MBBR 프로세스 설계 계산 및 세부화

기존의 2차 처리공정을 고려하면 이동층 반응기를 선택할 수 있다. 이 경우 행의 순차적인 2MBBR은 처리 요구 사항(2차 처리 수준)을 충족할 수 있습니다.

표 1- 4에는 4개의 WWTP에서 BOD7 제거가 요약되어 있습니다. 4개의 WWTP는 모두 7-10 gBOD7 /( m2 -d)(10도)의 MBBR 유기 부하와 함께 기존 방식으로 로드된 MBBR을 사용했습니다. MBBR 이전에는 응집 및 인 제거를 위해 화학 물질을 적용했으며 부유 물질의 분리도 강화했습니다.

MBBR을 질화 반응기 앞에 배치하는 경우 가장 경제적인 설계 옵션은 유기물 제거를 위해 MBBR을 사용하는 것을 고려하는 것입니다. 이는 MBBR 하류의 질화 이동층 반응기가 높은 질화 속도를 달성할 수 있게 해줍니다. 질화 MBBR의 BOD 부하가 충분히 감소되지 않으면 질화 속도가 크게 감소하여 반응기가 비효율적인 상태가 됩니다.

그림 {{0}} (a)는 BOD 부하 증가가 담체 질화율에 미치는 영향을 보여줍니다. 이는 BOD 부하가 높아 앞부분에서 유기물을 제거할 때 뒷부분에 과도한 질산화 부하가 발생하는 예입니다. 이 예에서 질화율은 0.8 g/(m2 -d)입니다. BOD 부하가 2g/(m{5}}d)이고 주액의 용존 산소량이 6mg/L인 경우. 그러나 BOD 부하가 3g/(m2 -d)으로 증가하면 질화율은 0.8g/(m{11}}d)로 나타났습니다. 그러나 BOD 부하를 3g/(m{13}}d)로 증가시키면 질산화율은 약 50% 감소하였다. 이에 대응하기 위해 작업자는 주 액상의 용존 산소 농도를 높이거나 충전 비율을 높여 표면 로딩 속도를 줄일 수 있습니다. 그러나 이러한 접근 방식은 경제성과 효율성이 부족하기 때문에 설계에 사용해서는 안 된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 또한, BOD 제거를 위한 MBBR을 설계할 때 다운스트림 질화 MBBR에서 최대 효율을 얻기 위해 사이징에 대한 낮은 로딩 속도를 선택하는 보수적인 접근 방식을 취해야 합니다.

그림 1-6(b)는 시퀀스의 세 가지 호기성 MBBR의 질산화 속도를 보여줍니다. 그림 6(b)에서는 질산화 속도를 시험하기 위해 각 MBBR 내의 캐리어를 제거했습니다. 하위 테스트는 6주 동안 진행되었으며 두 번 실시되었습니다. 각 하위 테스트에서 3개 하위 테스트 반응기의 조건은 거의 동일했습니다(예: 용존 산소, 온도, pH 및 암모니아성 질소의 초기 농도). 테스트 결과, 첫 번째 반응기는 용존 COD 부하량이 가장 높았고(5.6g/(m2 -d)) 질산화 효과는 거의 없었으나 COD 부하 제거에는 매우 성공적인 것으로 나타났습니다. 이는 다음 두 가지 측면으로 입증됩니다.

(1) 2단계 반응기의 질화율은 높고 3단계 반응기와 비슷하다.

(2) 두 번째 단계와 세 번째 단계의 용존 COD 부하량은 크게 다르지 않았습니다.

저부하 원자로 설계에서는 SALR(Carrier Surface Area Loading)을 보수적으로 선택하는 것이 중요합니다. 유출물의 온도에 따른 담체의 표면적 부하(SALR)를 보정하기 위해 다음 방정식이 사용되었습니다.

LT=L101.06(T-10)

LT - 온도 T에서의 부하.

4.5g/(m2 -d) 하중에서 L10 -10도.

