MBBR의 프로세스 운영 및 적용에 관한 연구 진행 저온 시스템
개요
MBBR(이동층 생물막 반응기) 공정은 현재 널리 사용되는 생물막 폐수 처리 기술 중 하나입니다. 기존 활성 슬러지 공정과 비교하여 MBBR은 효과적인 배출수 품질, 충격 부하에 대한 강한 저항성, 슬러지 회수 또는 역세 요구 사항이 없다는 장점을 제공합니다. 겨울철 저온-기간 동안, 특히 북부 지역과 남서부 고원에서는 기온이 5도 이하로 쉽게 떨어지고, 수온은 15도 이하로 떨어질 수 있습니다. 온도가 낮으면 -MBBR 시스템의 화학적 산소 요구량(COD), 암모니아 질소 및 총 질소와 같은 배출 지표가 준수되지 않을 수 있습니다. 생물막 질소 제거에는 호기성 질산화와 무산소성 탈질화가 포함되며, 온도는 이러한 과정에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나입니다. 온도가 감소함에 따라 활성 슬러지 시스템의 박테리아의 질화 속도는 점차 감소하며 온도가 8도 이하로 떨어지면 질화 능력이 크게 감소합니다. 이 문서에서는 미생물 군집, 담체 강화 기술, 공정 조합 및 조작 등의 측면에서 저온 조건에서 MBBR 공정의 작동을 체계적으로 자세히 설명하고 추가 연구 및 적용을 위한 참고 자료를 제공합니다.
1. 저온-MBBR 시스템의 미생물군집 연구
현재 폐수처리장의 핵심공정은 생물학적 처리이다.겨울의 낮은 온도(15도 이하)는 생물반응기에서 질화 박테리아의 활동을 억제하여 질화 과정에 영향을 미치고 시스템의 질소 제거 용량을 제한합니다.. 질화세균은 생성주기가 길고 독립영양생물이며 온도변화에 민감하여 최적의 성장온도 범위는 20~35도이다.
1.1 미생물 활동
MBBR 반응기의 생물막은 담체 표면에 부착되어 성장하여 긴 생성 주기로 미생물의 성장을 지원함으로써 시스템의 질화 박테리아 함량을 증가시킵니다. 활성 슬러지 공정과 비교하여 MBBR은 저온에서 더 강력한 질화 성능을 나타내므로 저온-폐수 처리에 널리 사용됩니다. 저온은 이 반응기의 질산화 성능에 영향을 미치는 중요한 환경 요인 중 하나입니다. 온도 감소는 세포막 유동성 및 효소 촉매 작용 감소, 물질 수송 및 대사 속도 감소로 이어져 핵산 2차 구조의 안정성에 영향을 미치고 DNA 복제, mRNA 전사 및 번역을 억제합니다. 온도가 세포질 어는점 아래로 떨어지면 세포 내에 얼음 결정이 형성되어 심각한 구조적 손상을 일으킵니다. Qiu Tian 등의 연구. 그것을 보여주었다MBBR 생물막의 10도에서의 암모니아 산화 및 아질산염 산화 활성은 각각 20도에서의 55% 및 56%였습니다.. Zheng Zhijiaet al. 활성 슬러지의 질산화 속도를 테스트했습니다.하수처리장에서 여름(20도)과 겨울(8도)에 암모니아성질소 질화율이 8도에서 20도에 비해 48.5%로 나타났다.. 저온이 생화학 탱크의 질화 능력에 미치는 영향에는 두 가지 측면이 포함됩니다. 첫째, 저온은 질화 박테리아 군집의 활동에 영향을 미치고, 두 번째로, 장기간의 저온은 활성 슬러지에서 질화 박테리아의 개체수를 감소시킵니다.
