Jako doświadczony sprzedawca w branży oczyszczania wody, cieszę się, że mogę podzielić się z technologią reaktora biofilmu z ruchomym łóżkiem (MBBR), wysoce wydajnej metody oczyszczania ścieków znanej z niskiej objętości osadu i prostej eksploatacji. W tym artykule zagłębimy się, dlaczego biofilm czasami nie tworzy na mediach MBBR, biorąc pod uwagę różne aspekty, takie jak zasada pracy i czynniki wpływające na tworzenie biofilmu.
Zasada procesu MBBR
Media MBBR umożliwia mikroorganizmom przyczepienie do powierzchni nośnika i tworzenie biofilmu. Gdy ścieki przepływają przez powierzchnię nośnika, materia organiczna i rozpuszczony tlen w wodzie rozpowszechniają się w biofilmie. Mikroorganizmy w biofilmie metabolizują i asymilują materię organiczną w obecności tlenu. Produkty rozkładu rozpowszechniają się następnie z powrotem w fazie wodnej i powietrza, skutecznie degradując zanieczyszczenia organiczne w ściekach.
Według Characklisa, Liu i innych tworzenie folii drobnoustrojów zwykle przechodzi przez cztery etapy: modyfikacja powierzchni nośnej, odwracalne przywiązanie, nieodwracalne przywiązanie i tworzenie biofilmu. Proces ten można podzielić na dwa główne stadia: adsorpcja drobnoustrojów i wzrost sekwestracji.
Czynniki wpływające na tworzenie biofilmu w MBBR
1. Właściwości powierzchniowe nośnika
Ładunek powierzchniowy, chropowatość, wielkość cząstek i stężenie nośnika MBBR bezpośrednio wpływają na przywiązanie i tworzenie biofilmu. Mikroorganizmy zwykle mają na swojej powierzchni ładunek ujemny w normalnych warunkach wzrostu. Szorstka powierzchnia nośnika ułatwia przywiązanie bakteryjne i unieruchomienie.
♦ Większy powierzchnia nośnika zwiększa efektywny obszar kontaktu między bakteriami i nośnikiem w porównaniu z gładką powierzchnią.
♦ Szorstkie części powierzchni nośnej, takie jak otwory i pęknięcia, działają jak tarcza w celu ochrony przyległych bakterii przed hydraulicznymi siłami ścinającymi.
Mniejsze nośniki wielkości cząstek częściej generują biofilmy ze względu na ich niskie wzajemne tarcie i dużą powierzchnię właściwą. Stężenie nośnika jest również kluczowe dla tworzenia biofilmu. Wagner stwierdził, że przy bardzo niskich stężeniach masy nośnej, nawet przy gęstym biofilmie, nie można było osiągnąć stabilnego szybkości usuwania podczas oczyszczania ścieków opornych. Jednak przy stężeniu nośnika 20-30 g/l reaktor może osiągnąć stabilną szybkość usuwania, nawet przy czym tylko 20% nosicieli ma cienki biofilm.
2. Zawieszone stężenie drobnoustrojów
Zasadniczo, wraz ze wzrostem stężenia zawieszonych mikroorganizmów, wzrasta również szansa na kontakt między mikroorganizmami a nośnikiem. Istnieje krytyczne stężenie zawieszonych mikroorganizmów podczas przywiązania drobnoustrojów. Przed tą wartością krytyczną transport drobnoustrojowy i dyfuzja z fazy ciekłej do powierzchni nośnej jest krokiem kontrolnym. Po przekroczeniu tej wartości przyłączenie mikrobiologiczne i unieruchomienie na powierzchni nośnej są ograniczone przez efektywną powierzchnię nośnika i nie są już zależne od stężenia zawieszonych mikroorganizmów.
3. Aktywność zawieszonych mikroorganizmów
Aktywność drobnoustrojów, opisana przez specyficzną szybkość wzrostu (μ), ma kluczowe znaczenie przy badaniu początkowych etapów tworzenia biofilmu. Ilość i początkowa szybkość przyczepności i utrwalenia bakterii nitryfikujących na powierzchni nośnej są proporcjonalne do aktywności zawieszonych bakterii nitryfikacyjnych.
