Tapaustutkimus · MBBR-tekniikka

Kuinka kaksivaiheinen anaerobinen-aerobinen MBBR käsittelee maaseudun jätevesiä 8 asteessa - ja silti täyttää luokan A standardit

Changzhoussa, Jiangsun maakunnassa, Kiinassa tehty kenttätutkimus osoittaa, että oikealla kantoaineväliaineella, kierrätysstrategialla ja prosessisuunnittelulla MBBR-järjestelmät voivat poistaa yli 80 % COD:stä, ammoniakkitypestä, TN:stä ja TP:stä talviolosuhteissa – kun perinteiset prosessit rutiininomaisesti epäonnistuvat.

Tärkeimmät tulokset 8–10 asteen veden lämpötilassa · HRT 8h

83.8%

COD:n poisto

173,7 → 28,1 mg/l

84.9%

NH3-N poisto

28,6 → 4,3 mg/l

80.1%

TN poisto

49,5 → 9,9 mg/l

85.7%

TP:n poisto

2,73 → 0,39 mg/l

Haaste

Miksi talvi tappaa perinteisen maaseudun jätevedenkäsittelyn

Kiinan maaseutualueilta päästettiin 33,71 miljardia tonnia kotitalousjätevettä vuonna 2022. Monet hajautetut puhdistuslaitokset - jotka on suunniteltu ja testattu normaaleissa lämpötiloissa - eivät täytä päästöstandardeja talvella, mikä saastuttaa suoraan järviä, viljelysmaata ja paikallisia vesivaroja.

Perimmäinen syy on biologinen: nitrifioivat bakteerit toimivat optimaalisesti 25–30 asteessa. Alle 15 asteen aineenvaihduntakapasiteetti laskee jyrkästi. Alle 5 astetta toiminta melkein pysähtyy. Seurauksena on peräkkäinen epäonnistuminen - COD-poisto hidastuu, nitrifikaatio pysähtyy, denitrifikaatio menettää hiililähteensä ja fosforin poisto romahtaa PAO:n (polyfosfaattia keräävän organismin) toiminnan mukana.

Tämä tutkimus, joka suoritettiin syyskuusta 2022 huhtikuuhun 2023 Luoyang Townissa, Wujinin piirikunnassa, Changzhou Cityssä, testasi, voisiko erityisesti suunniteltu kaksivaiheinen anaerobinen-aerobinen MBBR-prosessi voittaa nämä rajoitukset veden lämpötilassa 8–10 astetta.

Vaikuttava veden laatu

TURSKA	100-200 mg/l
NH3-N	15-40 mg/l
TN	20-50 mg/l
TP	3-5 mg/l
pH	6–8
Veden lämpötila	7-10 astetta

Prosessin suunnittelu

Kolme muutosta, jotka tekivät eron

Ilmanpoistokierrätys

Nitrifioitu neste palasi sedimentaatiosäiliöstä tasaussäiliöön A1 kierrätyssuhteella200–400%. Tämä täydentää hiilen lähteen denitrifikaatiota varten – suurin pullonkaula kylmän sään typenpoistossa.

MBBR-biofilmitelineet

Esiviljeltyjä ja sopeutettuja MBBR-biologisia kantajia lisättiin kaikkiin reaktorin vaiheisiin. Kantajat lisäävät kosketuspinta-alaa ja biomassaa ja isännöivät matalaan lämpötilaan mukautuneita nitrifioivia bakteereja, jotka ylläpitävät aktiivisuutta 8 asteessa, missä suspendoitunut liete ei pysty.

Ilmastuksella tehostettu fosforinpoisto

Ylimääräinen liete poistetaan ilmastussekoituksella ja ilmastrippauksella. Tämä tehostaa PAO:iden fosforin vapautumisen ja oton kiertoa ja estää lietteen ikääntymisen liialliseksi - kriittinen tekijä PAO:n elinkelpoisuuden ylläpitämisessä matalissa lämpötiloissa.