1.2 미생물 공동체 대회
질화 박테리아는 독립 영양이기 때문에 다른 미생물 군집은 질화 과정에 큰 영향을 미치고 질화 박테리아와 강력하게 경쟁합니다. Houwelinget al. MBBR 공정 실험을 수행한 결과, 4도에서 MBBR은 특정 질화 잠재력을 가지고 있지만 시스템 내 종속 영양 미생물의 과도한 성장은 질화 속도를 어느 정도 감소시키는 것으로 나타났습니다. Shao Shuhaiet al. 단일-단계 MBBR의 질소 제거 효과는 질산화 박테리아와 종속 영양 박테리아 간의 경쟁으로 인해 이상적이지 않다는 것을 나타냅니다. Han Wenjieet al. 저온 계절 동안 MBBR 하이브리드 공정을 사용하는 폐수 처리장에서 미생물 군집 변화와 생물학적 분포 패턴을 연구한 결과, 부유 담체 생물막의 미생물 종 수가 동일한 시스템의 활성 슬러지 수보다 적고 종 분포가 고르지 않은 것으로 나타났습니다. 부유 담체를 추가하면 시스템의 미생물 다양성이 향상되는 반면, 유입수 및 작동 모드는 미생물 군집 구성에 대해 특정 선택성을 갖습니다. Wu Hanet al. 다양한 필러 유형을 갖춘 3개의 순차적 배치 MBBR 반응기를 사용하여 가정 폐수 처리를 시뮬레이션했습니다. 저온 폐수용 생물막을 배양하고 적응시키기 위해 온도(25도, 20도, 15도, 10도, 6도, 5도)를 점진적으로 낮춤으로써 그들은 세 개의 반응기에서 서로 다른 미생물이 지배적이라는 것을 발견했습니다. 높은-처리량 시퀀싱 결과는 5도에서 유기물을 분해하는 미생물이 세 반응기 모두에서 우세하다는 것을 보여주었습니다. 한 반응기는 호온성 질산화 박테리아를 성공적으로 적응시키고 농축시켰으며, 다른 두 반응기는 질소 제거에 불리한 질소{23}}고정 박테리아를 더 많이 함유했습니다.
1.3 호온성 미생물의 순응
저온-우세 미생물 군집을 위한 순응 및 농축 강화 기술저온 조건에서 MBBR의 작동 효율성과 안정성을 향상시키는 효과적인 방법입니다-. 점진적인 유도 및 최적화된 재배를 통해 우세한 개체군을 선별하고 적용하며 미생물 군집의 강력한 내성을 활용하여 저온의 영향을 줄이고 장기적인 안정성 잠재력을 제공합니다-. Wang Dan et al. 겨울의 저온-온도 조건에서 저온-내성 미생물 군집을 포함하는 활성 슬러지를 추가하여 활성 슬러지-생물막 공생 하이브리드 생물반응기를 달성하면 빠른 시작, 빠른 생물막 형성 및 안정적인 처리 효과와 같은 이점을 제공한다는 사실을 발견했습니다. Delatollaet al. 1도에서 시스템을 탈탄소화하면 질산화 활성 바이오매스가 증가하고 생물막이 두꺼워지며 저온 작동 중에 생존 가능한 세포 수가 효과적으로 증가하고 시스템의 질화 성능이 향상된다는 사실을 발견했습니다. 또한 NO, N2H₄, NH2OH 등은 혐기성 암모늄 산화(아나목스) 과정을 자극하고 NO2에 의한 아나목스 박테리아의 억제를 완화시키는 핵심 중간체입니다. Zekker 등은 MBBR 시스템을 사용하여 고농도 폐수(암모니아 질소 농도 740mg/L)를 처리하는 연구에서 NO를 첨가하면 아나목스 공정이 크게 가속화되고 암모니아{18}}산화 박테리아의 양이 시스템 작동 중에 비례적으로 증가한다는 사실을 발견했습니다.
2. 저온 MBBR의 캐리어 강화 기술 연구
현탁 MBBR 필러의 선택은 폐수 처리 공정의 핵심 기술 중 하나이며 공정 효율성과 엔지니어링 비용에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 일반적으로 사용되는 필러 유형에는 벌집형 필러, 세미-소프트 필러, 복합 필러 등이 있습니다. 실제 적용에서는 필러 막힘, 응집 및 노화와 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 낮은-온도 조건에서는 MBBR 필러의 생물막 형성이 느려지고 잠재적으로 장비 시동 기간이 길어지고 정상적인 공정 작동이 방해되어 충격 부하 저항이 저하되고 예상되는 처리 효과를 달성하지 못합니다. 산업적으로 사용되는 MBBR 현수 담체는 크기와 모양이 다양하며 용융 압출 또는 과립화와 같은 방법을 통해 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)과 같은 고분자 폴리머로 만들어집니다. 이 프로세스의 대규모 엔지니어링 적용으로-상업 운송업체의 다양성이 점차 증가했습니다. 캐리어 설계 및 처리는 수질 및 미생물 성장 특성에 맞게 맞춤화될 수 있으므로 저온 조건에서 MBBR 생물막 시스템을 향상시키기 위한 목표 최적화 및 개선이 가능합니다.{10}} 실제 적용에서 담체 변형은 주로 비표면적, 친수성, 생체{12}}친화성, 자기 특성 등을 개선하여 담체 질량 전달, 생물막 형성 및 폐수 처리 성능을 향상시키는 데 중점을 둡니다.