♦ Gdy aktywność biologiczna zawieszonych mikroorganizmów jest wysoka, ich zdolność do wydzielania polimerów pozakomórkowych jest również wyższa.
♦ Poziom energii, na którym żyją mikroorganizmy, jest bezpośrednio związany z ich tempem wzrostu.
♦ Struktura powierzchni mikroorganizmów zmienia się w zależności od ich aktywności.
♦ Czynniki, takie jak czas kontaktu drobnoustrojowego z nośnikiem, czas retencji hydraulicznej (HRT), pH fazy ciekłej i hydrodynamiczna siła ścinająca również odgrywają rolę.
Wpływ na czynniki podczas tworzenia biofilmu MBBR
1. siła w procesie tworzenia biofilmu
Siły te bezpośrednio przyczyniają się do interakcji między mikroorganizmami a powierzchnią nośnika, odgrywając kluczową rolę w całym procesie tworzenia biofilmu.
2. Wpływ hydrofilowości na powierzchni nośnej
Powierzchnia nośnika GPUC zawiera grupy hydrofilowe, takie jak -OH i grupy amidowe. Większość mikroorganizmów ma dobrą hydrofilowość, a powierzchnia nośnika i powierzchnia mikroorganizmu może tworzyć struktury wiązania wodorowego. Energia swobodnej hydrofilowej powierzchni nośnika jest niższa niż w przypadku hydrofobowej, co ułatwia mikroorganizmom w wodzie zbliżają się i adsorbują na hydrofilową powierzchnię nośnika w celu wzrostu.
3. Wpływ temperatury w tworzeniu biofilmu
Odpowiedni zakres temperatur dla mikroorganizmów tlenowych wynosi 10 ~ 35 stopni. Temperatura wody znacząco wpływa na wzrost bakterii nitryfikujących i szybkość nitryfikacji. Optymalna temperatura wzrostu dla większości bakterii nitryfikujących wynosi 25 ~ 30 stopni. Gdy temperatura jest poniżej 25 stopni lub powyżej 30 stopni, wzrost bakterii nitryfikujących spowalnia się i poniżej 10 stopni, ich wzrost i nitryfikacja są znacznie opóźnione.
Testy przeprowadzone na 10 stopniach, 20 stopniach i 35 stopniach wykazały, że przy 10 stopni tworzenie biofilmu rozpoczęło się powoli, z zauważalnym przywiązaniem biofilmu po 7 dniach i dojrzewaniem po 21 dniach, z maksymalną dołączoną biomasą 2,1 g/l. Przy 35 stopniach biofilm zaczął tworzyć się po 4 dniach i dojrzewał po około 19 dniach, z maksymalną przywiązaną ilością biofilmu 3,5 g/l. Przy 20 stopniach biofilm zaczął tworzyć się po 2 dniach i osiągnął maksymalną przywiązaną ilość biofilmu 5,7 g/l po około 10 dniach. Oczywiste jest, że temperatura ma znaczący wpływ na tworzenie biofilmu, przy szybszym inicjacji między stopniem 15-30.
Temperatura jest kluczowym czynnikiem wpływającym na aktywność biologiczną i zdolność metaboliczną, wpływającą na proces reakcji nitryfikacji głównie poprzez wzór wzrostu i aktywność biologiczną bakterii nitryfikujących. Wpływa na szybkość reakcji biochemicznej i szybkość transferu tlenu.
4. Wpływ powierzchniowej powierzchni nośnej i chropowatości powierzchniowej wydajności adhezji biofilmu
Duża właściwa powierzchnia i chropowatość zwiększają zdolność nośnika do wychwytywania mikroorganizmów. Nosiciele o wysokiej chropowatości powierzchni mają silniejszą zdolność redystrybucji przepływu wody, zmniejszając siłę ścinającą na biofilmie i zapewniając korzystne środowisko do mieszania i kontaktu między mikroorganizmami i podłożem. Szorstka powierzchnia ma grubszą laminarną warstwę graniczną niż gładka powierzchnia, oferująca dobre statyczne środowisko hydrodynamiczne i unikając negatywnych skutków ścinania przepływu wody na wzrost przyłączonych mikroorganizmów.