니트로 MBBR의 성능에 중요한 영향을 미치고 니트로 MBBR을 설계할 때 고려해야 하는 몇 가지 요소가 있습니다. 가장 무거운 요인은 다음과 같습니다.

(1) 유기물 로딩.

(2) 용존 산소 농도.

(3) 암모니아 농도.

(4) 유출 농도.

(5) pH 또는 알칼리성.

그림 1- 6은 하류의 질산화 MBBR에서 만족스러운 질화율을 얻으려면 상류 MBBR의 유출수에서 유기물을 제거하는 것이 중요함을 보여줍니다. 그렇지 않으면 이산화 생물막이 공간과 산소를 ​​두고 경쟁하게 되어 생물막의 질산화 활동이 감소(소화)됩니다. 용존 산소가 제한 요인이 될 때까지 유기 부하가 감소함에 따라 질화 속도가 증가합니다. 매우 낮은 암모니아 농도에서만(<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.

충분한 알칼리도 및 암모니아 농도(적어도 초기에는)에서 질산화 속도는 유기물 부하에 따라 감소합니다.

용존 산소가 제한 요소가 될 때까지 증가합니다. 잘 자란 질화 생물막 내에서 용존 산소 농도는 O2 대 NH4+-N의 비율이 2.0 미만인 경우에만 담체의 질화 속도를 제한합니다. 활성 슬러지 시스템과 달리 산소 제한 조건에서 이동층 반응기의 반응 속도는 액상 본체의 용존 산소 농도와 선형 또는 대략 선형 관계를 나타냅니다. 이는 고정된 액체 막을 통해 생물막으로 산소가 통과하는 것이 산소 전달을 제한하는 중요한 단계일 수 있다는 사실 때문일 수 있습니다. 주 액상의 용존 산소 농도를 높이면 생물막 내 용존 산소 농도 구배가 증가합니다. 폭기율이 높을수록 혼합 에너지가 증가하여 주 액체상에서 생물막으로 산소가 전달되는 데에도 기여합니다. 그림 1- 6(a)에서 볼 수 있듯이 유기물 부하가 일정하게 유지되면(예: 일정한 생물막 두께 및 조성) 질산화 속도와 용존 산소 농도 사이의 선형 관계가 예상될 수 있습니다. 그림 1-7은 주 액체 상의 암모니아 농도가 매우 낮은 수준으로 감소할 때까지 주 액체 상의 용존 산소 증가가 질화 속도에 기여함을 설명합니다.

이동층 반응기는 탈질 전, 후 및 복합 탈질 공정에서 성공적으로 사용되었습니다. 다른 바이오와 마찬가지로 물질의 탈질공정과 달리 설계시 고려해야 할 요소는 다음과 같다.

1) 반응기의 적절한 탄소원과 적절한 탄소 대 질소 비율.

2) 원하는 탈질 정도.

3) 유출물의 온도.

4) 반환수 또는 상류수에 용해된 산소.

BOD 제거, 질산화 및 적당한 질소 제거가 필요한 경우 전면 탈질 기능을 갖춘 MBBR이 적합합니다. 무산소 반응기의 용량을 최대한 활용하려면 공급수는 쉽게 생분해되는 COD와 암모니아성 질소(C)의 적절한 비율을 가져야 합니다. /N). MBBR의 질화 단계에서는 높은 용존 산소가 필요하므로 환류 시 용존 산소는 MBBR의 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 이로 인해 생산 시 가장 경제적인 환류 비율(Q 환류/Q 유입수)의 상한이 발생합니다. 이 값을 초과하면 회수 유량이 더 증가하면 탈질의 전체 효율성이 감소합니다. 배출수의 성질이 전단 탈질에 적합한 경우, 질소 제거율은 일반적으로 (1:1) ~ (3:1)의 반환 비율에서 50% ~ 70%입니다. 생산 현장에서 탈질율은 위치, 배출 특성의 계절적 차이(예: C/N), 반응기로 유입되는 용존 산소 농도, 배출 온도 등의 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

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 (>짧은 HRT에서는 80%).