2.1 자기 부하
현재 연구에서는 자기장을 사용하여 저온에서 MBBR의 폐수 처리 용량을 최적화하는 방법을 모색했습니다.특정 강도의 자기장은 생물학적 처리 공정에서 오염물질 제거를 향상시킬 수 있습니다.. 약한 자기장 하에서 유기 오염물질은 자기력, 로렌츠 힘 및 자기-콜로이드 효과의 도움을 받아 자기 응집 및 흡착을 통해 자성 생물학적 운반체 표면에 농축됩니다. 적절한 강도 범위 내에서 자기장은 미생물의 산소 활용도를 향상시키고, 미생물 성장 대사 및 효소 활성을 향상시키며, 세포막 투과성을 증가시킬 수 있습니다. Jing Shuangyiet al. MBBR 원자로에서 상용 캐리어와 비교하여 자성 캐리어[폴리에틸렌, 네오디뮴 철 붕소 자성 분말(Nd2Fe₁₄B) 및 폴리쿼터늄-10(PQAS{11}}10) 등]을 추가하는 경우의 비교 효과를 연구했습니다. 결과는 저온- 조건에서 자성 담체가 생물막 질산화 활동을 크게 개선하고 세포외 고분자 물질(EPS) 분비를 촉진하며 생물막 형태와 구조를 유지하고 개선한다는 것을 보여주었습니다. 자성 담체는 더 많은 질산화 박테리아 속을 풍부하게 했으며, 암모니아 산화 박테리아와 아질산염 산화 박테리아의 상대적 풍부함은 상업용 담체에 비해 각각 1.82배와 1.05배 증가했으며 두 개의 독특한 질화 박테리아 속을 순응시키고 풍부하게 했습니다.
2.2 캐리어 수정
자기 로딩 외에도 폴리에틸렌과 같은 기존 담체 재료의 친화성 변형도 필러 생물막 형성 성능을 향상시키는 중요한 방법입니다. Sun Boet al. 저온-온도의 생활 폐수를 처리하기 위해 새로운 나노 부유 충전재를 사용했습니다. 10~12도에서 나노필러의 생물막 형성 기간은 18일 미만으로 다른 필러에 비해 짧았으며 시스템 COD 제거율은 약 75%로 안정적으로 우수한 홍보 가치를 나타냈습니다. Ren Yanqianget al. 저온 조건에서 폐수 처리장의 1차 침전조 배출수를 처리하기 위해 친수성이 높은 고분자 합금 재료로 만든 벌집형 부유 충진재를 사용했습니다. 결과는 이러한 현탁 충진제가 표면-활성 미생물의 부착 능력을 효과적으로 향상시켜 MBBR 공정의 처리 효과를 향상시키는 데 도움이 된다는 것을 나타냅니다. Han Xiaoyunet al. 활성 슬러지에서 분리된 효율적인 내한성 미생물 군집을 고정하기 위해 고정된 담체로 발달된 기공 구조를 가진 연질 폴리우레탄 폼을 사용했습니다. 이 충전재를 반응기에 첨가한 후 저온 조건에서 COD 제거율은 82%, BOD(생화학적 산소 요구량) 제거율은 92%로 오염 물질 처리 효과가 크게 향상되었습니다. Chenet al. 활성 슬러지 대신 가축 및 가금류 사육 폐수를 처리하기 위해 HN-AD 박테리아를 접종한 폴리비닐 알코올(PVA) 젤 필러가 포함된 MBBR 공정을 사용했습니다. 서로 다른 탄소-대-질소 비율(C/N)에서 다양한 담체의 성능이 크게 달라졌습니다. PVA 겔의 다공성 구조는 박테리아를 보호하여 보다 안정적인 성능을 제공합니다. 미생물 분석에 따르면 PVA 겔 담체를 사용한 MBBR 공정은 독립 영양 박테리아와 HN{28}}AD 박테리아(Paracoccus 및 Acinetobacter)의 성장을 선호하는 것으로 나타났습니다.
