة ليست شائعة في MBBR، ولكنها عرضة لحدوثها أثناء سوء بدء التشغيل أو التشغيل. نظرًا لوجود جدارين فاصلين في منتصف المسبح المستمر أعلى من سطح الماء، وبالتالي فإن الرغوة ستقتصر على MBBR. إذا كان من الضروري التحكم في الرغوة، يوصى باستخدام عوامل مضادة للرغوة. سيؤدي استخدام مزيلات الرغوة إلى تغطية الناقل وإعاقة انتشار الركيزة إلى الأغشية الحيوية، مما قد يؤثر على أداء MBBR. لا ينبغي استخدام مزيلات رغوة السيليكا لأنها غير متوافقة مع الناقلات البلاستيكية.

بالنسبة لمفاعلات الطبقة المتحركة المصممة والمبنية بشكل جيد، على الرغم من ندرة حالات الفشل، فمن الحكمة حل مشكلة كيفية نقل الحامل خارج المفاعل وتخزينه عند إغلاق المفاعل بسبب الصيانة، وما إلى ذلك. . يمكن تصريف جميع السوائل الموجودة في المفاعل، بما في ذلك الحاملات، بواسطة مضخة دوامية ذات عجلة مقعرة مقاس 10 سم. إذا كانت نسبة الملء المصممة مناسبة، فيمكن نقل الحامل الموجود في أحد المفاعلات مؤقتًا إلى مفاعل آخر. ومع ذلك، فإن عيب هذه الطريقة هو أنه من الصعب إعادة كلا المفاعلين إلى نسب التعبئة الأصلية عند تحريك الحاملات مرة أخرى. بمجرد ضخ الحاملات مرة أخرى إلى المفاعل، فإن الطريقة المعقولة الوحيدة لقياس نسبة امتلاء الحامل بدقة هي تفريغ المفاعل وقياس ارتفاع الحامل في كلا المفاعلين. ومن الناحية المثالية، قد يكون هناك حوض آخر أو وحدة أخرى غير مستخدمة يمكن استخدامها كحاوية تخزين مؤقتة للناقلات، بحيث يمكن ضمان نسبة الناقلات الأصلية لملء المفاعل بسهولة.