Järjestelmän toimintaparametrit

Vaihe	HRT	TEE kohdistaa	Toiminto
Anaerobinen A1	3 h	< 0.5 mg/L	Fosforin vapautuminen, denitrifikaatio palautetulla nitrifioidulla nesteellä
Aerobinen O1	2 h	2,0–4,0 mg/l	COD:n hajoaminen, nitrifikaatio, fosforinotto
Anaerobinen A2	2 h	< 0.5 mg/L	Jatkuva denitrifikaatio, sekundaarinen fosforin vapautuminen
Aerobinen O2	1 h	2,0–4,0 mg/l	Lopullinen nitrifikaatio, fosforinotto, jäteveden kiillotus
Yhteensä HRT	8 h	-	Kiertosuhde: 200–400 %

MBBR experimental device two-stage anaerobic aerobic reactor

Hoidon tulokset

Vaiheittainen poistoteho 8–10 asteessa

COD-poisto yhteensä - 83.80 %

Jopa alhaisissa lämpötiloissa COD-poisto ylitti 80 %, mikä osoittaa, että kaksivaiheinen prosessi ylläpitää tehokasta orgaanista hajoamista sekä anaerobisen muuntumisen (PAO:t, denitrifioivat bakteerit) että aerobisen mikrobien hajoamisen kautta. MBBR-kantajat tarjoavat riittävästi biomassaa kompensoimaan alentunutta solukohtaista aineenvaihduntanopeutta 8 asteessa.

Vaihe	COD (mg/l)	Poistaminen
Vaikuttava	173.68	-
A1:n jälkeen	101.74	41.42%
O1:n jälkeen	63.80	63.84%
A2:n jälkeen	54.87	68.41%
Jätevesi	28.14	83.80%

NH₃-N poisto - 84.93 % yhteensä

Ammoniakkitypen poisto keskittyi aerobisiin vaiheisiin (O1, O2), joissa MBBR-kantajapinnoilla olevat nitrifikaatiobakteerit säilyttivät korkean nitrifikaatiokapasiteetin 8–10 asteen veden lämpötilasta huolimatta. Tämä on biofilmikantajan keskeinen etu suspendoituneeseen lietteeseen verrattuna kylmissä ympäristöissä: kantajabiofilmiyhteisö voidaan esisopeuttaa alhaisiin lämpötiloihin, jolloin se isännöi kylmään sopeutettuja nitrifiointiainekantoja, joita ei ole tavallisissa aktiivilietejärjestelmissä.

Vaihe	NH3-N (mg/l)	Poistaminen
Vaikuttava	28.61	-
A1:n jälkeen	18.47	35.43%
O1:n jälkeen	10.91	61.86%
A2:n jälkeen	10.51	63.27%
Jätevesi	4.31	84.93%

TN-poisto yhteensä - 80.06 %

Ilmanpoistokierrätys 200–400 % suhteella oli ratkaiseva tekijä. Palauttamalla nitrifikoitu neste A1:een saatiin riittävästi hiiltä saatavilla denitrifikaatioon silloinkin, kun COD/N-suhteet olivat alhaiset - yleisin syy TN-yhteensopimattomuuteen kylmän sään maaseutukäsittelyssä.

Vaikuttava TN	49,54 mg/l
A1+O1+A2 jälkeen	16,39 mg/l
Jätevesi TN	9,88 mg/l (−80,06 %)

TP-poisto yhteensä - 85.71 %

TP itse asiassa nousi 6,82 mg/l:aan A1 - jälkeen, mikä on merkki siitä, että PAO:t vapautuivat aktiivisesti fosforia anaerobisella alueella, mikä vahvistaa, että biologinen fosforinotto toimii. Myöhemmät aerobiset vaiheet ja ylimääräisen lietteen poisto ilmastrippauksen avulla laskivat TP:n arvoon 0,39 mg/l.

Vaikuttava TP	2,73 mg/l
A1:n jälkeen (P-julkaisu)	6,82 mg/L ↑
Jätevesi TP	0,39 mg/l (−85,71 %)

MBBR biofilm microbial community microscopy low temperature

Mikrobiyhteisöanalyysi

Korkea mikrobien monimuotoisuus ylläpidetään alhaisessa lämpötilassa

Biofilmiyhteisöjen korkean suorituskyvyn sekvensointi anaerobisista ja aerobisista vyöhykkeistä paljasti, että mikrobien monimuotoisuus säilyi korkeana jopa 8–10 asteessa – suora seuraus siitä, että MBBR-kantoaine tarjosi suojattuja mikroympäristöjä, joissa erilaiset yhteisöt pystyivät muodostamaan ja vastustamaan huuhtoutumista.