폐수 BOD 및 질산염 요구 사항이 더 엄격한 경우 소규모 폭기 MBBR 후에 사후 탈질화가 필요할 수 있습니다. 운영 경험에 따르면 상류에 침강 공정이 있는 경우 탈질 후 인 농도가 세포 합성에 충분하지 않을 수 있으며, 그 지점에서 탈질 성능이 억제될 수 있습니다.

탄소가 과도하게 채워지면 적용된 탄소원의 최대 질산염 운반체 표면적 제거율(SARR)은 2g/(m2 -d)보다 클 수 있습니다. 다양한 탄소원과 다양한 온도에 대한 질산염 표면적 제거율은 그림 2-9에 나와 있습니다.

전면 및 후면 탈질이 가능한 이동층 반응기를 결합할 수 있어 전면 탈질의 경제성을 활용할 수 있습니다. 전면 탈질반응조 설계는 겨울철 폭기조로 고려될 수 있다. 겨울에는 전면 탈질반응기를 폭기조로 활용하는 것도 고려해볼 수 있다. 그 이유는.

1) 폭기반응조의 부피를 늘리면 질산화 개선에 도움이 됩니다.

2) 수온이 낮아지면 용존 산소 농도가 증가하고 용존 COD가 감소하여 전단 탈질 효과에 영향을 미칠 수 있습니다.

3) 동절기에는 후탈질반응로에서 모든 탈질작업을 수행할 수 있다.

탈질 MBBR에서는 레일 장착형 수중 기계식 혼합기를 사용하여 반응기 내 액체를 순환 및 혼합했습니다.

본체와 캐리어. 교반기를 설계할 때 다음 측면을 특별히 고려해야 합니다. (1) 교반기의 위치와 방향; (3) 교반기의 종류; (3) 교반 에너지.

생물막 담체의 상대밀도는 약 0.96이므로 에너지를 가하지 않아도 물에 뜨게 되는데, 이는 활성슬러지 공정과 다릅니다. 활성슬러지 공정에 에너지가 가해지지 않으면 고형물(슬러지)이 침전됩니다.

결과적으로 MBBR에서는 교반기를 물 표면에 가깝게 배치해야 하지만 물 표면에 너무 가깝지 않게 배치해야 합니다. 그렇지 않으면 재수 표면에 소용돌이가 발생하여 공기가 반응기로 유입됩니다. 그림 1-10에 표시된 대로 캐리어가 반응기 안으로 더 깊이 들어갈 수 있도록 교반기를 약간 아래쪽으로 기울여야 합니다. 일반적으로 비공기 MBBR은 전체 캐리어를 교반하는 데 25~35w/m3의 에너지가 필요합니다. 탈질화 MBBR의 교반은 특별히 고려되어야 한다. 모든 교반기가 MBBR에서 장기간 사용하기에 적합한 것은 아닙니다. 여러 MBBR 장치를 사용하는 교반기 제조업체(ABS)는 특히 이동층 반응기에 적합한 ABS123K 교반기를 개발했습니다. 이 교반기는 스테인레스 스틸로 제작되었으며 후방 곡선형 교반기가 있어 캐리어에 의한 교반기의 마모를 견딜 수 있습니다. 캐리어 손상과 교반기 마모를 방지하기 위해 ABS123K 교반기에는 프로펠러 날개를 따라 용접된 12mm 둥근 막대가 있습니다. 이동층 반응기에 사용할 경우 ABS123K 교반기의 속도는 매우 느립니다(50Hz에서 90rpm, 60Hz에서 105rpm). 탈질화 MBBR을 교반하는 데 필요한 혼합 에너지는 캐리어 충전 비율 및 예상되는 생물막 성장과 관련이 있습니다. 실제 경험에 따르면 낮은 캐리어 충전 비율(예:<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.