3. 프로세스 조합 및 저온에서의 MBBR 규제
이 시스템은 충전재 표면의 생물막 형성에 대한 고유한 요구 사항을 갖고 있어 공정 조합과 규제의 중요성을 강조합니다. MBBR의 안정적인 질산화는 공정 매개변수 및 비율의 규제를 통해 달성할 수 있습니다. 보다 엄격한 제약을 통해 저온의 영향을 보상하는 것은 비교적 직접적이고 효과적인 방법입니다.
3.1 통기
MBBR 공정은 현재 주로 호기성 환경에 적용됩니다. 반응기의 폭기율과 방법은 시스템의 용존산소(DO) 함량과 생물막 형성 특성에 직접적인 영향을 미쳐 오염물질의 분해 수준에 영향을 미칩니다. Chen Long 등은 산업 폐수 처리 시 Batch Aeration과 같은 방법을 사용하여 생물막 형성의 어려움을 효과적으로 해결하여 COD 제거율 95.5%, 암모니아 질소 제거율 91%를 달성했습니다. Perssonet al. MBBR을 이용하여 음식물 쓰레기와 오수 등의 혼합폐수를 10도 혐기성 전처리 후 처리하여 간헐적인 폭기를 통한 완전 질산화를 달성하였습니다. Bianet al. DO와 총 암모니아 질소 농도 사이의 일정한 비율을 제어하면 저온에서 배출 효과가 최적화된다는 사실을 발견했습니다. 제어 비율이 0.17을 초과하지 않으면 질산화 공정은 6도에서 안정적으로 유지됩니다.
3.2 탄소-대-질소 비율(C/N)
질산화 박테리아와 종속 영양 박테리아 사이에는 명백한 경쟁이 있습니다. 따라서 C/N 조절은 시스템의 유기물과 질소 분해 사이의 균형에 영향을 미치는 중요한 매개변수가 됩니다. Chenet al. MBBR 시스템에서 C/N이 4-15 사이일 때 COD 제거율은 90% 이상이었습니다. C/N이 1로 감소하면 COD 제거율이 크게 떨어졌습니다. 시스템의 암모니아성 질소 제거 효율은 처음에는 증가하다가 C/N이 감소함에 따라 감소했습니다. Chenet al. 해양 양식 폐수를 처리하는 A/O{10}}MBBR 반응기의 성능에 대한 C/N의 영향을 조사했습니다.결과는 C/N 감소를 나타냈습니다. ~이다 유익하다 COD 및 암모니아성 질소 제거 효율 향상.
3.3 수력학적 체류 시간
수력학적 체류 시간(HRT)은 반응 시스템 내 활성 슬러지 부하를 결정합니다. 너무 높거나 너무 낮은 HRT는 MBBR 시스템의 처리 효율성과 건설/운영 비용에 영향을 미칠 수 있습니다. 안정적인 시스템 운영을 위해서는 합리적인 HRT를 선택하는 것이 중요합니다. Van et al. 저온에서의 농업용 비점오염원 제어를 위해 MBBR을 적용했습니다. 연구에 따르면 5도에서 HRT가 감소함에 따라 오염 물질 제거 효율이 크게 감소했으며, 질소 가스로 질산염 탈질을 보장하는 최소 체류 시간은 8시간이었습니다. Wang Chuanxinet al. 저온에서 MBBR의 동시 질화 및 탈질화 특성에 초점을 맞춘 무산소/호기성 생물막 시스템으로 생활 폐수를 처리했습니다. 결과는 HRT를 확장하고 배출수 COD 및 암모니아 질소 농도를 표준에 맞게 안정화함으로써 시스템이 계절별 온도 강하에 잘 적응하는 것으로 나타났습니다. Shitu는 다양한 HRT에서 수처리 효과를 연구하기 위해 MBBR 생물막 캐리어로 새로운 스폰지 필러를 사용했습니다. 결과는 수처리 효과가 HRT 6시간에서 가장 좋은 것으로 나타났습니다. Zhao Wenbinet al. 저온- 조건에서 MBBR 시스템에 의한 폐수 오염물질 제거를 위한 최적의 HRT는 24시간인 것으로 나타났습니다. Han Leiet al. DE 산화 배수로 + MBBR 결합 공정에서 HRT가 15.4시간에서 11.0시간으로 감소했을 때 오염물질 제거율을 연구했습니다. 결과에 따르면 HRT가 단축됨에 따라 오염 물질 제거 효율이 점차 감소했지만 방류수 품질은 MBBR 시스템의 강한 충격 부하 저항을 반영하여 여전히 수질 목표 요구 사항을 충족할 수 있는 것으로 나타났습니다.