Anoksinen vyöhyke (A)

OTU-määrä	1,014
Shannonin indeksi	4,24 (suuri monimuotoisuus)
Simpsonin indeksi	0.05
Hallitseva perhe	Proteobakteerit 83 %
Avainsuku	Acinetobacter 13,2 %

Aerobinen vyöhyke (O)

OTU-määrä	973
Shannonin indeksi	4,45 (suuri monimuotoisuus)
Simpsonin indeksi	0.05
Hallitseva perhe	Proteobakteerit 77 %
Avainsuku	Lysobakteeri 20,3 %

Tärkeimmät toiminnalliset mikro-organismit tunnistettu

Suku	Järjestelmän avaintoiminto
Lysobakteeri	Erittää fosfataasia hajottaakseen fosforia; hallitseva aerobisella alueella 20,3 %
Acinetobacter	Hajottaa orgaanisen aineen orgaanisiksi hapoiksi nitrifiointiaineiden/denitrifiointiaineiden substraattina; käyttää nitraattia elektronien vastaanottajana
Flavobakteeri	Muuntaa orgaaniset aineet hapoiksi/rasvahapoiksi anaerobisella alueella; tuotteet syötetään aerobiseen vaiheeseen hajoamista varten
Acidovorax	Monimutkaisten orgaanisten aineiden (proteiinit, sokerit, rasvat) hajoaminen suurella kapasiteetilla; vähentää COD tehokkaasti
Pseudoxanthomonas	Nitrifikaatio: hapettaa ammoniakkitypen nitriitiksi ja nitraatiksi
Stenotrophomonas	COD:n hajoaminen + antibioottien tuotanto estää haitallisia bakteereja ja suojaa hyödyllistä mikrobitoimintaa
Brevundimonas	Fakultatiivinen anaerobi, jossa on sekä nitrifikaatio- että denitrifikaatiotoimintoja; hajottaa makromolekyylisiä orgaanisia aineita

Johtopäätökset

Mitä tämä tarkoittaa maaseudun MBBR-kasvien suunnittelussa

1	MBBR-telineet ovat välttämättömiä kylmän sään noudattamiselle Kantajabiofilmi sisältää valmiiksi sovitettuja matalan lämpötilan nitrifikaattoreita, joita suspendoitunut liete ei pysty ylläpitämään. 8 asteessa kantajapohjaiset järjestelmät saavuttavat sen, mitä tavanomaiset aktiivilietet eivät pysty.
2	Korkea kierrätyssuhde (200–400 %) kompensoi hiilipulaa Kylmällä säällä alhainen C/N-virtaus on ensisijainen syy denitrifikaation epäonnistumiseen. Nitrifioidun nesteen palauttaminen korkealla suhteella täydentää hiilen lähteen ja pitää denitrifikaation aktiivisena koko talven ajan.
3	8 tunnin hormonikorvaushoito riittää, kun kaikki kolme muutosta tehdään yhdessä Yhdistetty lähestymistapa - MBBR-kannattimet + ilmanpoistokierrätys + ilmastuksella tehostettu lietteenpoisto - saavuttaa luokan A jäteveden (GB 18918-2002) ja Jiangsu DB32/T 3462-2018 -yhteensopivuuden 8 asteessa ilman, että hydraulinen retentioaika pidentyy maaseudun hajautetuissa järjestelmissä.

Määritetäänkö MBBR-operaattorit maaseudun tai hajautettuun hoitoprojektiin?

Juntai toimittaa esiviljeltyjä MBBR-biokantoaineita, jotka soveltuvat matalan lämpötilan ympäristöihin, mukaan lukien pienimuotoiset pakatut yksiköt ja maaseudun jätevedenkäsittelysovellukset. Toimitus suoraan tehtaalta, ei minimitilausta.

→ Ota yhteyttä tiimiimme Näytä MBBR-operaattorivalikoima

Kuinka kaksivaiheinen anaerobinen-aerobinen MBBR ratkaisee talven maaseudun jätevedenkäsittelyhäiriöt 8–10 asteessa