다른 수중 생물막 기술과 마찬가지로 MBBR에 공급되는 물에는 적절한 전처리가 필요합니다. 좋은 격자를 만들기 위해서는 MBBR에 잔해, 플라스틱, 모래와 같은 불쾌한 불활성 물질이 장기간 축적되는 것을 방지하기 위한 침전이 필요합니다. MBBR은 부분적으로 캐리어로 채워져 있으므로 이러한 불활성 물질은 일단 MBBR에 들어가면 제거하기 어렵습니다. 1차 처리가 가능한 경우 MBBR 제조업체는 일반적으로 그레이트 간격이 6mm를 넘지 않도록 권장하며, 1차 처리가 불가능한 경우 3mm 이하의 미세한 그레이트를 설치해야 합니다. 또한, 기존 공정에 MBBR을 추가하면 기존 처리 수준이 이미 높으면 그릴을 추가로 추가할 필요가 없습니다.

이동층 공정은 활성슬러지 공정에 비해 후속 고액분리 측면에서 유연성이 매우 크다. 이동층 공정의 생물학적 처리 효과는 고액분리단계와 무관하므로 고액분리단위를 다양화할 수 있다. 또한, MBBR 유출수의 고형물 농도는 활성 슬러지 공정보다 최소 한 자릿수 더 낮습니다. 따라서 다양한 고액 분리 기술이 MBBR에 성공적으로 적용되었으며, 이는 토지가 중요한 공기 부양 또는 고밀도 침전조와 같은 간단하고 효율적인 고액 분리 기술과 결합될 수 있습니다. 기존 폐수 처리장을 개조할 때 기존 침전 탱크를 MBBR의 고형물 분리에 사용할 수 있습니다.

다음은 MBBR 설계에 매우 중요합니다.

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. >35m/h), 캐리어는 요격 그리드에 축적되어 큰 수두 손실을 발생시킵니다. 때로는 최고 유량의 유압 조건이 MBBR 시리즈의 형상과 수를 결정합니다. MBBR 설계에는 제조업체와 상담하고 적절한 이동 유량을 결정하는 것이 중요합니다. 반응기의 종횡비도 요인입니다. 일반적으로, 작은 종횡비(예: 1:1 이하)는 최대 유량에서 인터셉터 그리드를 향한 캐리어 드리프트를 줄이는 데 도움이 되며 반응기 내 캐리어의 보다 균일한 분포를 허용합니다.

MBBR에서는 거품 문제가 흔하지 않지만 시동이나 작동이 불량할 때 발생하기 쉽습니다. 연속 수영장 중앙에 있는 두 개의 칸막이 벽으로 인해 수면보다 높으므로 거품이 MBBR로 제한됩니다. 거품을 제어해야 하는 경우 소포제를 사용하는 것이 좋습니다. 소포제를 사용하면 담체를 덮고 기질이 생물막으로 확산되는 것을 방해하여 MBBR의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 규화물 소포제는 플라스틱 캐리어와 호환되지 않으므로 사용해서는 안 됩니다.

잘 설계되고 건설된 이동층 원자로의 경우 고장이 거의 발생하지 않지만 유지보수 등으로 인해 원자로가 정지될 때 운반체를 원자로 밖으로 이동하고 보관하는 방법에 대한 문제는 여전히 고려되어야 하는 것이 현명합니다. . 캐리어를 포함하여 반응기의 모든 액체는 10cm 오목 휠 와류 펌프로 배출될 수 있습니다. 설계된 충전 비율이 적합하면 한 반응기의 담체를 일시적으로 다른 반응기로 이동할 수 있습니다. 그러나 이 방법의 단점은 캐리어를 다시 이동할 때 두 반응기를 원래 충전 비율로 복원하기 어렵다는 것입니다. 캐리어가 반응기로 다시 펌핑되면 캐리어 충전 비율을 정확하게 측정하는 유일한 합리적인 방법은 반응기를 비우고 두 반응기의 캐리어 높이를 측정하는 것입니다. 이상적으로는 원래의 원자로 충전 캐리어 비율을 쉽게 보장할 수 있도록 캐리어의 임시 저장 컨테이너로 사용할 수 있는 다른 풀이나 기타 미사용 장치가 있어야 합니다.