3.4 프로세스 조합
Deng Ruiet al. 도시 폐수 처리를 위한 2단계 A/O-MBBR 프로세스를 연구했습니다. 낮은 수온 및 낮은 유입수 농도 조건에서 이 결합 공정은 강한 충격 부하 저항성과 온도 적응성, 안정적인 작동 및 편리한 작동을 보여 폐수 처리에 좋은 응용 가능성을 보여주었습니다. Luostarinenet al. 저온에서 혐기성 전처리 후 유제품 폐수에 대한 MBBR 공정의 처리 효과를 연구했습니다. 결과에 따르면 이 공정은 COD 40%~70%, 질소 50%~60%를 제거할 수 있으며, UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)와 MBBR의 조합은 COD 92%, BOD 99%, 질소 65%~70%를 제거할 수 있는 것으로 나타났습니다. Ru Chunet al. 수정된 Bardenpho-MBBR + 자기 부하 침전 공정을 사용하여 폐수 처리장을 개조했습니다. 탄소원 주입 지점을 조정하고 시스템에 다{20}}유입수 및 다{21}}환류를 구현함으로써 외부에서 추가된 탄소원의 효율적인 활용이 달성되었으며, 배출 기준보다 안정적인 유출수 품질이 8.7도에서 질화 및 탈질 효과를 보장합니다.
결론
저온-조건에서는 MBBR 시스템의 미생물 활동이 감소하고, 유기물을 처리하는 종속영양 미생물과 암모니아 질소를 처리하는 독립영양 미생물 사이에 명백한 경쟁이 있습니다. 따라서 원수 오염물질의 조성과 배출수 지표 요구사항을 토대로 적합한 C/N을 충분히 고려해야 합니다. 저온- 우세 균주 개선 및 적응, 목표 농축, 운반체의 우세 개체수 증가 등의 조치를 배출수 품질 보장을 위한 주요 지표로 구현해야 합니다.
캐리어 강화는 MBBR 시스템의 저온 내성을 개선하고 프로세스 저하 효율성을 향상시키는 중요한 수단입니다.{0}} 구체적인 조치에는 주로 자기 부하 및 캐리어의 구조적 처리가 포함됩니다. 자기 로딩은 저온에서 질화 박테리아의 부착을 강화하고 EPS 분비 과정을 강화하며 박테리아 활동을 향상시킬 수 있습니다. 담체 구조와 표면 특성을 최적화하면 오염물질 물질 이동 효율을 가속화하고, 미생물 군집을 굳히고 보호하는 능력을 향상시키며, 보다 안정적인 시스템 성능을 유지할 수 있습니다.
MBBR 프로세스 자체는 특정 저온-저항 특성을 갖고 있습니다. 그러나 폐수 처리장의 방류수 품질 기준이 지속적으로 향상됨에 따라 저온 조건에서 MBBR의 작업 조건 조정 및 공정 조합이 공정 혁신을 위한 중요한 연구 내용이 되었습니다. 다양한 종류의 폐수에 대해 실제 상황에 따라 최적의 작업 조건 조건을 결정해야 합니다. 한편, 합리적인 프로세스 조합은 충격 부하 저항, 온도 적응성 및 오염 물질에 대한 MBBR 시스템의 시스템 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.